JP2009260095A - 光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】半導体発光素子のための電気接続基板が後方に設けられた直方体形状の筐体内において、当該半導体発光素子への信号配線を短くした光モジュールを提供する。
【解決手段】光モジュール２は、筐体４の前面から信号光を送出し、反対側の後面から電気接続手段を導出している。光モジュール２は、筐体４内に配されたＬＤ６からの信号光を反射させる光反射部品７と、ＬＤ６の出射光をモニタするモニタＰＤ８と、を有し、ＬＤ６が、光モジュール２の光軸Ｏと交差する方向に信号光を出射するように側方側に配置され、光反射部品７が、ＬＤ６から出射された信号光を光軸Ｏ方向に反射させるように光軸Ｏ上に配置され、モニタＰＤ８が、ＬＤ６の信号光の出射面の反対側の面から出射する光を受光するように配置され、ＬＤ６と電気接続手段との信号配線が、光軸Ｏ方向に関して、直線状に形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、光通信に用いられる光モジュールに関する。

半導体発光素子を内蔵し光信号を送出する光モジュールは、同軸パッケージ型と箱型パッケージ型が一般的であるが、１０Ｇｂｐｓ以上といった超高速駆動の用途では主に後者のものが用いられる。これは、一般的に、箱型パッケージの方が容積が大きく、その分、高速駆動させるための発光素子冷却用の部品や、電気信号伝送路のインダクタンス成分の影響を抑えるための部品を搭載できるからである。また、箱型パッケージの場合、半導体発光素子と外部回路基板とを電気接続するためにパッケージ内から外部に導出される電気接続手段として、導体パターンを設けたセラミック基板（電気接続基板）を用いることが多く、当該基板ではインピーダンス整合が容易であることも、箱型パッケージが用いられる理由の１つである。

光モジュールの箱型パッケージには、バタフライ型と呼ばれるものがある。バタフライ型のパッケージは、その両側部に上記電気接続基板を設け当該基板の外部露出部分にリードを取付けることによりリードが左右方向（送出光の光軸と直交する方向）に延び出すようになっている。

しかし、バタフライ型のように左右にリード（端子）が延び出す構成は、光モジュールを用いる光トランシーバの業界標準（ＳＦＦ（Small Form-Factor）、ＳＦＰ（Small Form-Factor Pluggable）等）で定められた寸法上の制約や、光トランシーバを横に高密度に並べる光伝送装置への適用を考えると、好ましくない。
一方、図７の従来の光モジュール１００は、パッケージ１０１の後部側に電気接続基板１０２を設け、パッケージ１０１の後方からリード１０３が延び出すように構成されたものである。

光モジュール１００は、半導体発光素子として端面発光型のレーザダイオード（ＬＤ：Laser Diode）１０４を有し、その前方の第１の面（光出力が強い光送出側面）１０４ａから信号光を送出する。さらに光モジュール１００は、ＬＤ１０４の後方に第１の面１０４ａとは反対側の第２の面１０４ｂからのモニタ光を受光するフォトダイオード（ＰＤ：Photo Diode）１０５を有する。また、従来の光モジュールは、パッケージ１０１の後部から前部に向って、電気接続基板１０２、ＰＤ１０５、ＬＤ１０４の順で配置している。
特開２００５−２３６２９８号公報 特開２００５−１３６３２７号公報

しかし、上述の光モジュール１００では、電気接続基板１０２とＬＤ１０４との間の信号配線を、ＰＤ１０５やＰＤキャリア１０６を迂回して設ける必要があるので、信号配線（信号ライン）長が長くなりそのインダクタンスが大きくなってしまう。インダクタンス成分の影響が顕著な高速伝送への適用を考えた場合、ＬＤへの信号配線は、できるだけ短くすることが望ましい。

本発明は、上述のような実情に鑑みてなされたもので、半導体発光素子のための電気接続基板が後方に設けられた直方体形状の筐体内において、当該半導体発光素子への信号配線を短くした光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に、本発明の光モジュールは、筐体の一の面から信号光を送出し、反対側に位置する面から外部回路と接続する電気接続手段を導出する光モジュールであって、筐体内に配された半導体発光素子からの信号光を反射させる光反射部品と、半導体発光素子の出射光をモニタする半導体受光素子と、を有し、半導体発光素子は、光モジュールの光軸と交差する方向に信号光を出射するように側方側に配置され、光反射部品は、半導体発光素子から出射された信号光を光モジュールの光軸方向に反射させるように当該光軸上に配置され、半導体受光素子は、半導体発光素子の信号光の出射面の反対側の面から出射する光を受光するように配置され、半導体発光素子と電気接続手段との信号配線が、光モジュールの光軸方向に関して、直線状に形成されていることを特徴とする。
なお、半導体発光素子は、その信号光の出射面の光軸が、光モジュールの光軸と直交するように搭載されることが好ましい。

本発明の光モジュールによれば、半導体発光素子への信号配線を短くし、電気信号伝送路のインダクタンス成分の影響を抑えることができるので、光モジュールが高速伝送により適したものとなる。

図１は、本発明による光モジュールを備える光サブアセンブリの一例を示す斜視図である。図に示すように、光サブアセンブリ（ＯＳＡ：Optical Sub-Assembly）１は、半導体発光素子（ＬＤ）を内蔵し光信号を送出する光モジュール２と、光接続部材３とから構成される。

光モジュール２は、略直方体形状のパッケージ（筐体）４にＬＤ等を収容して成り、筐体４は、側壁４ｂや後壁４ｃ等が一体に形成されたパッケージ本体部４ａに、底壁４ｄ、前壁４ｅ、及び蓋４ｆを組付けて形成される。パッケージ本体部４ａの後方には開口４ｇが設けられており、この開口４ｇに電気接続基板５が配されている。電気接続基板５は、開口４ｇの上部の形状に対応した形状の封止用の部材５ａが取付られ、開口４ｇを塞ぐことができるように、ろう付け等により開口４ｇに取付けられる。また、前壁４ｅには、光接続部材３が取付けられる。

なお、筐体４を構成するパッケージ本体部４ａは、例えばセラミック材料からなり、前壁４ｅ、蓋４ｆはコバール等といった金属材料からなる。底壁４ｄは、例えばＣｕＷといった高熱伝導率の材料からなり、その上面に後述の電子冷却器が搭載される。筐体４は、例えば、パッケージ本体部４ａと底壁４ｄ、及び、パッケージ本体部４ａと前壁４ｅを銀ろうにより接合し、その上方にコバール等からなる金属リング４ｈを銀ろうにより接合し、金属リング４ｈに蓋４ｆをシーム溶接により接合して形成される。このようにして、筐体４では気密性が確保されている。

ＯＳＡ１は、フレキシブルプリント回路基板Ｆを介して、電気接続基板５のコバール等からなるリード５ｂ（図２参照）と、図示しない外部回路基板とを電気接続する。これにより、当該外部回路基板からＯＳＡに高周波変調信号等が供給される。また、前壁（の前面）４ｅには、光信号送出用の貫通孔４ｉ（図４参照）が設けられている。そして、上述のように、後壁４ｃから電気接続手段としての電気接続基板が導出されている。

図２〜図４は、図１の光モジュール２の内部の構造を説明する図である。図２は上面図、図３は部分断面図、図４は正面図で、いずれも、蓋４ｆを外した状態で光モジュール２を示す。
光モジュール２は、図示するように、筐体４内に、ＬＤ６やプリズム７、モニタＰＤ８、電子冷却器９、サーミスタ１０、レンズ１１等を有する。

ＬＤ６は、図２に示すように、側面６ａを光送出側面とする端面発光（エッジエミット）型ＬＤであり、例えば、ＤＦＢ（Distributed Feedback）レーザダイオードやＦＰ（Fabry-Perot）レーザダイオード、変調器集積型ＤＦＢレーザダイオードである。ＬＤ６は、底壁４ｄ上の電子冷却器９に取付けられたサブマウント１２の導電パターン１２ａ上に、ダイボンド実装等により固定される。

ＬＤ６には、光信号に変換される高周波（ＲＦ）信号が差動で入力される。この入力は、電気接続基板５に取付けられたリード５ｂ、当該基板５のＬＤ用の導電パターン５ｃ、ワイヤＷ、及びサブマウント１２上の導電パターン１２ａを介して行われる。なお、電気接続基板５は、例えば、セラミック基板上に導電パターンを形成して構成される。電気接続基板５には、高周波回路におけるインピーダンス整合が可能となるように、多層セラミック基板を用い、ＬＤ６に高周波信号を入力する導電パターン５ｃをマイクロストリップラインとすることが好ましい。
ＬＤ６は、図示のように、光モジュール２の光軸Ｏ上とは異なる位置に固定されており、入力されたＲＦ信号に基づいて、側面６ａから、光モジュール２の光軸Ｏの側方から光軸Ｏへ向けて、好ましくは光軸Ｏと垂直な方向に光を出射する。この側面６ａから出射された光はプリズム７によって光軸Ｏ方向に反射される。

プリズム７は、光反射部品であり、樹脂接着剤等によりサブマウント１２上に実装される。このプリズム７は、例えば硝材ＢＫ７を材料とした２つの断面二等辺三角形の角柱体から構成されるもので、一方の角柱体の三角形の斜辺部分に、光を反射する反射膜（反射部）７ａを金属材料などで形成しておき、両角柱体の三角形の斜辺部分同士を張り合わせることにより形成される。このプリズム７は、ＬＤ６から出射された光を反射部７ａで反射したときに、当該反射光が光モジュール２の光軸Ｏ方向に進むよう配置される。例えば、図示のように、ＬＤ６が光モジュール２の光軸Ｏと垂直な方向に光を出射する場合、プリズム７は、反射部７ａが、光モジュールの光軸ＯとＬＤ６の出射光の光軸Ｈの両光軸と交わるとともに上記両光軸に対して略４５度傾くように配置される。

モニタＰＤ８は、ＬＤ６の出力をフィードバック制御するためのものであり、ＬＤ６の信号光を出射する側面６ａと反対側の側面６ｂから出射されるモニタ光を受光する。モニタＰＤ８は、ＰＤキャリア８ａを介して、サブマウント１２上に搭載される。ＰＤキャリア８ａは、ＡｌＮ等からなる絶縁板に導電パターン８ｂが形成されたものであり、モニタＰＤ８が導電パターン８ｂ上にダイボンド実装等により固定される。モニタＰＤ８が固定されたＰＤキャリア８ａは、モニタＰＤ８の受光部がＬＤ６の光軸Ｈ上に存在するように、サブマウント１２の所定の位置に半田や樹脂接着剤等により固定される。
モニタＰＤ８が受光した光は、電気信号に変換されて、ＰＤキャリア８ａ上の導電パターン８ｂ、ワイヤＷ、及び電気接続基板５の導電パターン５ｃ等を介して外部回路基板に出力される。

電子冷却器９は、ＬＤ６を冷却するためのもので、ペルチェ素子等から構成され、筐体４の底壁４ｄ上に、半田や高熱伝導率の接着剤により固定される。また、サーミスタ１０は、ＬＤ６の温度を検知するためのもので、サブマウント１２の導電パターン１２ａ上にダイボンド実装等により固定される。レンズ１１は、集光機能及び／またはコリメート機能を有するもので、球面レンズや非球面レンズで構成され、電子冷却器９上に樹脂製接着剤等により固定される。ＯＳＡ１において、ＬＤ６から出射されプリズム７で反射された光は、図４に示すように、レンズ１１及び筐体４の前壁４ｅの貫通孔４ｉに取付けられた光学窓を介して、光接続部材３（図１参照）に挿入された光コネクタの光ファイバに入射する。

サブマウント１２は、ＡｌＮ等の高熱伝導材料からなる絶縁性平板基板上に導電パターン１２ａを形成してなる。サブマウント１２に実装されるＬＤ６は、ＬＤ６からの熱が、当該サブマウント１２を介して、電子冷却器９に伝達されるので、効率良く冷却される。また、サブマウント１２上には、ＰＤキャリア８ａやサーミスタ１０も固定される。

上述のように、本光モジュール２は、ＬＤ６の第１の面６ａから光軸Ｏに対して側方から交差するように信号光を出射し、当該信号光を光モジュールの光軸Ｏ方向にプリズム７で反射させるようにしている。そのため、従来のように、電気接続基板５、モニタＰＤ８、ＬＤ６を、光モジュール２の光軸Ｏ方向に、この順に一直線上に並べて配置する必要がない。これにより、ＬＤ６とモニタＰＤ８とを、光モジュール２の光軸Ｏと直交する方向に関して離間させることができ、サブマウント１２のＬＤ６用の導電パターン１２ａを、モニタＰＤ８を迂回するように形成する必要がなく、直線状に短く設けることができる。

また、ＬＤ６に高周波信号を入力するサブマウント１２の導電パターン１２は、導電パターン長を最短にするために、光モジュール２の光軸Ｏ方向に直線状に伸びるように形成しておくことが好ましい。
また、ＬＤ６用には、導電パターン１２ａが２つあるが、これらの導電パターン１２ａは隣接することが好ましい。これにより、ＬＤ６と導電パターン１２ａを電気接続するワイヤの長さを短くすることができる。

図５は、光モジュールに取付けられる光接続部材の一例を説明する部分断面図である。図の例の光接続部材は、図１に示したようなレセプタクル型ＯＳＡを構成するものである。光接続部材３は、図示しない光ファイバケーブルのフェルールをガイドして受納しファイバスタブ２１とフィジカルコンタクトさせるスリーブ部材２２と、光モジュールに対するスリーブ部材２２の光軸方向の位置決めを行う第１の位置決め部材２３と、光モジュールに対するスリーブ部材２２の光軸と垂直方向の位置決めを行う第２の位置決め部材２４とから成る。

なお、光モジュール内のレンズが集光機能を持たないとき等には、さらに別のレンズ２５を有する。また、第１の位置決め部材２３には、反射戻り光を抑制するためのアイソレータ２６を取付けておくことが好ましい。レンズ２５及びアイソレータ２６はそれぞれ、例えば、第１の位置決め部材２３や第２の位置決め部材２４に取付けられる。

図６は、光モジュールに取付けられる光接続部材の他の例を説明する図である。図の例の光接続部材は、所謂ピグテール型ＯＳＡを構成するものである。光接続部材３０は、図示しない一端が光コネクタとされ他端が光モジュールに接続される光伝送部材３１と、光モジュールに対する光軸と垂直方向の位置決めを行う位置決め部材３２とから成る。光伝送部材３１は、例えば、光ファイバケーブル３３、フェルール３４、保護カバー３５、フェルールホルダ３６を有する。位置決め部材３２には、アイソレータ３７を取付けてもよいし、さらに別のレンズを取付けてもよい。

本発明の光モジュールを有するＯＳＡの一例を示す斜視図である。 図１の光モジュールの内部の様子を説明する上面図である。 図１の光モジュールの内部の様子を説明する部分断面図である。 図１の光モジュールの内部の様子を説明する正面図である。 光モジュールに取付けられる光接続部材の一例を説明する部分断面図である。 光モジュールに取付けられる光接続部材の他の例を説明する部分断面図である。 従来の箱型パッケージ型の光モジュールの一例を説明する図である。

符号の説明

１…ＯＳＡ、２…光モジュール、３…光接続部材、４…筐体、５…電気接続基板、５ｂ…リード、５ｃ…導電パターン、６…ＬＤ、７…プリズム、７ａ…反射部、８…モニタＰＤ、８ａ…ＰＤキャリア、８ｂ…導電パターン、９…電子冷却器、１０…サーミスタ、１１…レンズ、１２…サブマウント、１２ａ…導電パターン。

Claims (2)

1. 筐体の一の面から信号光を送出し、反対側に位置する面から外部回路と接続する電気接続手段を導出する光モジュールであって、
   前記筐体内に配された半導体発光素子からの信号光を反射させる光反射部品と、前記半導体発光素子の出射光をモニタする半導体受光素子と、を有し、
   前記半導体発光素子は、前記光モジュールの光軸と交差する方向に信号光を出射するように側方側に配置され、
   前記光反射部品は、前記半導体発光素子から出射された信号光を前記光モジュールの光軸方向に反射させるように当該光軸上に配置され、
   前記半導体受光素子は、前記半導体発光素子の前記信号光の出射面の反対側の面から出射する光を受光するように配置され、
   前記半導体発光素子と前記電気接続手段との信号配線が、前記光モジュールの光軸方向に関して、直線状に形成されていることを特徴とする光モジュール。
2. 前記半導体発光素子は、前記信号光の出射面の光軸が、前記光モジュールの光軸と直交するように搭載されることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。

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