JP2015200748A - 光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】配線の引き回し部を設ける必要がなく、高周波信号の劣化がない小型の光モジュールを提供する。
【解決手段】高周波信号の供給が必要な光機能部材をパッケージに収容した光モジュールにおいて、前記パッケージの内部底面には、前記光機能部材を載置するための凸部が設けられており、前記パッケージの底面から前記凸部を貫通して設けられた電気コネクタを備え、前記光機能部材に形成された、前記高周波信号を入力するためのパッドと、前記電気コネクタの端子とが接続される。
【選択図】図５

Description

本発明は、光モジュールに関し、より詳細には、光ファイバとの接続を考慮して小型化を図った光モジュールに関する。

近年、通信トラフィックの増大に伴い、幹線系の光伝送ネットワークにおいては、光ファイバ１本当たりに、より多くのデータを伝送する大容量伝送が求められている。これを実現する手段として、周波数利用効率の向上と長距離伝送とを実現するための多値変調技術およびデジタルコヒーレント受信技術が注目されている。多値変調方式においては、光の位相を考慮した高機能な光変調器の実現が必須となる。

光変調器とは、電気信号を光の強弱信号などに変換する、光通信の基幹デバイスの一つであり、一般に高速・低損失・低消費電力・小型・高信頼性が求められている。光変調器を実現する方式は、直接変調方式と外部変調方式とに分類される。高速・基幹ネットワークにおいては、高速性と長距離伝送性といった点から、外部変調方式が主流である。外部変調方式を適用した光変調器においては、電気光学効果（以下、ＥＯという）を利用したＬｉＮｂＯ_３（ニオブ酸リチウム、以下、ＬＮという）などの誘電体材料、半導体材料または有機材料、電界吸収効果を用いた半導体材料などが用いられている（例えば、非特許文献１参照）。

一方、多値変調方式の光変調器においては、光の偏波などを積極的に利用する必要があるため、それらを分波・合波する受動的な光回路を備える必要がある。しかしながら、ＬＮ、半導体材料の光学的特性は、ガラス材料と比較して、低損失性、光ファイバとの接続性の観点から劣るため、機能向上に課題があった。

受動的な光回路を、低損失で実現するデバイスとして、石英ガラスをＳｉ基板などの上に堆積させた平面光波回路（Planer Lightwave circuit、以下、ＰＬＣという）が知られている。石英ガラス系材料からなる石英ＰＬＣの優れた光学的特性を利用し、石英ＰＬＣと、ＬＮ等の誘電体材料または半導体材料、有機材料などからなる光機能部材とを組み合わせる技術が注目されている。

このような光変調器においては、石英ＰＬＣのチップと光機能部材のチップとの間の光入出力部が、適切に接続されて一体化されている。２つ以上のチップを集積したものを、１つのデバイス（以下、マルチチップ集積デバイスという）として扱い、外部との光入出力を行う光ファイバとマルチチップ集積デバイスとを接続する。マルチチップ集積デバイスを用いた光変調器の代表的な例としては、石英ＰＬＣとＬＮ導波路とを組み合わせた変調器（以下、石英−ＬＮ変調器という）が知られている。

ここで、マルチチップ集積デバイスを通信装置内のボードに搭載する際、一般的に、信頼性、ガスバリア性などの観点から、金属、セラミックなどからなるパッケージ、ケースなどに収容している。光ファイバとマルチチップ集積デバイスとは、ガラスなどからなるファイバ接続部品により接着固定される方法が一般的である。光ファイバは、パッケージまたはケースのパイプ部を貫通して、マルチチップ集積デバイスと接続される。光ファイバに金属皮膜を付したメタルコートファイバを用いて、パイプ部をハンダ封止したり、光ファイバを接着剤などにより固定するなどして、封止することが多い。

特開平２―７３２０７号公報

永田裕俊他、「高速光通信用ＬｉＮｂＯ３変調器の信頼性」、日本信頼性学会、ＲＥＡＪ誌、Vol.21, No.2, pp.86-93、１９９９年

図１は、従来の石英−ＬＮ変調器の構成を示す上面図である。図２は、ＬＮ変調器の光導波路に沿って切断した断面図である。石英−ＬＮ変調器１０は、両端部に石英ＰＬＣ１３ａ，１３ｂを接続したＬＮ変調器１２を、パッケージ１１に収容している。光ファイバ１４ａ，１４ｂは、接続用端面２１ａ，２１ｂにおいて、ファイバ接続部品２０ａ，２０ｂにより、石英ＰＬＣ１３ａ，１３ｂに接続され、パッケージ１１のパイプ部２２ａ，２２ｂに固定されている。なお、補強板１５ａ，１５ｂおよび１５e，１５ｆは、ファイバ接続部品と石英ＰＬＣとの接続、石英ＰＬＣとＬＮ変調器との接続において、接着面積を確保して、接続を強固にするためのガラスブロックであり、補強板１５ｃ，１５ｄはＬＮである。

また、光デバイスの接続部とパイプ部との間で、光ファイバを一定の長さ座屈させ、温度変化に伴う機械的信頼性の低下を軽減する構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。図１を例にすると、光ファイバ１４ａ，１４ｂに、一定の長さ座屈させたファイバ余長部２３ａ，２３ｂをそれぞれ設ける。

図３は、ＬＮ変調器をパッケージに収容したときの電気的な接続を説明するための斜視図である。ＬＮ変調器１２には、光導波路３１が形成され、本例では、マッハツェンダ干渉計型の変調器が形成されている。この変調器は、干渉計の２本のアーム導波路のそれぞれに沿って、変調用の進行波電極３２ａ，３２ｂが形成されている。進行波電極３２ａ，３２ｂへの高周波信号の供給は、パッケージ１１（図３では図示を省略）の側壁を貫通して設けられたＧＰＰＯ（登録商標）コネクタ３３ａ，３３ｂを、進行波電極３２ａ，３２ｂの一端に接続することによって行う。進行波電極３２ａ，３２ｂの他端は、終端抵抗３４ａ，３４ｂ（５０Ω）が接続されて、終端されている。

ＧＰＰＯ（登録商標）コネクタ３３は、特性インピーダンス５０Ωの高周波信号用の電気コネクタであり、３．６ｍｍのピッチ間隔でパッケージ１１の側壁に設けられている。ここで、干渉計の２本のアーム導波路のそれぞれに印加する高周波信号の位相を整合させる必要があることから、図３に示したように、ＧＰＰＯ（登録商標）コネクタ３３から進行波電極３２までの距離が等しくなるように、配線の引き回し部３５が必要になる。

このような配線の引き回しは、レイアウトが複雑になるとともに、高周波信号の劣化の原因となるという問題があった。また、コネクタと基板配線との接続部、および終端抵抗と基板配線との接続部は、ボンディングワイヤ、ジャンパ線を用いることになり、高周波信号の劣化が生ずるという問題もあった。

本発明の目的は、配線の引き回し部を設ける必要がなく、高周波信号の劣化がない小型の光モジュールを提供することにある。

このような目的を達成するために、本発明の実施態様は、高周波信号の供給が必要な光機能部材をパッケージに収容した光モジュールにおいて、前記パッケージの内部底面には、前記光機能部材を載置するための凸部が設けられており、前記パッケージの底面から前記凸部を貫通して設けられた電気コネクタを備え、前記光機能部材に形成された、前記高周波信号を入力するためのパッドと、前記電気コネクタの端子とが接続されることを特徴とする。

本発明によれば、電気コネクタの端子と光機能部材に形成されたパッドとが直接接続されるので、配線の引き回し、接続部における高周波信号の劣化がない。また、配線の引き回し部を別途設ける必要がないので、光モジュールの小型化も図ることができる。

従来の石英−ＬＮ変調器の構成を示す上面図である。 従来の石英−ＬＮ変調器の構成を示す断面図である。 ＬＮ変調器をパッケージに収容したときの電気的な接続を説明するための斜視図である。 本発明の一実施形態にかかる光モジュールの構成を示す図である。 ＬＮ変調器をパッケージに収容したときの電気的な接続を説明するための断面図である。 光モジュールの実装方法を説明するための断面図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。本実施形態においては、説明を簡易にするためにＬＮ変調器のみを実装する光モジュールを例に説明するが、高周波信号の供給が必要な光機能部材を収容する光モジュールであれば、いずれにも本発明を適用することができる。また、ＬＮ変調器の両端部または片端部に平面光波回路（ＰＬＣ）を接続した光機能部材が一体化されたマルチチップ集積デバイスにも適用できることは明らかである。

図４に、本発明の一実施形態にかかる光モジュールの構成を示す。ＬＮ変調器１１２は、マッハツェンダ干渉計型の変調器であり、ＬＮ変調器１１２の基板に形成された光導波路１３１は、両端部のファイバブロック１２０ａ，１２０ｂを介して光ファイバ１１４ａ，１１４ｂと接続されている。干渉計の２本のアーム導波路のそれぞれに沿って、変調用の進行波電極１３２ａ，１３２ｂが形成されている。進行波電極１３２ａ，１３２ｂの一端は、コネクタ接続用パッド１３６ａ，１３６ｂであり、他端には、終端抵抗１３４ａ，１３４ｂ（５０Ω）が接続されている。

パッケージ１１１の内部底面には、ＬＮ変調器１１２の基板を載置するための凸部が設けられている。ＬＮ変調器１１２は、進行波電極１３２ａ，１３２ｂが形成された面（基板表面）と、パッケージ１１１の凸部とを対向させて実装する。すなわち、図１，２に示した従来の実装方法とは、基板の表裏を逆にして実装する。

パッケージ１１１は、リッド１４１を溶接することにより封止される。パッケージ１１１の両端には、光ファイバ１１４を固定するためのトラフ１２２ａ，１２２ｂが設けられており、リッド１４１に付された半田１４２により、光ファイバ１１４を固定し、封止する。

図５は、ＬＮ変調器をパッケージに収容したときの電気的な接続を説明するための断面図である。図４に示したｖ−ｖ’の断面図である。進行波電極１３２ａ，１３２ｂへの高周波信号の供給は、パッケージ１１１の底面から凸部を貫通して設けられたＧＰＰＯ（登録商標）コネクタ１３３ａ，１３３ｂを、進行波電極１３２ａ，１３２ｂのコネクタ接続用パッド１３６ａ，１３６ｂに接続することによって行う。

パッケージ１１１の凸部には、図４に示したように、進行波電極１３２、終端抵抗１３４およびコネクタ接続用パッド１３６を収容できるような溝１３７が設けられている。また、パッケージ１１１の凸部とＬＮ変調器１１２の基板とに、位置合わせ用のマーカ１３８，１３９が設けられている。マーカは、溝１３７の底面から突出するＧＰＰＯ（登録商標）コネクタ１３３の端子が、コネクタ接続用パッド１３６と接触するように、パッケージと基板のそれぞれに、勘合するように設けられた凹凸部である。この他、基板の貫通孔とパッケージ底面の凸部とを勘合させたり、ＬＮ変調器１１２の基板は透明であることから、パッケージと基板のそれぞれにマークを印刷するなど、様々なマーカを用いることができる。

パッケージ１１１の凸部とＬＮ変調器１１２とは、接着剤により固定する。ＧＰＰＯ（登録商標）コネクタ１３３の端子とコネクタ接続用パッド１３６との電気的な接続を確実にするため、コネクタ接続用パッド１３６周辺の溝１３７には、導電性のペーストを充填しておくこともできる。

本実施形態によれば、コネクタ１３３の端子と進行波電極１３２とは、コネクタ接続用パッド１３６を介して直接接続される。コネクタ接続用パッド１３６の位置は、干渉計の２本のアーム導波路のそれぞれに印加する高周波信号の位相が整合する位置に設けられているので、配線の引き回し部を別途設ける必要がない。また、終端抵抗１３４も、ＬＮ変調器１１２の基板上に実装し、進行波電極１３２と直接接続するので、配線を設ける必要がない。従って、配線の引き回し、接続部における高周波信号の劣化が生じない。さらに、配線の引き回し部を設ける必要がなく、光モジュールの小型化も図ることができる。

図６を参照して、本実施形態にかかる光モジュールの実装方法を説明する。光モジュール１１０は、両端部にファイバブロック１２０ａ，１２０ｂを接続したＬＮ変調器１１２を、パッケージ１１１に収容している。光ファイバ１４ａ，１４ｂは、ファイバブロック１２０ａ，１２０ｂにより、ＬＮ変調器１１２の光導波路に接続され、パッケージ１１１のトラフ１２２ａ，１２２ｂに固定されている。パッケージ１１１は、ステンレス（ＳＵＳ３０３）製であり、両端のトラフ１２２を含む全長は９６ｍｍである。

ＬＮ変調器１１２は、マッハツェンダ干渉計型の変調器であり、干渉計の２本のアーム導波路のそれぞれに沿って、変調用の進行波電極が形成されている。進行波電極への給電は、パッケージ１１１の底面を貫通して設けられたＧＰＰＯ（登録商標）コネクタ１３３を、進行波電極のコネクタ接続用パッドに接続することによって行う。パッケージ１１１の幅（ＬＮ変調器１１２の光軸に直交する方向）は９ｍｍであり、ＧＰＰＯ（登録商標）コネクタ１３３を、３．６ｍｍのピッチ間隔で２個配置している。

パッケージ１１１の底面からＬＮ変調器１１２の実装面までの厚さは４．５ｍｍである。従来の光モジュールでは、パッケージに設けたパイプ部に光ファイバを通していたが、本実施例の光モジュールでは、光ファイバの実装位置がパッケージの底面から高くなることから、パッケージに設けたトラフを通すこととした。これにより、光ファイバを接続したＬＮ変調器をパッケージに実装することが容易になる。また、半田付のリッドを用意することにより、トラフの封止、パッケージ全体の封止も容易になる。

本実施形態では、光機能部材としては、ＬＮ以外の誘電材料、例えば、ＬｉＴａＯ_３（ＬＴ）からなるＬＴ変調器を用いても、同様の作用効果を奏することができる。さらに、半導体材料であるＧａＮからなるＧａＮ変調器、ＩｎＰからなるＩｎＰ変調器を用いても、それらの高いＥＯ効率を活かしたまま、同等の作用効果を得ること、および、有機ＥＯ材料を用いても、その高速応答性の利点を低減させることなく、同等の作用効果を得ることができる。

光機能部材は、本実施形態で示した変調機能に限られず、例えば、有機材料、半導体材料からなるＥＯスイッチ導波路や光−光スイッチ導波路、Ｓｉからなる熱光学スイッチ導波路を用いることもできる。これらの場合でも、光スイッチ機能を維持したまま、パッケージの長手方向の短尺化を図ることが可能である。

１０ 石英−ＬＮ変調器
１１，１１１ パッケージ
１２，１１２ ＬＮ変調器
１３ 石英ＰＬＣ
１４，１１４ 光ファイバ
２０ ファイバ接続部品
２１ 接続用端面
２２ パイプ部
２３ ファイバ余長部
２４，１４２ 半田
１２０ ファイバブロック
１２２ トラフ
１３１ 光導波路
１３２ 進行波電極
１３３ ＧＰＰＯ（登録商標）コネクタ
１３４ 終端抵抗
１３６ コネクタ接続用パッド
１３７ 溝
１３８，１３９ マーカ
１４１ リッド

Claims (5)

1. 高周波信号の供給が必要な光機能部材をパッケージに収容した光モジュールにおいて、
   前記パッケージの内部底面には、前記光機能部材を載置するための凸部が設けられており、前記パッケージの底面から前記凸部を貫通して設けられた電気コネクタを備え、
   前記光機能部材に形成された、前記高周波信号を入力するためのパッドと、前記電気コネクタの端子とが接続されることを特徴とする光モジュール。
2. 前記光機能部材は、光変調器であり、
   前記パッドには、前記光機能部材の光導波路に沿って形成された進行波電極の一端が接続されていることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
3. 前記光変調器は、マッハツェンダ干渉計型の変調器であり、
   前記パッドは、干渉計の複数のアーム導波路に沿って形成された進行波電極に、それぞれに供給される高周波信号の位相が整合するように設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の光モジュール。
4. 前記電気コネクタの端子と前記パッドとは、導電性ペーストを介して接続されることを特徴とする請求項１、２または３に記載の光モジュール。
5. 前記光機能部材は、石英ガラス系材料、誘電体材料、半導体材料または有機材料のうちのいずれかであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の光モジュール。

Images