JP2009071001A - 光送受信モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】光信号のパワーロスを生じさせることなしにＬＤ側からＰＤ側に放射される電磁界の影響を低減し、且つモジュール全体を容易に小型化すること。
【解決手段】この光送受信モジュール１ａは、ＬＤ１８と受光用ＰＤ１２とがステム１０ａ上に搭載された光送受信モジュールであって、ＬＤ１８は、カソード及びアノードに接続された配線パターン２７ｂ，２７ａが形成されたヒートシンク２０を介してステム１０ａ上に配置されており、受光用ＰＤ１２はステム１０ａ上に配置されており、配線パターン２７ｂは配線パターン２７ａよりＬＤ１８に近く配線されており、配線パターン２７ｂのＬＤ１８に対向する辺の長さは、配線パターン２７ａのＬＤ１８に対向する辺の長さよりも狭く設定されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、双方向光通信に用いられる光送受信モジュールに関するものである。

従来から、発光素子としてのレーザダイオード（以下、ＬＤともいう）と受光素子としてのフォトダイオード（以下、ＰＤともいう）とが同一のパッケージ内に収容された双方向光通信モジュールが用いられている。このような光通信モジュールでは、ＬＤ駆動用の電気信号の電圧値や電流値がＰＤで発生する電気信号のそれよりもはるかにおおきいため、ＬＤとＰＤとの間の空間においてＬＤから放射される電磁界によってＰＤ側に電磁雑音の発生などの悪影響を与えることがある。

このような影響に対処するため、例えば、下記特許文献１に記載されたモジュールは、入力光信号を受光するＰＤと、出力光信号を生成するＬＤと、波長分割多重化フィルタを内部に実装する外部キャップと、外部キャップの内部に位置してＰＤをＬＤから隔離する内部キャップとを備え、ＬＤの配線から発生する電磁波のＰＤへの影響を低減している。また、下記特許文献２には、ＬＤとＰＤとの間に設けられて受信信号光及び送信信号光を選択的に反射又は透過させる光学板に金属薄膜を蒸着することで、ＰＤにおけるノイズを低減する技術が開示されている。
特開２００４−１３３４６３号公報 特開２００３−２８２８９６号公報

しかしながら、昨今では光通信モジュールの小型化の要求が強くなっているが、上述した２重キャップを含む構造においては配線等の構成部品のパッケージ内での取り回しがしにくくなり、小型化の要求に応えることが困難である。また、ＬＤとＰＤとの間に設けられた光学フィルタに金属薄膜を設けた場合は、光学フィルタの波長特性が変化してしまうため、入力光信号及び出力光信号のパワーロスが発生してしまう場合がある。

そこで、本発明は、かかる課題に鑑みて為されたものであり、光信号のパワーロスを生じさせることなしにＬＤ側からＰＤ側に放射される電磁界の影響を低減し、且つモジュール全体の小型化を容易にする光送受信モジュールを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の光送受信モジュールは、送信光信号を生成し第１及び第２の電極を有するレーザダイオードと、受信光信号を受光するフォトダイオードとが、パッケージを構成するステム上に搭載された双方向光通信を行う光送受信モジュールであって、レーザダイオードは、第１及び第２の電極のそれぞれに接続された第１及び第２の配線パターンが形成されたヒートシンクを介してステム上に搭載されており、フォトダイオードは、ステム上に配置されており、第１の配線パターンは第２の配線パターンよりフォトダイオードに近く配線されており、第１の配線パターンのフォトダイオードに対向する辺の長さは、第２の配線パターンのフォトダイオードに対向する辺の長さよりも狭く設定されている。

一般的な双方向光通信用の一体型の光送受信モジュールにおいては、ＬＤの２つの電極間に印加される駆動信号に伴って、ＬＤとＰＤとの間の空間にはＬＤからＰＤに向けて伝搬する電磁界が発生する。本発明の光送受信モジュールにおいては、ヒートシンク上にＬＤの２つの電極間への駆動信号印加用の２つの配線パターンが形成され、ＰＤにより近い第１の配線パターンのＰＤに対向する辺の長さが、第２の配線パターンのＰＤに対向する辺の長さよりも狭く設定されている。これにより、ＰＤはＬＤとの間の空間における等電位面の近くに配置されるので、ＬＤから伝搬する電磁界によるＰＤにおけるノイズ発生を効果的に低減することができる。さらに、ステム上にはノイズ遮断用の部材は必要無いので、容易にモジュール全体の小型化を図ることができ、光信号のパワーロスの発生も防止することができる。

また、本発明の光送受信モジュールは、送信光信号を生成し第１および第２の電極を有するレーザダイオードと、受信光信号を受光するフォトダイオードとが、パッケージを構成するステム上に搭載された双方向光通信を行う光送受信モジュールであって、レーザダイオードは、第１及び第２の電極のそれぞれに接続された第１及び第２の配線パターンが形成されたヒートシンクを介してステム上に搭載されており、フォトダイオードは、ステム上に配置されており、第１の配線パターンのフォトダイオードに対向する辺の幅と、第２の配線パターンのフォトダイオードに対向する辺の幅とは等しく、第１の配線パターンのフォトダイオードに対向する辺と第２の配線パターンのフォトダイオードに対向する辺とは、フォトダイオードに対して等距離に設定されている。

本発明の光送受信モジュールにおいては、ヒートシンク上にＬＤの２つの電極間への駆動信号印加用の２つの配線パターンが形成され、２つの配線パターンのＰＤに対向する辺の長さが等しくされ、これらの２つの対向する辺のＰＤからの距離が等しく設定されている。これにより、ＰＤはＬＤとの間の空間における等電位面の近くに配置されるので、ＬＤから伝搬する電磁界によるＰＤにおけるノイズ発生を効果的に低減することができる。さらに、ステム上にはノイズ遮断用の部材は必要無いので、容易にモジュール全体の小型化を図ることができ、光信号のパワーロスの発生も防止することができる。

フォトダイオードは、レーザダイオードの光軸上に配置されていることが好ましい。この場合、ステム上に配置されたＬＤ及びＰＤと外部の光ファイバ等とを光結合する際の構造が容易に簡略化される。

本発明の光送受信モジュールによれば、光信号のパワーロスを生じさせることなしにＬＤ側からＰＤ側に放射される電磁界の影響を低減し、且つモジュール全体を容易に小型化することができる。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る光送受信モジュールの好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明の好適な一実施形態にかかる光送受信モジュール１ａを示す斜視図、図２は、図１の光送受信モジュール１ａのII−II線に沿った断面図である。光送受信モジュール１ａは、１ＧＨｚ以上のデータ伝送速度の双方向光通信用の光トランシーバとして用いられる。

光送受信モジュール１ａは、直径5.6mmの略円板状の金属製の導電性ステム１０ａと、ステム１０ａの部品実装面（表面）１０ｂを覆うようにステム１０ａに気密に取り付けられる光透過窓又はレンズ付きのキャップ（図示せず）とを含むパッケージ１０を有している。ステム１０ａの部品実装面１０ｂの中心から2.8mmの範囲にある実装領域Ａには、受光用ＰＤ１２、波長選択フィルタ１４、ＰＤ用ヒートシンク１６、ＬＤ１８、ＬＤ用ヒートシンク２０、プリアンプ２２、及び光出力モニタ用ＰＤ（図示せず）等が搭載されている。

パッケージ１０には、複数のリードピン２４が低融点ガラスなどの絶縁性の封止部材によって固定され、これらの複数のリードピン２４はステム１０ａの部品実装面１０ｂ上の実装領域Ａを取り囲むように配置されている。これらのリードピン２４は、実装領域Ａに搭載された各素子の給電又は接地用の端子、及び電気信号の入出力用端子として設けられている。複数のリードピン２４と各素子及び配線部材とは、直径３０μｍ程度の金製の細径ボンディングワイヤによって互いに接続されている。

受光用ＰＤ１２は、パッケージ１０に接続された光ファイバＦ（図２参照）から集光用のレンズ２６を通して受信光信号を受光して電流信号に変換する素子である。この受光用ＰＤ１２は、ボンディングワイヤを介してプリアンプ２２に接続され、プリアンプ２２が受光用ＰＤ１２から受けた電流信号を所定の変換率で電圧信号に変換し、その電圧信号をリードピン２４を介して外部のリミッティングアンプ（ＬＡ）回路に出力する。

上記の受光用ＰＤ１２は、部品実装面１０ｂ上に固定された略直方体状のヒートシンク１６を挟んで部品実装面１０ｂ上に搭載されている（図１）。受光用ＰＤ１２の上面のアノード端子はボンディングワイヤを介して、受光用ＰＤ１２の下面に設けられたカソード端子はヒートシンク１６の上面に形成された金属パターン及びボンディングワイヤを介して、それぞれプリアンプ２２に接続される。このヒートシンク１６は、受光用ＰＤ１２の冷却用の部材であり、窒化アルミ等の絶縁性材料によって構成されている。従って、受光用ＰＤ１２はステム１０ａに対して電気的に絶縁されることになる。

ＬＤ１８は、外部から互いに相補的な差動信号が第１の電極としてのカソード及び第２の電極としてのアノードに印加されることによって駆動されて、差動信号に応じた送信光信号を生成する発光素子である。つまり、ＬＤ１８は、互いに逆相関系にあるパルス信号である差動信号によって駆動される。ＬＤ１８によって生成された送信光信号は、パッケージ１０に固定されたレンズ２６を通して集光されることにより、光ファイバＦに向けて出射される（図２）。このＬＤ１８は外部の回路部にリードピン２４及びボンディングワイヤ等の配線部材を介して接続され、その回路部からＬＤ１８に差動信号が供給される。また、ＬＤ１８の近傍に設けられた光出力モニタ用ＰＤがリードピン２４及び配線部材を介して外部のＡＰＣ（Automatic Power Control）回路に接続され、ＡＰＣ回路が光出力モニタ用ＰＤから出力された送信光信号のモニタ信号に基づいてＬＤ駆動用の回路部から供給される差動信号のレベルを制御する。

さらに、部品実装面１０ｂ上における受光用ＰＤ１２とＬＤ１８との間には、送信光信号と受信光信号とを分離する波長選択フィルタ１４が配設されている。この波長選択フィルタ１４は、所定の波長成分の光を選択的に透過又は反射する光学部材であり、具体的には、光ファイバＦから受信光信号を選択的に受光用ＰＤ１２の上面に向けて透過させるとともに、ＬＤ１８の側面から出射された送信光信号を光ファイバＦの入射端に向けて反射する（図２）。

次に、図３を参照して、ＬＤ１８と受光用ＰＤ１２との位置関係について詳細に説明する。

同図を参照して、ＬＤ１８は、部品実装面１０ｂ上のヒートシンク２０の上面に搭載されている。このヒートシンク２０の上面における２分割された領域には、ＬＤ１８のアノード及びカソードとリードピン２４とを接続するための２つの配線パターン２７ａ，２７ｂが形成されている。この配線パターン２７ａ，２７ｂは、ヒートシンク２０の上面全体を分割するように略Ｌ字状を成しており、ヒートシンク２０の上面の端部に沿った境界部２８ａ，２８ｂが、その端部に沿って直線状を成すように形成されている。配線パターン２７ａは、２本のボンディングワイヤを介してＬＤ１８の上面のアノード及びリードピン２４に接続されている。また、配線パターン２７ｂは、その表面上にＬＤ１８が載置されることによりＬＤ１８の下面に設けられたカソードと接続されるとともに、ボンディングワイヤを介してリードピン２４に接続されている。

これに対して、部品実装面１０ｂ上のヒートシンク１６の上面に載置された受光用ＰＤ１２は、部品実装面１０ｂ上におけるヒートシンク２０の隣接領域に位置している。詳細には、ヒートシンク２０上の配線パターン２７ａ，２７ｂは、受光用ＰＤ１２に対向する辺である境界部２８ａ，２８ｂの幅Ｌ_Ａ，Ｌ_Ｂが、Ｌ_Ａ＞Ｌ_Ｂとなるように形成されており、受光用ＰＤ１２は、その中心部１２ａの境界部２８ａからの最短距離Ｄ_Ａと、境界部２８ｂからの最短距離Ｄ_Ｂとの関係がＤ_Ａ＞Ｄ_Ｂとなるように配置されている。すなわち、受光用ＰＤ１２は、ヒートシンク２０の側面に対して配線パターン２７ａと配線パターン２７ｂとの間の境界部から配線パターン２７ｂ寄りにその側面が対面するように設けられている。さらに言えば、受光用ＰＤ１２は、２つの配線パターン２７ａ，２７ｂの間から、ヒートシンク２０の側面の垂線に対して配線パターン２７ｂ側に傾斜して伸びる等電位面２９上にその中心部１２ａが位置するように配置されることがより好ましい。なお、受光用ＰＤ１２は、Ｌ_Ａ＜Ｌ_Ｂとなるように配線パターン２７ａ，２７ｂが形成されている場合は、Ｄ_Ａ＜Ｄ_Ｂとなるように配線パターン２７ａ寄りに配置されていてもよい。

また、図２に戻って、ＬＤ１８と受光用ＰＤ１２とは、ＬＤ１８が生成する送信光信号の出射軸（光軸）３０と、受光用ＰＤ１２の受光可能な受信光信号の光軸３１とが波長選択フィルタ１４において交差するように互いの向き及び高さが調整されている。すなわち、受光用ＰＤ１２は、部品実装面１０ｂ上においてＬＤ１８の出射軸３０に沿って配置されている。この位置関係及び波長選択フィルタ１４の波長選択機能によって、ＬＤ１８の出射軸３０が受光用ＰＤ１２の光軸３１に一致するようにされる。

このような双方向通信用の光送受信モジュールにおけるクロストークの低減のために重要なことは、受信用のＰＤへの直接結合を低減させることである。送信用のＬＤを差動駆動方式で駆動している場合、差動信号印加用の２つの差動端子間の中点は仮想接地（グランド）として機能する。この中点近傍では正相及び逆相の電磁界による影響がキャンセルされるため電磁界の影響が低減されている。つまり、受信用ＰＤの位置に仮想接地等電位面が横切るようにすればよいことになる。

以上説明した光送受信モジュール１ａにおいて、ヒートシンク２０上にＬＤ１８のカソード及びアノードへの駆動信号印加用の２つの配線パターン２７ｂ，２７ａが形成され、受光用ＰＤ１２により近い配線パターン２７ｂの受光用ＰＤ１２に対向する辺の長さが、配線パターン２７ａの受光用ＰＤ１２に対向する辺の長さよりも狭く設定されている。これにより、受光用ＰＤ１２はＬＤ１８との間の空間における仮想接地等電位面２９の近くに配置されるので、ＬＤ１８から伝搬する電磁界による受光用ＰＤ１２におけるノイズ発生を効果的に低減することができる。さらに、ステム１０ａ上にはキャップや金属薄膜等のノイズ遮断用の部材は必要無いので、容易にモジュール全体の小型化を図ることができ、光信号のパワーロスの発生も防止することができる。

また、受光用ＰＤ１２は、ＬＤ１８の送信光信号の出射軸３０に沿った位置に配置されているので、１つの光学レンズ２６及び波長選択フィルタ１４によってステム１０ａ上に配置されたＬＤ１８及び受光用ＰＤ１２と外部の光ファイバＦとを光結合することができ、光学系の構造が容易に簡略化される。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、図４に示すように、受光用ＰＤ１２とＬＤ１８との位置関係は、ヒートシンク２０上の配線パターンの形状に応じて様々変更することができる。例えば、ヒートシンク２０の上面に受光用ＰＤ１２に対向する辺である境界部１２８ａ，１２８ｂの幅Ｌ_Ａ，Ｌ_Ｂが互いに等しくなるように、ヒートシンク２０の上面を２分割した領域に矩形状の配線パターン１２７ａ，１２７ｂが設けられている場合を考える。この場合、受光用ＰＤ１２は、その中心部１２ａの配線パターン１２７ａの境界部１２８ａからの最短距離Ｄ_Ａと配線パターン１２７ｂの境界部１２８ｂからの最短距離Ｄ_Ｂとの関係がＤ_Ａ＝Ｄ_Ｂとなるように、言い換えれば、ヒートシンク２０の側面に対して配線パターン２７ａと配線パターン２７ｂとの間の境界線上に沿って対面するように設けられていてもよい。このような構成によっても、仮想接地等電位面上に受光用ＰＤ１２を配置させることができる。この場合、ＬＤ１８は、送信光信号の出射軸３０が、受光用ＰＤ１２の中心部１２ａを通る部品実装面１０ｂの垂線と交差するように、部品実装面１０ｂに沿った出射軸３０の傾きが調整されてヒートシンク２０上に配置される。

さらに、前述した実施の形態では、上面にアノード下面にカソード電極を有する構造のＬＤを用いて説明しているが、上面をカソード電極、下面をアノード電極とする構造を有するＬＤについても、本発明は同様な機能を発揮することができる。

本発明の好適な一実施形態にかかる光送受信モジュールを示す斜視図である。 図１の光送受信モジュールのII−II線に沿った断面図である。 図１の光送受信モジュールの主要部を示す平面図である。 本発明の変形例である光送受信モジュールの平面図である。

符号の説明

１ａ…光送受信モジュール、１０…パッケージ、１０ａ…ステム、１２…受光用ＰＤ、１８…ＬＤ、１６，２０…ヒートシンク、２７ａ，２７ｂ，１２７ａ，１２７ｂ…配線パターン、２８ａ，２８ｂ…境界部、３０…出射軸（出射方向）。

Claims (3)

1. 送信光信号を生成し第１及び第２の電極を有するレーザダイオードと、受信光信号を受光するフォトダイオードとが、パッケージを構成するステム上に搭載された双方向光通信を行う光送受信モジュールであって、
   前記レーザダイオードは、前記第１及び第２の電極のそれぞれに接続された第１及び第２の配線パターンが形成されたヒートシンクを介して前記ステム上に搭載されており、
   前記フォトダイオードは、前記ステム上に配置されており、
   前記第１の配線パターンは前記第２の配線パターンより前記フォトダイオードに近く配線されており、前記第１の配線パターンの前記フォトダイオードに対向する辺の長さは、前記第２の配線パターンの前記フォトダイオードに対向する辺の長さよりも狭く設定されている、
   ことを特徴とする光送受信モジュール。
2. 送信光信号を生成し第１および第２の電極を有するレーザダイオードと、受信光信号を受光するフォトダイオードとが、パッケージを構成するステム上に搭載された双方向光通信を行う光送受信モジュールであって、
   前記レーザダイオードは、前記第１及び第２の電極のそれぞれに接続された第１及び第２の配線パターンが形成されたヒートシンクを介して前記ステム上に搭載されており、
   前記フォトダイオードは、前記ステム上に配置されており、
   前記第１の配線パターンの前記フォトダイオードに対向する辺の幅と、前記第２の配線パターンの前記フォトダイオードに対向する辺の幅とは等しく、前記第１の配線パターンの前記フォトダイオードに対向する辺と前記第２の配線パターンの前記フォトダイオードに対向する辺とは、前記フォトダイオードに対して等距離に設定されている、
   ことを特徴とする光送受信モジュール。
3. 前記フォトダイオードは、前記レーザダイオードの光軸上に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の光送受信モジュール。

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