JP3841933B2 - 光導波路モジュール - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に、導波路上にAu電極を形成した光変調器モジュール、偏波スクランブラモジュール等の光導波路モジュールに関し、特に、良好な高周波特性を有する光導波路モジュールに関する。
【0002】
最近の光ファイバ通信システムにおいては、伝送速度の増大に伴い変調速度も増大している。レーザダイオードの直接強度変調では、波長チャーピングにより波形歪みを引き起こす。この問題を避けるために、外部変調器として使用される光変調器モジュールに対する期待が高まっている。
【0003】
また、高速光伝送システムが実用化されているが、長距離大容量の高速光伝送システムにおいては、偏波のホールバーニング等による偏向依存性利得や損失が符号誤り率劣化を引き起こしている。この問題を解決する手段として、伝送光の偏波状態を高速で変化させ無偏波化する偏波スクランブラが有効である。
【0004】
【従来の技術】
実用的な外部変調器として、リチウムナイオベート(LiNbO3 )等の誘電体結晶基板を用いたマッハツェンダ型の光変調器(LN変調器)が開発されている。光源からの一定強度のキャリア光がLN変調器に供給され、光の干渉を用いたスイッチング動作によって強度変調された光信号が得られる。
【0005】
LN変調器チップは、Zカットされたリチウムナイオベート結晶からなる誘電体基板の表面に、チタンを熱拡散させて屈折率を高めることによりその両端部近傍でそれぞれ結合された一対の光導波路を形成し、その上にSiO2 からなるバッファ層を形成し、更にバッファ層の上に光導波路に対応して信号電極(進行波電極)及び接地電極を形成して構成される。
【0006】
光導波路の一端から入射された信号光は分岐されて一対の光導波路を伝搬する。一方の光導波路上に形成された信号電極に駆動電圧を印加すると、電気光学効果により分岐された双方の信号光に位相差が生じる。
【0007】
LN変調器では、これらの信号光を再び結合させて光信号出力として取り出す。一対の光導波路を伝搬する信号光の位相差が例えば0又はπになるように駆動電圧を印加すれば、オン/オフのパルス信号を得ることができる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
LN変調器で変調速度の高速化を実現するには、良好な高周波特性(マイクロ波の減衰特性や電気反射のマイクロ波特性)を得ることが必須である。
【0009】
従来のLN変調器モジュールでは、変調器チップの接地(グランド)が完全に取りきれていないために、高周波においてマイクロ波特性のディップが発生し、十分な広帯域性を実現するのが困難であるという問題があった。この問題は、偏波スクランブラモジュール又は光位相変調器モジュール等の他の光導波路モジュールでも同様に発生する。
【0010】
よって本発明の目的は、良好な高周波特性を発揮することのできる光導波路モジュールを提供することである。
【0011】
本発明によると、底面と、該底面に形成されたチップ挿入溝を有する金属パッケージと、電気光学効果を有す基板と、該基板上に形成された光導波路と、前記基板の端部において駆動信号を入力され第1曲がり部と第2曲がり部との間の領域で前記光導波路を伝搬する信号に位相差を与える位置に形成された信号電極と、前記基板上に前記信号電極を挟んで形成された第1及び第2接地電極と、前記基板、前記光導波路、前記信号電極、前記接地電極を含み、前記金属パッケージの前記チップ挿入溝中に挿入固定された導波路チップとを備え、前記第1接地電極は、前記信号電極の前記第1及び第2曲がり部近傍、および、前記信号電極に前記駆動信号を入力される前記端部近傍においてのみ、前記金属パッケージにそれぞれ金リボンにより接続
され、前記第2接地電極は、前記信号電極に前記駆動信号を入力される前記端部の前記第1接地電極とは反対側の近傍においてのみ、前記金属パッケージにそれぞれ金リボンにより接続
されたことを特徴とする光導波路モジュールが提供される。
【0012】
好ましくは、前記第1及び第2リボンは、前記信号電極の第1及び第2曲がり部を中心として導波路チップの長手方向±0.5mmの範囲内にそれぞれ配置されている。更に、金属パッケージのチップ挿入溝中に挿入固定された導波路チップの上面と金属パッケージの底面とは実質上同一平面上に来るのが望ましい。
【0013】
本発明によると、導波路チップの接地電極を信号電極の第1及び第2曲がり部近傍でそれぞれ第1及び第2リボンを介して金属パッケージに接続したため、導波路チップの接地をほぼ完全に取ることができる。これにより、高周波においてマイクロ波特性のディップを低減させることができ、光導波路モジュールの広帯域性を確保することができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
図1を参照すると、本発明が適用される光変調器モジュールの外観が示されている。この光変調器モジュールは、入力ポート2で受けた光を変調して、変調された光を出力ポート4から出力する。この実施形態では、ポート2及び4はそれぞれ光コネクタである。
【0015】
この光変調器モジュールは、後述する変調器チップ(導波路チップ)が内蔵される金属パッケージ6を有している。金属パッケージ6は例えばステンレス鋼から形成されている。パッケージ6の両端には、ポート2及び4をそれぞれパッケージ6と接続するためのピッグテール型のファイバアセンブリ8及び10が設けられている。
【0016】
パッケージ6の一方の側面には、高速信号用の同軸コネクタ12及び14が設けられている。パッケージ6を図示しないケーシング等に固定するために、パッケージ6の底部には金具18が固定されている。
【0017】
図2を参照すると、本発明実施形態の光変調器モジュールの平面図が示されている。この図においては、図1に示した光コネクタ2,4及びファイバアセンブリ8,10等は省略されている。
【0018】
図4及び図5に最もよく示されるように、金属パッケージ6の底面20にはチップ挿入溝22がパッケージの長手方向に渡り形成されている。チップ挿入溝22中に変調器チップ24が挿入され、接着剤66により固定されている(図5参照)。
【0019】
図2及び図4に示すように、金属パッケージ6の底面20には変調器チップ24固定時に接着剤を逃がすための切欠き62が形成されている。更に、図5に示すように、チップ挿入溝22の1つのコーナー部に接着剤逃がし用の細い溝64が形成されている。
【0020】
変調器チップ24は電気光学効果を有する誘電体から形成されており、本実施形態においてはリチウムナイオベート(LiNbO3 )から形成されている。変調器チップ24は図2で点線で示されたマッハツェンダ型光導波路構造26を有している。
【0021】
光導波路構造26は、入力光導波路28と、出力光導波路30と、入力光導波路28と出力光導波路30の間に伸長する第1及び第2光導波路32,34から構成されている。
【0022】
第1及び第2光導波路32,34はY分岐36により入力光導波路28に接続され、Y分岐38により出力光導波路30にそれぞれ接続されている。光導波路構造26はLiNbO3 基板にチタン(Ti)を熱拡散することにより形成されている。
【0023】
入力光導波路28に供給された信号光は、Y分岐36で光パワーが実質的に二等分されて第1及び第2光導波路32,34で導波される。この導波光はY分岐38で出力光導波路30に結合される。
【0024】
第1及び第2光導波路32,34を導波する光の位相差に応じて、出力光導波路30を光が導波する結合モードと、Y分岐38から変調器チップ24内に光が放射される放射モード(漏洩モード)とが切り換えられる。
【0025】
分岐された信号光の間の位相を変化させるために、第1光導波路32上には信号電極(進行波電極)40が設けられており、第2光導波路34上には接地電極42が設けられている。更に、第1光導波路32に対して接地電極42の反対側の基板上には他の接地電極44が形成されている。
【0026】
信号電極40は概略直角の2つの曲がり部40a,40bを有している。信号電極40及び接地電極42,44は、例えば金(Au)の蒸着により形成されている。図示はしないが、電極40,42,44の下にはSiO2 バッファ層が形成されている。
【0027】
信号電極40は金リボン46により同軸コネクタ12の内部導体に接続された端子パターン12aにボンディング接続され、金リボン48により同軸コネクタ14の内部導体に接続された端子パターン14aにボンディング接続されている。
【0028】
一方、接地電極42は2つの金リボン50,52により金属パッケージ6の底面20にボンディング接続されており、接地電極44は4つの金リボン54,56,58,60により金属パッケージ6の底面20にボンディング接続されている。
【0029】
本発明では、信号電極40の曲がり部40a,40bに対する金リボン58,60の位置関係が殊に重要である。即ち、光変調器モジュールの高速化を実現するためには、変調器チップ24の接地を完全にとることが重要であり、これを実現するためには金リボン58,60の信号電極40の曲がり部40a,40bに対する位置関係が重要であることが判明した。
【0030】
本発明者が種々実験した結果、高周波におけるマイクロ波特性のディップを低減させるためには、図8に示すように信号電極40の曲がり部40aを中心として変調器チップ24の長手方向±0.5mmの範囲内(範囲A)に金リボン58をボンディングし、同様に、曲がり部40bを中心として変調器チップ24の長手方向±0.5mmの範囲内に金リボン60をボンディングするのが望ましい。
【0031】
図6は本発明実施形態のマイクロ波特性を示している。即ち、図6は図8のAの範囲内に金リボン58をボンディングしたときの光変調器モジュールのマイクロ波特性を示している。図6から明らかなように、高周波におけるマイクロ波特性のディップが効果的に低減されている。
【0032】
図7は信号電極の曲がり部から所定距離離れて金リボンをボンディングした場合の光変調器モジュールのマイクロ波特性を示している。即ち、図7は図8のB及びCの範囲内に金リボン58をボンディングした場合のマイクロ波特性を示している。
【0033】
図7を観察すると明らかなように、高周波においてマイクロ波特性の大きなディップが発生している。図6と図7を比較すると明らかなように、図6に示した本発明実施形態では高周波のマイクロ特性が図7に比較して顕著に改善されている。
【0034】
本実施形態で使用した金リボンは0.4〜0.5mmの幅を有している。変調器チップ24は約1mm×1mmの断面形状を有しており、その長さは約4〜5cmである。
【0035】
また、変調器チップ24の十分な接地を実現するためには、図5に示すように変調器チップ24がチップ挿入溝22内に挿入されたとき、変調器チップ24の側面とチップ挿入溝22を画成する金属パッケージ6の壁面との間の距離Gを0.5mm以下にする必要がある。この距離Gが大き過ぎると、複数の金リボンのボンディングにより変調器チップ24の十分なアースを取ることが困難となる。
【0036】
高周波においてマイクロ波特性のディップが発生する問題は、光変調器モジュールに限られるものではなく、偏波スクランブラモジュール又は光位相変調器モジュール等の他の光導波路モジュールでも同様に発生する。
【0037】
図9は本発明の他の実施形態の概略平面図である。この実施形態は、偏波スクランブラ又は光位相変調器に本発明を適用した場合の実施形態である。図2に示した第1実施形態と同一構成部分については同一符号を付して説明する。
【0038】
光位相変調器モジュールは、誘電体基板上に形成された直線状の光導波路300と、光導波路300上又は光導波路に隣接して形成された信号電極40を有している。
【0039】
光ファイバ70からの信号光は光導波路300に入射され、信号電極40に対して所定の駆動信号を入力することにより、光導波路300の屈折率を変化させ、信号光の位相変調を行う。位相変調された信号光は光ファイバ71に結合される。
【0040】
偏波スクランブラモジュールも、誘電体基板上に形成された直線状の光導波路300と、光導波路300上又は光導波路300に隣接して形成された信号電極40を有している。更に、偏波スクランブラモジュールでは、図示しない偏光子が光導波路300の入力側に光導波路300に対して45°傾けて配置されている。
【0041】
光ファイバ70からの信号光は図示しない偏光子を介して光導波路300に入射され、信号電極40に対して所定の駆動信号を入力することにより、光導波路300内で偏波を回転させ、信号光の偏波をスクランブルする。スクランブルされた信号光は光ファイバ71に結合される。
【0042】
これらの光導波路モジュールでも、信号電極40の第1及び第2の曲がり部近傍に接地電極44と金属パッケージ6とを接続するリボン58,60を設けることにより、図2に示した実施形態と同様な良好な特性を得ることができる。
【0043】
【発明の効果】
本発明は以上詳述したように、接地電極を信号電極の第1及び第2曲がり部近傍で第1及び第2リボンを介して金属パッケージにそれぞれボンディング接続したため、高周波におけるマイクロ波特性のディップを有効に低減させることができ、光導波路モジュールの広帯域性を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】変調器モジュールの外観を示す平面図である。
【図2】本発明実施形態の平面図である。
【図3】本発明実施形態の要部拡大図である。
【図4】本発明実施形態の要部斜視図である。
【図5】本発明実施形態の横断面図である。
【図6】本発明実施形態のマイクロ波特性を示す図である。
【図7】信号電極の曲がり部近傍から離れてリボンをボンディングした場合の光変調器モジュールのマイクロ特性を示すである。
【図8】図6及び図7の特性測定時のリボンのボンディング位置を示す図である。
【図9】本発明の他の実施形態の平面図である。
【符号の説明】
6 金属パッケージ
20 底面
22 チップ挿入溝
24 変調器チップ
26 マッハツェンダ型導波路構造
28 入力光導波路
30 出力光導波路
32 第1光導波路
34 第2光導波路
40 信号電極
42,44 接地電極
46,48,50,52,54,56,58,60 金リボン
Claims (6)
- 底面と、
該底面に形成されたチップ挿入溝を有する金属パッケージと、
電気光学効果を有す基板と、
該基板上に形成された光導波路と、
前記基板の端部において駆動信号を入力され第1曲がり部と第2曲がり部との間の領域で前記光導波路を伝搬する信号に位相差を与える位置に形成された信号電極と、
前記基板上に前記信号電極を挟んで形成された第1及び第2接地電極と、
前記基板、前記光導波路、前記信号電極、前記接地電極を含み、前記金属パッケージの前記チップ挿入溝中に挿入固定された導波路チップとを備え、
前記第1接地電極は、前記信号電極の前記第1及び第2曲がり部近傍、および、前記信号電極に前記駆動信号を入力される前記端部近傍においてのみ、前記金属パッケージにそれぞれ金リボンにより接続
され、
前記第2接地電極は、前記信号電極に前記駆動信号を入力される前記端部の前記第1接地電極とは反対側の近傍においてのみ、前記金属パッケージにそれぞれ金リボンにより接続
され、
たことを特徴とする光導波路モジュール。 - 底面と、
該底面に形成されたチップ挿入溝を有する金属パッケージと、
電気光学効果を有す基板と、
該基板上に形成された入力導波路、出力導波路、及び前記入力及び出力導波路の間に伸長しそれぞれ前記入力及び出力導波路に接続された第1及び第2導波路を有する光導波路構造と、
前記基板の端部において駆動信号を入力され、第1曲がり部と第2曲がり部との間の領域で前記第1導波路上を伝搬する信号に位相差を与える位置に形成された信号電極と、
前記第2導波路上に形成された第1接地電極と、
前記信号電極に対して前記第1接地電極と反対側の前記基板上に形成された第2接地電極と、
前記基板、前記光導波路構造、前記信号電極、前記第1接地電極、前記第2接地電極を含み、前記金属パッケージの前記チップ挿入溝中に挿入固定された変調器チップとを備え、
前記第2接地電極は、前記信号電極の前記第1及び第2曲がり部近傍、および、前記信号電極に前記駆動信号を入力される前記端部近傍においてのみ、前記金属パッケージにそれぞれ金リボンにより接続され、
前記第1接地電極は、前記信号電極に前記駆動信号を入力される前記端部の前記第2接地電極とは反対側の近傍においてのみ、前記金属パッケージにそれぞれ金リボンにより接続
され、
たことを特徴とする光変調器モジュール。 - 前記信号電極の前記第1及び第2曲がり部近傍における金リボンによる接続はそれぞれ、前記信号電極の前記第1及び第2曲がり部を中心として前記導波路チップの長手方向の±0.5mmの範囲内に設けられている請求項1記載の光導波路モジュール又は請求項2記載の光変調器モジュール。
- 前記金属パッケージの底面と前記導波路チップの上面は実質上同一高さにある請求項1記載の光導波路モジュール又は請求項2記載の光変調器モジュール。
- 前記基板はLiNbO3から形成されており、前記光導波路は前記LiNbO3基板にTiを熱拡散することにより形成されている請求項1記載の光導波路モジュール又は請求項2記載の光変調器モジュール。
- 前記チップ挿入溝中に挿入固定された前記導波路チップと前記チップ挿入溝を画成する前記金属パッケージの壁面との間の距離は、0.5mm以下である請求項1記載の光導波路モジュール又は請求項2記載の光変調器モジュール。
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