JP2015206818A - 光通信モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】光通信モジュール内におけるデジタル信号の伝送距離を短くする。【解決手段】光通信モジュールは、互いに波長の異なる光信号を出射する複数の半導体レーザ３０と、複数の半導体レーザ３０をそれぞれ駆動する複数のドライバＩＣ４０と、半導体レーザ３０及びドライバＩＣ４０の双方が実装された基板２０と、を有する。半導体レーザ３０は、基板２０の第１面２０ａに実装され、ドライバＩＣ４０は、第１面２０ａと反対側の基板２０の第２面２０ｂに実装されている。【選択図】図２

Description

本発明は光通信モジュールに関し、特に波長分割多重通信（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）に用いられる光通信モジュールに関する。

ＷＤＭ用の各種光通信モジュールが開発されており、ＷＤＭ用の光トランシーバはその１つである。例えば、複数の光源から出射された互いに波長の異なる複数の光信号を多重化する光送信サブアセンブリ（ＴＯＳＡ：Transmitter Optical Sub Assembly）を備えたＷＤＭ用の光トランシーバが開発され、実用化されている。

従来の光送信サブアセンブリは、互いに波長の異なる光信号を出力する複数の発光素子と、これら発光素子を駆動する複数の駆動素子と、を有する。複数の発光素子は第１基板に実装され、複数の駆動素子は、第１基板とは別の第２基板に実装されており、第１基板と第２基板とがフレキシブル配線基板等を介して接続されている（特許文献１）。

特開２００８−２０３４２７号公報

近年、光トランシーバを含むＷＤＭ用光通信モジュールの通信速度の高速化が進んでいる。現在、ＷＤＭ用光通信モジュールの通信速度は１０〜４０Ｇｂｉｔ／ｓｅｃ前後であるが、今後は１００Ｇｂｉｔ／ｓｅｃ前後にまで高速化されることが予想される。

ここで、高速デジタル信号は電気伝送における損失が大きい。このため、ＷＤＭ用光通信モジュールの通信速度の高速化を実現するためには、モジュール内におけるデジタル信号の伝送距離（電気伝送距離）をなるべく短くする必要がある。

しかし、特許文献１に記載されている光送信サブアセンブリのように、発光素子と駆動素子とが別々の基板に実装されていると、発光素子と駆動素子との間の伝送距離が長くなる。この結果、通信速度の高速化に伴って、発光素子と駆動素子との間におけるデジタル信号の損失が無視できない程度の大きさになる虞がある。

本発明の目的は、光通信モジュール内における発光素子と駆動素子との間のデジタル信号の伝送距離を短くすることである。

本発明の光通信モジュールは、多重光信号を出力する光通信モジュールである。この光通信モジュールは、互いに波長の異なる光信号を出射する複数の発光素子と、前記複数の発光素子をそれぞれ駆動する複数の駆動素子と、前記発光素子及び前記駆動素子の双方が実装された基板と、を有する。そして、前記発光素子は、前記基板の第１面に実装される。また、前記駆動素子は、前記第１面と反対側の前記基板の第２面に実装される。

本発明の一態様では、前記基板が筐体に収容される。そして、前記駆動素子の表面と前記筐体の第１の内面とが、熱伝導部材を介して熱的に接続される。

本発明の他の態様では、前記複数の発光素子は、前記筐体の長手方向に沿って一列に配置され、それぞれの前記発光素子は、前記筐体の前記第１の内面と対向する第２の内面に向けて光信号を出射する。

本発明の他の態様では、前記複数の発光素子は、前記基板の前記第１面に表面実装され、それぞれの前記駆動素子は、駆動対象である前記発光素子と前記基板を挟んで対向する位置に実装される。

本発明によれば、光通信モジュール内における発光素子と駆動素子との間のデジタル信号の伝送距離が短縮される。

本発明が適用された光トランシーバの斜視図である。 図１に示されるＡ−Ａ線に沿った断面図であって、光送信アセンブリの概略構造を模式的に示す断面図である。 図２の部分拡大図である。 筐体内における基板，半導体レーザ及びドライバＩＣの配置状態を模式的に示す断面図である。 半導体レーザの他の実装方式を示す拡大図である。

以下、本発明が適用された光通信モジュールの一例について図面を参照しながら詳細に説明する。以下に説明する光通信モジュールは、ＱＳＦＰ＋（Quad Small Form-factor Pluggable Plus）規格に準拠したＷＤＭ用光トランシーバであって、互いに波長の異なる複数の光信号が合波された多重光信号を出力する。

図１に示されるように、本実施形態に係る光トランシーバ１は、上ケース２と下ケース３とから構成される筐体４を有する。筐体４は、全体として略直方体の外観を呈し、ＱＳＦＰ＋規格に準拠した寸法を有する。筐体４の長手方向一端には光アダプタ５が設けられ、筐体４の長手方向他端にはカードエッジ６が設けられている。尚、カードエッジは“エッジコネクタ”と呼ばれることもある。以下の説明では、筐体４の長手方向両端部のうち、光アダプタ５が設けられている一端部を“フロント側”、カードエッジ６が設けられている他端部を“リア側”と呼ぶ場合がある。すなわち、光アダプタ５は、筐体４のフロント側に設けられており、カードエッジ６は筐体４のリア側に設けられている。

光アダプタ５には、不図示の光ファイバケーブルの一端に装着されている光コネクタが差し込まれる２つの差込口５ａ，５ｂが設けられている。一方の差込口５ａは送信用（ＴＸ）であり、他方の差込口５ｂは受信用（ＲＸ）である。また、カードエッジ６が不図示のネットワーク機器（ルータやサーバ等）が備えるスロットに挿入されると、光トランシーバ１とネットワーク機器とが接続される。光トランシーバ１は、接続されたネットワーク機器から入力された電気信号を光信号に変換し、送信用の差込口５ａに接続されている光ファイバケーブルへ出力する一方、受信用の差込口５ｂに接続されている光ファイバケーブルから入力された光信号を電気信号に変換してネットワーク機器へ出力する。

筐体４の内部には、上記のような光電変換を実現するための光送信サブアセンブリ（TOSA：Transmitter Optical Sub-Assembly）及び光受信サブアセンブリ（ROSA：Receiver Optical Sub-Assembly）が収容されている。

図２は、図１に示されるＡ−Ａ線に沿った模式的断面図であって、筐体４に収容されている光送信サブアセンブリ１１の概略構造が示されている。光送信サブアセンブリ１１は、筐体４に収容された基板２０と、基板２０に実装された発光素子としての半導体レーザ３０と、駆動素子としてのドライバＩＣ４０と、を有する。以下、具体的に説明する。

基板２０は、平面視において略長方形のリジッド基板であって、フレキシブル配線基板２１を介してカードエッジ６と電気的に接続されている。基板２０の一面（第１面２０ａ）には、互いに発振波長の異なる第１半導体レーザ３１，第２半導体レーザ３２，第３半導体レーザ３３及び第４半導体レーザ３４が実装されている。一方、第１面２０ａと反対側の基板２０の他の一面（第２面２０ｂ）には、第１ドライバＩＣ４１，第２ドライバＩＣ４２，第３ドライバＩＣ４３及び第４ドライバＩＣ４４が実装されている。以下の説明では、第１半導体レーザ３１，第２半導体レーザ３２，第３半導体レーザ３３及び第４半導体レーザ３４を“半導体レーザ３０”と総称する場合がある。また、第１ドライバＩＣ４１，第２ドライバＩＣ４２，第３ドライバＩＣ４３及び第４ドライバＩＣ４４を“ドライバＩＣ４０”と総称する場合がある。

それぞれの半導体レーザ３０は、レーザダイオードと、レーザダイオードから出射される光信号としてのレーザ光を集光させるレンズと、レーザダイオード及びレンズを収容し、これらを一体化する金属パッケージと、を有する。すなわち、それぞれの半導体レーザ３０は、ＴＯ−ＣＡＮパッケージである。

図３に示されるように、第１半導体レーザ３１，第２半導体レーザ３２，第３半導体レーザ３３及び第４半導体レーザ３４は、基板２０の長手方向に沿ってこの順で一列に配置されている。ここで、基板２０の長手方向は、筐体４の長手方向と一致している。すなわち、第１半導体レーザ３１，第２半導体レーザ３２，第３半導体レーザ３３及び第４半導体レーザは３４、筐体４の長手方向に沿ってこの順で一列に配置されている。

第１半導体レーザ３１の発振波長はλ１[ｎｍ]、第２半導体レーザ３２の発振波長はλ２[ｎｍ]、第３半導体レーザ３３の発振波長はλ３[ｎｍ]、第４半導体レーザ３４の発振波長はλ４[ｎｍ]である。これら発振波長の大小関係は、λ１＜λ２＜λ３＜λ４である。すなわち、それぞれの半導体レーザ３０は、互いに波長の異なる光信号を出射する。具体的には、第１半導体レーザ３１は波長がλ１[ｎｍ]の光信号を出射し、第２半導体レーザ３２は波長がλ２[ｎｍ]の光信号を出射し、第３半導体レーザ３３は波長がλ３[ｎｍ]の光信号を出射し、第４半導体レーザ３４は波長がλ４[ｎｍ]の光信号を出射する。以下の説明では、第１半導体レーザ３１から出射される光信号を“第１の光信号”と呼ぶ。また、第２半導体レーザ３２から出射される光信号を“第２の光信号”と呼び、第３半導体レーザ３３から出射される光信号を“第３の光信号”と呼び、第４半導体レーザ３４から出射される光信号を“第４の光信号”と呼ぶ。

第１ドライバＩＣ４１，第２ドライバＩＣ４２，第３ドライバＩＣ４３及び第４ドライバＩＣ４４は、半導体レーザ３０と同様に、基板２０（筐体４）の長手方向に沿ってこの順で一列に配置されている。

第１ドライバＩＣ４１の駆動対象は第１半導体レーザ３１であり、第２ドライバＩＣ４２の駆動対象は第２半導体レーザ３２であり、第３ドライバＩＣ４３の駆動対象は第３半導体レーザ３３であり、第４ドライバＩＣ４４の駆動対象は第４半導体レーザ３４である。

対応する半導体レーザ３０とドライバＩＣ４０とは、基板２０に形成されているスルーホール及び配線層を介して電気的に接続されている。具体的には、それぞれの半導体レーザ３０は４本のリードピン３５を備えている。一方、基板２０には、各半導体レーザ３０に対応したスルーホール群が設けられている。それぞれのスルーホール群は、４つのスルーホール２２を含む。それぞれのスルーホール２２は基板２０を貫通しており、基板２０の第１面２０ａに搭載されている半導体レーザ３０から突出する４本のリードピン３５が、対応するスルーホール群に含まれる４つのスルーホール２２に挿入されている。各スルーホール２２に挿入されている各リードピン３５の端部は、基板２０を貫通し、基板２０の第２面２０ｂから僅かに突出している。すなわち、本実施形態における半導体レーザ３０は、基板２０にスルーホール実装されている。尚、４本のリードピン３５の１本はアノード用、他の１本はカソード用、他の１本はモニタ用、他の１本はグランド用である。もっとも、アノード用又はカソード用のリードピンがグランド用のリードピンを兼ねている場合もある。また、モニタ用のリードピンが省略されている場合もある。

上記のようにして半導体レーザ３０と接続されているドライバＩＣ４０は、駆動対象である半導体レーザ３０に電気信号（駆動信号）を出力して、該半導体レーザ３０を駆動する。

図４に示されるように、筐体４は対向する第１の内面４ａ及び第２の内面４ｂを備えている。これら第１の内面４ａ及び第２の内面４ｂは、筐体４の長手方向に沿って延びている。そこで、以下の説明では、第１の内面４ａと第２の内面４ｂの対向方向を光トランシーバ１の“高さ方向”と定義し、第１の内面４ａ及び第２の内面４ｂの延存方向（＝筐体４の長手方向）を光トランシーバ１の“長さ方向”と定義し、高さ方向及び長さ方向と直交する方向を光トランシーバ１の“幅方向”と定義する。理解を容易にすべく、上記３つの方向を示す矢印を図１に示す。また、以下の説明では、筐体４の第１の内面４ａを“天井面４ａ”と呼び、第２の内面４ｂを“底面４ｂ”と呼ぶ。

図４に示されるように、基板２０は、ドライバＩＣ４０の表面（上面）が筐体４の天井面４ａと対向し、かつ、半導体レーザ３０の出射端面が筐体４の底面４ｂと対向する向きで筐体４に収容されている。そして、対向するドライバＩＣ４０の表面（上面）と筐体４の天井面４ａとの間には熱伝導部材（本実施形態では放熱シート５０）が介在している。換言すれば、ドライバＩＣ４０と筐体４とは、熱伝導部材としての放熱シート５０を介して熱的に接続されている。

一方、半導体レーザ３０は、筐体４の底面４ｂに向けて光信号を出射する。すなわち、半導体レーザ３０の出射方向は、図１に示される光トランシーバ１の高さ方向と一致している。

再び図４を参照する。半導体レーザ３０と筐体４の底面４ｂとの間には、半導体レーザ３０から出射される光信号を合波するための波長選択フィルタや反射ミラーが配置されている。具体的には、第１半導体レーザ３１と底面４ｂとの間には、第１波長選択フィルタ６１が配置され、第２半導体レーザ３２と底面４ｂとの間には、第２波長選択フィルタ６２が配置され、第３半導体レーザ３３と底面４ｂとの間には、第３波長選択フィルタ６３が配置され、第４半導体レーザ３４と底面４ｂとの間には反射ミラー６４が配置されている。

反射ミラー６４は、第４半導体レーザ３４から出射される第４の光信号を反射して第３波長選択フィルタ６３に入射させる。第３波長選択フィルタ６３は、第３半導体レーザ３３から出射される第３の光信号を反射して第２波長選択フィルタ６２に入射させるとともに、第４の光信号を透過させて第２波長選択フィルタ６２に入射させる。第２波長選択フィルタ６２は、第２半導体レーザ３２から出射される第２の光信号を反射して第１波長選択フィルタ６１に入射させるとともに、第３の光信号及び第４の光信号を透過させて第１波長選択フィルタ６１に入射させる。第１波長選択フィルタ６１は、第１半導体レーザ３１から出射される第１の光信号を反射するとともに、第２の光信号，第３の光信号及び第４の光信号を透過させる。すなわち、第１波長選択フィルタ６１からは、第１の光信号，第２の光信号，第３の光信号及び第４の光信号が波長分割多重された多重光信号が出射される。

以上のように、本実施形態では、半導体レーザ３０とドライバＩＣ４０の双方が共通の基板２０に実装されている。したがって、半導体レーザ３０とドライバＩＣ４０との間におけるデジタル信号の伝送距離が従来よりも短縮され、デジタル信号の劣化が抑制される。さらに、半導体レーザ３０及びドライバＩＣ４０が一列に配置されているので、これらが複数列に亘って配置されている場合に比べて、デジタル信号の伝送距離が短縮される。

尚、通信速度の高速化に伴って発光素子の駆動速度も高速化し、発光素子及び駆動素子の発熱量が増大する。したがって、発光素子と駆動素子との間の伝送距離の短縮と併せて、発光素子及び駆動素子の放熱効率の向上も考慮することが好ましい。この点、本実施形態では、駆動素子（ドライバＩＣ４０）と筐体４とが放熱シート５０を介して熱的に接続されている。したがって、ドライバＩＣ４０の熱が効率良く放熱される。また、ドライバＩＣ４０と同一の基板２０に実装されている発光素子（半導体レーザ３０）の熱も基板２０及びドライバＩＣ４０を介して効率良く放熱される。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、図５に示されるように、半導体レーザ３０を基板２０の第１面２０ａに表面実装してもよい。この場合、半導体レーザ３０のリードピン３５（図３）が基板２０の第２面２０ｂから突出することがない。よって、ドライバＩＣ４０を基板２０の第２面２０ｂ上であって、半導体レーザ３０の真上に配置することができる。すなわち、ドライバＩＣ４０と半導体レーザ３０とを基板２０を挟んで互いに対向する位置に配置することができる。この結果、基板２０の幅方向の寸法を小さくすることが可能となり、基板２０を収容する筐体４の同方向の寸法も小さくすることができる。

１ 光トランシーバ
４ 筐体
４ａ 第１の内面（天井面）
４ｂ 第２の内面（底面）
１１ 光送信サブアセンブリ
２０ 基板
２０ａ 第１面
２０ｂ 第２面
２１ フレキシブル配線基板
２２ スルーホール
３０ 半導体レーザ
３１ 第１半導体レーザ
３２ 第２半導体レーザ
３３ 第３半導体レーザ
３４ 第４半導体レーザ
３５ リードピン
５０ 放熱シート
６１ 第１波長選択フィルタ
６２ 第２波長選択フィルタ
６３ 第３波長選択フィルタ
６４ 反射ミラー
４０ ドライバＩＣ
４１ 第１ドライバＩＣ
４２ 第２ドライバＩＣ
４３ 第３ドライバＩＣ
４４ 第４ドライバＩＣ

Claims (4)

1. 多重光信号を出力する光通信モジュールであって、
   互いに波長の異なる光信号を出射する複数の発光素子と、
   前記複数の発光素子をそれぞれ駆動する複数の駆動素子と、
   前記発光素子及び前記駆動素子の双方が実装された基板と、を有し、
   前記発光素子は、前記基板の第１面に実装され、
   前記駆動素子は、前記第１面と反対側の前記基板の第２面に実装されている、
   光通信モジュール。
2. 請求項１に記載の光通信モジュールであって、
   前記基板が収容された筐体を有し、
   前記駆動素子の表面と前記筐体の第１の内面とが、熱伝導部材を介して熱的に接続されている、
   光通信モジュール。
3. 請求項２に記載の光通信モジュールであって、
   前記複数の発光素子は、前記筐体の長手方向に沿って一列に配置され、
   それぞれの前記発光素子は、前記筐体の前記第１の内面と対向する第２の内面に向けて光信号を出射する、
   光通信モジュール。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の光通信モジュールであって、
   前記複数の発光素子は、前記基板の前記第１面に表面実装され、
   それぞれの前記駆動素子は、駆動対象である前記発光素子と前記基板を挟んで対向する位置に実装されている、
   光通信モジュール。

Images