JP2009145887A - 再構成可能光アド・ドロップ・モジュールのパッケージング - Google Patents

再構成可能光アド・ドロップ・モジュールのパッケージング Download PDF

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Abstract

【課題】気密パッケージされたＭＥＭＳアレイ・ベースのＲＯＡＤＭモジュールを提供する。
【解決手段】筐体の側壁および上蓋はコバールから作られ、また基部はアルミナ・セラミックから作られて、筐体の側壁にＡｕＳｎではんだ付けされる。ＭＥＭＳアレイはセラミック基部に取り付けられる。光学系は取り外し可能なテンプレートを使用して予めパッシブ・アライメントされ、光学台にエポキシ樹脂で接着される。光学台は全体としてアクティブ・アライメントされ、セラミック基部に取り付けられる。複数の電気フィードスルー接触ピンがセラミック基部の底部から延びて、ＭＥＭＳをプリント回路基板上のコネクタへ接続する。本発明の一実施形態では追加の電子部品、たとえばＭＥＭＳドライバ回路チップを筐体のセラミック基部へ直接取り付けるために、セラミック基部はモジュールの筐体の側壁の実装領域を越えて延びる。
【選択図】図２

Description

本発明は、光通信ネットワーク向けの光クロスコネクト・モジュールに関し、より詳細には、再構成可能光アド・ドロップ・モジュールなどの光クロスコネクト・モジュールのパッケージングに関する。
光通信ネットワークでは、個々の波長で複数の光チャネルを有する光信号は、「波長チャネル」と呼ばれ、通常光ファイバの長さを介して地点間を伝送される。光クロスコネクト・モジュールは、光ファイバ間の光信号のスイッチングを可能にする。波長選択光クロスコネクト、または再構成可能光アド・ドロップ・モジュール（ＲＯＡＤＭ）は、波長依存のスイッチングを可能にし、すなわち、特定の波長チャネルを第１の光ファイバから第２の光ファイバへ切り換えながら、他の波長チャネルに第１の光ファイバ内を伝播させることができ、または特定の波長チャネルを第３の光ファイバへ切り換えることができる。波長選択光スイッチングに基づく光ネットワーク・アーキテクチャは、「アジャイル（ａｇｉｌｅ）」光ネットワーク・アーキテクチャと呼ばれることがあり、個々の波長チャネルの光路を自動的に作り出しまたは別の経路に変更できるため、多くの魅力的な特徴を有する。この光ネットワーク・アーキテクチャは、サービス展開を加速し、光ネットワークの障害点からの経路の変更を加速し、サービス・プロバイダの資本経費および運転経費を軽減し、ならびにネットワークの保証されたトポロジーを作り出す。
現在利用可能な多くのＲＯＡＤＭアーキテクチャの中で、自由空間光学系およびマイクロ電子機械システム（ＭＥＭＳ）アレイまたは液晶（ＬＣ）アレイに基づくアーキテクチャは、最も融通がききかつ高性能なアーキテクチャのうちの１つである。具体的には、Ｂｏｕｅｖｉｔｃｈらの米国特許第６４９８８７２号に教示されている折返し対称４−ｆ構成は、Ｉｙｅｒらの米国特許第６７６０５０１号に教示されている任意選択のフィールド平坦化（ｆｉｅｌｄ−ｆｌａｔｔｅｎｉｎｇ）光学くさびとともに、個々の波長チャネルの光出力値を等化するための動的利得等化器モジュール、すべての波長チャネルのあらゆるサブセットを完全に阻止するための波長ブロッカ・モジュール、および前述の波長チャネル・スイッチング機能を実施するための波長選択光スイッチ・モジュールなどのＲＯＡＤＭの構築を可能にする。両特許は、ＪＤＳ Ｕｎｉｐｈａｓｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎに譲渡されており、参照により本明細書に組み込まれる。折返し４−ｆ構成に基づくＲＯＡＤＭの中には、Ｄａｎａｇｈｅｒらの米国特許第７０１４３２６号に教示されている波長ブロッカ・モジュールと、Ｄｕｃｅｌｌｉｅｒらの米国特許第６７０７９５９号およびＢｏｕｅｖｉｔｃｈの同第６８１０１６９号に教示されているマルチポート波長選択スイッチ・モジュール、ならびにＫｅｙｗｏｒｔｈらの米国特許出願第２００７０２４２９５３号に教示されているマルチモジュール・ユニットがある。これらの特許は、ＪＤＳ Ｕｎｉｐｈａｓｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎに譲渡されており、参照により本明細書に組み込まれる。同出願は、参照により本明細書に組み込まれる。有利なことに、折返し４−ｆ ＲＯＡＤＭは、類似の機能をもつ他の既存の自由空間ＲＯＡＤＭ光学構成に比べて、光学素子の数が少なく、物理的寸法が小さい。折返し４−ｆ ＲＯＡＤＭの動作の光学原理に関するさらなる詳細は、前述の米国特許文献内に見ることができる。
ＲＯＡＤＭは一般に、光ネットワークの様々なノードに配置され、したがって、広い範囲の温度および湿度を特徴とする過酷な環境で確実に機能しなければならず、通常、気密筐体を使用してＲＯＡＤＭをパッケージする必要がある。気密筐体は周知である。気密筐体は、フォトダイオードおよび光出力モニタ、レーザ・ダイオード、または受信器などの小型の光電子デバイスおよび電気光学デバイスをパッケージするためによく使用され、これらの大部分の最大外形寸法は０．５インチ以下である。良好な無線周波数（ＲＦ）電気性能を必要とするデバイス内には、小型のセラミック板が実装されることがある。しかし、ＲＯＡＤＭの場合、光学系の実装領域が約１平方インチ以上と比較的大きく、また約５０個から数百個という多数の電気フィードスルーが必要とされるので、気密パッケージングのこれらの方法は実用的でない。
上に説明したように、光学系の実装領域が比較的大きく、ＭＥＭＳまたはＬＣ光スイッチング・エンジンへの電気接続の数が多いため、ＲＯＡＤＭの機械的パッケージングは、大きな技術的課題である。上に述べたように、一般には、気密封止筐体ボックスを実装して、必要な程度の環境安定性および環境信頼性を確保する。従来技術では、フレキシブル・プリント回路基板（フレックスＰＣＢ）を使用して、気密筐体内の必要な電気接続を提供しながら、ボックスの壁に取り付けられた内部多ピン気密電気コネクタからスイッチング・エンジンを機械的に切り離す。すべてのファイバ・フィードスルー、フレックスＰＣＢをはめ込み、ならびにパッケージ内部に光学素子をはめ込みかつ位置合わせするには、長い時間、ならびに相当な操作者の技能および労力を要し、ファイバ、光学系、またはスイッチング・エンジンの偶発的な損傷の可能性が高まるために、組立てのコストが増大し、かつ製造の歩留まりが低減する。さらに、光学系、フレックスＰＣＢと、多ピン気密コネクタをどちらもパッケージの内部に収容する必要があるので、この既存の技術を使用して構築されたＲＯＡＤＭパッケージの実装領域は比較的大きい。電気通信システムのプロバイダはしきりに、自身の回路カードの素子密度を高めて、システム寸法およびコストの低減を促進しようとするので、ＲＯＡＤＭパッケージの寸法が大きいことはきわめて好ましくない。
米国特許第６４９８８７２号 米国特許第６７６０５０１号 米国特許第７０１４３２６号 米国特許第６７０７９５９号 米国特許第６８１０１６９号 米国特許出願第２００７０２４２９５３号
したがって、本発明の目的は、パッケージ寸法が大きく、組立てが非常に複雑であり、組立ての歩留まりが低く、かつ組立て時間が比較的長いという欠点のないＲＯＡＤＭを提供することである。
本発明は、前述の目的を満たす。さらに、有利でありかつ驚くべきことに、本発明は、ＲＯＡＤＭパッケージングの融通性およびモジュール性を大幅に改善し、かつ直接的に基板上でＲＯＡＤＭ電子機器の一体化を実現し、それによって、アジャイル光ネットワーク・システム内でＲＯＡＤＭを後に非常に簡単に利用できるようにする。
本発明によれば、再構成可能光アド・ドロップ・モジュールであって、
複数の波長チャネルを有する入力光信号を送るための入力光ポートと、
前記波長チャネルのうちの少なくとも１つを有する出力光信号を出力するための出力光ポートと、
入力光信号を個々の波長チャネルに空間的に分散させ、かつ少なくとも１つの波長チャネルを再結合させて出力光信号にするための、入力光ポートおよび出力光ポートに光学的に結合された分散性光学素子と、
個々の波長チャネルを空間的に向けなおすための、分散性光学素子に光学的に結合された光スイッチング・エンジンと、
分散性素子から入力光ポート、出力光ポート、および光スイッチング・エンジンへの光結合を提供するための複数の光学部品と、
分散性光学素子および複数の光学部品をそれらの間で固定した関係で支持するための光学台と、
光スイッチング・エンジン、および光学素子が取り付けられた光学台をパッケージするための筐体とを備え、この筐体が、光学台および光スイッチング・エンジンを支持するための基部と、基部に取り付けられた、光学台および光スイッチング・エンジンを取り囲む閉じた側壁と、筐体を封止するための、側壁に取り付けられた蓋とを有し、
基部の少なくとも一部分が、光スイッチング・エンジンを支持するためのセラミック板を含み、
前記セラミック板の少なくとも一部分が、筐体の内側と外側の両方から機械的にアクセス可能であり、
セラミック板の前記部分が、前記光スイッチング・エンジンに結合された電気フィードスルーを有し、
前記フィードスルーが、筐体の外側から機械的かつ電気的にアクセス可能である、再構成可能光アド・ドロップ・モジュールが提供される。
本発明の別の態様によれば、再構成可能光アド・ドロップ・モジュールの組立ての方法であって、
（ａ）光学素子および分散性光学素子を光学台へ位置合わせするステップと、
（ｂ）ステップ（ａ）の完了後、前記光学素子および前記分散性光学素子を光学台へ固定するステップと、
（ｃ）基部を側壁へ取り付けるステップと、
（ｄ）光スイッチング・エンジンをセラミック板へ取り付け、かつ前記光スイッチング・エンジンをセラミック板内のフィードスルーへ電気的に結合させるステップと、
（ｅ）ステップ（ｂ）および（ｄ）の完了後、セラミック板上の光スイッチング・エンジンと光学台上の分散性素子との間に光結合を提供するように、光学台を光スイッチング・エンジンへ位置合わせするステップと、
（ｆ）ステップ（ｅ）の完了後、光学台を基部へ取り付けるステップと、
（ｇ）ステップ（ｆ）の完了後、筐体を封止するように、蓋と側壁を取り付けるステップとを含む方法がさらに提供される。
次に例示的実施形態について、図面と併せて説明する。
１Ａおよび１Ｂは再構成可能光アド・ドロップ・マルチプレクサ（ＲＯＡＤＭ）向けの従来技術の一般的な４−ｆ折返し対称光学構成の図である。 ２Ａおよび２Ｂは本発明によるＲＯＡＤＭ筐体の２つの実施形態の３次元図である。 ３Ａ〜３Ｄは本発明によるＲＯＡＤＭ筐体の４つの実施形態の横断面図である。 ４Ａおよび４Ｂは本発明によるＲＯＡＤＭモジュールの組立ての工程を示す３次元図である。図４Ａは、ＲＯＡＤＭモジュールの分解図であり、図４Ｂは、蓋を持ち上げた、ＲＯＡＤＭモジュールの組み立てた図である。 本発明によるマルチポート波長スイッチ（ＭＷＳ）のパッケージの３次元図である。 図５のパッケージの３次元横断面図である。 蓋のないパッケージされたＭＷＳの３次元図である。 ８Ａ〜８Ｂは１００ＧＨｚ光チャネル周波数間隔のためのパッケージされた１入力、４出力のＭＷＳの３次元図である。
本教示について、様々な実施形態および例と併せて説明するが、本教示は、そのような実施形態に限定されるものではない。逆に、当業者には理解されるように、本教示は、様々な代替形態、修正形態、および等価物を包含する。次の図２Ａ、２Ｂ〜８Ａ、８Ｂでは、同様の番号は、同様の要素を表す。
図１Ａおよび１Ｂを参照すると、それぞれ再構成可能光アド・ドロップ・マルチプレクサ（ＲＯＡＤＭ）１００Ａおよび１００Ｂ向けの従来技術の光学構成を示す。ＲＯＡＤＭ１００Ａおよび１００Ｂの光学素子には、複数の波長チャネルを有する自由空間光ビームを送りかつ受け取るための前端部１０２と、光ビームを集束させかつ平行にするための凹面鏡１０４と、入力光ビームを波長チャネルに空間的に分散させ、かつ波長チャネルを結合させて出力光ビームにするための分散性素子１０６と、ＲＯＡＤＭ１００ａおよび１００Ｂの光挿入損失を改善するためのフィールド平坦化くさび１０８と、個々の波長チャネルを入力光ポート１１１から出力光ポート１１２へ選択的に切り換えるための光スイッチング・エンジン１１０とがあり、前記ポートはどちらも、前端部１０２に光学的に結合される。図１Ａおよび１Ｂは、素子１０２〜１１０の２つの可能な相対位置を示す。分散性素子１０６は、回折格子であることが好ましい。光スイッチング・エンジン１１０は、マイクロ電子機械システム（ＭＥＭＳ）マイクロミラー・アレイまたは液晶（ＬＣ）アレイであることが好ましい。
動作の際には、入力光信号は、前端部１０２の入力光ポート１１１へ送られ、前端部１０２は、凹面鏡１０４によって分散性素子１０６に光学的に結合され、分散性素子１０６は、入射光ビーム１１４を個々の波長チャネル１１６に分散させる。凹面鏡１０４は、波長チャネル１１６を光スイッチング・エンジン１１０に結合させ、光スイッチング・エンジン１１０は、波長チャネル１１６を空間的に向けなおす。光スイッチング・エンジン１１０から反射すると、チャネル、またはビーム１１６は、鏡１０４によって平行になり、分散性素子１０６によって再結合され、かつ鏡１０４によって再び、出力光ポート１１２に結合された前端部１０２に集束される。光スイッチング・エンジン１１０の個々の画素（図示せず）の状態に応じて、個々の波長チャネルを、減衰させ、出力ポート１１２に切り換え、または少なくとも３５ｄＢだけ抑制することができる。１００ＧＨｚのチャネル間隔に対する図１Ａおよび１Ｂの光学構成の実装領域は、約２×３インチである。図１Ａおよび１Ｂに示すＲＯＡＤＭ光学系の動作についての詳細な説明は、前述の米国特許文献に見ることができる。
次に図２Ａおよび２Ｂを参照すると、それぞれ基部２０２Ａおよび２０２Ｂと、閉じた側壁２０４と、ファイバ・フィードスルー２０６とを含む本発明のＲＯＡＤＭ筐体２００Ａおよび２００Ｂを示す。基部２０２Ａおよび２０２Ｂは、基部２０２Ａおよび２０２Ｂから図２Ａおよび２Ｂで下方向へ延びるコネクタ・ピン２０８を有するセラミック板である。図２Ａでは、ＭＥＭＳアレイ２１０は、コネクタ・ピン２０８間の一地点で基部２０２Ａに直接取り付けられる。ＭＥＭＳアレイ２１０は、ピン２０８に電気的に接触している接着パッド（図示せず）にワイヤボンディングされる。ＲＯＡＤＭ筐体２００Ａは、基部２０２Ａの下に配置されたコネクタ・ソケットを有する外部システム基板２１２上に取り付けられる。システム基板２１２は、筐体２００Ａの一部ではない。基板コネクタ・ソケット（図示せず）は、ピン２０８のパターンに一致するピン・パターンを有する。筐体２００Ａが基板２１２上に取り付けられると、筐体２００Ａと基板２１２の間の電気接続が確立される。別法として、ピン２０８は、たとえばはんだボール・グリッド・アレイを使用して、一致する穴および、またははんだ付けパッド・パターンを有するシステム基板２１２に直接はんだ付けすることができる。基板２１２上の筐体２００Ａを固定するために、側壁２０４にはんだ付けまたはろう付けしたタブ２１４を使用することが好ましい。図２Ａの筐体２００Ａでは、基部２０２Ａは、側壁２０４と実質上同じ実装領域を有し、一方図２Ｂに示す筐体２００Ｂは、側壁２０４の実装領域より大きい実装領域を有する。これにより、追加の電子部品２１６、たとえばＭＥＭＳアレイ２１０のためのドライバ回路を基部２０２Ｂ上に配置することができる。したがって、部品２１６は、基部２０２Ｂに直接ワイヤボンディングされた未処理の電子チップ、すなわちダイを含むことができる。
図２Ａおよび２Ｂに示す筐体２００Ａおよび２００Ｂの他のすべての特徴、たとえば接着パッドにワイヤボンディングされたＭＥＭＳアレイ２１０は、実質上同じである。側壁２０４は、コバール（Ｋｏｖａｒ）（商標）から作られ、基部２０２Ａおよび２０２Ｂは、コバールの熱膨張係数（ＣＴＥ）に一致するアルミナ・セラミックから作られることが好ましい。セラミック基部２０２Ａおよび２０２Ｂに亀裂が生じないように、側壁２０４と、図２Ａの基部２０２Ａまたは図２Ｂの基部２０２Ｂは、好ましくは温度２８０±４０℃のＡｕＳｎ合金で、はんだ付けによって合わせて取り付けられる。さらに、セラミック基部２０２Ａおよび２０２Ｂは、側壁２０４の周長に一致する金コーティングのフレームを有することが好ましく、その結果、側壁２０４を金フレーム（図示せず）にろう付けまたははんだ付けすることができる。
次に図３Ａ〜３Ｄに移ると、本発明によるＲＯＡＤＭ筐体の４つの実施形態の横断面図を示す。図３Ａの横断面図は、図２Ａの３次元図に対応する。図３Ａの実施形態では、側壁３０４および基部３０２Ａの実装領域は、実質上同じである。基部３０２Ａはアルミナ・セラミックから作られ、基部３０２Ａから下方へピン３０８が延び、図示のように、ピン３０８は基部３０２Ａの両側から電気的にアクセス可能である。図３Ｂの実施形態では、側壁３０４の実装領域は、アルミナ・セラミックから作られた基部３０２Ｂの実装領域より小さく、基部３０２Ｂから下方へピン３０８が延び、ピン３０８は基部３０２Ｂの両側から電気的にアクセス可能である。上に説明したように、セラミック基部３０２Ｂ上へ追加の電子部品（図３Ｂには図示せず）を取り付けるために、有利なことに、より実装領域の大きな基部３０２Ｂを使用できる。次に図３Ｃに移ると、基部３０２Ｃはセラミック・インサート３０３Ｃを有し、基部３０２Ｃから下方へピン３０８が延び、ピン３０８はインサート３０３Ｃの両側から電気的にアクセス可能である。セラミック・インサート３０３Ｃは、基部３０２Ｃの厚さ全体にわたる。インサート３０３Ｃおよび基部３０２Ｃは、互いに瞬時に取り付けられ、すなわち、図３Ｃ内の基部３０２Ｃおよびインサート３０３Ｃの下面は同じ高さになることが好ましい。最後に、図３Ｄでは、基部３０２Ｄは開口と、その開口を覆うセラミック・インサート３０３Ｄとを有し、基部３０２Ｄから下方へ開口内にピン３０８Ｄが延び、ピン３０８はインサート３０３Ｄの上側から電気的にアクセス可能である。さらに、ピン３０８Ｄは、図３Ｄに示す筐体の外側から機械的かつ電気的にアクセス可能である。この文脈では、「電気的にアクセス可能なピン」という用語は、好ましくはセラミック基部３０２Ａおよび３０２Ｂならびにセラミック・インサート３０３Ｃおよび３０３Ｄ上に印刷された電気トレースを用いて、前記セラミック基部および前記セラミック・インサートの上側から、ピンとの電気的接触を確立できることを意味する。さらに、基部３０２Ａおよび３０２Ｂならびにインサート３０３Ｃおよび３０３Ｄは多層セラミック板であり、セラミック板の層の一部の上に導電性トレースが印刷されており、前記トレースは、ピン３０８をワイヤボンディング・パッド（図３Ａ〜３Ｄには図示せず）に電気的に接続させ、前記パッドは、図３Ａ〜３Ｄ内の前記セラミック板の上側からアクセス可能であることが好ましい。
図３Ｃおよび３Ｄの筐体を使用して、図３Ａおよび３Ｂの筐体の光学系の実装領域より大きな実装領域を有する光学系をパッケージすることができ、したがって、基部３０２Ｃまたは３０２Ｄ全体を、通常脆い材料であるセラミックから作る必要はない。図３Ａ〜３Ｄの側壁３０４ならびに図３Ｃおよび３Ｄの基部３０２Ｃおよび３０２Ｄはそれぞれ、コバールから作られることが好ましい。さらに、図３Ａ〜３Ｄのセラミックおよびコバールの部分は、アルミナに亀裂が生じないように、温度２８０±４０℃のＡｕＳｎ合金ではんだ付けすることによって互いに取り付けることが好ましい。前述の金フレームを使用して、はんだ付け工程を容易にすることが好ましい。
次に図４Ａおよび４Ｂを参照すると、本発明によるＲＯＡＤＭの組立ての工程を図示する。図４Ａでは、ＲＯＡＤＭ組立体４００の分解図を示す。組立体４００は、セラミック基部４０２と、側壁４０４と、ファイバ・フィードスルー４０６と、ＭＥＭＳまたはＬＣアレイなどの光スイッチング・エンジン４１０と、取付けタブ４１４と、光学素子４１９をその上に保持するための光学台４１８と、ファイバ４２０を封止しかつフィードスルー４０６内にはめ込むためのセロキャスト（ｃｅｒｒｏｃａｓｔ）４２１を有する入出力ファイバ４２０と、パッケージ４００を封止するための上蓋４２２とを有する。光学素子４１９の位置を互いに対してかつ台４１８に対して規定するために、光学素子４１９は、テンプレート（図示せず）を使用して、予め位置合わせされかつ台４１８に取り付けられる。位置合わせは、テンプレートを光学台へ付着させ、かつテンプレート内へ光学素子および分散性光学素子を配置することによって実施される。次いで、光学素子４１９は、台４１８に取り付けられ、好ましくはエポキシ樹脂で接着される。光学素子４１９には、図１Ａおよび１Ｂに示す素子、すなわち回折格子、球面鏡、前端部、ならびに回動および折返し鏡などの他の光学素子が含まれる。ガラスはんだなどの他の取付け方法を使用して、光学素子４１９を光学台４１８へ付着させることもできる。
側壁４０４とセラミック基部４０２は、２８０±４０℃のＡｕＳｎ合金で合わせてはんだ付けされる。次いで、光スイッチング・エンジン４１０が、基部４０２にエポキシ樹脂で接着され、かつ基部４０２にろう付けされた下方に延びるピン４０８に電気的に接続された接着パッド（図示せず）にワイヤボンディングされる。次いで、光学素子４１９が取り付けられた光学台４１８を、光スイッチング・エンジン４１０にアクティブ・アライメントする。アクティブ・アライメント・ステップ中、光学台４１８は、平行移動および、または回転台（図示せず）を使用して、光スイッチング・エンジン４１０まで運ばれ、入力光信号、すなわち試験入力信号が、ファイバ４２０の入力ファイバへ送られ、出力光信号、すなわち試験出力信号が、ファイバ４２０の出力ファイバで検出され、試験出力信号の事前定義された光出力レベルを達成するように、光学台４１８の位置が光スイッチング・エンジン４１０に対して調整される。目標光出力レベルが達成された後、光学台４１８は、基部４０２に恒久的に取り付けられ、図４Ｂに示すように側壁４０４が台４１８を取り囲む。次いで、組立体４００を気密封止するように、上蓋４２２が側壁４０４にはんだ付けされ、また好ましくは、抵抗溶接もしくはレーザ溶接される。この文脈では、「気密封止」という用語は、ＭＩＬ−ＳＴＤ ８８３Ｄ ｍｅｔｈｏｄ １０１４．９として知られる業界標準、または類似の標準に従って封止することを意味する。
気密封止を完了する前に、窒素またはアルゴンのガス・パージを使用すると有利である。側壁４０４はコバールから作られることが好ましく、基部４０２はアルミナから作られることが好ましい。基部４０２に亀裂が生じないように、アルミナ基部４０２および側壁４０４のＴＣＥは、摂氏１度当たり１〜１．５ｐｐｍ（１００万分の１）の範囲内まで互いに一致することが好ましい。アルミナ基部４０２上に基部を壁へ取り付けるためのメタライズ層（図示せず）を印刷した後、タングステンまたはモリブデン−マンガンを使用してアルミナを共焼成し、次いでＮｉ／Ａｕめっきして、その後基部４０２を側壁４０４へ容易にはんだ付けできるようにする。
次に図５を参照すると、本発明によるマルチポート波長スイッチ（ＭＷＳ）のパッケージ５００の３次元図を示す。パッケージ５００は、多層セラミック基部５０２と、基部５０２にはんだ付けされた側壁５０４と、側壁５０４にろう付けされたファイバ・フィードスルー５０６およびタブ５１４と、基部５０２にエポキシ樹脂で接着されたＭＥＭＳアレイ５１０とを有する。ＭＥＭＳアレイ５１０は、タブ（図示せず）にワイヤボンディングされ、これらのタブは、パッケージ５００の外側からアクセス可能なフィードスルー・ピン（図５には図示せず）に電気的に結合される。前記電気結合は、ピンをパッドへ電気的に結合させるように、多層セラミック基部５０２の個々の１つまたは複数の層の上に適切に印刷された導電性トレースを使用することによって実現されることが好ましい。ピンは、基部５０２にろう付けされることが好ましい。
次に図６を参照すると、図５のパッケージ５００に対応するパッケージ６００の３次元横断面図を示す。パッケージ６００は、多層セラミック基部６０２と、基部６０２にはんだ付けされた側壁６０４と、側壁５０４にろう付けされたファイバ・フィードスルー６０６と、多層基部６０２の厚さの一部分にわたるピン６０８と、基部６０２にエポキシ樹脂で接着されたＭＥＭＳアレイ６１０とを含む。
次に図７に移ると、本発明によるマルチポート波長スイッチ・モジュール７００の３次元図を示す。マルチポート波長スイッチ・モジュール７００は、多層セラミック基部７０２と、基部７０２にはんだ付けされた側壁７０４と、側壁７０４にろう付けされたファイバ・フィードスルー７０６およびタブ７１４と、基部７０２にエポキシ樹脂で接着されたＭＥＭＳアレイ７１０と、光学部品７１９および回折格子７１９Ａが取り付けられた光学台７１８と、ファイバ・フィードスルー７０６内へ挿入しかつ気密封止するためのセロキャスト７２１を有する３つの光ファイバ７２０と、光学台７１８を基部７０２に取り付けるための３つのガラス柱７２４とを含む。動作の際には、ファイバ７２０のうちの１つを入力ファイバとして使用して、入力ポート７３１から複数の波長チャネルを有する入力光信号を送り、ファイバ７２０のうちの別のファイバを出力ファイバとして使用して、前記波長チャネルのうちの少なくとも１つを有する出力光信号を出力ポート７３２へ出力する。回折格子７１９Ａは分散性光学素子として使用して、入力光信号を個々の波長チャネルに空間的に分散させ、かつ少なくとも１つの波長チャネルを再結合させて出力光信号にする。光学素子７１９は、回折格子７１９Ａを、入力ポート７３１、出力ポート７３２、およびＭＥＭＳアレイ７１０へ光学的に結合させるために使用する。ＭＥＭＳアレイ７１０は、光スイッチング・エンジンとして使用され、所望の波長チャネルを出力ポート７３２内へ結合させるように、個々の波長チャネルを空間的に向けなおす。光学台７１８の機能は、回折格子７１９Ａから入力ポート７３１、出力ポート７３２、およびＭＥＭＳアレイ７１０への前記光結合を確実にするように、回折格子７１９Ａおよび光学部品７１９を、それらの間で固定した関係で支持することである。光学系の動作に関するさらなる詳細は、前述の米国特許文献に見ることができる。
光学台７１８をＭＥＭＳアレイ７１０へ位置合わせする間、好ましくは、柱７２４の平坦な表面が、台７１８の平坦な表面と基部７０２の表面７０２Ａの両方との瞬時の接触を維持できるように、光学台を平行移動させおよび、または傾斜させる。その後、光学台７１８を柱７２４へ、また柱７２４を表面７０２Ａへエポキシ樹脂で接着する間、エポキシ樹脂の間隙は実質上均一であり、その結果、高度な機械的安定性が達成される。
本明細書に記載の光クロスコネクト・パッケージ構築の複数の修正形態が可能である。たとえば、図７の柱７２４などのガラス柱の代わりにセラミック柱を使用することができ、３つの柱の代わりに２つまたは４つの柱を使用することができ、または回折格子７１９Ａの代わりにグリズムを使用してもよい。
次に図８Ａおよび８Ｂに移ると、１入力、４出力のパッケージされたＭＷＳモジュール８００の上面図および底面図をそれぞれ示す。モジュール８００は、セラミック基部８０２と、基部８０２から外方へ延び、光スイッチング・エンジン（モジュール８００の内側に位置するため図示せず）に電気的に結合されたピン８０８と、閉じた側壁８０４に取り付けられたファイバ・フィードスルー８０６と、側壁８０４に溶接された上蓋８２２とを有する。セラミック基部８０２の寸法は、わずか５６ｍｍ×７９ｍｍである。モジュール８００は、ピン８０８を外部回路基板（図示せず）へ直接はんだ付けすることによって、外部基板に固定して取り付けるのに十分なほど小さい。したがって、波長アジャイル光ネットワーク・システムへのモジュール８００の一体化が、著しく簡単になる。
２００Ａ ＲＯＡＤＭ筐体
２００Ｂ ＲＯＡＤＭ筐体
２０２Ａ セラミック基部
２０２Ｂ セラミック基部
２０４ 閉じた側壁
２０６ ファイバ・フィードスルー
２０８ コネクタ・ピン
２１０ ＭＥＭＳアレイ
２１２ 外部システム基板
２１４ タブ
２１６ 追加の電子部品

Claims (20)

  1. 再構成可能光アド・ドロップ・モジュールであって、
    複数の波長チャネルを有する入力光信号を送るための入力光ポートと、
    前記波長チャネルのうちの少なくとも１つを有する出力光信号を出力するための出力光ポートと、
    前記入力光信号を個々の波長チャネルに空間的に分散させ、かつ前記少なくとも１つの波長チャネルを再結合させて前記出力光信号にするための、前記入力光ポートおよび前記出力光ポートに光学的に結合された分散性光学素子と、
    前記少なくとも１つの波長チャネルを前記入力光ポートから前記出力光ポートへ空間的に向けなおすための、前記分散性光学素子に光学的に結合された光スイッチング・エンジンと、
    前記分散性素子から前記入力光ポート、前記出力光ポート、および前記光スイッチング・エンジンへの光結合を提供するための複数の光学部品と、
    前記分散性光学素子および前記複数の光学部品をそれらの間で固定した関係で支持するための光学台と、
    前記光スイッチング・エンジン、および前記光学素子が取り付けられた前記光学台をパッケージするための筐体とを備え、前記筐体が、前記光学台および前記光スイッチング・エンジンを支持するための基部と、前記基部に取り付けられた、前記光学台および前記光スイッチング・エンジンを取り囲む閉じた側壁と、前記筐体を封止するための、前記側壁に取り付けられた蓋とを有し、
    前記基部の少なくとも一部分が、前記光スイッチング・エンジンを支持するためのセラミック板を含み、
    前記セラミック板の少なくとも一部分が、前記筐体の内側と外側の両方から機械的にアクセス可能であり、
    セラミック板の前記アクセス可能な部分が、前記光スイッチング・エンジンに結合された電気フィードスルーを有し、
    前記フィードスルーが、前記筐体の外側から機械的かつ電気的にアクセス可能である、再構成可能光アド・ドロップ・モジュール。
  2. 前記筐体が、気密封止された筐体である、請求項１に記載の再構成可能光アド・ドロップ・モジュール。
  3. 前記光スイッチング・エンジンがＭＥＭＳアレイを備える、請求項２に記載の再構成可能光アド・ドロップ・モジュール。
  4. 前記ＭＥＭＳアレイが、前記セラミック板上に配置された接触パッドにワイヤボンディングされ、前記接触パッドが、前記セラミック板内の前記電気フィードスルーに電気的に結合された、請求項３に記載の再構成可能光アド・ドロップ・モジュール。
  5. 前記分散性素子が回折格子を備える、請求項１に記載の再構成可能光アド・ドロップ・モジュール。
  6. 前記セラミック板が前記基部より小さい、請求項１に記載の再構成可能光アド・ドロップ・モジュール。
  7. 前記セラミック板が前記基部である、請求項１に記載の再構成可能光アド・ドロップ・モジュール。
  8. 前記セラミック板が実装領域を有し、前記側壁が、前記セラミック板の実装領域の平面内に実装領域を有し、前記セラミック板の前記実装領域が、前記側壁の前記実装領域より大きく、前記再構成可能光アド・ドロップ・モジュールが、前記セラミック板のうちの前記側壁の前記実装領域の外側に取り付けられた電子部品をさらに備える、請求項７に記載の再構成可能光アド・ドロップ・モジュール。
  9. 前記側壁がコバールから作られた、請求項１に記載の再構成可能光アド・ドロップ・モジュール。
  10. 前記光学台が、断面が多角形の少なくとも２つの柱を有する前記基部に取り付けられた、請求項１に記載の再構成可能光アド・ドロップ・モジュール。
  11. 前記セラミック板の実装領域が、少なくとも幅５０ｍｍおよび少なくとも長さ７０ｍｍである、請求項１に記載の再構成可能光アド・ドロップ・モジュール。
  12. 請求項１に記載の再構成可能光アド・ドロップ・モジュールの組立ての方法であって、
    （ａ）前記光学素子および前記分散性光学素子を前記光学台へ位置合わせするステップと、
    （ｂ）ステップ（ａ）の完了後、前記光学素子および前記分散性光学素子を前記光学台へ固定するステップと、
    （ｃ）前記基部を前記側壁へ取り付けるステップと、
    （ｄ）前記光スイッチング・エンジンを前記セラミック板へ取り付け、かつ前記光スイッチング・エンジンを前記セラミック板内の前記フィードスルーへ電気的に結合させるステップと、
    （ｅ）ステップ（ｂ）および（ｄ）の完了後、前記セラミック板上の前記光スイッチング・エンジンと前記光学台上の前記分散性素子との間に光結合を提供するように、前記光学台を前記光スイッチング・エンジンへ位置合わせするステップと、
    （ｆ）ステップ（ｅ）の完了後、前記光学台を前記基部へ取り付けるステップと、
    （ｇ）ステップ（ｆ）の完了後、前記筐体を封止するように、前記蓋を前記側壁へ取り付けるステップとを含む、方法。
  13. ステップ（ａ）で、前記位置合わせするステップが、前記光学台へテンプレートを付着させ、かつ前記テンプレート内へ前記光学素子および前記分散性光学素子を配置することによって実施される、請求項１２に記載の組立ての方法。
  14. ステップ（ｂ）で、前記固定するステップが、前記光学素子および前記分散性光学素子を前記光学台へエポキシ樹脂で接着することによって実施される、請求項１３に記載の組立ての方法。
  15. ステップ（ｃ）で、前記取り付けるステップが、はんだ付けによって実施される、請求項１２に記載の組立ての方法。
  16. 前記はんだ付けが、融解温度２８０±４０℃のＡｕＳｎ合金を使用することによって実施される、請求項１５に記載の組立ての方法。
  17. ステップ（ｄ）で、前記電気的に結合させるステップが、ワイヤボンディングによって実施される、請求項１２に記載の組立ての方法。
  18. ステップ（ｅ）で、前記位置合わせするステップが、
    （ｈ）前記光学台を前記光スイッチング・エンジンまで運ぶステップと、
    （ｉ）前記入力光ポート内へ、所定の光出力レベルを有する試験入力光信号を送るステップと、
    （ｊ）前記出力光ポートで試験出力光信号を検出するステップと、
    （ｋ）前記試験出力光信号の事前定義された光出力レベルを達成するように、前記光学台の位置を、前記光スイッチング・エンジンに対して調整するステップとを含む、請求項１２に記載の組立ての方法。
  19. ステップ（ｆ）で、前記取り付けるステップが、断面が多角形の少なくとも２つの柱を使用することによって実施され、前記柱がそれぞれ、前記光学台と前記基部の両方に取り付けられる、請求項１２に記載の組立ての方法。
  20. ステップ（ｇ）で、前記取り付けるステップが、溶接またははんだ付けによって実施される、請求項１２に記載の組立ての方法。
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