JP3204776B2

JP3204776B2 - 光モジュール

Info

Publication number: JP3204776B2
Application number: JP02692593A
Authority: JP
Inventors: 俊之梅田; 舜夫昆野; 克二上西; 邦夫吉原; 映児高木; 淳羽成; 康志津木; 亜矢子遠岳
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-02-16
Filing date: 1993-02-16
Publication date: 2001-09-04
Anticipated expiration: 2016-09-04
Also published as: JPH06244504A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光信号の送信又は受信
に用いられる光モジュールに係わり、特にパラレル電気
信号を多重化してシリアル光信号に変換又はシリアル光
信号をパラレル電気信号に変換する機能を有する光モジ
ュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、光信号を送信又は受信するための
装置として、光半導体素子及び光学部品を同一パッケー
ジに収容した光モジュールが用いられている。図４に、
光半導体素子としてレーザダイオードを用いた光送信用
モジュールの例を示す。パッケージ４０の長手方向の一
端側に光出力用のファイバケーブル４１を設け、これと
反対側に電気信号の入力端子４２を設けている。パッケ
ージ長手方向側面には、複数の電気端子４３を備えてい
る。この光送信用モジュールは、１本の電気信号を入力
して１本の光信号を出力する機能を有するものであり、
パッケージ長手方向側面から出ている端子４３は電源供
給用或いは接地電位用などに使われている。

【０００３】図４の光送信用モジュールにおいては、レ
ーザダイオードはパッケージ内部で電極端子に接続した
だけの構成となっている。従って、レーザダイオードを
発光させるためには、パッケージ外部に高速でかつ大電
流の振幅を持つ電気信号を入力することのできる装置を
必要とした。さらに、低速でデータ幅の広いパラレル信
号を高速なシリアル信号に変換する機能を用いる場合
は、パッケージ外部に高速信号の配線と各装置間のデー
タ処理のタイミングを取る調整が必要であった。信号が
数Ｇbit/ｓの伝送速度を持つようになると、信号の劣化
を防ぐために信号線のインピーダンスを整合し、端子部
分で信号の反射が生じないように配線に使用する部材を
吟味しなければならず、配線時の取扱いが難しかった。
また、各装置部分についても装置中で信号のクロストー
ク、装置を囲む外囲器内部で信号の共振が生じ、信号の
正常動作ができない場合があった。

【０００４】光受信用のモジュールの構成の従来例とし
て、半導体受光素子と信号増幅器ＩＣを組み合わせて１
つのパッケージに組み込んだものがある。この光受信用
モジュールは、１本の光信号を入力して１本の電気信号
を出力するものであり、１本のシリアル信号からパラレ
ル信号を取り出す場合、パッケージ外部にシリアル−パ
ラレル変換機能を持つ装置を接続する。従ってこの場合
も高速信号線を取り扱うための部材吟味と細心の注意を
払う作業を要し、さらに装置間のタイミング調整の手間
もかかった。

【０００５】また、電気信号の多重化機能を有する光信
号入出力装置は、従来ではボードを基本として、このボ
ード上に複数のパッケージに入れられた半導体集積回路
を有している。このため、パッケージ内部に半導体集積
回路を接続する配線が必要であり、さらにパッケージ間
の接続のためにボード上に複雑な配線と各パッケージ間
の位相を調整するための装置が必要であった。従って、
ボードは大きな面積を要し、さらに複数のボード同士を
接続し格納するための大規模なケースが実用上必要とな
った。

【０００６】そして、このような大規模な光信号入出力
装置と電気信号多重化装置を組み合わせたモジュールの
場合、取り扱う信号が高速になるに従って色々な規模で
設けたモジュールの外囲器内壁と信号の共振が発生しや
すくなり、外囲器内部にシールド板を設けたり電波吸収
体を備える必要があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このように従来、光電
変換機能のみパッケージ内部に具備されている光モジュ
ールを用いて、データ幅の広いパラレル電気信号を１本
にまとめてシリアル光信号に変換する場合、或いは１本
のシリアル光信号からデータ幅の広いパラレル電気信号
を取り出す場合、パッケージ外部で電気信号を多重化す
る別の装置が必要である。このため、これらの装置間を
高速信号が入出力するため高周波的に整合の取れた部材
を用いて電気的に接続し、装置同士をデータ処理のタイ
ミングを取るために装置間の位相の微細な調整を要し、
装置使用に際して多大な調整時間と専門的知識を要し
た。

【０００８】また、光信号入出力装置と電気信号多重化
装置を組み合わせてモジュール化した場合、前述のよう
に１つのモジュールが何重にも外囲器とシールド板で覆
われた構成で成り立つため必然的に大規模な形態になら
ざるを得ず、構成されているモジュールの数量だけで製
作コストが膨大になるという問題があった。

【０００９】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、シリアル光信号からパ
ラレル電気信号を、又はパラレル電気信号からシリアル
光信号を出力することができ、かつシールド板や電波吸
収体等を必要とすることなく簡易な構成でローコストに
実現することのできる光モジュールを提供することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、パッケ
ージ内部にシリアル−パラレル又はパラレル−シリアル
変換機能を実現し、かつシールド板や電波吸収体を設け
る必要なしに基本周波数での共振を抑制できる構造とし
たことにある。

【００１１】即ち本発明は、光半導体素子及びシリアル
電気信号をパラレル電気信号に変換或いはパラレル電気
信号をシリアル電気信号に変換する速度変換器を収容し
たパッケージと、このパッケージに設けられた光ファイ
バケーブルを接続するための端子と、パラレル電気信号
を入力又は出力するための端子と、クロック信号を入力
するための端子とを備えた光モジュールにおいて、パッ
ケージをクロック信号が伝搬する方向に長い長尺形状に
形成し、該パッケージの長手方向と直交する方向の長さ
をクロック信号の基本周波数成分に対応する波長の１／
２より短く設定したことを特徴している。また、本発明
の望ましい実施態様としては次のものが上げられる。 (1) パッケージの長手方向の一端面に、光ファイバの接
続端子が設けられていること。 (2) パッケージの長手方向の他端面に、クロック信号の
入力端子が設けられていること。 (3) パッケージの長手方向側面（短手方向の端面）に、
電気信号の入出力端子が設けられていること。 (4) パッケージは直方体形状であること。 (5) 光半導体素子としてレーザダイオードを用い、速度
変換器としてマルチプレクサ（多重化回路）を用いるこ
と。 (6) 光半導体素子としてフォトダイオードを用い、速度
変換器としてデマルチプレクサを用いること。

【００１２】

【作用】本発明によれば、パッケージ内部に光半導体素
子と共に、シリアル−パラレル又はパラレル−シリアル
変換を行う速度変換器を備えているので、パッケージ外
部で取り扱う信号はパラレル電気信号となる。このパラ
レル電気信号は低速の伝送速度であり、信号線や端子部
分のインピーダンス不整合や信号線と外囲器との共振が
殆ど問題とならなくなる。しかも、パッケージの形状を
前述のように規定しているので、シールド板や電波吸収
体を設けなくても、クロック信号の基本周波数での共振
を抑制することが可能となる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の詳細を図面を参照して説明す
る。

【００１４】図１（ａ）は、本発明の一実施例に係わる
１０Ｇbit/ｓの光伝送用モジュールを示す斜視図であ
り、蓋を取り除いた状態を示している。パッケージ１０
は直方体形状であり、ａ，ｂ，ｃはそれぞれパッケージ
１０の内壁部のサイズを表わしている。ａは１３ｍｍ、
ｂは１０ｍｍ、ｃは６０ｍｍである。ａ，ｂを比較的小
さくし、ｃを長くすることにより、パッケージ内部は
ａ，ｂを断面とする導波管として考えることができる。
１０Ｇbit/ｓの装置に取り入れるクロックの周波数であ
る１０ＧＨｚの導波管モードでの波長は３０ｍｍであ
り、パッケージ１０の短辺ａ，ｂが３０ｍｍ／２より短
いことから、パッケージ内部での基本周波数での共振は
発生しない。

【００１５】パッケージ１０の長手方向端面の一方には
１０Ｇbit/ｓの光信号入出力端子と光ファイバ１１が設
けられ、他方には１０ＧＨｚのクロック信号を入力する
コネクタ１２が設けられている。パッケージ１０の長手
方向に平行な両側面（ｂ，ｃを２辺とする面）には、８
本の１．２５Ｇbit/ｓの信号を入力又は出力する端子１
３が設けられている。従って、パッケージ内部で８本の
パラレル信号と１本のシリアル信号の直列−並列変換が
なされる装置を有している。

【００１６】パッケージ１０内には基板１５を載せるた
めの台座１４が固定されており、この台座１４上に載せ
る基板１５は台座上１４に少なくとも２か所設けられた
ネジ穴によって台座１４に固定される。パッケージ内部
に設ける基板１５の最上部の高さは、パッケージ１０の
接続端子１２，１３と概略一致する高さにある。基板１
５には、図１（ｂ）に示すように、レーザダイオード１
６，レーザドライバ１７及びパラレル電気信号をシリア
ル電気信号に変換する多重化回路（速度変換器）１８が
搭載されている。

【００１７】なお、パッケージ内部の信号線接続端子１
３の両脇には、接地電位の電極端子が設けられている。
また、パッケージ１０内には必要に応じて各種の光学部
品、例えばレンズを配置してもよい。さらに、レーザダ
イオード１６，レーザドライバ１７及び多重化回路１８
は必ずしも同一基板１５に搭載する必要はなく、別の基
板上に搭載してもよい。

【００１８】このような構成であれば、パッケージ１０
内にレーザダイオード１６と共にレーザドライバ１７及
び多重化回路１８を収容しているので、パッケージ１０
に設けた信号線端子１３に入力する信号は低速のパラレ
ル電気信号であり、信号線や端子部分のインピーダンス
不整合や信号線と外囲器との共振の問題は発生しない。
しかも、パッケージ１０の長手方向と直交する方向の長
さ（ａ，ｂの長さ）をクロック信号の基本周波数成分に
対応する波長の１／２より短くしているので、シールド
板や電波吸収体を設けること無しに基本周波数での共振
を抑制することが可能となる。このため、光伝送用モジ
ュールとしての構成の簡略化及び製作コストの低減をは
かり得ると言う実用性大なる効果を奏する。

【００１９】次に、本実施例をより具体化した例につい
て説明する。図２に示すように本モジュールは独立した
２枚の基板２０，２０′により構成されている。基板２
０′には光電変換部が搭載される。実装効率を上げるた
めに光ファイバ２８は、基板２０′の主面に対して平行
方向に取り付けられる。レーザダイオード２６はキャリ
アに取り付けられ、該キャリアは基板２０′に対して垂
直に実装される。該キャリアはレーザダイオード２６の
光出射面に接する部分に貫通穴が設けられており、該貫
通穴に光ファイバ２８が挿入されている。

【００２０】基板２０′のアセンブリ工程は、以下のよ
うになる。まず、抵抗，キャパシタ等の受動部品を導電
性エポキシ接着剤により接続する。ＤＣの導通確認を行
った後に高融点半田によりレーザダイオード２６を接続
する。この後、基板２０′は筐体にネジ止めをされ、光
ファイバ２８が取り付けられる。この時点で電気信号処
理部と独立して高周波特性が評価できるように、基板２
０′の入力端子が引き出される基板端部の入力端子の両
側には接地電極が配される。このため、コプラナタイプ
の高周波プローブによる測定が可能となり、測定時の擾
乱を受けずに１０Ｇｂｐｓ以上の高速信号の特性評価が
可能になる。電気信号処理部を搭載する基板２０との接
続において、信号線のみならず対向する接地電極同士も
電気的に接続することにより、モードの不連続を最小限
に抑えながら、信号を伝送することが可能になる。基板
間の電気的な接続に関しては、誘導性を抑えるために幅
１００μｍ以上のリボンでボンディングする。

【００２１】基板２０には電気信号処理部が搭載され
る。実施例ではレーザドライバ２１及びマルチプレクサ
２２が搭載され、マルチプレクサ２２で低速の並列信号
を高速の直列信号に変換し、レーザドライバ２１でレー
ザダイオード２６を駆動する。クロック信号（同期信
号）φは基板２０に対し基板２０′に対向する辺から供
給される。この場合も、接続部のモードの不連続を抑え
るため及び基板２０を独立で高周波評価することができ
るように、信号線の両脇に接地電極を配置する。

【００２２】レーザドライバ２１とマルチプレクサ２２
は電気的に同期を取る必要がある。実施例では外部クロ
ック信号φをマイクロ波回路で構成された電力分配器２
３により２分配する。分配比はそれぞれ供給される集積
回路、即ち本実施例の場合はレーザドライバ２１とマル
チプレクサ２２の入力感度に応じて１：１以外の値を取
ることができる。このマルチプレクサ２２は差動入力に
なっているので、電力分配器２３で２分割された一方は
更にマイクロ波回路で構成された差動信号発生器２４に
より差動信号に変換される。また、レーザドライバ２１
とマルチプレクサ２２との間の同期はマイクロ波回路に
よって構成された位相調整器２５によってなされる。こ
の位相調整器２５は、主たる部分が島上のメタライズパ
ターンによって構成されている。本実施例の場合、レー
ザドライバ２１側のクロック信号用伝送線路に位相調整
器２５が挿入されている。

【００２３】位相調整は以下のようにして行われる。能
動素子，受動素子を基板２０上に全て実装し、位相調整
器以外の電気的接続を全て行い、また位相調整用のマイ
クロ波回路において独立した電極間を分岐がないように
ボンディングワイヤで接続し、レーザドライバ２１に供
給されるクロック信号φの経路を完成させる。この状態
で所望の周波数で誤り率検出などで高速動作特性を評価
する。

【００２４】次いで、測定周波数を微増又は微減させ再
び高速動作特性を評価する。本実施例の場合、マルチプ
レクサ２２側よりレーザドライバ２１側の方が伝送経路
が長いとすると、周波数を微増させたとき高速動作特性
が向上すれば、レーザドライバ２１に対する位相をより
遅らせた方が良いことになるので、位相調整器２５にお
いて伝送経路が長くなるようにボンディングワイヤを打
ち直す。位相調整用のマイクロ波回路において、ボンデ
ィングワイヤによって変えることのできる電気長の最小
幅は１０ｐｓ以下にする。長くする電気長の大きさは、
マルチプレクサ２２，レーザドライバ２１間でのクロッ
ク信号φの経路差，測定周波数と周波数をずらしていっ
た時の特性が最良になったときの周波数を基に計算によ
り求めることができる。

【００２５】位相調整器２５内の信号伝送経路が求まっ
た後は接続部の特性劣化を最小限に抑えるために、ボン
ディングワイヤの代わりにリボンボンディングを用いて
経路を固定する。経路を固定した後に筐体にネジ止め
し、基板２０′上のレーザダイオード２６の入力端子と
基板２０のレーザドライバ２１の出力端子をリボンボン
ディングにより接続する。またその際、それぞれの基板
端で信号線を挟むように信号線と５００μｍ以下の空隙
を隔てて設置された接地用電極同士もそれぞれ接続す
る。

【００２６】本実施例はクロック信号φを外部から供給
する構造を取っており、例えば筐体壁部においてＫコネ
クタのフィールドスルーを通し基板２０のクロック信号
用線路に接続される。マルチプレクサ２２への入力信号
は長方形をした基板２０の短手方向の基板辺縁部に引き
出され、そこで筐体壁部に構成されたフィールドスルー
を介し外部との接続がなされる。

【００２７】図３は、図２における電力分配器２３，差
動信号発生器２４，位相調整器２５をマイクロストリッ
プ線路と薄膜抵抗で構成した実施例である。２３ａは電
力分配器２３に相当し、２４ａは差動信号発生器２４に
相当し、２５ａは位相調整器２５に相当する。２３ａは
マイクロ波工学の分野ではウィルキンソン型の電力分配
器と呼ばれている。配線３１から入力された信号は電力
分配器２３ａを通り、配線３２，３５に一定の電力比で
分配される。この比率は、電力分配器２３ａ内の抵抗
値，配線幅を変えることにより所望の値に設定すること
ができる。配線３２は差動信号発生器２４ａに接続され
る。差動信号発生器２４ａはマイクロ波工学の分野では
ラットレースハイブリッドと呼ばれている。配線３２か
ら入力された信号は差動信号発生器２４ａを通り、位相
が概ね逆相となる２本の信号に分配され、配線３３，３
４にそれぞれ供給される。配線３５は位相調整器２５ａ
に接続される。位相調整器２５ａでは、最適な電気長に
なるような配線経路を取るようにメタライズ電極間を接
続し、位相を調整する。

【００２８】このように本実施例では、信号分配器２３
ａ，差動信号発生器２４ａ及び位相調整器２５ａをマイ
クロストリップ線路で構成しているので、モジュールの
最高動作周波数を律速する集積回路を用いずに、同期信
号の分配，位相調整，差動出力等が可能となる。また、
単に配線で同期信号を分岐するものとは異なり、同期信
号の周波数が高くなっても十分対応することができ、さ
らに同期信号処理に集積回路を用いないので、モジュー
ルの総消費電力を抑えることができる。特に、同期信号
処理部は高速に集積回路を動作させなければならないた
め消費電流が大きくなりがちであることから、放熱構造
から鑑みて、光通信モジュールの同期信号処理部をマイ
クロ波回路で構成することは、多大な効果を有すること
になる。

【００２９】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではない。実施例では、光伝送に適用した例につ
いて説明したが、本発明を光受信にも適用できるのは勿
論のことである。また、パッケージの形状は必ずしも直
方体に限るものではなく、クロック信号の伝搬方向に長
い長尺の形状であればよい。さらに、パッケージの寸法
は実施例に何等限定されるものではなく、長手方向と直
交する方向の長さがクロック信号の基本周波数成分に対
応する波長の１／２より短いものであればよい。

【００３０】また、クロック信号処理回路としての平面
回路はマイクロストリップ線路に限らず、コプラナ線
路，ストリップ（トリプレート）線路或いは接地付コプ
ラナ線路で形成してもよい。その他、本発明の要旨を逸
脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、パ
ッケージ内部に光半導体素子と共に、シリアル−パラレ
ル又はパラレル−シリアル変換を行う速度変換器を設け
ているので、パッケージと外部機器との間は低速信号で
接続すればよい。しかも、パッケージの長手方向と直交
する方向の長さをクロック信号の基本周波数成分に対応
する波長の１／２より短くしているので、シールド板や
電波吸収体を設ける必要なしにパッケージ内部での空洞
共振を抑制することができる。従って、シリアル光信号
からパラレル電気信号を、又はパラレル電気信号からシ
リアル光信号を出力する光モジュールを実現することが
でき、かつシールド板や電波吸収体等を必要とすること
なく、簡易な構成でローコストに実現することが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係わる光伝送用モジュール
の概略構成を示す斜視図。

【図２】実施例に用いた回路をより具体化して示すブロ
ック図。

【図３】実施例に用いた電源分配器，差動信号発生器及
び位相調整器を平面回路で形成した例を示す図。

【図４】従来の光伝送用モジュールの基本構成を示す平
面図。

【符号の説明】

１０…パッケージ１１…光ファイバケーブル１２…クロック入力用電気端子１３…信号入出力用又は電源等接続端子１４…台座１５…基板１６…レーザダイオード１７…レーザドライバ１８…多重化回路２０，２０′…基板２１…レーザドライバ２２…マルチプレクサ２３，２３ａ…電力分配器２４，２４ａ…差動信号発生器２５，２５ａ…位相調整器２６…レーザダイオード２８…光ファイバ３１〜３５…配線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＨ０４Ｂ 10/14 10/26 10/28 (72)発明者吉原邦夫神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者高木映児神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者羽成淳神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者志津木康神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者遠岳亜矢子神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内 (56)参考文献特開昭60−141051（ＪＰ，Ａ) 特開平２−131640（ＪＰ，Ａ) 特開平２−260801（ＪＰ，Ａ) 特開平２−288098（ＪＰ，Ａ) 特開平５−226632（ＪＰ，Ａ) 実開昭58−34401（ＪＰ，Ｕ) 実開平１−77007（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50 G02B 6/42 G06F 13/00 H04B 10/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光半導体素子及びシリアル電気信号をパラ
レル電気信号に変換或いはパラレル電気信号をシリアル
電気信号に変換する速度変換器を収容したパッケージ
と、このパッケージに設けられた光ファイバケーブルを
接続するための第１の端子と、パラレル電気信号を入力
又は出力するための第２の端子と、クロック信号を入力
するための第３の端子とを具備し、前記パッケージはクロック信号が伝搬する方向に長い長
尺形状を有するものであり、第１の端子はパッケージの長手方向の一端面に設けら
れ、第３の端子はパッケージの長手方向の他端面に設け
られ、第２の端子はパッケージの長手方向側面にクロッ
ク信号が伝搬する方向に沿って設けられていることを特
徴とする光モジュール。
【請求項２】前記パッケージの長手方向と直交する方向
の長さがクロック信号の基本周波数成分に対応する波長
の１／２より短いものであることを特徴とする請求項１
記載の光モジュール。