JP2016050998A - 光変調器、及び光スイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】電気信号の透過特性の劣化を抑制することができる光変調器を提供すること。【解決手段】光変調器は、中継基板と、中継基板の平面上に設けられ、外部から入力される電気信号を中継基板の平面に沿って伝送する第１伝送路と、中継基板に設けられ、平面とは異なる方向に電気信号を伝送する第２伝送路と、第１伝送路及び第２伝送路により伝送された電気信号により光信号を変調する変調部と、第１伝送路と第２伝送路の接合部分から放出される電気信号の放射成分を遮蔽するシールドと、を備える。【選択図】図１

Description

この発明は、光変調器、及び光スイッチに関する。

近年、光送受信機（トランスポンダー）の小型化やコストダウン化が進められている。これに従い、光送受信機内に搭載される光変調器モジュールにおいても、フットプリントサイズの小型化が進むとともに、同軸コネクタの使用が避けられ、複数の信号線をまとめて面実装化し、接続される方式が業界仕様（ＯＩＦ２０１４．０９９．００）となりつつあり、研究・開発が進められている。

これに関連し、信号電極および接地電極を備える光変調器と、光変調器を収容し、光変調器の接地電極と導通する導電性の筐体と、筐体の外壁とハンダまたは導電性接着剤によって接続される接地電極が一面に形成され、信号電極が他面に形成された基板と、光変調器の信号電極と基板の信号電極とを電気的に接続するリードピンとを備える光変調器モジュールが知られている（特許文献１参照）。

また、電気光学効果を有する基板と、基板上に形成された光導波路と、光導波路内を通過する光を変調するための変調電極とを有する光変調素子と、並びに基板の外部に配置され、光変調素子を駆動するマイクロ波信号を光変調素子に供給するための接続基板を含む光変調器において、接続基板上には信号入力端部と信号出力端部とが形成され、信号入力端部に入力されるマイクロ波信号の放射モードが、信号出力端部に再結合するのを抑制する再結像抑制手段を接続基板に設けられた光変調器が知られている（特許文献２参照）。

特開２０１２−４８１２１号公報 特開２００７−１３９９８７号公報

しかしながら、従来の光変調器モジュールでは、基板に設けられたリードピンやビアから鉛直上方又は鉛直下方に向けて筐体内に放出される電気信号の放射成分が筺体の内壁面に反射し引き起こす空洞共振現象によって、光変調器モジュールに入力される電気信号の透過特性を劣化させてしまう場合があった。

そこで本発明は、上記従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、電気信号の透過特性の劣化を抑制することができる光変調器、及び光スイッチを提供する。

本発明の一態様は、中継基板と、前記中継基板の平面上に設けられ、外部から入力される電気信号を前記平面に沿って伝送する第１伝送路と、前記中継基板に設けられ、前記平面とは異なる方向に前記電気信号を伝送する第２伝送路と、前記第１伝送路及び前記第２伝送路により伝送された前記電気信号により光信号を変調する変調部と、前記第１伝送路と前記第２伝送路の接合部分から放出される前記電気信号の放射成分を遮蔽するシールドと、を備える光変調器である。

また、本発明の他の態様は、上記に記載の光変調器であって、前記中継基板と、前記変調部とが設置される筐体を備え、前記シールドは、前記筐体とは別体の部材であり、前記筐体に電気的に接続される、光変調器である。

また、本発明の他の態様は、上記に記載の光変調器であって、前記中継基板とは、複数の層が積層された多層基板である、光変調器である。

また、本発明の他の態様は、上記に記載の光変調器であって、前記シールドとは、少なくとも前記接合部分の前記放射成分の放射側を覆う板状の物体又は前記放射側に架けられるワイヤボンドである、光変調器である。

また、本発明の他の態様は、中継基板と、前記中継基板の平面上に設けられ、外部から入力される電気信号を前記平面に沿って伝送する第１伝送路と、前記中継基板に設けられ、前記平面とは異なる方向に前記電気信号を伝送する第２伝送路と、前記第１伝送路及び前記第２伝送路により伝送された前記電気信号により光信号を変調する変調部と、前記第１伝送路と前記第２伝送路の接合部分から放出される前記電気信号の放射成分を遮蔽するシールドと、前記光信号の出力を切り替えるスイッチと、を備える光スイッチである。

本発明によれば、電気信号の透過特性の劣化を抑制することができる光変調器、及び光スイッチを提供することができる。

第１実施形態に係る光変調器１の構成例を示す断面図である。 図１に示した光変調器１を鉛直上方から鉛直下方に向けて見たときの筐体２内部の一例を示す図である。 図１に示した筐体２の内部の一例を鉛直上方から鉛直下方に向けて見たときの図である。 シールド３−１を備えていない光変調器Ｘの構成例を示す図である。 光変調器ＸがフレキシブルケーブルＣから光変調部チップＬへ伝送するＲＦ信号の透過特性と、ＲＦ信号の振動数の関係の一例を示す図である。 第２実施形態に係る光変調器１の筐体２の内部の一例を鉛直上方から鉛直下方に向けて見たときの図である。 第２実施形態に係るシールド３−１の上面図及び側面図の一例を示す図である。 第３実施形態に係る光変調器１の筐体２の内部の一例を鉛直上方から鉛直下方に向けて見たときの図である。 第３実施形態に係るシールド３−１の側面図の一例を示す図である。 第４実施形態に係るシールド３−１の側面図の一例を示す図である。

＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、第１実施形態に係る光変調器１の構成例を示す断面図である。光変調器１は、例えば、フレキシブルケーブルＣによって外部と接続される。外部とは、他の基板であり、例えば、光通信用の信号源等である。以下では、説明の便宜上、光通信用の信号源を、単に信号源と称して説明する。また、以下では、他の基板が信号源内部に搭載される基板であるとして説明する。光変調器１は、信号源から出力されたＲＦ（Radio Frequency）信号が入力される。光変調器１は、信号源から取得されたＲＦ信号を、中継基板ＢとワイヤボンドＷを介して光変調部チップＬに伝送して光信号を変調する。なお、本実施形態におけるＲＦ信号は、光変調部チップＬによって光信号をマイクロ波の波長に変調する程度の振動数（例えば、数十［ＧＨｚ］程度）であるとするが、他の振動数であってもよい。ＲＦ信号は、電気信号の一例である。

光変調器１は、光変調部チップＬと、筐体２と、５層の中継基板Ｂ１〜Ｂ４と、２枚のシールド３−１、３−２を備える。なお、光変調器１は、５枚以上の中継基板を備えていてもよく、３枚以下の中継基板を備えていてもよい。また、光変調器１は、３枚以上のシールドを備えていてもよく、１枚のみシールドを備えていてもよい。以下では、説明の便宜上、中継基板Ｂ１〜Ｂ４を区別して説明する必要が無い限り、まとめて中継基板Ｂと称して説明する。また、以下では、シールド３−１、３−２を区別して説明する必要が無い限り、まとめてシールド３と称して説明する。

光変調部チップＬは、ニオブ酸リチウムを含む基板を備え、図示しないニオブ酸リチウムを含む基板に図示しない光源から入力される光信号を光変調器１が取得したＲＦ信号によって変調する。光変調部チップＬは、変調部の一例である。
筐体２は、内部に中継基板Ｂと、シールド３と、光変調部チップＬとが設置される金属製の容器である。筐体２は、例えば、ＳＵＳ（Steel Special Use Stainless）材等によって形成される。なお、本実施形態において筐体２は、直方体形状であるとするが、これに代えて、他の形状であってもよい。

中継基板Ｂ１〜Ｂ４はそれぞれ、１以上のビアＶを備えるセラミック製の基板であってＲＦ信号を伝送する伝送路Ｆが設けられた基板である。ここで、伝送路Ｆは、伝送路Ｆ１〜Ｆ１０の総称である。また、中継基板Ｂ１〜Ｂ４は、前述の伝送路Ｆが上層と下層の両層に設けられた基板である。なお、中継基板Ｂ１〜Ｂ４は、伝送路が上層と下層のうちいずれか一方に設けられた基板であってもよい。

ビアＶとは、中継基板Ｂを貫通し、中継基板Ｂの上層の伝送路Ｆと下層の伝送路Ｆを中継するための線路である。また、ビアＶは、図１に示したように中心導体ＣＣとグラウンド導体ＧＣが同軸を中心として同心円状に設けられ、中心導体ＣＣとグラウンド導体ＧＣとの間の空間に誘電体ＤＢ（例えば、アルミナやガラス等）が設けられた同軸線路である。本実施形態において、ビアＶは、例えば、中心導体ＣＣの直径が０．１ミリメートルであり、グラウンド導体ＧＣの内径が１．３６ミリメートルであり、誘電体ＤＢの誘電率が９．８であるが、これに代えて、他の直径や、他の誘電体率であってもよい。ここで、図１にに示した矢印Ｓ１〜矢印Ｓ１２はそれぞれ、ビアＶ１〜ビアＶ１２それぞれの中心導体ＣＣにより伝送されるＲＦ信号の伝送方向を示す。なお、中継基板Ｂ１〜Ｂ４の上層と下層のうちいずれか一方又は両方に設けられた伝送路Ｆは、第１伝送路の一例である。また、ビアＶは、第２伝送路の一例である。

中継基板Ｂ１は、ビアＶ１と、ビアＶ６と、ビアＶ７を備える。中継基板Ｂ２は、ビアＶ２と、ビアＶ５と、ビアＶ８を備える。中継基板Ｂ３は、ビアＶ３と、ビアＶ４と、ビアＶ９と、ビアＶ１０と、ビアＶ１１（図１においてビアＶ１１は、ビアＶ１０に隠れて見えない）を備える。中継基板Ｂ４は、ビアＶ１２を備える。なお、本実施形態において、ビアＶという呼称は、ビアＶ１〜ビアＶ１２のうちのいずれか１つを示す呼称であるとする。

中継基板Ｂは、図１に示したように、筐体２の内部空間の底面側から中継基板Ｂ１、中継基板Ｂ２、中継基板Ｂ３、中継基板Ｂ４の順に積層される。また、中継基板Ｂは、シールド３−２を介して筐体２と接着される。このように接着されることで、中継基板Ｂは、シールド３−１とシールド３−２によって挟まれた構造を有することとなる。このような構造にすることで、光変調器１は、後述するＲＦ信号（すなわち、電気信号）の放射成分による空洞共振現象をより確実に抑制することができる。それに加えて、セラミック製の中継基板Ｂは、金属製の筐体２に直接接着されてしまうと、中継基板Ｂと筐体２の間の熱による体積変化の差によってクラックが生じてしまう場合がある。これを抑制するため、最下層の中継基板Ｂ１は、筐体２とシールド３−２を介して接着されることが望ましい。また、中継基板Ｂ１は、シールド３−２と絶縁体Ｉによって電気的に分離されている。この絶縁体Ｉは、例えば、図１に示したビアＶ６、伝送路Ｆ４、ビアＶ７のうちの一部又は全部とシールド３−２とが電気的に接続されることを抑制する。また、最下層の中継基板Ｂ１は、フレキシブルケーブルＣからガラスリードピン等を介してＲＦ信号が入力可能なように接続される。

以下では、積層された中継基板Ｂ１〜中継基板Ｂ４を、まとめて多層基板と称して説明する。多層基板は、フレキシブルケーブルＣから取得されるＲＦ信号を、中継基板Ｂに設けられた伝送路と、ビアＶと、ワイヤボンドＷとを経由して光変調部チップＬに伝送させる。中継基板を多層化することにより、インピーダンスマッチングを行うために必要とされる電極を集積化することができる。ここで、図１とともに図２を参照して、多層基板によるＲＦ信号の伝送について説明する。図２は、図１に示した光変調器１を鉛直上方から鉛直下方に向けて見たときの筐体２内部の一例を示す図である。なお、図２では、説明の便宜上、シールド３−１を省略している。

ＲＦ信号は、ビアＶを経由することで、多層基板を構成する中継基板Ｂ１〜中継基板Ｂ４のそれぞれに設けられた伝送路Ｆに伝送される。換言すると、ＲＦ信号は、ビアＶを経由することで多層基板を図１において中継基板Ｂが積層される方向（上下方向）に伝送される。また、ＲＦ信号は、図１及び図２に矢印によって示した伝送路Ｆ１〜Ｆ１０を介して、ビアＶ１からビアＶ１２まで伝送される。そして、ＲＦ信号は、ビアＶ１２から中継基板Ｂ４の上層に設けられた伝送路によってワイヤボンドＷまで伝送される。ワイヤボンドＷに伝送されたＲＦ信号は、ワイヤボンドＷを介して光変調部チップＬまで伝送され、光信号を変調する。なお、上記で説明した中継基板Ｂ１〜中継基板Ｂ４のそれぞれにおけるビアＶや伝送路Ｆが設けられる位置や、ビアＶや伝送路Ｆの形状等は、あくまで一例であり、これらに限られるわけではない。また、図２における伝送路Ｆは、図を簡略化するため、ビアＶのグラウンド導体ＧＣと接触しているように示されているが、実際には、ビアＶのグラウンド導体ＧＣと接触しないように中継基板Ｂに設けられる。

シールド３−１は、例えば、図２に示した多層基板の最上層上のほぼ全面を覆う板状の物体である。なお、シールド３−１は、多層基板の複数の層のうちの一部又は全部の間にそれぞれ設置される構成であってもよい。また、シールド３−１の材質は、導電性材料であり、例えば、金、アルミ、銅等である。また、シールド３−１は、筐体２と別体の部材である。ここで、図３を参照して、シールド３−１について説明する。図３は、図１に示した筐体２の内部の一例を鉛直上方から鉛直下方に向けて見たときの図である。図３に示したように、ほぼ全面とは、中継基板Ｂ４の上層のうち、ワイヤボンドＷが設置される位置の近傍Ｎを除く範囲を示す。なお、シールド３−１は、図２に示した多層基板上の全面を覆う板状の物体であってもよい。その場合、多層基板から光変調部チップＬへのＲＦ信号の伝送は、中継基板Ｂの間からワイヤボンドＷによって行われるとする。

また、シールド３−１は、図２に示した各ビアＶの直上から筐体２の内部空間（筐体２の内部の上面）へ向けて放出されるＲＦ信号の放射成分を遮蔽する。なお、ビアＶを直上から見たときのビアＶの面は、電気信号の放射成分の放出面の一例である。ここで、図４を参照して、シールド３−１が遮蔽するＲＦ信号の放射成分について説明する。図４は、シールド３−１を備えていない光変調器Ｘの構成例を示す図である。なお、図４では、伝送路Ｆを省略している。

ビアＶは、光変調器Ｘがシールド３−１を備えていない場合、筐体２の内部空間に対してビアＶの直上方向（図４に示した多層基板を構成する中継基板Ｂ１から中継基板Ｂ４へ向かう方向）にＲＦ信号の放射成分を放出する。以下では、説明の便宜上、ＲＦ信号の放射成分を、単に放射成分と称して説明する。図４における各ビアＶの直上に示した矢印は、この放射成分を示す。各ビアＶからの放射成分の放出は、ビアＶがＲＦ信号を伝送する際、ビアＶがアンテナとして機能してしまうことに起因する現象である。このビアＶの直上方向に放出される放射成分が筐体２の内部空間に放出されると、筐体２は、この放射成分を反射する。

このような反射が起こる時、所定の条件が満たされると、放出された放射成分と、反射された放射成分とが干渉を起こし、空洞共振現象が発生する。前述の所定の条件とは、ＲＦ信号の４分の１波長が、放射成分が放出される位置から、放射成分が反射される位置までの距離（例えば、ビアＶ１２から放出される放射成分の場合、図４に示した高さｈ）と一致する場合である。例えば、高さｈを３ｍｍとした場合、放射成分が再結合される伝送距離は６ｍｍである。この場合、ＲＦ信号の周波数が２５ＧＨｚ付近の時、空洞共振現象が生じ、後述するように空洞共振現象によってＲＦ信号の透過特性が減衰してしまう。

空洞共振現象が発生した場合、共振を起こした放射成分の影響によって、光変調器ＸがフレキシブルケーブルＣから光変調部チップＬへ伝送するＲＦ信号の透過特性が劣化する。図５は、光変調器ＸがフレキシブルケーブルＣから光変調部チップＬへ伝送するＲＦ信号の透過特性と、ＲＦ信号の振動数の関係の一例を示す図である。以下では、説明の便宜上、光変調器ＸがフレキシブルケーブルＣから光変調部チップＬへ伝送するＲＦ信号の透過特性を、単に透過特性と称して説明する。

図５に示したグラフの横軸は、ＲＦ信号の振動数（例えば、単位は［ＧＨｚ］）を示す。なお、ＲＦ信号の波長は、振動数の逆数に比例するため、図５では、ＲＦ信号の振動数と、前述の透過特性の関係を示している。図５に示したグラフの縦軸は、透過特性（単位は［ｄＢ］）を示す。図５に示したように、透過特性は、ＲＦ信号の振動数が大きくなる（すなわち、ＲＦ信号の波長が小さくなる）と減少する傾向があることが分かる。この減少傾向は、光変調器Ｘのおける伝送効率によって生じる（伝送効率が１００％の場合、劣化しない）。また、図５に示したグラフからは、ＲＦ信号がある振動数の時に生じるディップＤが確認できる。ディップＤとは、ＲＦ信号のある振動数の近傍において、透過特性が急激に小さくなる箇所のことを示す。このディップＤは、前述した空洞共振現象によって生じる。

シールド３−１は、このような空洞共振現象によって生じるディップＤを発生させないため、多層基板の上層を覆うことでビアＶの直上から放出される放射成分を遮蔽する。また、シールド３−１は、接地されていることが望ましい。シールド３−１の接地のされ方は、この一例において、図１に示したようにワイヤーＧによって筐体２に接続されるとするが、これに代えて、他の方法で接地される構成であってもよい。このようにすることで、シールド３−１は、放射成分の一部を遮蔽した時、シールド３−１自体がアンテナとして機能することがない。その結果、シールド３−１は、放射成分を筐体２と多層基板との間の空洞内に放出させることなく、放射成分を効率よく遮蔽することができる。なお、シールド３−１は、接地されない構成であってもよい。その場合、何らかの方法により放射成分の遮蔽を効率化する（すなわち、シールド３−１から放射される放射成分を抑制する）ことが望ましい。

なお、放射成分は、多層基板を構成する中継基板Ｂそれぞれの間でも反射を起こす。しかし、例えば、中継基板Ｂの厚さ（図１に示した多層基板を構成する中継基板Ｂが積層される方向の厚さ）が０．２５ミリメートル程度の場合、ＲＦ信号の波長帯が数百ＭＨｚ〜数十ＧＨｚであるため、ＲＦ信号の４分の１波長は、放射成分が放出される位置から放射成分が反射される位置までの距離と一致しない。このため、この反射による空洞共振現象は、起こらない。

シールド３−２は、筐体２と直接接続、又はワイヤー等を介して間接的に接続される。また、シールド３−１と同様に、ビアＶから放出される放射成分を遮蔽する。シールド３−２は、各ビアＶの直下から放出される放射成分を遮蔽する。また、シールド３−２は、筐体２と中継基板Ｂ１が熱による体積変化によって破損しないように接着させる。また、シールド３−２の上には、多層基板に加えて、図１に示したように光変調部チップＬが設置される。また、シールド３−２の材質は、導電性材料であり、例えば、金、アルミ、銅等である。

以上説明したように、本実施形態に係る光変調器１は、中継基板Ｂと、中継基板Ｂの平面上に設けられ、外部（例えば、信号源等）から入力されるＲＦ信号を中継基板Ｂの平面に沿って伝送する伝送路Ｆと、中継基板Ｂに設けられ、中継基板Ｂの平面とは異なる方向にＲＦ信号を伝送するビアＶと、伝送路Ｆ及びビアＶにより伝送されたＲＦ信号により光信号を変調する変調部と、伝送路ＦとビアＶの接合部分から放出される放射成分を遮蔽するシールド３−１と、を備える。これにより、光変調器１は、ＲＦ信号の透過特性の劣化を抑制することができる。

＜第２実施形態＞
以下、本発明の第２実施形態について、図面を参照して説明する。なお、第２実施形態では、第１実施形態と同様な構成部には、同じ符号を付して説明を省略する。第２実施形態に係る光変調器１のシールド３−１は、図２に示した多層基板上のほぼ全面を覆う板状の物体に代えて、図６に示したように多層基板におけるビアＶの直上にのみ設置され、ビアＶを覆い隠す円盤状の物体である。図６は、第２実施形態に係る光変調器１の筐体２の内部の一例を鉛直上方から鉛直下方に向けて見たときの図である。なお、図６では、シールド３−１と筐体２の接続と、伝送路Ｆとを省略している。

図６に示したように、シールド３−１は、各ビアＶの直上にのみ設置される。ここで、例えば、中心導体ＣＣの直径が０．１ミリメートルであり、グラウンド導体ＧＣの内径が１．３６ミリメートルであり、誘電体ＤＢの誘電率が９．８であるビアＶが中継基板Ｂに設けられている場合、シールド３−１は、図７に示したような構造を有することで、ビアＶから放出される放射成分を十分に遮蔽することができる。十分に遮蔽することができる状態とは、遮蔽し切れずに漏れ出た放射成分によって前述した空洞共振現象が起きた場合であっても、その空洞共振現象が光変調器１の透過特性にディップＤを生じさせない程度にしか生じない状態であることを示す。また、シールド３−１は、ビアＶの直上にのみ設けられることにより、何らかの事象によってシールド３−１と筐体２の間に放射成分が漏れてしまった場合に生じる空洞共振現象を、より確実に抑制することができる。図７は、第２実施形態に係るシールド３−１の上面図及び側面図の一例を示す図である。

図７（Ａ）には、シールド３−１の上面図を示す。また、図７（Ｂ）には、シールド３−１の側面図を示す。図７（Ａ）に示したように、シールド３−１の上面は、直径が１．３６ミリメートルの円形状の面積（ビアＶを覆い隠せる範囲）以上の面積を有する。また、図７（Ｂ）に示したように、シールド３−１の側面は、厚さが０．１ミリメートル以上である。なお、これらの数値は、上述したように中心導体ＣＣの直径が０．１ミリメートルであり、グラウンド導体ＧＣの内径が１．３６ミリメートルであり、誘電体ＤＢの誘電率が９．８であるビアＶが中継基板Ｂに設けられている場合の一例である。もし、ビアＶの中心導体ＣＣの直径、グラウンド導体ＧＣの内径、誘電体ＤＢの誘電率のうちの一部又は全部が変わった場合、それに応じてシールド３−１の直径や厚さは、図７に示した値とは異なる。また、シールド３−１は、ビアＶを覆い隠すことができれば、円形状である必要はなく、四角形状であってもよいし、他の形状であってもよい。このように、シールド３−１は、ビアＶの直上のみを覆い隠すように設置されることで、ビアＶから放出される放射成分を十分に遮蔽することができる。なお、ビアＶの直上は、第１伝送路と第２伝送路の接合部分の放射成分の放射側の一例である。

以上説明したように、第２実施形態に係る光変調器１は、ビアＶの直上にのみ設けられた円形状のシールド３−１が多層基板上に設けられている。これにより、光変調器１は、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

＜第３実施形態＞
以下、本発明の第３実施形態について、図面を参照して説明する。なお、第３実施形態では、第１実施形態と同様な構成部には、同じ符号を付して説明を省略する。第３実施形態に係る光変調器１のシールド３−１は、図２に示した多層基板上のほぼ全面を覆う板状の物体に代えて、図８に示したように多層基板におけるビアＶの直上に２本のワイヤーが交差するように設けられるワイヤボンドやワイヤボンドよりも太いリボンである。

図８は、第３実施形態に係る光変調器１の筐体２の内部の一例を鉛直上方から鉛直下方に向けて見たときの図である。なお、図８では、シールド３−１と筐体２の接続と、伝送路Ｆとを省略している。図６に示したように、シールド３−１は、各ビアＶの直上にのみ設けられる。ここで、中心導体ＣＣの直径が０．１ミリメートルであり、グラウンド導体ＧＣの内径が１．３６ミリメートルであり、誘電体ＤＢの誘電率が９．８であるビアＶが中継基板Ｂに設けられている場合、シールド３−１は、図９に示したような構造を有することで、ビアＶから放出される放射成分を低減することができる。この時、放射成分は、第２実施形態において説明した「十分に遮蔽すること」が可能な程度に低減される。

図９は、第３実施形態に係るシールド３−１の側面図の一例を示す図である。なお、図９において、図８に示したシールド３−１の２本のワイヤーのうちの１本のみを示し、他の１本を省略している。図９に示したように、シールド３−１は、ビアＶの中心からシールド３−１までの高さが０．９６ミリメートル、シールド３−１のワイヤーの長さＬＷが２．３６ミリメートルとなるようにビアＶの直上に設けられる。なお、これらの数値は、上述したように中心導体ＣＣの直径が０．１ミリメートルであり、グラウンド導体ＧＣの内径が１．３６ミリメートルであり、誘電体ＤＢの誘電率が９．８であるビアＶが中継基板Ｂに設けられている場合の一例である。もし、ビアＶの中心導体ＣＣの直径、グラウンド導体ＧＣの内径、誘電体ＤＢの誘電率のうちの一部又は全部が変わった場合、それに応じてシールド３−１の直径や厚さは、図９に示した値とは異なる。

また、シールド３−１は、図９に示した構造を有するワイヤーを、図８に示したようにビアＶの直上で交差するように設けられる。図９に示したシールド３−１の構造によりビアＶから放出される放射成分が低減されると、ビアＶから放出される放射成分は、光変調器１のＲＦ信号の透過特性にディップＤを発生させない程度の空洞共振現象しか起こさない。これにより、シールド３−１は、ビアＶから放出される放射成分による空洞共振現象を抑制することができ、その結果、光変調器１の透過特性にディップＤが発生することを抑制することができる。

なお、シールド３−１は、ビアＶの直上において２本のワイヤーが交差する構成に代えて、例えば、ビアＶの直上において２本のワイヤーが平行に並んで設けられる構成であってもよく、１本のワイヤーが設けられる構成であってもよく、３本以上のワイヤーが設けられる構成等、１本以上のワイヤーを用いた他の構成であってもよい。

以上説明したように、第３実施形態に係る光変調器１は、多層基板におけるビアＶの直上に２本のワイヤーが交差するように設けられるワイヤボンドとしてシールド３−１が多層基板上に設けられている。これにより、光変調器１は、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

＜第４実施形態＞
以下、本発明の第４実施形態について、図面を参照して説明する。なお、第４実施形態では、第１実施形態と同様な構成部には、同じ符号を付して説明を省略する。第４実施形態に係る光変調器１のシールド３−１は、図２に示した多層基板上のほぼ全面を覆う板状の物体に代えて、図１０に示したように多層基板におけるビアＶの直上に２本のワイヤーが交差するように設けられるメッシュ状の物体である。

図１０は、第４実施形態に係るシールド３−１の側面図の一例を示す図である。図１０に示したように、このメッシュ状の物体であるシールド３−１は、ビアＶから放出される放射成分を、ビアＶの直上を通過する２本のワイヤーによって低減する。この時、放射成分は、第２実施形態において説明した「十分に遮蔽すること」が可能な程度に低減される。これにより、シールド３−１は、ビアＶから放出される放射成分による空洞共振現象を抑制する。その結果、シールド３−１は、光変調器１の透過特性にディップＤが発生することを抑制することができる。なお、ビアＶの直上を通過するワイヤーは、ビアＶから放出される放射成分を十分に遮蔽することが可能であれば、２本以外の数であってもよい。

以上説明したように、第４実施形態に係る光変調器１は、多層基板におけるビアＶの直上に２本のワイヤーが交差するように設けられるメッシュ状の物体としてシールド３−１が多層基板上に設けられている。これにより、光変調器１は、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

＜第５実施形態＞
以下、本発明の第５実施形態について説明する。なお、第５実施形態では、第１実施形態と同様な構成部には、同じ符号を付して説明を省略する。第５実施形態に係る光スイッチ４は、第１〜第４実施形態で説明した光変調器１と、光変調器１の光変調部チップＬが図示しない光源からニオブ酸リチウムを含む基板へ入力される光信号のオン／オフを切り替える（出力を切り替える）スイッチとを備える。

なお、第５実施形態に係る光スイッチ４は、光変調器１の光変調部チップＬが図示しない光源からニオブ酸リチウムへ入力される光信号のオン／オフを切り替える（出力を切り替える）スイッチを備える構成に代えて、光変調器１により変調された光信号の出力先が複数あった場合、その複数のうちのいずれか１つを出力先として選択するスイッチを備える構成であってもよい。
以上説明したように、第５実施形態に係る光スイッチ４は、第１〜第４実施形態で説明した光変調器１を備えるため、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、シールド３−１は、上記で説明した実施形態のうちの一部又は全部を組み合わせた構成であってもよい。

＜本発明に係る背景＞
以下、本発明に係る背景について、図４に示したシールド３−１を備えていない光変調器Ｘを例にとって説明する。光変調器Ｘでは、中継基板Ｂに設けられたリードピンやビアＶから鉛直上方又は鉛直下方に向けて筐体２内に放出されるＲＦ信号の放射成分が筐体２の内壁面に反射することで引き起こす空洞共振現象によって、光変調器Ｘに入力されるＲＦ信号の透過特性を劣化させてしまう場合があった。

空洞共振現象において透過特性を劣化させてしまうことの有効な解決策として、筐体２の内部空間を小さくして、空洞共振の周波数を光変調器Ｘが使用する周波数帯域より高くする方法や、光変調器Ｘにおける最大の使用周波数帯域で空洞共振を減衰状態にする方法がある。

しかしながら、筐体２の高さは、内部に実装する部品のサイズよって制約を受ける。例えば、光変調部チップＬ上に実装されるバイアスモニタ用のフォトディテクタや、中継基板Ｂ上に配値するインピーダンス変成器を含むチップコンデンサやチップ抵抗、ＲＦ信号を終端する為の終端抵抗を実装した基板等、光変調器Ｘ内部の電子部品実装スペースを確保する必要がある。また、偏波多重変調器のように、偏波回転素子、位相差板やコリメーターレンズなどの数ｍｍ程度の光学部品を多数搭載する構成においては、筐体２自体の高さを小さくすることが難しい。

また、光変調部チップＬの材料としてＬｉＮｂＯ_３などの強誘電体結晶材料を用いる場合、チップ上の信号配線は、一般的に高アスペクトかつワイドギャップ（信号線の高さ／幅の比が大きく、一般的に１以上であり、またに接地電極間の広い５０μｍ以上）のＣＰＷ（Co-Planar Waveguide）が用いられている。この場合、光変調部チップＬの信号線路の上方に導体があると、透過特性等が劣化する。一例をあげると、ＣＰＷの接地電極間距離のおよそ２倍以下の高さの位置に金属筐体内壁があると、インピーダンスやマイクロ波の伝搬速度に影響（実効屈折率に周波数依存性）を及ぼし、透過特性の劣化に繋がる。

また、光変調部チップＬの光伝搬方向の長さは、広帯域化や低駆動電圧化により数十ミリとならざるを得ない。この事は、複数の基板モードの重なりが生じ、信号劣化を及ぼす一因にもなっている。

このように、光変調器Ｘでは、筐体２の高さを小さくすることが難しく、中継基板Ｂに設けられたリードピンやビアＶから鉛直上方又は鉛直下方に放出されるＲＦ信号の放射成分を遮蔽する何らかの方法が求められていた。光変調器１は、シールド３−１とシールド３−２によって中継基板Ｂに設けられたリードピンやビアＶから鉛直上方又は鉛直下方に放出されるＲＦ信号の放射成分を遮蔽し、光変調器Ｘに比べてより確実に透過特性の劣化を抑制することができる。

以上、この発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない限り、変更、置換、削除等されてもよい。

１ 光変調器、２ 筐体、３、３−１、３−２ シールド、４ 光スイッチ

本発明の一態様は、中継基板と、前記中継基板の平面上に設けられ、外部から入力される電気信号であって所定の周波数の前記電気信号を前記平面に沿って伝送する第１伝送路と、前記中継基板に設けられ、前記平面とは異なる方向に前記電気信号を伝送する第２伝送路と、前記第１伝送路及び前記第２伝送路により伝送された前記電気信号により光信号を変調する変調部と、前記中継基板を内包し、前記第１伝送路と前記第２伝送路との接合部分のうちの少なくとも一部の前記接合部分のそれぞれについて、前記平面の法線方向において当該接合部分との間に前記電気信号の波長の４分の１以上の高さを持つ間隙を有する筐体と、前記平面の法線方向において前記一部の前記接合部分のそれぞれから前記波長の４分の１未満の高さに設けられ、前記一部の前記接合部分のそれぞれから放出される前記電気信号の放射成分を遮蔽するシールドと、を備える光変調器である。

また、本発明の他の態様は、中継基板と、前記中継基板の平面上に設けられ、外部から入力される電気信号であって所定の周波数の前記電気信号を前記平面に沿って伝送する第１伝送路と、前記中継基板に設けられ、前記平面とは異なる方向に前記電気信号を伝送する第２伝送路と、前記第１伝送路及び前記第２伝送路により伝送された前記電気信号により光信号を変調する変調部と、前記中継基板を内包し、前記第１伝送路と前記第２伝送路との接合部分のうちの少なくとも一部の前記接合部分のそれぞれについて、前記平面の法線方向において当該接合部分との間に前記電気信号の波長の４分の１以上の高さを持つ間隙を有する筐体と、前記平面の法線方向において前記一部の前記接合部分のそれぞれから前記波長の４分の１未満の高さに設けられ、前記一部の前記接合部分のそれぞれから放出される前記電気信号の放射成分を遮蔽するシールドと、前記光信号の出力を切り替えるスイッチと、を備える光スイッチである。

Claims (5)

1. 中継基板と、
   前記中継基板の平面上に設けられ、外部から入力される電気信号を前記平面に沿って伝送する第１伝送路と、
   前記中継基板に設けられ、前記平面とは異なる方向に前記電気信号を伝送する第２伝送路と、
   前記第１伝送路及び前記第２伝送路により伝送された前記電気信号により光信号を変調する変調部と、
   前記第１伝送路と前記第２伝送路の接合部分から放出される前記電気信号の放射成分を遮蔽するシールドと、
   を備える光変調器。
2. 請求項１に記載の光変調器であって、
   前記中継基板と、前記変調部とが設置される筐体を備え、
   前記シールドは、前記筐体とは別体の部材であり、前記筐体に電気的に接続される、
   光変調器。
3. 請求項１又は２に記載の光変調器であって、
   前記中継基板とは、複数の層が積層された多層基板である、
   光変調器。
4. 請求項１から３のうちいずれか一項に記載の光変調器であって、
   前記シールドとは、少なくとも前記接合部分の前記放射成分の放射側を覆う板状の物体又は前記放射側に架けられるワイヤボンドである、
   光変調器。
5. 中継基板と、
   前記中継基板の平面上に設けられ、外部から入力される電気信号を前記平面に沿って伝送する第１伝送路と、
   前記中継基板に設けられ、前記平面とは異なる方向に前記電気信号を伝送する第２伝送路と、
   前記第１伝送路及び前記第２伝送路により伝送された前記電気信号により光信号を変調する変調部と、
   前記第１伝送路と前記第２伝送路の接合部分から放出される前記電気信号の放射成分を遮蔽するシールドと、
   前記光信号の出力を切り替えるスイッチと、
   を備える光スイッチ。

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