JP2015169798A - 光モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】クロストークを抑制することである。【解決手段】光モジュール１０は、ＲＦピン１８ａと、ＦＰＣ１９上の複数のＤＣピン１９ｂ、１９ｄと、複数のＤＣピン１９ａ、１９ｃと、複数の配線とを有する。複数のＤＣピン１９ａ、１９ｃは、ＦＰＣ１９上において、複数のＤＣピン１９ｂ、１９ｄよりもＤＣ電極１９ａ−１〜１９ｄ−１側に配置される。上記複数の配線は、複数のＤＣピン１９ｂ、１９ｄから、ＲＦピン１８ａの反対側を通ってＤＣ電極１９ｂ−１、１９ｄ−１に達する。【選択図】図１Ｂ

Description

本発明は、光モジュールに関する。
近年、光伝送システムの大規模化に伴い、システムを構成する光モジュールの小型化が要求されている。光モジュールは、光変調器チップと電気インタフェースとを有するが、光変調器チップが小型化するに連れて、電気インタフェースのサイズが光モジュールのサイズを決定する要因となる。電気インタフェースは、高速信号用のＲＦ（Radio Frequency）電極に接続するＲＦピンと、光変調器チップ制御用のＤＣ（Direct Current）電極に接続するＤＣピンとに分けられる。すなわち、ＲＦ信号は、パッケージの側面や底面に設けられたＲＦピンから入力され、中継基板を介して、光変調器チップのＲＦ電極に入力される。同様に、ＤＣ信号は、パッケージの側面や底面に設けられたＤＣピンから入力され、中継基板を介して、光変調器チップのＤＣ電極に入力される。
特開２０１２−０４８１２１号公報 特開２００１−０８３９０８号公報
電気インタフェースの内、ＲＦピンには、３２Ｇｂｐｓの信号が４本入力されるため、パッケージには、４本のＲＦピンが設けられる。しかしながら、光モジュールを小型化するため、これら４本のＲＦピンの間隔を狭めると、ＲＦピン（チャネル）間のクロストークが増大してしまう。従って、電気インタフェースの小型化を図るには、特性インピーダンスを満足する程度にＲＦピンの間隔を維持しつつ、ＤＣピンの間隔をどれだけ狭められるかが重要となる。
ＤＣピンは、例えば１２本が、パッケージに設けられたＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）上に横一列に並んでおり、これが光モジュールの小型化を困難とする要因となる。そこで、ＤＣピンを２列に配列してＦＰＣの横幅を短くすることで、光モジュールの小型化を図ることが有効である。ところが、外側の列のＤＣピンから出る配線が、中央側（ＤＣ電極側）の列のＤＣピンの間を通る形態では、各ＤＣピンの間隔を広くとる必要があり、このことが光モジュールの小型化を制限することとなる。
そこで、外側の列のＤＣピンから出る配線が、中央側（ＤＣ電極側）の列の両端のＤＣピンの外側を迂回する様にすれば、光モジュールは、各ＤＣピンの間隔を広げることなく、各ＤＣピンを、対応するＤＣ電極に接続することができる。しかしながら、この形態では、ＤＣ電極の配列がＤＣピンの配列と異なるため、従来のＤＣ電極の配列との互換性が維持できなくなる。また、上記配線の迂回により、ＤＣピンの配置されたＦＰＣが、ＲＦピン側に延びるため、ＤＣ信号とＲＦ信号との間にクロストークが発生してしまう。
開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、クロストークを抑制することのできる光モジュールを提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本願の開示する光モジュールは、一つの態様において、第１端子と、基板上の複数の第２端子と、複数の第３端子と、複数の配線とを有する。前記複数の第３端子は、前記基板上において、前記複数の第２端子よりも電極側に配置される。前記複数の配線は、前記複数の第２端子から、前記第１端子の反対側を通って前記電極に達する。
本願の開示する光モジュールの一つの態様によれば、クロストークを抑制することができる。
図１Ａは、本実施例に係る光モジュールの構成を示す上面図である。 図１Ｂは、本実施例に係る光モジュールの構成を示す側面図である。 図２は、変形例１に係る光モジュールの構成を示す側面図である。 図３は、図２のＡ−Ａ’断面図である。 図４Ａは、変形例２に係る光モジュールの構成を示す上面図である。 図４Ｂは、変形例２に係る光モジュールの構成を示す側面図である。 図５は、上記実施例及び変形例に係る光モジュールの実装された送信機の構成を示す図である。
以下に、本願の開示する光モジュールの実施例を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の実施例により本願の開示する光モジュールが限定されるものではない。
まず、本願の開示する一実施例に係る光モジュールの構成を説明する。図１Ａは、本実施例に係る光モジュール１０の構成を示す上面図である。図１Ａに示す様に、光モジュール１０は、パッケージ１１とＰＢＣ（Polarization Beam Coupler）１２とを有する。パッケージ１１内では、結晶基板１３上に形成された光導波路１４近傍に、電極１５、１６が設けられている。結晶基板１３は、ＬｉＮｂＯ３（ＬＮ）、ＬｉＴａＯ２等の電気光学結晶により形成される。また、光導波路１４は、Ｔｉ等の金属膜を形成して熱拡散させる、あるいは、パターニング後に安息香酸中でプロトン交換する、ことにより形成される。光導波路１４は、マッハツェンダ干渉系を成し、電極１５、１６は、マッハツェンダの平行導波路上に設けられている。
また、電極１５、１６は、ｚ軸方向の電界による屈折率変化を利用するため、光導波路１４の真上に配置される。電極１５、１６は、光導波路１４上に、信号電極と接地電極とがパターニングされることにより形成されるコプレーナ電極である。光モジュール１０は、光導波路１４中を伝搬する光が上記信号電極と接地電極とにより吸収されるのを防ぐため、結晶基板１３と電極１５、１６との間にバッファ層を有する。バッファ層は、厚さ０．２〜２μｍ程度のＳｉＯ２等により形成される。結晶基板１３は、ＩｎＰ、ＧａＡｓ等のIII〜Ｖ族半導体でもよい。
光モジュール１０は、高速で駆動する場合、上記信号電極と接地電極の終端を抵抗により接続して進行波電極とし、入力側からマイクロ波信号を印加する。このとき、電界によって、マッハツェンダを構成する２本の光導波路１４（例えば、光導波路１４ａ、１４ｂ）の屈折率が、それぞれ＋Δｎａ、−Δｎｂの様に変化し、これに伴い、光導波路１４間の位相差が変化する。その結果、マッハツェンダ干渉によって、位相変調された信号光が、光導波路１４から出力される。光モジュール１０は、電極１５、１６の断面形状を変化させることでマイクロ波の実効屈折率を制御して、光とマイクロ波との速度を整合させることにより、高速の光応答特性を得ることができる。
ＴＥＣ（Thermo Electric Cooler）１７は、ペルチェ接合による小型冷却用のデバイスであり、結晶基板１３と光導波路１４と電極１５、１６とを収容するパッケージ１１内の温度を調整する。パッケージ１１には、中継基板１８を介して、ＦＰＣ１９が設けられている。ＦＰＣ１９上の電極における高周波の伝播損失が大きいと、変調帯域が狭くなり、駆動電圧が上がってしまう。このため、高周波信号を扱う光モジュール１０においては、高周波の損失を減らすために、ＦＰＣ１９を極力短くすることが望ましい。
図１Ａに示す様に、中継基板１８は、パッケージ１１の入力側側面後部に、電極１５に接続された４本のＲＦピン１８ａ〜１８ｄを有する。また、ＦＰＣ１９は、パッケージ１１の入力側側面前部に、電極１６に接続された１２本のＤＣピン１９ａ〜１９ｌを有する。
図１Ｂは、本実施例に係る光モジュール１０の構成を示す側面図である。図１Ｂに示す様に、ＦＰＣ１９には、１２本のＤＣピン１９ａ〜１９ｌが２列に配設されている。すなわち、上の列には、ＤＣピン１９ａ、１９ｃ、１９ｅ、１９ｇ、１９ｉ、１９ｋが配設され、下の列には、ＤＣピン１９ｂ、１９ｄ、１９ｆ、１９ｈ、１９ｊ、１９ｌが配設されている。また、下の列のＤＣピン１９ｂ、１９ｄ、１９ｆ、１９ｈ、１９ｊ、１９ｌからＤＣ電極１９ｂ−１、１９ｄ−１、１９ｆ−１、１９ｈ−１、１９ｊ−１、１９ｌ−１に延びる配線は、上の列の左端のＤＣピン１９ａの左側を迂回する様に形成されている。従って、ＲＦピン１８ａ〜１８ｄからの干渉による、ＲＦ信号とＤＣ信号間のクロストークは抑制される。
なお、ＦＰＣ１９の表面または裏面には、ＤＣ電極１９ａ−１〜１９ｌ−１や配線パターンが剥離することを防ぐため、カバー材（例えば、カバーレイ）が形成されるものとしてもよい。
以上説明した様に、光モジュール１０は、ＲＦピン１８ａと、ＦＰＣ１９上の複数のＤＣピン１９ｂ、１９ｄと、複数のＤＣピン１９ａ、１９ｃと、複数の配線とを有する。複数のＤＣピン１９ａ、１９ｃは、ＦＰＣ１９上において、複数のＤＣピン１９ｂ、１９ｄよりも電極１９ａ−１〜１９ｄ−１側に配置される。上記複数の配線は、複数のＤＣピン１９ｂ、１９ｄから、ＲＦピン１８ａの反対側を通って電極１９ｂ−１、１９ｄ−１に達する。例えば、光モジュール１０において、上記複数の配線は、複数のＤＣピン１９ａ、１９ｃの内、ＲＦピン１８ａから最も遠いＤＣピン（ＤＣピン１９ａ）を迂回する様に形成される。これにより、複数のＤＣピン１９ｂ、１９ｄから流れるＤＣ信号が、ＲＦピン１８ａから流れるＲＦ信号から遠ざかり、信号間のクロストークが抑制される。
（変形例１）
次に、変形例１について説明する。変形例１に係る光モジュールは、ＦＰＣ１９における配線を除き、上記実施例に係る光モジュール１０と同様の構成を有する。従って、変形例１では、上記実施例と共通する構成要素には、同一の参照符号を用いると共に、その詳細な説明は省略する。
図２は、変形例１に係る光モジュール１０の構成を示す側面図である。図２において、ＦＰＣ１９内の実線は表面の配線を示し、破線は裏面（パッケージ１１側の面）の配線を示す。図２に示す様に、上の列のＤＣピン１９ａ、１９ｃ、１９ｅ、１９ｇ、１９ｉ、１９ｋは、ＦＰＣ１９表面に形成された配線を介して、ＤＣ電極１９ａ−１、１９ｃ−１、１９ｅ−１、１９ｇ−１、１９ｉ−１、１９ｋ−１にそれぞれ接続される。これに対し、下の列のＤＣピン１９ｂ、１９ｄ、１９ｆ、１９ｈ、１９ｊ、１９ｌは、ＦＰＣ１９の両面に形成された配線を介して、ＤＣ電極１９ｂ−１、１９ｄ−１、１９ｆ−１、１９ｈ−１、１９ｊ−１、１９ｌ−１にそれぞれ接続される。また、下の列では、隣り合うチャネルが、互いにＦＰＣ１９の反対面に配線される様に、ＤＣピン１９ｂ、１９ｄ、１９ｆ、１９ｈ、１９ｊ、１９ｌの内、ＤＣピン１９ｄ、１９ｈ、１９ｌの配線のみがＦＰＣ１９裏面から形成されている。これにより、隣り合うＤＣピン間の配線間隔が広くなり、各ＤＣピン１９ｂ、１９ｄ、１９ｆ、１９ｈ、１９ｊ、１９ｌから配線を流れる信号間のクロストークが低減される。
但し、下の列のＤＣピン１９ｂ、１９ｄ、１９ｆ、１９ｈ、１９ｊ、１９ｌとＤＣ電極１９ｂ−１、１９ｄ−１、１９ｆ−１、１９ｈ−１、１９ｊ−１、１９ｌ−１とを接続する配線を全てＦＰＣ１９裏面に形成すると、ＦＰＣ１９の左端部（光出力側）において交差が発生してしまう。そこで、ＦＰＣ１９は、表面の配線と裏面の配線とを連結するスルーホールＴ１〜Ｔ５を有し、必要に応じて、配線を反対側の面に変更する。図２に示す例では、例えば、ＤＣピン１９ｄから裏面に形成された配線は、スルーホールＴ４により一旦表面に移動し、スルーホールＴ２により再び裏面に戻る様に形成されている。これにより、ＤＣピン１９ｄとＤＣ電極１９ｄ−１とを接続する配線が、ＤＣピン１９ｆ、１９ｈとＤＣ電極１９ｆ−１、１９ｈ−１とを接続する配線と、ＦＰＣ１９の裏面において交差することが回避される。その結果、配線間のショートが未然に防止される。
図３は、図２のＡ−Ａ’断面図である。図３に示す様に、ＤＣピン１９ｂの両側では、ＤＣピン１９ａの左側を迂回する配線Ｗ１〜Ｗ５が、表面と裏面の交互に形成されている。これにより、片面のみの配線の場合と比較して、隣り合う表面配線Ｗ１、Ｗ２間の間隔と隣り合う裏面配線Ｗ３〜Ｗ５間の間隔とが大きくなる。その結果、上述した様に、ＦＰＣ１９上での配線間クロストークが低減される。
変形例１に係る光モジュール１０によれば、下の列のＤＣピン１９ｂ、１９ｄ、１９ｆ、１９ｈ、１９ｊ、１９ｌからの配線を左方向に導くためのＦＰＣ１９下部のスペースが節減される。従って、ＦＰＣ１９を下方向に拡大する、あるいは、ＤＣピン１９ａ〜１９ｌの位置を高くする等の処置は不要となり、光モジュール１０の小型化が可能となる。また、図２に示した様に、ＤＣ電極１９ａ−１〜１９ｌ−１の配列が、ＤＣピン１９ａ〜１９ｌの配列と一致するため、従来のＤＣ電極の配列との互換性が維持される。
なお、変形例１に係る光モジュール１０では、各ＤＣピン１９ａ〜１９ｌを出力元とする配線を迂回させた分、ＦＰＣ１９の左端が、パッケージ１１の出力側インタフェース端よりも左側に突き出てしまう。しかしながら、ＦＰＣ１９左端の突出部分は、出力側の光ファイバＦ１と並列する位置（空きスペース）にあることから、ＦＰＣ１９は、実装時に他のインタフェースと干渉することがない。すなわち、光モジュール１０は、パッケージ１１内の限られたスペースを有効に活用することで、ＤＣ信号とＲＦ信号との間のクロストークを抑制しつつ、小型化を図ることができる。
（変形例２）
次に、変形例２について説明する。変形例２に係る光モジュールは、ＦＰＣ１９上に電力供給線を有する点を除き、上記実施例に係る光モジュール１０と同様の構成を有する。従って、変形例２では、上記実施例と共通する構成要素には、同一の参照符号を用いると共に、その詳細な説明は省略する。
図４Ａは、変形例２に係る光モジュール１０の構成を示す上面図である。図４Ａに示す様に、ＦＰＣ１９には、上述した１２本のＤＣピン１９ａ〜１９ｌに並列して、ＴＥＣピン１９ｍ、１９ｎが設けられている。ＴＥＣピン１９ｍ、１９ｎは、パッケージ１１内に搭載された温度調整用のＴＥＣ１７に対し、外部からの電力を供給するためのピンである。図４Ｂは、変形例２に係る光モジュール１０の構成を示す側面図である。図４Ｂに示す様に、ＦＰＣ１９の表面には、ＴＥＣピン１９ｍ、１９ｎとＴＥＣ電極１９ｍ−１、１９ｎ−１とをそれぞれ接続する電力供給線Ｐ１、Ｐ２が、形成されている。なお、電力供給線Ｐ１、Ｐ２は、ＦＰＣ１９の裏面（パッケージ１１側の面）に形成されるものとしてもよい。
電力供給線Ｐ１、Ｐ２は、流す電流量やメッキの厚みに応じた線幅（例えば、配線Ｗ１〜Ｗ５よりも太い幅）を有する。他の配線の幅は、例えば１００μｍ程度であるのに対し、電力供給線Ｐ１、Ｐ２の幅は、例えば３００〜５００μｍ程度である。但し、特に電流量が大きい場合には、電力供給線Ｐ１、Ｐ２は、スルーホールでの配線が困難である。このため、電力供給線Ｐ１、Ｐ２は、ＦＰＣ１９の片面（例えば、表面）のみに形成されることが望ましい。
なお、変形例２に係る光モジュール１０では、電力供給線Ｐ１、Ｐ２をＦＰＣ１９右端部に配置したことにより、電力供給線Ｐ１、Ｐ２を流れる電流とＲＦ信号とのクロストークが懸念される。しかしながら、ＲＦ信号から電流への干渉は、ＲＦ信号からＤＣ信号への干渉と比較して小さい。このため、上記クロストークの発生は限定的である。
（適用例）
上述した光モジュール１０を用いた光変調器は、クロストークの低減と高い実装性とを両立し得ることから、例えば、送信機への適用が有効である。図５は、上記実施例及び変形例に係る光モジュール１０の実装された送信機１００の構成を示す図である。図５に示す様に、送信機１００は、データ生成回路１０１と光変調器１０２と光ファイバ１０３とを有する。また、データ生成回路１０１はドライバ１０１ａを有し、光変調器１０２はＬＤ（Laser Diode）１０２ａを有する。これら各構成部分は、一方向又は双方向に、各種信号やデータの入出力が可能な様に接続されている。データ生成回路１０１により生成されたデータは、光変調器１０２により、電気信号から光信号に変換された後、光ファイバ１０３を伝送媒体として、装置外部に送信される。
特に、光モジュール１０は、ＦＰＣ１９を用いて多数のＤＣ電極にＤＣピンを接続可能な光変調器への適用が有効である。この様な光変調器としては、例えば、Ｉ／Ｑ（In-phase／Quadrature）光変調器、偏波多重光変調器、ＩＴＸＡ、ＩＣＲ、光送受信一体デバイス等がある。なお、光モジュール１０は、送信機に限らず受信機（レシーバ）へ適用してもよい。
なお、上記実施例及び変形例に係る光モジュール１０では、実装面積を抑えるため、ＲＦピン１８ａ〜１８ｄとＤＣピン１９ａ〜１９ｌとＴＥＣピン１９ｍ、１９ｎとが、パッケージ１１の同一側面に配設されるものとした。しかしながら、ＲＦピン１８ａ〜１８ｄとＤＣピン１９ａ〜１９ｌとＴＥＣピン１９ｍ、１９ｎとが配設される面は、例えば、左側面と右側面という様に、異なる面であってもよい。また、ＤＣピン１９ａ〜１９ｌとＴＥＣピン１９ｍ、１９ｎとが配設される基板は、ＦＰＣに限らず、例えばＰＣＢであってもよい。
また、上記実施例及び変形例に係る光モジュール１０では、ＦＰＣ１９上において、ＤＣピン１９ａ〜１９ｌは、上段と下段の２列に配設されるものとした。しかしながら、列の数は、２列に限らず、３列以上であってもよい。例えば、ＤＣピン１９ａ〜１９ｌが３列を成す場合には、２列目（中段）と３列目（最下段）のＤＣピンからの配線が、１列目（最上段）の最左端にあるＤＣピンの左側を迂回する様に形成される。これにより、ＦＰＣ１９の横幅が更に狭くなり、光モジュール１０の更なる小型化が可能となる。
更に、変形例２に係る光モジュール１０では、ＤＣ電極１９ａ−１〜１９ｌ−１の配列が、ＤＣピン１９ａ〜１９ｌの配列と一致する様な配線とした。しかしながら、下の列の配線がＦＰＣ１９の表面と裏面とで交互に形成されていれば小型化は可能であることから、上記各配列は、必ずしも一致（整序）していなくてもよい。
また、上記説明では、個々の実施例及び変形例毎に個別の構成、及び動作を説明した。しかしながら、上記実施例及び各変形例に係る光モジュール１０は、他の変形例に特有の構成要素を併せて有するものとしてもよい。また、実施例、変形例毎の組合せについても、２つに限らず、３つ以上の組合せ等、任意の形態を採ることが可能である。例えば、上記実施例に係る光モジュール１０が、変形例２に係るＴＥＣピン１９ｍ、１９ｎと、電力供給線Ｐ１、Ｐ２と、ＴＥＣ電極１９ｍ−１、１９ｎ−１とを、ＦＰＣ１９の表面上に有するものとしてもよい。更に、１つの光モジュール１０が、両立可能な範囲内で、上記実施例及び変形例１、２において説明した全ての構成要素を併有するものとしてもよい。
１０ 光モジュール
１１ パッケージ
１２ ＰＢＣ
１３ 結晶基板
１４、１４ａ、１４ｂ 光導波路
１５、１６ 電極
１７ ＴＥＣ
１８ 中継基板
１８ａ〜１８ｄ ＲＦピン
１９ ＦＰＣ
１９ａ〜１９ｌ ＤＣピン
１９ａ−１〜１９ｌ−１ ＤＣ電極
１９ｍ、１９ｎ ＴＥＣピン
１９ｍ−１、１９ｎ−１ ＴＥＣ電極
１００ 送信機
１０１ データ生成回路
１０１ａ ドライバ
１０２ 光変調器
１０２ａ ＬＤ
１０３ 光ファイバ
Ｆ１ 光ファイバ
Ｐ１、Ｐ２ 電力供給線
Ｓ１ 半田
Ｔ１〜Ｔ５ スルーホール
Ｗ１、Ｗ２ 表面配線
Ｗ３、Ｗ４、Ｗ５ 裏面配線

Claims (6)

  1. 第１端子と、
    基板上の複数の第２端子と、
    前記基板上において、前記複数の第２端子よりも電極側に配置された複数の第３端子と、
    前記複数の第２端子から、前記第１端子の反対側を通って前記電極に達する複数の配線と
    を有することを特徴とする光モジュール。
  2. 前記複数の配線は、前記複数の第３端子の内、前記第１端子から最も遠い第３端子を迂回する様に形成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。
  3. 前記第１端子は、ＲＦ（Radio Frequency）信号の入力端子であり、
    前記複数の第２端子及び前記複数の第３端子は、ＤＣ（Direct Current）信号の入力端子であることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
  4. 前記複数の配線は、前記基板の表面と裏面とに交互に形成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。
  5. 前記第１端子と前記複数の第２端子との間の前記基板上に、第４端子を更に有することを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
  6. 前記第４端子からの配線は、前記複数の配線よりも太く形成されることを特徴とする請求項５に記載の光モジュール。
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