JP2020046550A - 光変調器、及びこれを用いた光モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】光変調器において、熱源が近接して配置されることに起因する特性変動や長期信頼性の低下を抑制する。【解決手段】光導波路で構成される光変調素子と、光変調素子を収容する筺体と、を備え、筺体は、平面視が四辺形の底面壁と、底面壁の互いに対向する2つの辺につながる第1の長辺壁及び第2の長辺壁と、第1及び第2の長辺壁よりも長さの短い、底面壁の互いに対向する他の2つの辺につながる第1の短辺壁及び第2の短辺壁と、を有し、第2の長辺壁の平均厚さは、第1の長辺壁の平均厚さ以上の壁厚を有し、第1の短辺壁及び第2の短辺壁のうち少なくとも一つは第1の長辺壁の平均厚さより薄く、光変調素子は、底面壁の一部に配された台座部に固定され、台座部が配された部分以外の底面壁の部分に高熱抵抗部が設けられている。【選択図】図1

Description

本発明は、光変調器、及びこれを用いて光通信動作を行う光モジュールに関する。
近年、長距離光通信において適用が開始されたデジタルコヒーレント伝送技術は、通信需要の更なる高まりから中距離、短距離などメトロ用光通信にも適用されつつある。このようなデジタルコヒーレント伝送においては、光変調器として、代表的にはLiNbO3(以下、LNという)基板を用いたDP−QPSK(Dual Polarization−Quadrature Phase Shift Keying)変調器が用いられる。以下、LiNbO3基板を用いた光変調器を、LN変調器という。
このような光変調器は、例えば、当該光変調器に変調動作を行わせるための電気信号を出力するドライバIC(ドライバ集積回路)や、上位装置から入力される信号を高速に処理して上記ドライバICに送信データを入力するDSP(デジタルシグナルプロセッサ、Digital Signal Processor)が配された回路基板と共に、光通信動作を行う光モジュール内に実装されて使用される。
メトロ用光通信など短距離用途では、特に光モジュールの小型化への要求が高く、今後、更なる小型化要請の高まりにより、光モジュール筺体内における光部品及び電子部品の実装密度は増々高まることとなる。その結果、光モジュール筺体内においては、光変調器に対し、ドライバICやDSP等の発熱電子部品が極めて近接して配置することが必要となり得る。
一般に、ドライバICは、数ボルトから十数ボルトの電圧振幅を有する高周波信号を出力し、1W前後の電力を消費する。また、特に、光モジュールに用いられるDSPは、数十Gbpsの信号を高速で処理する素子(またはデバイス)で、10〜30W程度の電力を消費する。そして、これらの消費電力は主に熱としてドライバICやDSPから放出されることとなる。
一方で、光変調器は、その筺体(変調器筺体)の内部に、特性及び信頼性の面で温度に対し比較的敏感な光学結晶(例えば、上記のLN)を備え、且つサブミクロン単位の位置精度を要する光学部品を収容する。
このため、従来、光モジュール筺体内においては、発熱電子部品が発する熱が光変調器に影響を与えないように、光変調器と発熱電子部品とは、できる限り離れた位置に配される。また、発熱電子部品が発する熱が光モジュール筺体内の各部の温度を上昇させるのを抑制すべく、発熱電子部品を光モジュール筺体に直接的に接触させ、又は放熱ゲルを介して接触させて、発熱電子部品からの熱を光モジュール外へ放熱することも提案されている(例えば、特許文献1)。
しかしながら、光モジュールの小型化が進展すれば、光変調器と発熱電子部品との近接配置は不可避であり、発熱電子部品に対し近接配置された場合でも特性及び長期信頼性の低下を回避し得る光変調器が望まれる。
外部から印加される熱に起因する光変調器の信頼性低下等を抑制する技術として、例えば特許文献2には、製造時において、光ファイバを導入するフィードスルー部を筺体にハンダ固定する際の熱により筺体内部の光変調素子に劣化や故障が生じるのを防止するため、フィードスルー固定部と光変調素子固定部との間の筺体の壁厚を薄くすることが開示されている。
しかしながら、特許文献2に記載の構成は、製造時のハンダ固定工程においてのみ発生する数秒から十数秒程度の極めて短時間に印加される熱が光変調素子へ伝達されるのを回避するものである。この構成は光変調器の動作時において外部から継続的に印加される熱に起因する光学特性の変動や、光変調器の長期動作期間中において継続的に熱が印加されることに起因する長期信頼性の低下についての回避策を教示するものではない。
さらに、光変調器筺体は、一般に、製造容易性の観点や、周囲温度変動時の応力集中回避の観点から、できる限り均等な壁厚をもつように設計される。これに対し、光モジュール筺体内に実装された光変調器の変調器筺体には、周囲温度変動に伴って四方から均等に熱が加わる場合とは異なり、発熱電子部品からの熱が局所的に加わることが多い。
図15は、従来の光変調器1500の構成の一例を概略的に示す平面図である。また、図16は、図15のJJ断面矢視図である。図示の光変調器1500は、例えば、光変調素子1502と、当該光変調素子1502を収容する変調器筺体1504と、を備える。なお、図15においては、変調器筺体1504の内部の構成についての理解を容易にするため、図16に示した変調器筺体1504を封止するカバー1530の記載を省略している。
光変調素子1502は、例えば、LN基板上に形成された並行導波路間の位相差を制御することにより光の干渉を利用して動作する、いわゆる干渉型光変調素子であるマッハツェンダ型光変調器である。また、光変調器1500は、光変調素子1502へ光を入力する入力光ファイバ1508と、光変調素子1502により変調された光を出力する出力光ファイバ1510とを備える。光変調素子1502は、例えば、光入力端である図示右端に、キャピラリ1540を介して入力光ファイバ1508が接着され、光出力端である図示左端に、マイクロレンズアレイ1542が接着されている。また、光変調素子1502の両端部には、それぞれ、キャピラリ1540及びマイクロレンズアレイ1542の接着強度を確保するための補強ブロック1544−1、1544−2が接着されている。
変調器筺体1504は、一般的には平面視が略矩形であり、図15における4つの辺の側面壁1520、1522、1524、1526及び図16に示す底面壁1528のそれぞれの壁厚が、できるだけ均等となるように、必要な剛性を確保できる範囲で同じ厚さで構成される。そして、底面壁1528には、光変調素子1502が配され、場合によっては偏波合成プリズム等の光学部品1546も配される。
変調器筺体1504の内部には、実際には、光変調素子1502に入力される高周波信号を変調器筺体1504の外部から入力するためのリードピン(不図示)や、中継基板等が実装され、側面壁1520、1522、1524、1526や底面壁1528の内面部分には必要に応じて凹凸が設けられる。しかしながら、これらの凹凸は、付随的な部品配置のために、必要に応じてごく限られた範囲内に設けられるものであり、変調器筺体1504の側面壁1520、1522、1524、1526、底面壁1528の壁厚を有意な程度に互いに不均等なものとするものではない。図15及び図16に示す変調器筺体1504は、側面壁1520、1522、1524、1526、底面壁1528の壁厚を、各辺における平均的な厚さを持つものとして概略的に示したものとして理解されたい。
従来の光変調器1500は、変調器筺体1504の側面壁1520、1522、1524、1526、底面壁1528の壁厚(の平均値)が、略等しい値t15となるように構成されており、且つ、幅方向に対する中心線1550及び長さ方向に対する中心線1552に関して対象な構造となっている。このため、光変調器1500の周囲環境からの熱が変調器筺体1504に対して均等に加わる場合には、変調器筺体1504の変形は微小な範囲に抑制され、特性の変動や信頼性の低下の程度も抑制される。ここで、壁厚の「平均値」とは、対応する壁又は壁の部分厚さの平均値をいい、当該壁又は壁の部分が隣接する壁に接続又は交わる場合であっても、当該接続又は交わる部分を含まない、いわゆる“壁”そのもの又は“壁”の部分そのものの厚さの平均値をいうものとする。例えば、対応する壁又は壁の部分の内面(変調器筺体内部の面)が、隣接する壁の内面と、曲線部(R加工部)を介して接続されている場合には、当該曲線部を除く、“壁”そのもの又は“壁”の部分そのものの厚さの平均値をいう。
光変調器1500がより小型化された光モジュール内に実装される場合には電気信号の損失を考慮して発熱電子部品を光変調器に近接設置せざるを得ず、発熱電子部品から伝わる熱は、一般に、変調器筺体1504の一部分にほぼ局所的に伝わり、変調器筺体1504の全体へ向かって発散していく。このため、光モジュール内部では、一般に、熱は変調器筺体1504に対し均等には加わらない。
図17は、光変調器1500を、例えば発熱電子部品であるDSP1700と共に光モジュールの回路基板1702上に実装した場合の、変調器筺体1504に発生する温度分布を模式的に示したものである。図示の変調器筺体1504に重畳して示された白黒の濃淡は各部の温度を示しており、白いほど温度が低く、黒いほど温度が高いことを示している。
図示において、回路基板1702上の図示右下に配されたDSP1700からの熱は、主として回路基板1702を伝搬し、変調器筺体1504の図示下側の辺の、DSP1700と対向する部分から変調器筺体1504へ流入する。そして、当該部分から流入した熱は、変調器筺体1504の全体へ向かって図示左上へ伝搬していく。
その結果、変調器筺体1504には、図示のように右下から左上に向かって温度が低下するような温度勾配が発生することとなる。このような温度勾配は、環境温度の変化に伴って変調器筺体1504の全体の温度が変化するような場合には発生せず、DSP1700が変調器筺体1504にとって非対称な位置にある偏在した熱源として作用することに起因して発生する。より具体的には、この温度勾配は、DSP1700のサイズが一般に変調器筺体1504のサイズよりも小さく、且つDSP1700が変調器筺体1504の辺の一部に近接して配置されることに起因する。
そして、DSP1700が上記のように非対称な偏在する熱源として作用する結果、この温度勾配は図示のように変調器筺体1504の幅方向に対する中心線1550及び長さ方向に対する中心線1552のいずれの方向とも異なる方向1704(図示白色の破線矢印)に沿って発生し、変調器筺体1504に非対称な温度分布を発生させる。
このよう変調器筺体1504における非対称な温度分布は、“四方の辺の壁厚を同じにして変形を抑制する”という従来の変調器筺体1504の設計思想が予定する温度変化、すなわち、変調器筺体1504における“均等な温度変化”とは大きく異なるものであり、設計者の予測を超える特性変動及び長期信頼性の低下を招き得る。
例えばTelcordiaやJIS等の工業標準に規定された、電子部品及び光部品の長期信頼性予測のための加速劣化試験では、種々の温度(例えば100℃、125℃等)に設定された恒温槽のそれぞれに試験対象である光変調器を入れ、所定の経過時間が到来する毎にそれぞれの光変調器の特性変動量が測定される。すなわち、このような加速劣化試験から予測されるのは、光変調器1500が均等な温度状態で使用され続けた場合の長期信頼性である。したがって、上記のように光モジュール内において非対称な温度分布が発生する実際の光変調器1500の長期信頼性は、上記予測とは大きく異なるものとなり得る。
また、変調器筺体1504の上記非対称な温度分布に起因して、光変調素子1502を構成する基板の面内にも非対称な温度分布が発生する。これにより、特に、光変調素子1502としてマッハツェンダ型光変調器のような干渉型光変調素子を用いる場合、当該基板上の隣接する並行導波路間には、非対称な温度分布に起因する互いに異なる付加的な位相差が発生し、消光比や光出力特性など光変調素子1502自身の特性及び信頼性にも好ましくない影響が生じ得る。すなわち、干渉型光変調素子を用いる光変調器では、発熱電子部品との近接配置に起因して長期的に生ずる非対称な温度分布によって、加速劣化試験等では予見できなかった特性変動及び信頼性の低下が特に顕著に発生することが予想される。
特開2016−99508号公報 特開2015−102786号公報
上記背景より、電子部品等の熱源が近接して配置されることに起因する特性変動や長期信頼性の低下を抑制し得る光変調器の実現が望まれている。
本発明の一の態様は、基板上に形成された光導波路で構成される光変調素子と、前記光変調素子を収容する筺体と、を備え、前記筺体は、平面視が四辺形の底面壁と、前記底面壁の互いに対向する2つの辺につながる第1の長辺壁及び第2の長辺壁と、前記第1の長辺壁及び前記第2の長辺壁よりも長さの短い、前記底面壁の互いに対向する他の2つの辺につながる第1の短辺壁及び第2の短辺壁と、を有し、前記第2の長辺壁の平均厚さは、前記第1の長辺壁の平均厚さ以上の壁厚を有し、前記第1の短辺壁及び前記第2の短辺壁のうち少なくとも一つは、前記第1の長辺壁の平均厚さより薄い平均厚さを有しており、前記光変調素子は、前記底面壁の一部に配された台座部に固定され、前記台座部が配された部分以外の前記底面壁の部分に高熱抵抗部が設けられている光変調器である。
本発明の他の態様は、基板上に形成された光導波路で構成される光変調素子と、前記光変調素子を収容する筺体と、を備え、前記筺体は、平面視が四辺形の底面壁と、前記底面壁の互いに対向する2つの辺につながる第1の長辺壁及び第2の長辺壁と、前記第1の長辺壁及び前記第2の長辺壁よりも長さの短い、前記底面壁の互いに対向する他の2つの辺につながる第1の短辺壁及び第2の短辺壁と、を有し、前記光変調素子は、前記底面壁の一部に配された台座部に固定されており、前記台座部の平均厚さは前記第1の短辺壁、第2の短辺壁、第1の長辺壁及び前記第2の長辺壁の平均厚さより厚く、前記台座部が配された部分以外の前記底面壁の部分に高熱抵抗部が設けられている光変調器である。
本発明の他の態様によると、前記光変調素子の光入力端及び光出力端は、それぞれ、前記第1の短辺壁及び前記第2の短辺壁と対向し、前記高熱抵抗部の領域は、前記第1の短辺壁の内面から前記光変調素子の光入力端までの範囲である光入力部、及び又は第2の短辺壁の内面から前記光変調素子の光出力端までの範囲である光出力部の一部又は全部を含む領域として形成されている。
本発明の他の態様によると、前記高熱抵抗部の平均厚さは、前記台座部の平均厚さよりも薄く構成されている。
本発明の他の態様によると、前記光入力部又は前記光出力部には、第1の光部品が配置されている。
本発明の他の態様によると、前記光変調素子の少なくとも一方の端部には第2の光部品が配されており、前記光変調素子は、前記第2の光部品が前記台座部の範囲外へ突出するよう配置されている。
本発明の他の態様によると、前記光変調素子は、当該光変調素子の長さ方向に延在する2つの前記光導波路を伝搬する光を干渉させて動作する干渉型光変調素子である。
本発明の更に他の態様は、いずれかの前記光変調器と、発熱を伴う電気部品である発熱体と、を備え、前記発熱体は、前記光変調器の前記第2の長辺壁側に配置されている光モジュールである。
本発明によれば、光変調器において、電子部品等の熱源が近接して配置された場合にも変調器筺体における非対称な温度分布の発生を抑制して、上記配置に起因する特性変動や長期信頼性の低下を抑制することができる。
本発明の第1の実施形態に係る光変調器の平面図である。 図1に示す光変調器の側面図である。 図1に示す光変調器のAA断面矢視図である。 本発明の第2の実施形態に係る光変調器の平面図である。 図4に示す光変調器のBB断面矢視図である。 本発明の第3の実施形態に係る光変調器の平面図である。 図6に示す光変調器のCC断面矢視図である。 本発明の第4の実施形態に係る光変調器の平面図である。 図8に示す光変調器のDD断面矢視図である。 本発明の第5の実施形態に係る光変調器の平面図である。 図10に示す光変調器のEE断面矢視図である。 本発明の第6の実施形態に係る光変調器の平面図である。 図12に示す光変調器のFF断面矢視図である。 本発明の第7の実施形態に係る光モジュールの平面図である。 従来の光変調器の構成を示す平面図である。 図15に示す従来の光変調器のJJ断面矢視図である。 従来の光変調器を回路基板上に実装した場合の、変調器筺体に発生する温度分布の一例を示す図である。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
本発明に係る光変調器は、変調器筺体自身をヒートシンク又は良熱伝導体として積極的に作用させるよう、変調器筺体の側面壁の厚さを調製することに加えて底面壁の厚さを調製するものである。また、その際、従来技術のように光変調素子への熱伝導を回避するのではなく、従来とは全く逆の発想に立ち、光変調素子全体に熱が伝導し易い筺体構成とする一方、光学部品が搭載される光入出力部については、熱伝導し難い構成とする。これにより、光変調素子における非対称な温度分布を回避すると共に、光学部品への熱伝導を回避し、光変調器全体として特性変動及び長期信頼性の低下を回避する。
[第1実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態に係る光変調器100の構成を示す平面図、図2は、光変調器100の側面図、図3は、図1に示す光変調器100のAA断面矢視図である。
光変調器100は、光変調素子102と、光変調素子102を収容する変調器筺体104と、光変調素子102に光を入力する入力光ファイバ108と、光変調素子102から出力される光を変調器筺体104の外部へ導く出力光ファイバ110と、を備える。
なお、変調器筺体104は気密封止されているため、実際には変調器筺体104の内部を視認することはできないが、図1においては、変調器筺体104内部における構成の理解を容易にするため、変調器筺体104内部の構成要素を実線で示している。
変調器筺体104は、金属(例えば、ステンレス、コバール等)で構成されており、平面視が矩形あるいは四辺形(例えば、長方形又は略長方形)である。すなわち、変調器筺体104は、平面視が四辺形の底面壁128と、底面壁128の互いに対向する2つの辺(図1の図示上下の2辺)につながる長辺壁124及び長辺壁126と、を有する。また、変調器筺体104は、長辺壁124、126よりも長さの短い、底面壁128の互いに対向する他の2つの辺(図示左右の辺)につながる短辺壁120及び短辺壁122と、を有する。そして、光変調素子102は、底面壁128、長辺壁124、126、及び短辺壁120、122により囲まれる空間内に収容されている。ここで、変調器筺体104の平面視において、変調器筺体104の幅方向の中心に沿って図示左右方向に延在する線を幅方向に対する中心線130、及び、変調器筺体の長さ方向の中心に沿って図示上下方向に延在する線を長さ方向に対する中心線132とする。
光変調素子102は、例えば、光導波路106のうち光変調素子102の長さ方向に延在する2つの光導波路を伝搬する光を干渉させて動作する干渉型光変調素子である。具体的には、本実施形態では、光変調素子102は、LiNbO基板上に設けられた4つのマッハツェンダ型光導波路と、当該マッハツェンダ型光導波路上にそれぞれ設けられて光導波路内を伝搬する光波を変調する4つのRF電極(不図示)と、を備えたDP―QPSK光変調器である。
図1において、光変調素子102の図示右側の端部は、光が入力される光入力端152であり、図示左側の端部は、変調した光を出力する光出力端154である。光変調素子102は、光入力端152及び光出力端154が、それぞれ、短辺壁120及び短辺壁122と対向するように配されている。短辺壁120には、入力光ファイバ108を保持する光入力端末部150が固定され、短辺壁122には、出力光ファイバ110を保持する光出力端末部148が固定されている。
光入力端末部150を介して変調器筺体104の内部に導入された入力光ファイバ108の端部は、光部品であるキャピラリ140に挿入されて、光変調素子102の光入力端152に固定されている。キャピラリ140は、例えばガラスで構成される。尚、光変調素子102への光の入力は入力光ファイバ108と光変調素子102との間にレンズ等を配置した空間光学系であってもよい。
光変調素子102から出力される2つの光は、光部品であるマイクロレンズアレイ142が備える2つのマイクロレンズによりコリメートされる。マイクロレンズアレイ142は、例えば光変調素子102の光出力端154に固定されている。
また、光変調素子102の両端部には、それぞれ、キャピラリ140及びマイクロレンズアレイ142の接着強度を確保するための補強ブロック144−1、144−2も接着されている。
光変調素子102の光出力端154から出力されて上記マイクロレンズアレイ142によりコリメートされた2つの光は、偏波合成部145により偏波合成される。ここで、偏波合成部145は、例えば、波長板と偏波合成プリズムとを含む。
偏波合成された光は、レンズ146を介して出力光ファイバ110と結合して出力される。ここで、光部品である偏波合成部145及びレンズ146は、光出力端末部148の内部に設けられている。光出力端末部148は、出力光ファイバ110が固定された後、変調器筺体104の短辺壁122に固定される。
図3に示すように、光変調素子102は、底面壁128の内面(図示上面)に当該底面壁128の一部として設けられた台座部160(図示の斜線ハッチング部)に固定されている。本実施形態では、台座部160は、変調器筺体104の長さ方向に沿って、光変調素子102の長さ(すなわち、光入力端152から光出力端154までの距離)よりも長く構成されている。また、光変調素子102は、その全体が、台座部160の上面(図1に示す面)の範囲内に配されている。
また、本実施形態の光変調器100では、図3において、台座部160の厚さt4(台座部160の上面(図3における図示上側の面)から底面壁128の外面(図3における図示下側の面)までの厚さ)に対し、台座部160が設けられていない底面壁128の部分である底板部分162、164のそれぞれの厚さt51、t52が薄く形成されている。これにより、当該底板部分162、164が、台座部160が設けられた部分に対して高い熱抵抗を有する高熱抵抗部(図示のドットハッチング部)を構成している。また、底板部分162、164によりそれぞれ構成される高熱抵抗部は、短辺壁120の内面から光変調素子102の光入力端152までの範囲である光入力部170、及び短辺壁122の内面から光変調素子102の光出力端154までの範囲である光出力部172の一部に、設けられている。
なお、図3には、変調器筺体104の短辺壁120及び122が形成する図示上部の開口部に、変調器筺体104の一部を構成する薄い板厚のカバー166も図示されている。カバー166は、光変調素子102が収容された変調器筺体104の内部空間を気密封止するため、図1において長辺壁124、126、及び短辺壁120、122が構成する4辺に例えばシーム溶接される。
変調器筺体104の内部には、光変調素子102を動作させる高周波信号を入力するための複数のリードピンや、当該複数のリードピンから入力された高周波信号を光変調素子102のRF電極のそれぞれに導くための中継基板等が設けられ得る(いずれも不図示)。このため、変調器筺体104の短辺壁120、122、長辺壁124、126の内面、及び又は底面壁128の内面には凹凸が設けられ得る。しかしながら、本実施形態においては、不要に細かい説明となるのを避けて理解を容易にするため、変調器筺体104の短辺壁120、122、長辺壁124、126、並びに底面壁128のうち台座部160が設けられた部分、及び底面壁128のうち台座部160が設けられていない部分を、それぞれ、一様な厚さを持つものとして記載している。
特に、本実施形態の光変調器100では、図1において、変調器筺体104のうち図示下側の長辺壁126の壁厚t3が、これに対向する図示上側の長辺壁124の壁厚t2に対して、t3≧t2となるように構成されている。また、短辺壁120の壁厚t11、及び短辺壁122の壁厚t12が、t11<t2及びt12<t2となるように構成されている。ここで、例えば光モジュール内の回路基板上に光変調器100が実装されるとき、壁厚t3をもつ長辺壁126は、例えば発熱電子部品であるDSPが実装される側を向くように配される。
なお、上述したように、本実施形態では、図1、図2、図3には、実際の変調器筺体104において設けられる可能性のある、リードピンや中継基板等を配するための凹凸を示していない。従って、図1、図3に示す短辺壁120、122、及び長辺壁124、126の壁厚は、上記凹凸を有する場合には、それぞれの壁における壁厚の平均値を示すものと理解されたい。すなわち、本実施形態においては、短辺壁120の壁厚t11、短辺壁122の壁厚t12、長辺壁124の壁厚t2、及び長辺壁126の壁厚t3は、それぞれの壁における壁厚の平均値であって、それらの平均値が、t11<t2≦t3、及びt12<t2≦t3の関係を有している。
なお、本明細書において、壁厚の「平均値」とは、対応する壁又は壁の部分厚さの平均値をいう。つまり、当該壁又は壁の部分が隣接する壁に接続又は交わる場合、当該接続又は交わる部分を含まない、いわゆる“壁”そのもの又は“壁”の部分そのものの厚さの平均値をいうものとする。例えば、対応する壁又は壁の部分の内面(変調器筺体内部の面)が、隣接する壁の内面と、曲線部(R加工部)を介して接続されている場合には、当該曲線部を除く、“壁”そのもの又は“壁”の部分そのものの厚さの平均値をいう。
また、本構成において、台座部160の厚さt4は、台座部160が凹凸を有する構成である場合には、変調器筺体104の長さ方向に沿って光変調素子102の光入力端152から光出力端154までの範囲における、台座部160の上面から底面壁128の外面までの厚さの平均値をいう。また、底面壁128のうち台座部160が設けられていない部分、すなわち、底板部分162、164の厚さt51及びt52は、当該底板部分162、164が凹凸を有する場合には、それぞれ、底板部分162、164における底面壁128の厚さの平均値をいう。
上記の構成を有する光変調器100では、長辺壁126の壁厚t3を最も厚くすることで、変調器筺体104の長辺に沿った長辺壁126の熱抵抗が低減されている。このため、例えば光変調器100を光モジュール内の回路基板上に実装した場合に、長辺壁126側に配置された発熱電子部品であるDSP等から当該回路基板や空間を経て変調器筺体104の一部から流入する熱は、最も壁厚の大きい長辺壁126に沿って従来の構成よりも早く伝わる。そして伝わる熱は即座に上記回路基板上へ流れ出る。その結果、変調器筺体104の長さ方向の温度勾配は、従来の光変調器(例えば、図15に示す光変調器1500)に比べて低減される。そして、変調器筺体104の長さ方向の温度勾配が低減されることにより、変調器筺体104の全体としてみたときの温度勾配の方向は、図17に示す方向1704に比べてより長さ方向に近い方向となる。
すなわち、光変調器100では、DSP等の発熱電子部品が近接して配された場合でも、変調器筺体104の温度勾配を、その長さ方向に沿うように、且つ従来より緩やかとなるようにすることができる。このため、変調器筺体104の長さ方向に対する中心線132及び幅方向に対する中心線130に対する温度分布の対称性が向上する。
その結果、光変調器100を発熱電子部品に近接して配置した場合に変調器筺体104に発生する応力は低減され、且つ分散される。また、変調器筺体104の温度分布の対称性が向上することで、変調器筺体104内に収容された干渉型光変調器である光変調素子102の温度分布もより対称性を有するものとなる。その結果、光変調素子102のマッハツェンダ型光導波路を構成する並行導波路間の光路長変化又は位相変化の多くが相殺され、光変調素子102の特性変動(例えば、動作点変動)も抑制される。
更に、本実施形態では、底面壁128に台座部160が設けられており、当該台座部160の厚さt4を他の底面壁128の部分(すなわち、底板部分162、164)の厚さt51、t52よりも厚くすることができる。これにより、短辺壁120、122の厚さt11、t12、及び長辺壁124、126の厚さt2、t3の関係を上述のように設定するのに加え、更に、台座部160の厚さt4を調製することで、変調器筺体104の長さ方向の熱伝導をさらに向上させることができる。
例えば、台座部160の厚さt4を、上記長辺壁126の厚さt3より大きく設定し、すなわち、t11<t2≦t3<t4、及びt12<t2≦t3<t4となるようにt4を設定することで、上述した変調器筺体104の長さ方向の温度勾配の低減効果に加え、変調器筺体104の幅方向の温度勾配の低減効果も高めることができる。これにより変調器筺体104における温度分布の対称性の向上効果をより高めることができる。本構成はマッハツェンダ型光導波路を有する光変調素子において特に有効であり、マッハツェンダ型光導波路を構成する並行導波路間の光路長変化又は位相変化の多くが相殺され、光変調素子102の特性変動(例えば、動作点変動)を更に抑制することができる。
また、本実施形態では、台座部160の厚さt4を十分大きくすることができる場合には、短辺壁120、122の厚さt11、t12、及び長辺壁124、126の厚さt2、t3の大小関係に関わらず、台座部160により変調器筺体104の長さ方向及び幅方向への熱伝導量を確保して、上述した変調器筺体104の長さ方向及び幅方向の温度勾配の低減効果、及び温度分布の対称性の向上効果を得るものとすることもできる。すなわち、例えば、台座部160の厚さt4を、短辺壁120、122の厚さt11、t12、及び長辺壁124、126の厚さt2、t3よりも厚くすることによっても、上述した効果と同様の効果を実現し得る。言い換えると台座部160の厚さt4が変調器筺体104を構成する壁で一番厚くすることで上述した効果を実現し得る。
また、本実施形態の変調器筺体104では、図1に示す4辺のうち長辺壁126の壁厚t3を最も厚く形成することで、変調器筺体104の長辺に沿った長辺壁126の熱抵抗が低減されている。そして、変調器筺体104の剛性は、主に長辺壁124及び126、底面壁128により確保されている。このため、短辺壁120、122の壁厚t11、t12を、従来技術における光変調器に比べてより薄くすることができ、これによりこれらの壁の熱抵抗を増加させることができる。従って、変調器筺体104の剛性を損なうことなく、上記のようにt11<t2≦t3及びt12<t2≦t3、又はt11<t2≦t3<t4及びt12<t2≦t3<t4として、温度上昇に起因して特性変動及び又は長期信頼性低下の要因となり得る光ファイバ108等や光部品(偏波合成部145等)などが固定される短辺壁120、122及びその周囲への熱の流入を抑制することができる。
さらに、本実施形態では、台座部160の厚さt4に対し、底面壁128のうち台座部160が設けられていない底板部分162、164の厚さt51、t52が薄く構成されていることにより、底板部分162、164が高熱抵抗部を構成している。また、これらの高熱抵抗部は、光入力部170、及び光出力部172にそれぞれ設けられている。このため、台座部160を介して短辺壁120、122及びその周囲へ流入する熱が更に効果的に抑制され、短辺壁120、122に固定される上記光ファイバ108等や光部品への熱の流入が更に抑制される。
以上の結果として、光変調器100では、光モジュール内においてDSP等の発熱電子部品が近接して配置された場合でも、変調器筺体104の温度分布をより対称性のある状態にして、特性変動や長期信頼性の低下を低減することができる。また、変調器筺体104の温度分布がより対称性のある状態になった結果、光モジュール内における変調器筺体104は恒温槽における長期信頼性試験のように一様な温度環境に置かれた状態に近づく。このため、光変調器100の長期信頼性は、恒温槽を用いた信頼性試験に基づく信頼度予測に近づくこととなり、当該予測を超えて信頼度が低下することが防止され得る。
なお、長辺壁126の平均壁厚である壁厚t3は、従来の光変調器における長辺壁よりも低い熱抵抗が実現されるように、従来の光変調器において通常用いられる壁厚t2である1.5mm前後の値より大きく、例えば2.0mm以上、3.0mm以下の値の範囲とすることが望ましい。また、短辺壁120、122の平均壁厚である壁厚t11、t12は、変調器筺体104の機械的強度も考慮すると、短辺壁120及び短辺壁122の熱抵抗が長辺壁124及び126の熱抵抗に比べて大きな値となるように、例えば0.5mm以上、1.5mm以下の値の範囲に設定することが望ましく、0.5mm以上、1.0mm以下の値の範囲に設定するとより望ましい。言い換えると短辺壁120、122の壁厚t11、t12は長辺壁126の壁厚t3の3/4以下が望ましく、さらに1/2以下であればより望ましい。
例えば、長辺壁126が凹凸を有する構成である場合には、長辺壁126を厚さ1.7mmから4mmの範囲で形成し、平均壁厚である壁厚t3が2.0mm以上、3.0mm以下の値の範囲であるものとすることができる。また、例えば、短辺壁120及び短辺壁122が凹凸を有する構成である場合には、短辺壁120及び短辺壁122をそれぞれ厚さ0.3mmから1mmの範囲で形成し、平均壁厚である壁厚t11及びt12をそれぞれ0.5mm以上、1.0mm以下の値の範囲とすることができる。
また、短辺壁120の壁厚t11と短辺壁122の壁厚t12は、同じ値であってもよいし、異なる値であってもよい。さらに、短辺壁120の壁厚t11と短辺壁122の壁厚t12は、必ずしもその両者が長辺壁124の壁厚t2より小さい値である必要はない。例えば、短辺壁120、122の温度変動が入力光ファイバ108、出力光ファイバ110、あるいはマイクロレンズアレイ142、偏波合成部145、又はレンズ146の位置ズレや特性変動に与える影響の大きさ(感度)に応じて、t11又はt12の少なくとも一方が、壁厚t2より小さな値であるものとすることができる。
なお、本実施形態では、底板部分162及び164は、台座部160の厚さt4に対して薄い厚さt51及びt52を有することにより高熱抵抗部を構成するものとしたが、これには限定されない。底板部分162及び164は、それらの全部又は一部が変調器筺体104の他の部分よりも熱伝導率の低い材料(セラミクスやモールド樹脂など)で構成されていることにより高熱抵抗部を構成していてもよい。
また、高熱抵抗部は、光入力部170及び光出力部172の双方ではなく、光入力部170及び光出力部172の一方に形成されているものとしてもよい。すなわち、高熱抵抗部である領域は、光入力部170及び又は光出力部172の一部又は全部を含む領域とすることができる。具体的には、高熱抵抗部は、光入力部170及び又は光出力部172の全体に形成されてもよいし、光入力部170及び又は光出力部172の一部又は全部を含んで且つ光入力部170及び又は光出力部172の範囲外に延在していてもよい。さらに、高熱抵抗部は、底面壁128のうち台座部160が設けられていない一つ又は複数のいずれかの部分に構成されていればよく、必ずしも光入力部170及び光出力部172の範囲内に構成されていなくてもよい。光入力部170及び光出力部172の範囲外に構成した場合にも、台座部160を伝導する熱が底面壁128の他の部分(例えば短辺壁120及び又は122)へ伝導していくのを抑制することができる。また、高熱抵抗部は、光入力部170及び光出力部172の双方、もしくは一方に形成されるとともに、更に底面壁128の光入力部170及び光出力部172以外の部分に形成されてもよい。
[第2実施形態]
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。図4は、第2の実施形態に係る光変調器400の構成を示す平面図である。また、図5は、図4に示す光変調器400のBB断面矢視図である。図4及び図5においては、図1及び図3における第1の実施形態に係る光変調器100と同じ構成要素及び壁厚については、図1及び図3における符号と同じ符号を用いるものとし、上述した光変調器100についての説明を援用するものとする。また、光変調器400の側面外観は、図2に示す光変調器100の側面外観と同様であるものとする。また、図4では、光変調器400の構成についての理解を容易にするため、図1と同様に、組み立てが完了した状態においては視認することのできない内部の構造も実線で示している。
光変調器400は、第1の実施形態における光変調器100と同様の構成を有するが、光出力端末部148に代えて光出力端末部448を含む点が異なる。光出力端末部448は、光出力端末部148と同様の構成を有するが、偏波合成部145が配されていない点が異なる。また、光変調器400は、光出力部172内に設けられた底面壁128のうち高熱抵抗部を構成する底板部分164に、光学部476が配されている点が、光変調器100と異なる。光学部476は、本実施形態では、例えば第1実施形態である図1の光変調器100の光出力端末部148内に配されていた偏波合成部145を含む。
一般に、光出力端末部内に光学部品を配することは、光変調器の小型化に有利である一方、光学部品についてのサイズ、形状、及び又は特性に関する制約が多くなり、光学部品の選択肢が限られることとなる。また、変調器筺体内に光学部品を配する構成に比べ、光変調素子の光出力端面から光学部品に至るまでの距離が長くなるため、温度変動等により光変調素子から出射される光の出射角が僅かに変動した場合にも、光学部品における光の入射点が大きく変動することとなり、光学特性の温度特性が悪くなり易い。
これに対し、光変調器400では、底面壁128の底板部分164に光学部476を配するので、当該光学部476を構成する偏波合成プリズムや波長板等についての、形状(サイズ)や特性(例えば、光入射点についての依存性)に関する制約が緩和される。このため、これらの光学部品の選択肢が広がることとなる。また、光出力端末部148内に偏波合成部145を配する構成に比べて、光変調素子102の光出力端154から光学部476までの距離を小さくすることが可能となる。このため、温度変動に伴う光変調素子102からの光の出射角度の変動に対する光学特性の変化も抑制され得る。
なお、光学部476には、光変調器400に求められる機能等に応じて、一つ又は複数の任意の光学部品を含ませるものとすることができる。例えば、出力光ファイバ110を変調器筺体104の内部まで引き込み、光出力端末部448に配されているレンズ146も、光学部476に含ませるものとすることができる。
また、本実施形態では、光出力部172内において高熱抵抗部を構成する底板部分164に光学部476を配するものとしたが、これには限られない。これに代えて、又はこれに加えて、光入力部170内において高熱抵抗部を構成する底板部分162に、光学部品を配するものとしてもよい。例えば、入力光ファイバ108と光変調素子102との間をレンズを用いて光学的に結合させる空間光学系とし、光学部品である当該レンズを光入力部170内の底板部分162上に配してもよい。
[第3実施形態]
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。図6は、第3の実施形態に係る光変調器600の構成を示す平面図である。また、図7は、図6に示す光変調器600のCC断面矢視図である。図6及び図7においては、図1、図2、図3、図4、及び図5における第1及び第2の実施形態に係る光変調器100、400と同じ構成要素及び壁厚については、図1、図2、図3、図4、及び図5における符号と同じ符号を用いるものとし、上述した光変調器100及び400についての説明を援用するものとする。また、光変調器600の側面外観は、図2に示す光変調器100の側面外観と同様であるものとする。また、図6では、光変調器600の構成についての理解を容易にするため、図1と同様に、組み立てが完了した状態においては視認することのできない内部の構造も実線で示している。
光変調器600は、第2の実施形態における光変調器400と同様の構成を有するが、変調器筺体104に代えて変調器筺体604を有する点が異なる。変調器筺体604は、変調器筺体104と同様の構成を有するが、底面壁128に代えて底面壁628を有する点が異なる。底面壁628は、底面壁128と同様の構成を有するが、台座部160に代えて台座部660を備える点が異なる。
台座部660は、台座部160と同様の構成を有するが、変調器筺体604の長さ方向の長さが、台座部160の変調器筺体104の長さ方向の長さよりも短く構成されている。そして、光変調器600では、光変調素子102の光入力端152及び光出力端154が、台座部660の範囲外へ突出するように、当該台座部660上に配されている。すなわち、光変調器600では、光変調素子102の光入力端152及び光出力端154にそれぞれ設けられた光学部品であるマイクロレンズアレイ142及びキャピラリ140が、台座部660の範囲外に台座部660と接触しないように配されている。なお、光入力端152及び光出力端154にそれぞれ設けられる光学部品は、マイクロレンズアレイ142及びキャピラリ140に限らず、光変調器600に求められる機能に応じて任意の光学部品とすることができる。
また、光変調器600では、底面壁628のうち台座部660が設けられていない底板部分662、664は、それぞれ台座部660の厚さt4より薄い厚さt51、t52で構成されている。これにより、底板部分662、664は、それぞれ、光入力部170及び光出力部172を含む底面壁628の部分に、台座部660は形成された部分よりも熱抵抗の高い高熱抵抗部を構成している。
なお、本構成において、台座部660の厚さt4、及び底板部分662、664の厚さt51、t52の定義は、上述した台座部160及び底板部分162、164の厚さの定義と同様であるものとする。また、台座部660及び又は底板部分662、664が凹凸を有する場合における各厚さの平均値の定義も、上述した台座部160及び底板部分162、164についての定義と同様であるものとする。
上記の構成を有する光変調器600は、光変調素子102の光入力端152及び光出力端154が台座部660の範囲外へ突出して台座部660と接触しないように当該台座部660上に配されているので、光入力端152に配されたキャピラリ140及び光出力端に配されたマイクロレンズアレイ142等の光学部品への熱の流入も抑制される。これにより、光変調器600では、当該光変調器600に近接して発熱電子部品が配された場合にも、当該発熱電子部品からの熱を光変調素子102の全体に効果的に熱伝導させつつ、上記キャピラリ140及びマイクロレンズアレイ142を含め、変調器筺体604内の種々の光学部品への熱の流入を抑制することができる。その結果、光変調器600では、光学特性や長期信頼性に対する上記発熱電子部品からの熱の影響を更に低減して、更に安定な特性と高い信頼性とを実現することができる。
[第4実施形態]
次に、本発明の第4の実施形態について説明する。図8は、第4の実施形態に係る光変調器800の構成を示す平面図である。また、図9は、図8に示す光変調器800のDD断面矢視図である。図8及び図9においては、図6及び図7における第3の実施形態に係る光変調器600と同じ構成要素及び壁厚については、図6及び図7における符号と同じ符号を用いるものとし、上述した光変調器600についての説明を援用するものとする。また、光変調器800の側面外観は、図2に示す光変調器100の側面外観と同様であるものとする。また、図8では、光変調器800の構成についての理解を容易にするため、図1と同様に、組み立てが完了した状態においては視認することのできない内部の構造も実線で示している。
光変調器800は、第3の実施形態における光変調器600と同様の構成を有するが、変調器筺体604に代えて変調器筺体804を有する点が異なる。変調器筺体804は、変調器筺体604と同様の構成を有するが、底面壁628に代えて底面壁828を有する点が異なる。底面壁828は、底面壁628とは異なり、台座部660が形成されておらず、一様な厚さ(又は平均厚さ)t5を有する壁として構成されている。
そして、光変調器800では、底面壁828上に配された板状体である第1スペーサ880(図示斜線ハッチング部)と、当該第1スペーサ880上に配された板状体である第2スペーサ882とにより台座部860が構成されている。台座部860上には、台座部660と同様に、光変調素子102が配されている。
板状体である第1スペーサ880及び第2スペーサ882は、本実施形態では、例えば変調器筺体804と同じ素材であるコバールやSUSなどで構成されている。ただしこれに限らず、第1スペーサ880及び第2スペーサ882を、それぞれ変調器筺体804と異なる素材で構成するものとしてもよい。
特に、本実施形態では、光変調素子102が配される第2スペーサ882の、変調器筺体804に沿った長さが、光変調器600における台座部660と同様に、光変調素子102の光入力端152から光出力端154までの距離よりも短く構成されている。そして、光変調素子102は、光入力端152及び光出力端154が、それぞれ第2スペーサ882の上面(図8に示す図示白抜きの面)から突出するように配されている。
すなわち、光変調器800では、光変調器600と同様に、光変調素子102の光入力端152及び光出力端154にそれぞれ設けられた光学部品であるマイクロレンズアレイ142及びキャピラリ140が、第2スペーサ882の上面の範囲外に配されている。なお、光入力端152及び光出力端154にそれぞれ設けられる光学部品は、マイクロレンズアレイ142及びキャピラリ140に限らず、光変調器600に求められる機能に応じて任意の光学部品とすることができる。
また、底面壁828と第2スペーサ882との間に配される第1スペーサ880の、変調器筺体804に沿った長さは、第2スペーサ882の長さよりも長く構成されている。そして、第2スペーサ882は、第1スペーサ880の上面の範囲内に配されている。底面壁828と第1スペーサ880との間、及び第1スペーサ880と第2スペーサ882との間は、接着、ハンダ付け、ロウ付け等任意の方法で固定するものとすることができる。
また、底面壁828のうち、第1スペーサ880が配されていない底板部分862、864は、それぞれ厚さt51、t52を有することにより、第2スペーサ882及び第1スペーサ880とその下部の底面壁828の部分で構成される部分に対して熱抵抗の高い高熱抵抗部を、光入力部170内及び光出力部172内に構成している。
ここで、台座部860の厚さt4は、第2スペーサ882の上面から底面壁828の外面までの距離をいい、第2スペーサ882の上面に凹凸があるときは、光変調素子102の光入力端152から光出力端154までの範囲における、第2スペーサ882の上面から底面壁828の外面までの距離の平均値をいうものとする。また、底板部分862、864の厚さt51、t52は、底面壁828の厚さt5と同じであるか、又は、底板部分862、864が凹凸を有する場合には、当該底板部分862、864における平均厚さをいうものとする。
さらに、光変調器800では、光学部476に代えて、光学部876を備える。ただし、光変調器400、600とは異なり、光学部876は、底面壁828に直接固定されるのではなく、基部878を介して底面壁828に固定されている。
上記の構成を有する光変調器800は、光変調素子102の光入力端152及び光出力端154が台座部860(より具体的には、第2スペーサ882)から突出していることにより、光変調器600と同様に、に当該光入力端152及び光出力端154に配された光学部品(本実施形態では、キャピラリ140及びマイクロレンズアレイ142)への熱の流入を抑制することができる。また、台座部860が第1スペーサ880と第2スペーサ882とにより2段構成となっており、第2スペーサ882比べて第1スペーサ880の長さが長く構成されているので、台座部660の全体が光変調素子102より短く構成される光変調器600に比べて、台座部860周辺の熱伝導性をより良好なものとすることができる。
また、第1スペーサ880及び第2スペーサ882により台座部860を構成することにより、変調器筺体804のうち台座部860が構成される部分の剛性及び熱伝導性と、光変調素子102への熱伝導抑制とを、個別に調整することができる。
すなわち、第1スペーサ880の長さ及び厚さを調製することで、台座部860が形成された部分の熱伝導を調製し、且つ底面壁828部分の剛性を調製することができる。また、第2スペーサ882の長さ及び厚さを調製することにより光変調素子102への熱伝導の抑制を調製することもできる。
なお、光変調素子102への熱伝導を抑制する意味では、第2スペーサ882と第1スペーサ880との間は、金属系のロウ材や金属フィラーの入ったペーストなどよりは、変調器筺体804の材料より熱伝導率の低い、例えばエポキシ系接着剤などを用いることが望ましい。
また、光変調器800では、光学部876は基部878を介して底面壁828に固定されるので、光学部876と底面壁828との間に2つの接合層が介在することとなり、光学部876への熱伝導を大きく抑制することが可能となる。また、光学部876が複数の光学部品で構成される場合には、これらの光学部品を基部878上に一体化し実装することができるので、製造工数を低減することができ、且つ、特性上及び又は信頼性上の製造バラつきを効果的に抑制することができる。
ここで、光学部876への熱伝導を抑制する観点からは、光学部876を構成する光学部品と基部878との間は、変調器筺体804の材料より熱伝導性の低い接着剤、例えばエポキシ系接着剤で固定することが望ましい。また、基部878の材料は、変調器筺体804の材料と同じでもよいが、セラミック基板など、より熱伝導性の低い材料がより好適である。
なお、光学部876に代えて又はこれに加えて、光入力部170に構成される高熱抵抗部である底板部分862に、基部878と同様な基部を介して一つ又は複数の光学部品で構成される他の光学部を配してもよい。
また、本実施形態の第1の変形例として、第1スペーサ880及び第2スペーサ882に代えて、上述した第1スペーサ880及び第2スペーサ882を、変調器筺体804と一体に形成してもよい。例えば、変調器筺体804を加工する際に、第1スペーサ880及び第2スペーサ882で形成される段差と同様の段差が形成されるように底面壁828を加工するものとしてもよい。この場合には、変調器筺体804の底面壁828の剛性をより高めることができる。
また、本実施形態の第2の変形例として、第1スペーサ880に代えて、第1スペーサ880と同様の形状の凸部を底面壁828上に形成し、当該凸部の上面に別体の第2スペーサ882を配するものとしてもよい。この場合には、底面壁828の剛性を高めつつ、第2スペーサ882の長さを調製して、光変調素子102への熱伝導の抑制を調製することができる。
また、本実施形態の第3の変形例として、第2スペーサ882を、変調器筺体804とは異なる素材であって、変調器筺体804よりも低い熱伝導率を有する素材で構成するものとしてもよい。これにより、光変調素子102への熱伝導をより効果的に抑制することができる。この場合には、第2スペーサ882と第1スペーサ880との間は、金属系のロウ材や金属フィラーの入ったペーストなどよりは、変調器筺体804の材料より熱伝導率の低い、例えばエポキシ系接着剤などを用いて接合することで、光変調素子102への熱伝導を更に抑制することができる。また、この場合、第1スペーサ880の熱伝導率は第2スペーサ882の熱伝導率よりも大きいことが望ましい。また変調器筺体804の熱勾配を抑制する観点から第1スペーサ880の熱伝導率を第2スペーサ882の熱伝導率よりも大きくするとともに、更に変調器筺体804の材料の熱伝導率以上とするとより望ましい。さらに、本変形例の場合には、上述の第2の変形例と同様に、第1スペーサ880を変調器筺体804の底面壁828と一体に形成するものとしてもよい。また変調器筺体804の熱勾配を抑制する観点から、図9における第1スペーサ880の変調器筺体804に沿った長さは、第2スペーサ882の長さよりも長くすることに加え、光変調素子102の長さよりも長い方がより好ましい。
なお、本実施形態では、底板部分862及び864は、第1スペーサ880等が配されていないことにより底面壁828の他の部分より熱抵抗の高い高熱抵抗部を構成するものとしたが、これには限定されない。底板部分862及び864は、それらの全部又は一部が変調器筺体804の他の部分よりも熱伝導率の低い材料で構成されていることにより高熱抵抗部を構成していてもよい。
また、高熱抵抗部は、光入力部170及び光出力部172の双方ではなく、光入力部170及び光出力部172の一方に形成されているものとしてもよい。すなわち、高熱抵抗部である領域は、光入力部170及び又は光出力部172の一部又は全部を含む領域とすることができる。具体的には、高熱抵抗部は、光入力部170及び又は光出力部172の全体に形成されてもよいし、光入力部170及び又は光出力部172の一部又は全部を含んで且つ光入力部170及び又は光出力部172の範囲外に延在していてもよい。さらに、高熱抵抗部は、底面壁828のうち第1スペーサ880が配されていない一つ又は複数のいずれかの部分に構成されていればよく、必ずしも光入力部170及び光出力部172の範囲内に構成されていなくてもよい。光入力部170及び光出力部172の範囲外に構成した場合にも、台座部860を伝導する熱が底面壁828の他の部分(例えば短辺壁120及び又は122)へ伝導していくのを抑制することができる。また、高熱抵抗部は、光入力部170及び光出力部172の双方、もしくは一方に形成されるとともに、更に底面壁828の光入力部170及び光出力部172以外の部分に形成されてもよい。
[第5実施形態]
次に、本発明の第5の実施形態について説明する。図10は、第5の実施形態に係る光変調器1000の構成を示す平面図である。また、図11は、図10に示す光変調器1000のEE断面矢視図である。図10及び図11においては、図8及び図9における第4の実施形態に係る光変調器800と同じ構成要素及び壁厚については、図8及び図9における符号と同じ符号を用いるものとし、上述した光変調器800についての説明を援用するものとする。また、光変調器1000の側面外観は、図2に示す光変調器100の側面外観と同様である。また、図10では、光変調器1000の構成についての理解を容易にするため、図1と同様に、組み立てが完了した状態においては視認することのできない内部の構造も実線で示している。
光変調器1000は、第4の実施形態における光変調器800と同様の構成を有するが、台座部860に代えて台座部1060を有する点が異なる。台座部1060は、台座部860と同様の構成を有するが、第2スペーサ882に代えて第2スペーサ1082を有する点が異なる。第2スペーサ1082は、第2スペーサ882と同様であるが、光変調素子102の光出力端154側の端部が、当該光出力端154の位置を越えて短辺壁122へ向かって延在する点が異なる。
また、光変調器1000は、光学部876に代えて光学部1076を有し、光学部1076は、第2スペーサ1082のうち光出力端154から短辺壁122に向かって延在する部分の上面(図10に示す面)に配されている。
ここで、台座部1060の厚さt4は、第2スペーサ1082の上面から底面壁828の外面までの距離をいい、第2スペーサ1082の上面に凹凸があるときは、光変調素子102の光入力端152から光出力端154までの範囲における、第2スペーサ1082の上面から底面壁828の外面までの距離の平均値をいうものとする。
上記の構成を有する光変調器1000は、光変調器800における基部878の役割を第2スペーサ882が併せ持つものとして構成されている。第2スペーサ1082は、基部878と同様に、セラミック基板など、変調器筺体804の材料よりも熱伝導性の低い材料がより好適である。
一般に、光変調器を光モジュールに実装する場合、光変調器に近接して配される電子部品からの熱の多くは回路基板を伝わって変調器筺体の底面壁から伝導してくる。このため、底面壁828に光学部876を配した光変調器800の構成では、それら光学部品への熱伝導を十分抑制できない場合があり得る。これに対し、光変調器1000では、光学部1076が、底面壁828上ではなく、第1スペーサ880上に固定された第2スペーサ1082上に配されているので、変調器筺体804に流入した熱が光学部1076へ伝導するのをより抑制することができる。
光学部品の耐熱性は、それらの固定に用いられる材料を含め様々であり、より低い耐熱性を有する光学部品を用いて光学部1076を構成しようとする場合には、光変調器1000の構成は、それら光学部品への熱伝導を抑制する点において特に効果的である。
また、光変調器1000では、光学部1076と、光変調素子102とを、予め第2スペーサ1082上に組み上げてから、変調器筺体804へ実装することができる。このため、光変調器1000では、製造工程を簡略化し、且つ光学特性の安定化を図ることができる、という利点も有している。
なお、本実施形態の変形例として、第4実施形態の光変調器800と同様に、第1スペーサ880を底面壁828の一部として形成して、変調器筺体804を構成してもよい。
[第6実施形態]
次に、本発明の第6の実施形態について説明する。図12は、本発明の第6の実施形態に係る光変調器1200の構成を示す平面図である。また、図13は、図12に示す光変調器1000のFF断面矢視図である。図12及び図13においては、図10及び図11における第5の実施形態に係る光変調器1000と同じ構成要素及び壁厚については、図10及び図11における符号と同じ符号を用いるものとし、上述した光変調器1000についての説明を援用するものとする。また、光変調器1200の側面外観は、図2に示す光変調器100の側面外観と同様である。また、図12では、光変調器1200の構成についての理解を容易にするため、図1と同様に、組み立てが完了した状態においては視認することのできない内部の構造も実線で示している。
光変調器1200は、第5の実施形態における光変調器1000と同様の構成を有するが、台座部1060に代えて台座部1260を有する点が異なる。台座部1260は、台座部1060と同様の構成を有するが、第2スペーサ1082に代えて第2スペーサ1282を有する点が異なる。第2スペーサ1282は、第2スペーサ1082と同様であるが、その長さが、光変調素子102の長さより短く構成されている。そして、光変調素子102は、光入力端152及び光出力端154が、第2スペーサ1082の両端部から突出するよう配されている。
さらに、第1スペーサ880の上面には、第2スペーサ1282に加えて、光変調素子102の下部から光出力端154の位置を越えて短辺壁122へ向かって延在する基部1284が配されている。また、基部1284上には、光学部1076が配されている。基部1284は、基部878と同様に、光学部1076への熱伝導を抑制する観点から、セラミック基板など、変調器筺体804の材料よりも熱伝導性の低い材料がより好適である。
ここで、台座部1260の厚さt4は、第2スペーサ1282の上面から底面壁828の外面までの距離をいい、第2スペーサ1282の上面に凹凸があるときは、光変調素子102の光入力端152から光出力端154までの範囲における、第2スペーサ1282の上面から底面壁828の外面までの距離の平均値をいうものとする。
上記の構成を有する光変調器1200では、光学部1076が、底面壁828上には配されず、第1スペーサ880に固定された基部1284上に配されている。このため、光変調器1200では、光変調器1000と同様に、光学部1076への熱伝導をより抑制することができる。
ただし、上述した第5の実施形態における光変調器1000では、光学部1076と光変調素子102の双方を第2スペーサ1082上に配する。このため、光学部1076への熱伝導抑制を優先して第2スペーサ1082の材料を選択すると、当該素材の熱膨張係数によっては、第2スペーサ1082と第1スペーサ880との間の接合部、第2スペーサ1082と光変調素子102との接合部、あるいは光変調素子102自身に、剥離やひび割れなどを生じる場合があり得る。
これに対し、光変調器1200では、光学部1076が配される基部1284と、光変調素子102が配される第2スペーサ1282とは別体であるため、基部1284と第2スペーサ1282とをそれぞれ別の材料を用いて構成することができる。したがって、光変調器1200では、光変調素子102の応力抑制と、光学部1076への熱伝導抑制と、のそれぞれの観点から第2スペーサ1282と基部1284の材料を独立に選択して、信頼性を確保しつつ光学部1076への熱伝導をより効果的に抑制することができる。
[第7実施形態]
次に、本発明の第7の実施形態について説明する。本実施形態は、本発明に係る光変調器を搭載した光モジュールである。図14は、第7の実施形態に係る光モジュール1400の構成を示す平面図である。
光モジュール1400は、モジュール筺体1402内に、光変調器100と、回路基板1406と、を収容する。回路基板1406には、光変調器100が搭載されるほか、送信光の光源であるLD(Laser Diode)1408、及び受信光の受光器であるPD(Photo Diode)1410が搭載される。また、回路基板1406には、これらの光部品を動作させるための電子回路を構成する電子部品が搭載される。図14には、主要な電子部品であって且つ発熱量の多い電子部品の一例として、デジタル信号処理のためのDSP1412を示している。
ただし、回路基板1406上には、光モジュール1400に求められる機能に応じて、その他の光部品や電子部品が搭載され得る。そのような電子部品には、例えば、光変調器100を駆動するためのドライバIC等が含まれる。これにより、光モジュール1400は、例えば一の伝送路光ファイバ(不図示)へ光変調器100を介して信号光(送信光)を出力し、及び他の伝送路光ファイバ(不図示)が伝送した光信号(受信光)をPD1410により受信する。
光モジュール1400では、特に、光変調器100は、長辺壁126の側の端部近傍に所定の間隔gを隔ててDSP1412が近接して配されるように、回路基板1406上に実装されている。ここで、間隔gは、例えば2.0mmである。
上記の構成を有する光モジュール1400では、光変調器100は、当該光変調器100の図示下側の辺に対応する壁厚t3をもって熱抵抗が低減された長辺壁126の側に、発熱電子部品であるDSP1412が配されるように実装されている。このため、光モジュール1400では、発熱電子部品であるDSP1412が光変調器100に近接配置されていても、当該近接配置に起因する光変調器100の特性の変動及び長期信頼性の低下が抑制される。その結果、光モジュール1400の小型化を図りつつ、光モジュール1400が出力する送信光の伝送品質を高く維持すると共に、光モジュール1400全体としての長期信頼性の低下も抑制することができる。
なお、本実施形態においては、光変調器100を用いて光モジュール1400を構成するものとしたが、これには限られない。光変調器100に代えて、光変調器400、600、800、1000、1200、又はそれらの変形例を、図14に示す回路基板1406上の光変調器100と同様の位置に配して、光モジュール1400を構成してもよい。
以上説明したように、例えば上述の第1の実施形態に係る光変調器100は、基板上に形成された光導波路106で構成される光変調素子102と、光変調素子102を収容する変調器筺体104と、を備える。変調器筺体104は、平面視が四辺形の底面壁128と、底面壁128の互いに対向する2つの辺につながる第1の長辺壁124及び第2の長辺壁126と、第1及び第2の長辺壁124、126よりも長さの短い、底面壁128の互いに対向する他の2つの辺につながる第1の短辺壁120及び第2の短辺壁122と、を有する。そして、第2の長辺壁126は、第1の長辺壁124の壁厚t2以上の壁厚t3を有し、第1及び第2の短辺壁120、122のうち少なくとも一つは、第1の長辺壁124の壁厚t2より薄い壁厚t11、t12を有する。さらに、光変調素子102は、底面壁128の一部に配された台座部160に固定され、台座部160が配された部分以外の底面壁128の部分である例えば底板部分162、164に高熱抵抗部が設けられている。
また、例えば光変調器100では、台座部160の上面から底面壁128の外面までの平均厚さt4は、第1の短辺壁120、第2の短辺壁122、第1の長辺壁124及び第2の長辺壁126の平均厚さt11、t12、t2、t3より厚く構成されているものとすることもできる。
これらの構成によれば、変調器筺体104の一部から流入した熱は、側壁のうち最も厚い壁厚t3を有して最も熱抵抗の小さい第2の長辺壁126を介して即座に伝搬するので、光変調器100が電子部品等の熱源に近接して配置された場合にも、変調器筺体104における非対称な温度分布の発生を抑制して、上記配置に起因する特性変動や長期信頼性の低下を抑制することができる。また、底面壁128に台座部160を設けることにより、台座部160以外の、例えば短辺壁120、122への熱伝導を抑制しつつ、台座部160により変調器筺体104の長さ方向の熱伝導をさらに促進して、上記熱源の近接配置に起因する特性変動や長期信頼性の低下を更に抑制することができる。
また、例えば光変調器100では、光変調素子102の光入力端152及び光出力端154は、それぞれ、第1の短辺壁120及び第2の短辺壁122と対向し、高熱抵抗部である領域が、第1の短辺壁120の内面から光変調素子102の光入力端152までの範囲である光入力部170、及び第2の短辺壁122の内面から光変調素子の光出力端154までの範囲である光出力部172の一部又は全部を含む領域として形成されている。
この構成によれば、光ファイバ108等やレンズ146等の光学部品が配され得る短辺壁120、122への熱伝導を抑制しつつ、変調器筺体104の長さ方向の熱伝導を促進して上記熱源の近接配置に起因する特性変動や長期信頼性の低下を抑制することができる。
また、例えば光変調器100では、底面壁128に形成される高熱抵抗部、例えば底板部分162、164は、その平均厚さt51、t52が、台座部160の平均厚さt4よりも薄く構成されている。この構成によれば、高熱抵抗部を単純且つ安価な構成で実現することができる。
また、例えば、上述した第2の実施形態に係る光変調器400では、底板部分164により光出力部172内に形成された高熱抵抗部に、偏波合成プリズム等の第1の光部品を含んだ光学部476が配置されている。また、これに代えて又はこれに加えて、光変調器400には、底板部分162により光入力部170内に形成された高熱抵抗部に、第1の光部品を配するものとすることができる。
この構成によれば、これら第1の光部品への熱伝導を抑制して、光変調器400の温度特性等の安定化を図ると共に、長期信頼性を向上することができる。
また、例えば、上述した第3の実施形態に係る光変調器600では、光変調素子102の光出力端154には第2の光部品である例えばマイクロレンズアレイ142が配されており、光変調素子102は、第2の光部品であるマイクロレンズアレイ142が台座部660の範囲外へ突出するよう配置されている。また、これに代えて又はこれに加えて、光変調器600では、任意の光学部品で構成される第2の光部品を、光変調素子102の光入力端152に配し、当該第2の光部品が台座部660の範囲外へ突出するように光変調素子102を台座部160上に配するものとすることができる。
この構成によれば、光変調素子102の光入力端152及び又は光出力端154に配置された光学部品に、台座部660から熱が伝導するのを防止して、光変調器600の温度特性等の安定化を図ると共に、長期信頼性を向上することができる。
また、上述した第7の実施形態に係る光モジュールは、例えば光変調器100と、発熱を伴う電気部品である発熱体としてのDSP1412と、を備え、当該発熱体であるDSP1412は、光変調器100の第2の長辺壁126の側に配置されている。
この構成によれば、発熱電子部品であるDSP1412からの熱を、熱抵抗の小さい第2の長辺壁126に即座に導いて、光変調器100の特性変動の発生及び長期信頼性の低下を効果的に抑制することができる。
なお、本発明は上記実施形態の構成に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。
例えば、第1ないし第6の実施形態に係る光変調器100、400、600、800、1000、1200において、それぞれ備える特徴の一部を除いたり、それらが備える特徴を組み合わせて一つの光変調器を構成してもよい。例えば、光変調器400においては、光学部476に代えて、光変調器800が有する基部878上に構成された光学部876を用いてもよい。また、例えば、光変調器600の構成において、光出力端末部448に代えて、偏波合成部145を備えた光出力端末部148を用い、光学部476を用いない構成としてもよい。
また、これまでの実施形態において光入力端末部150および光出力端末部448は変調器筐体の幅方向中心に配置され、また光変調素子は変調器筐体内部の中心に配置されている構成として説明したが、当該配置はこれらに限定されるものではない。
100、400、600、800、1000、1200、1500…光変調器、102、1502…光変調素子、104、604、804、1504…変調器筺体、106…光導波路、108、1508…入力光ファイバ、110、1510…出力光ファイバ、120、122…短辺壁、124、126…長辺壁、128、628、828、1528…底面壁、130、1550…幅方向に対する中心線、132、1552…長さ方向に対する中心線、140、1540…キャピラリ、142、1542…マイクロレンズアレイ、144−1、144−2、1544−1、1544−2…補強ブロック、145…偏波合成部、146…レンズ、148、448…光出力端末部、150…光入力端末部、152…光入力端、154…光出力端、160、660、860、1060、1260…台座部、162、164、662、664、862、864…底板部分、166、1530…カバー、170…光入力部、172…光出力部、476、876、1076…光学部、878、1284…基部、1400…光モジュール、1406、1702…回路基板、1408…LD,1410…PD、1412、1700…DSP、1520、1522、1524、1526…側面壁。

Claims (8)

  1. 基板上に形成された光導波路で構成される光変調素子と、
    前記光変調素子を収容する筺体と、
    を備え、
    前記筺体は、平面視が四辺形の底面壁と、前記底面壁の互いに対向する2つの辺につながる第1の長辺壁及び第2の長辺壁と、前記第1の長辺壁及び前記第2の長辺壁よりも長さの短い、前記底面壁の互いに対向する他の2つの辺につながる第1の短辺壁及び第2の短辺壁と、を有し、
    前記第2の長辺壁の平均厚さは、前記第1の長辺壁の平均厚さ以上の壁厚を有し、
    前記第1の短辺壁及び前記第2の短辺壁のうち少なくとも一つは、前記第1の長辺壁の平均厚さより薄い平均厚さを有しており、
    前記光変調素子は、前記底面壁の一部に配された台座部に固定され、
    前記台座部が配された部分以外の前記底面壁の部分に高熱抵抗部が設けられている光変調器。
  2. 基板上に形成された光導波路で構成される光変調素子と、
    前記光変調素子を収容する筺体と、
    を備え、
    前記筺体は、平面視が四辺形の底面壁と、前記底面壁の互いに対向する2つの辺につながる第1の長辺壁及び第2の長辺壁と、前記第1の長辺壁及び前記第2の長辺壁よりも長さの短い、前記底面壁の互いに対向する他の2つの辺につながる第1の短辺壁及び第2の短辺壁と、を有し、
    前記光変調素子は、前記底面壁の一部に配された台座部に固定されており、
    前記台座部の平均厚さは前記第1の短辺壁、第2の短辺壁、第1の長辺壁及び前記第2の長辺壁の平均厚さより厚く、
    前記台座部が配された部分以外の前記底面壁の部分に高熱抵抗部が設けられている光変調器。
  3. 前記光変調素子の光入力端及び光出力端は、それぞれ、前記第1の短辺壁及び前記第2の短辺壁と対向し、
    前記高熱抵抗部の領域は、前記第1の短辺壁の内面から前記光変調素子の光入力端までの範囲である光入力部、及び又は第2の短辺壁の内面から前記光変調素子の光出力端までの範囲である光出力部の一部又は全部を含む領域として形成されている、
    請求項1又は2に記載の光変調器。
  4. 前記高熱抵抗部の平均厚さは、前記台座部の平均厚さよりも薄く構成されている、
    請求項3に記載の光変調器。
  5. 前記光入力部又は前記光出力部には、第1の光部品が配置されている、
    請求項3または請求項4に記載の光変調器。
  6. 前記光変調素子の少なくとも一方の端部には第2の光部品が配されており、
    前記光変調素子は、前記第2の光部品が前記台座部の範囲外へ突出するよう配置されている、
    請求項1ないし5のいずれか一項に記載の光変調器。
  7. 前記光変調素子は、当該光変調素子の長さ方向に延在する2つの前記光導波路を伝搬する光を干渉させて動作する干渉型光変調素子である、
    請求項1ないし6のいずれか一項に記載の光変調器。
  8. 請求項1ないし7のいずれか一項に記載の光変調器と、
    発熱を伴う電気部品である発熱体と、
    を備え、
    前記発熱体は、前記光変調器の前記第2の長辺壁の側に配置されている、
    光モジュール。
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