JP2018132700A - 光トランシーバ - Google Patents

Abstract

【課題】集積回路部品を保護することができる光トランシーバを提供する。【解決手段】一実施形態に係る光トランシーバは、変調器１２に接続された内部ファイバＦと、内部ファイバＦを保持するトレイ３０と、変調器１２に電気信号を送るＤＳＰ１６と、ＤＳＰ１６を搭載する回路基板８と、変調器１２、内部ファイバＦ、トレイ３０、ＤＳＰ１６、及び回路基板８を収容する上ハウジング及び下ハウジング３を備える。ＤＳＰ１６は、放熱部材１９を介して上ハウジングと物理的に接触しており、トレイ３０は、下ハウジング３に固定され、ＤＳＰ１６の周辺部を覆う突起部３４を有する。【選択図】図４

Description

本発明は、光トランシーバに関するものである。

特許文献１には、光学基板、電気基板、光ファイバ収容部品、ＭＥＭＳミラー、複数の内部光ファイバ、矩形箱状の筐体、及び筐体を封止する蓋体を備えた光学デバイスが記載されている。光ファイバ収容部品は、ファイバトレイと、ファイバトレイの剛性よりも低い剛性を有する樹脂から成りファイバトレイ内に装着される保護部材を含む。保護部材は、内部光ファイバ及び外部光ファイバが通されるファイバ通路を有する。ファイバ通路に内部光ファイバ及び外部光ファイバを通すことにより、各光ファイバの筐体への接触を抑制し、各光ファイバの保護を図っている。

また、近年コヒーレント方式を採用したコヒーレントトランシーバの研究開発がさかんに行われている。１００Ｇｂｐｓの信号の伝送では、変調方式としてＤＰ−ＱＰＳＫ（Dual Polarization Quadrature Phase Shift Keying）が用いられる。ＤＰ−ＱＰＳＫでは、４つの位相で変調する４値位相変調にＸ偏波及びＹ偏波を用いることにより、従来の強度変調方式と比較して４倍の高密度化が可能である。また、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）により、光ファイバの歪みを受信時に一括して取り除くことが可能となり、従来のＤＣＦ（Dispersion Correction Fiber）による波長分散補償が不要となる。

特開２０１４−０２１２０４号公報

コヒーレントトランシーバでは、複数の光デバイスを搭載しているため、複数の光デバイス間を接続する内部ファイバの配線を行う必要がある。また、ＤＳＰでは、高速動作が可能な回路が大規模に集積されており、１５Ｗ〜２０Ｗの電力消費がなされるため、放熱が必須である。

高温となるＤＳＰに重ならないように内部ファイバの配線を適切に行う必要がある。また、ＤＳＰは、ＢＧＡ（Ball Grid Array）を介して回路基板に搭載される。ＤＳＰは筐体内に収容されるため、ＤＳＰの放熱のためには、放熱ゲル又は放熱シート等の放熱部材を介してＤＳＰを蓋体に接触させる必要がある。

しかしながら、放熱部材を介してＤＳＰ等の集積回路部品を蓋体に接触させる場合には、内部の部品の交換等のために蓋体を開けたときに、放熱部材の粘着力により、蓋体に集積回路部品が密着することがある。このとき、集積回路部品と回路基板を接続するＢＧＡに大きな負荷がかかる。ＢＧＡに大きな負荷がかかると、回路基板上の集積回路部品の搭載機構について信頼性を損なうことが懸念される。

本発明は、集積回路部品を保護することができる光トランシーバを提供することを目的とする。

本発明の一形態に係る光トランシーバは、光部品に接続された内部ファイバと、内部ファイバを保持するトレイと、光部品に電気信号を送る集積回路部品と、集積回路部品を搭載する回路基板と、光部品、内部ファイバ、トレイ、集積回路部品、及び回路基板を収容するハウジングと、を備え、集積回路部品は、放熱部材を介してハウジングと物理的に接触しており、トレイは、ハウジングに固定され、集積回路部品の周辺部を覆う突起部を有する。

本発明によれば、集積回路部品を保護することができる。

図１は、実施形態に係る光トランシーバの分解斜視図である。 図２は、図１の光トランシーバの内部構造を示す平面図である。 図３は、図１の光トランシーバの各部品を示すブロック図である。 図４は、図１の光トランシーバのトレイ及びＤＳＰを示す斜視図である。 図５は、図４のトレイを拡大した斜視図である。 図６は、図１の光トランシーバの上ハウジング、放熱部材、トレイ、ＤＳＰ、回路基板及び下ハウジングの構造を模式的に示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明に係る光トランシーバの実施形態について詳細に説明する。図面の説明において、同一又は相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。

図１は、実施形態に係る光トランシーバ１の分解斜視図である。図２は、光トランシーバ１の内部構造を示す平面図である。光トランシーバ１は、ＣＦＰ ＭＳＡに準拠するコヒーレントトランシーバである。光トランシーバ１は、上ハウジング２と、下ハウジング３と、２本のねじ４と、フロントパネル５を備えている。

以下では、図面において「前後方向」、「上下方向」及び「左右方向」の語を用いるが、これらの語は図示する状態に基づく便宜的なものである。以下の説明において、上方向は下ハウジング３から見て上ハウジング２が設けられる方向であり、前方向は上ハウジング２から見てフロントパネル５が設けられる方向であり、左右方向は２本のねじ４が並ぶ方向（光トランシーバ１の幅方向）である。

上ハウジング２及び下ハウジング３は金属製である。例えば、上ハウジング２及び下ハウジング３の前後方向の長さは約１５ｃｍ、上ハウジング２及び下ハウジング３の左右方向の幅は約８ｃｍ、上ハウジング２及び下ハウジング３の上下方向の高さは約１．４ｃｍである。上ハウジング２及び下ハウジング３により形成される光トランシーバ１の内部の空間は、光トランシーバ１の各部品を収容している。

フロントパネル５の左右方向の両側部には、２本のねじ４がフロントパネル５から前方に突き出ている。ねじ４は、光トランシーバ１を外部のホストシステムのケージに取り付けるためのものである。ねじ４は下ハウジング３の内部を通っており、ねじ４の後端部４ａは、電気プラグ６の両脇において後方に突き出ている。電気プラグ６には、信号用のピンと電源用のピンが設けられており、合計１４８本のピンが配置されている。２本のねじ４を外部のホストシステムの電気コネクタに形成されたネジ穴に締め付けることにより、１４８本のピンはホストシステムと電気的に接続される。

光トランシーバ１の内部の空間には、回路基板８、ドライバ１１、変調器１２、波長可変光源１３、スプリッタ１４、ＩＣＲ（Integrated Coherent Receiver）１５、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）１６、ＶＯＡ（Variable Optical Attenuator）１７、レセプタクル１８、曲げリミッタ２０及びトレイ３０が搭載される。

更に、光トランシーバ１の内部の空間には、変調器１２、波長可変光源１３、スプリッタ１４、ＩＣＲ１５、ＶＯＡ１７及びレセプタクル１８の光部品を相互に光学的に接続する複数の内部ファイバＦ、及び複数のコネクタＣが収容される。複数の内部ファイバＦは、コネクタＣによって互いに接続されており、コネクタＣが外されることによって上記光部品を互いに分離することができる。従って、コネクタＣを外すことによって、光トランシーバ１の光部品を個別に取り出すことが可能である。

図３は、光トランシーバ１の光配線及び電気配線を模式的に示す図である。図３において、実線の矢印は電気信号を示し、破線の矢印は光信号を示している。ＤＳＰ１６は、ホストシステムから１０×１０Ｇｂｐｓの電気信号を受ける。ＤＳＰ１６は、ホストシステムからの電気信号を４×２５Ｇｂｐｓの電気信号に変換して変調器１２に送る。

ＤＳＰ１６からの上記４つの電気信号は、それぞれＩＸ、ＩＹ、ＱＸ、ＱＹに対応しており、電気信号ＩＸ、ＩＹ、ＱＸ、ＱＹは、それぞれ各偏光の実部及び虚部に対応する信号である。変調器１２は、上記４つの電気信号について、Ｉ−ｃｈ（In phase：０、π）とＱ−ｃｈ（Quadrature phase：π／２、３π／２）の変調を各偏波について実行し、４つの光信号を多重化し、ＶＯＡ１７及びレセプタクル１８を経て光トランシーバ１の外部に出力する。

ＶＯＡ１７は、レセプタクル１８の後段に設けられる。レセプタクル１８は、フロントパネル５の開口５ａを貫通する。レセプタクル１８は、フロントパネル５から露出する開口１８ａ，１８ｂを有し、開口１８ａ，１８ｂのそれぞれに光コネクタが差し込まれる。レセプタクル１８の開口１８ａ，１８ｂに光コネクタが差し込まれることによって全二重通信が実現される。

波長可変光源１３は、波長可変レーザ（ＬＤ）を含み、局発光及び送信光を出射する光源として機能する。波長可変光源１３は、変調器１２に対する信号光光源であり、ＩＣＲ１５に対する局発光光源である。スプリッタ１４は、波長可変光源１３から出力した光を二分する。スプリッタ１４において二分した光の一方は変調器１２に入力し、他方はＩＣＲ１５に入力する。

波長可変光源１３からスプリッタ１４を経由して変調器１２に至るまでの経路と、スプリッタ１４からＩＣＲ１５に至るまでの経路には、内部ファイバＦとして偏波保持ファイバ（ＰＭＦ：Polarization Maintaining Fiber）が配置される。変調器１２、波長可変光源１３、スプリッタ１４及びＩＣＲ１５では、光の偏光方向が維持される。変調器１２、波長可変光源１３、スプリッタ１４及びＩＣＲ１５のそれぞれからは、所謂ピグテールの形態によって偏波保持ファイバが引き出されている。

内部ファイバＦの曲げを調整する曲げリミッタ２０は、変調器１２の前方に配置される。曲げリミッタ２０は金属製である。変調器１２から伸びる内部ファイバＦは、曲げリミッタ２０によって保持されて後方に折り返される。曲げリミッタ２０と下ハウジング３との間には溝が形成され、この溝を内部ファイバＦが通ることによって内部ファイバＦの曲げが規定される。この溝の曲率半径は、内部ファイバＦの最小曲げ径以上の値とされている。

ところで、変調器１２において、良好な位相変調特性を確保するためには、入力された光に外部変調方式で変調を加えることが必須である。また、差動光信号として伝送を行うことが伝送距離の延長には有利であり、差動光を得るにはマッハ・ツエンダー（ＭＺ：Mach-Zender）変調器を用いるのが効率的である。ＭＺ変調器は２本のアーム導波路を有しており、これら２本のアーム導波路に差動変調信号をそれぞれ与えることによりＭＺ変調器のＶ−π駆動が可能となる。従って、変調信号の振幅を抑えることが可能となり、高速動作に有利に作用する。

但し、ＭＺ変調器の母材として石英を採用した場合には、ＬＮ（Lithium niobate：ニオブ酸リチウム）の電気／光効果（ポッケルス効果）が小さいため、変調度を確保すべくアーム導波路を長さを長くしなければならない。また、変調に必要な電気信号の強度を大きくする必要がある。この強度はアーム導波路の長さによっても決定される。

よって、電気信号の振幅が小さい場合には所定の変調度を確保するために、アーム導波路の長さを長くして電気光相互作用領域を長くする必要がある。このため、変調器１２は、細長い直方体状の筐体を有し、光トランシーバ１の内部空間の前後方向の略全長に亘っている。

光トランシーバ１の内部の空間において、変調器１２は、ドライバ１１の側方で前後方向に延在している。変調器１２は、内部ファイバＦを介してＶＯＡ１７に接続されている。変調器１２によって変調された４つの光信号は、変調器１２の内部で多重化されてＶＯＡ１７に向けて出力される。ＶＯＡ１７は入力された光信号を必要に応じて減衰する。ＶＯＡ１７を通過した光信号は、レセプタクル１８に受容された外部光コネクタを介して光トランシーバ１の外部に出力される。レセプタクル１８は、内部ファイバＦを介してＩＣＲ１５に接続されている。レセプタクル１８に受容された外部光コネクタが出力する入力信号光は、内部ファイバＦを介してＩＣＲ１５に入力される。

ＩＣＲ１５は、変調器１２の左右方向の反対側に設けられている。ＩＣＲ１５は、波長可変光源１３からの局発光と、レセプタクル１８からの入力信号光を積演算する。ＩＣＲ１５の内部では、ＩＸ、ＩＹ、ＱＸ、ＱＹの各成分に対応する４つの電気信号が生成される。ＩＣＲ１５の内部で生成された４つの電気信号はＤＳＰ１６に入力する。

ＤＳＰ１６は、ＩＣＲ１５の後方において回路基板８に搭載されている。ＤＳＰ１６は矩形の平面形状を有する。ＤＳＰ１６は、それ単体で数十Ｗの発熱を伴う集積回路部品である。このようにＤＳＰ１６は発熱を伴うため、ＤＳＰ１６の放熱対策が施される。ＤＳＰ１６は上側に突出する角丸矩形状の凸部１６ａを有し、この凸部１６ａの上面には放熱部材１９が設けられる。この放熱部材１９を介してＤＳＰ１６は、上ハウジング２に直接熱接触する。放熱部材１９は例えば放熱シート又は放熱ゲルである。

ＤＳＰ１６は、ＩＣＲ１５からの４つの電気信号を再生して受信データを回復させる。ＤＳＰ１６は、４つの電気信号の位相乱れ等を補償する機能を有し、１０×１０Ｇｂｐｓの送信データを再生し、この送信データを電気プラグ６を介してホストシステムに伝送する。

図４は、ＤＳＰ１６及びトレイ３０を示す斜視図である。図５は、トレイ３０を拡大した斜視図である。図４及び図５に示すように、ＤＳＰ１６の周囲には内部ファイバＦを保持するトレイ３０が配置される。トレイ３０は、回路基板８に搭載されている。トレイ３０は、内部ファイバＦの引き回しを調整するために設けられる。

トレイ３０は、板状のベース３１、矩形状の開口３２、ベース３１から立ち上がる矩形状の壁部３３、壁部３３の四隅から開口３２の内側に突出する突起部３４を備える。ベース３１には、複数の内部ファイバＦ、及び複数のコネクタＣが配置される。壁部３３は、ＤＳＰ１６の周囲の四辺を取り囲んでおり、この壁部３３の内側に開口３２が形成されている。トレイ３０は、その突起部３４が、ＤＳＰ１６の矩形の対角の２箇所（四隅）で開口３２に迫り出しており、一方、トレイ３０の開口３２にはＤＳＰ１６が露出し、ＤＳＰ１６が粘着力のある放熱部材１９によりこの露出部で上ハウジング２に取り付けられている場合であっても、上ハウジング２を取り外す際にＤＳＰ１６が回路基板８から浮き上がることを防止する。

更に、トレイ３０は、開口３２の後側で内部ファイバＦの経路を形成する壁部３５、コネクタＣをベース３１上において固定する複数の固定部３６、壁部３３，３５から横方向に突出する複数の突出部３７を備える。壁部３５は、壁部３３の後側においてベース３１から立ち上がっており、壁部３３及び壁部３５の間に内部ファイバＦが通される。

壁部３３及び壁部３５の間に通される内部ファイバＦは、突出部３７の下に通される。この突出部３７により、トレイ３０からの内部ファイバＦの飛び出しが規制される。また、ベース３１の上面に設けられた複数の固定部３６は、コネクタＣを嵌合可能な複数の突部によって構成されており、固定部３６にコネクタＣを嵌合することにより、トレイ３０に複数のコネクタＣが固定される。

図６は、下ハウジング３、回路基板８、ＤＳＰ１６、トレイ３０及び上ハウジング２を概略的に示す断面図である。ＤＳＰ１６は、その下面に、回路基板８に固定される複数のＢＧＡ（Ball Grid Array）１６ｃを有する。ＤＳＰ１６は、放熱部材１９を介して上ハウジング２と物理的に接触する。上ハウジング２は、ＤＳＰ１６に接触する突起２ａを有し、ＤＳＰ１６は放熱部材１９を介して突起２ａに接触することにより、ＤＳＰ１６から放熱部材１９及び上ハウジング２への放熱が実現される。

図５及び図６に示すように、トレイ３０は、下ハウジング３に、ＤＳＰ１６及び回路基板８を挟んで固定されている。トレイ３０及び回路基板８は、それぞれ、ネジＮを挿入する複数の孔３８，８ａを有し、下ハウジング３はネジＮがねじ込まれるネジ穴３ｂを有する。ネジＮが孔３８，８ａを貫通してネジ穴３ｂにねじ込まれることにより、トレイ３０は、下ハウジング３に固定される。

以上、光トランシーバ１は、内部ファイバＦを保持するトレイ３０を備え、トレイ３０は、内部ファイバＦを通す壁部３３，３５及び突出部３７を備える。よって、内部ファイバＦを壁部３３，３５の間と突出部３７の下方に通すことにより、内部ファイバＦがトレイ３０から飛び出ることを抑制できる。従って、内部ファイバＦの配線を適切に行うことができる。

トレイ３０は、ＤＳＰ１６の周辺部を回路基板８に対して保持する。ＤＳＰ１６は回路基板８に保持されるので、部品の交換等のために上ハウジング２を開けても、放熱部材１９による上ハウジング２へのＤＳＰ１６の密着を回避することができる。よって、上ハウジング２を開けても突起部３４がＤＳＰ１６を下に押さえつけるので、ＢＧＡ１６ｃにかかる負荷を抑えることができる。従って、回路基板８上のＤＳＰ１６の搭載機構について信頼性を高めることができる。

以上、光トランシーバの実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において種々の変形及び変更が可能であることは、当業者によって容易に認識される。

例えば、前述した実施形態では、トレイ３０がＤＳＰ１６の矩形の対角の２箇所を保持し、開口３２の四隅から内側且つ下側に突出する突起部３４がＤＳＰ１６の四隅を保持する例について説明した。しかしながら、保持するＤＳＰ１６の部位は上記の例に限られず適宜変更可能である。例えば、開口３２の四辺から内側且つ下側に突出する突出部がＤＳＰ１６の矩形の４辺を保持していてもよい。この場合、トレイ３０によってＤＳＰ１６の各辺を確実に保持することができる。

また、前述した実施形態では、トレイ３０がネジＮで下ハウジング３に固定される例について説明したが、トレイ３０が固定される部品は、下ハウジング３に限定されない。例えば、トレイ３０は、回路基板８に固定されてもよい。更に、前述した実施形態では、トレイ３０がＤＳＰ１６を保持する例について説明したが、トレイ３０はＤＳＰ１６以外の集積回路部品を保持してもよい。

１…光トランシーバ、２…上ハウジング（ハウジング）、２ａ…突起、３…下ハウジング（ハウジング）、３ｂ…ネジ穴、４…ねじ、４ａ…後端部、５…フロントパネル、５ａ…開口、６…電気プラグ、８…回路基板、８ａ…孔、１１…ドライバ、１２…変調器（光部品）、１３…波長可変光源、１４…スプリッタ、１５…ＩＣＲ、１６…ＤＳＰ（集積回路部品）、１６ａ…凸部、１７…ＶＯＡ、１８…レセプタクル、１８ａ，１８ｂ…開口、１９…放熱部材、２０…曲げリミッタ、３０…トレイ、３１…ベース、３２…開口、３３，３５…壁部、３４…突起部、３６…固定部、３７…突出部、３８…孔、Ｃ…コネクタ、Ｆ…内部ファイバ、Ｎ…ネジ。

Claims (3)

1. 光部品に接続された内部ファイバと、
   前記内部ファイバを保持するトレイと、
   前記光部品に電気信号を送る集積回路部品と、
   前記集積回路部品を搭載する回路基板と、
   前記光部品、前記内部ファイバ、前記トレイ、前記集積回路部品、及び前記回路基板を収容するハウジングと、を備え、
   前記集積回路部品は、放熱部材を介して前記ハウジングと物理的に接触しており、
   前記トレイは、前記ハウジングに固定され、前記集積回路部品の周辺部を覆う突起部を有する、
   光トランシーバ。
2. 前記集積回路部品は、矩形の平面形状を有し、
   前記トレイの突起部は、少なくとも前記集積回路部品の前記矩形の対角の２箇所を覆っている、
   請求項１に記載の光トランシーバ。
3. 前記トレイは、前記矩形の４辺を保持している、
   請求項２に記載の光トランシーバ。

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