JP3869391B2 - レーザーモジュール - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光信号を送／受信するためのレーザーモジュールに係り、特に、デジタル信号を送／受信するための光源として使用されるレーザーモジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、光送信モジュールは、入力された電気信号を半導体レーザーを通じて所望波長の光信号に変換するように機能し、光受信モジュールは、光信号を電気信号に変換するように機能する。
【０００３】
特に、非ゼロ復帰(non return to zero:ＮＲＺ)、ゼロ復帰(return to zero:ＲＺ)などのデジタル信号を伝送するために、２．５Gbps分布帰還型レーザーダイオード(ＤＦＢ−ＬＤ)モジュール、１０Gbps分布帰還型レーザーダイオードモジュールのようなレーザーダイオードを光源として使用している。なかでも、ビーム波長１．５５μmのレーザーモジュールは、信号伝送後の光ファイバ損失が低いことから、遠距離の信号伝送時に使用するのが好ましい。
【０００４】
このようなレーザーモジュールの基本的な構成要素には、レーザーダイオード、ＲＦ信号のための適切な伝送ライン、および光信号を光ファイバーにコリメート(collimating)するための光学系などがあり、これに加えて、レーザーダイオードの光出力を安定的に維持するためにその出力を監視するモニタフォトダイオード(monitor photo diode：ＭＰＤ)が含まれる。
【０００５】
レーザーダイオードは、外部の集積回路と接続されたリードピンを介して信号を受信し光信号を発生する。そして、ＭＰＤは、レーザーダイオードから平均光強度を検出する。光学系は、光をコリメート(collimate)するレンズを含んでいる。コリメートされた光信号は光学系に接続された光ファイバーを通じて伝送される。しかし、通常、レーザーダイオードは、図１に示したように、レーザーダイオードの周波数応答特性の緩和発振ピークにより表すことができる緩和発振(relaxation oscillation)現象によってオフ(OFF)状態(0-level)からオン(ON)状態(1-level)に遷移すると、好ましくない光強度のオーバーシュートが発生してしまう。レーザーダイオードの駆動電流が増加する場合、最大周波数応答として定義される緩和発振周波数(relaxation oscillation frequency：ｆｒ)が増加するため、オン(ON)状態(1-level)におけるｆｒがオフ(OFF)状態(0-level)におけるｆｒより大きくなる。さらに、オーバーシュートが大きくなるに伴い周波数チャーピング(frequency chirping)が大きくなり、結果として、大きいオーバーシュートを持つビーム波長１．５５μmのレーザーモジュールでは伝送距離が短くなる問題が生じてきた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は、レーザーダイオードを光源として使用するレーザーモジュールでオーバーシュートを最小化できる低域通過フィルタ（low-pass
filter）を持つレーザーモジュールを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のレーザーモジュールは、入力端を有し、光信号を発生するレーザーダイオードと、外部電子回路からレーザーダイオードに信号を接続し、信号用導電パターンが２つの接地用導電パターン間に配置された共平面導波路と、入力端からレーザーダイオードに入力される周波数応答特性の−３ｄｂ帯域幅がレーザーダイオードのオン状態における緩和発振周波数と等しいか、または、それ以下にするように、共平面導波路上に形成され、信号用導電パターン上に実装されたキャパシタと、キャパシタを２つの接地用導電パターンに接続する第１のインダクタ成分と、信号用導電パターンと信号用パッドとを接続する第２のインダクタ成分と、を含む低域通過フィルタと、を備えることを特徴とする。
【０００８】
レーザーモジュールは光ファイバー内に光を入射する光学素子をさらに含むとよい。
【０００９】
レーザーモジュールは光ファイバー内に光を入射する光学素子をさらに含むとよい。
【００１０】
第１のインダクタ成分及び第２のインダクタ成分は、各々ボンディングワイヤからなり、レーザーモジュールの帯域幅は、第１のインダクタ成分に該当するボンディングワイヤ及び第２のインダクタ成分に該当するボンディングワイヤの長さ及び数の変化により調節されるとよい。
【００１９】
さらに、本発明によれば、簡単で、信頼性高く、かつ、経済的な具現が可能になる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。図面中、同一の構成要素には可能なかぎり同一の参照番号及び符号を付ける。なお、周知技術については適宜説明を省略するものとする。
【００２１】
まず、本発明の一実施形態による技術的原理は、レーザーダイオードに伝達される信号周波数応答特性の−３ｄＢ帯域幅の点がレーザーダイオードのオン状態(on-state)における緩和発振周波数ｆｒと等しいか、又はそれ以下にする低域通過フィルタを、レーザーモジュールの入力端に具現化することにより、レーザーダイオードに入力される周波数成分の相対的な量を調節し、オーバーシュートを減らすことにある。
【００２２】
図２は、本発明の一実施形態によるレーザーモジュールを概略示した平面図である。
【００２３】
図２に示したに、本発明の一実施形態によるレーザーモジュールは、光信号を発生させるためのレーザーダイオード１０と、リードピン１を通じて外部の電子回路と接続されてレーザーダイオード１０に信号を入力する共平面導波路(Co-Planar Waveguide：ＣＰＷ)２０と、レーザーダイオードの光出力を安定的に維持するためにその出力を監視するモニタフォトダイオード３０と、光信号を伝達するための光ファイバーに光を入射する光学系４０と、で構成される。
【００２４】
また、図５に示したように、低域通過フィルタ２１はレーザーダイオード１０に入力される周波数成分の相対的な量を調節するためにＣＰＷ２０上に形成されている。この時の低域通過フィルタ２１は、レーザーダイオード１０がターンオンされた場合、図３に示したように、レーザーダイオード１０に伝達される信号周波数応答特性の−３ｄＢ帯域幅の点をレーザーダイオード１０のオン状態(on-state)における緩和発振周波数と等しくするか、又はそれ以下にする。このようにしてレーザーダイオード１０に入力される周波数成分の相対的な量を調節することにより、図４に示したように、レーザーモジュールの周波数応答特性における緩和発振ピーク値(relaxation oscillation peak)を相対的に減少させることができる。
【００２５】
図５は、本発明の一実施形態によるＣＰＷ２０上に具現化した低域通過フィルタ２１の平面図である。図５に示したように、低域通過フィルタ２１は、導電パターン２３上に実装されたキャパシタＣ１と、キャパシタＣ１を導電パターン２２、２４に接続するボンディングワイヤＬ１とからなる。符号１は入力端であるリ―ドピン、Ｇは接地パッド、Ｓは信号パッドをそれぞれ示す。この時、レーザーモジュールの帯域幅はキャパシタＣ１の容量(capacitance)とボンディングワイヤＬ１、Ｌ２の長さ及び数により調節することができる。これは、ボンディングワイヤのインダクタンスは長さに比例し、及び、ワイヤの数に反比例するからである。
【００２６】
図６は、図５の回路において、インダクタ成分及びキャパシタのみを示した等価回路図であり、低域通過フィルタ２１は、信号パッドＳと導電パターン２３との間を接続するために使用されたボンディングワイヤに該当するインダクタ成分Ｌ２、キャパシタＣ１、及び導電パターン２２、２４との接続に使用されたボンディングワーヤに該当するインダクタＬ１を含む。
【００２７】
【発明の効果】
上述した如く、本発明のレーザーモジュールは、光モジュールの入力端に低域通過フィルタを備えることにより、レーザーダイオードのオン状態において、緩和発振周波数(on-state relaxation oscillation frequency)に該当する周波数成分がレーザーダイオードに相対的に小さく入力されるように調節でき、これにより、従来におけるオーバーシュートを最小化することができる。また、本発明は、ビーム波長１．５５μmのレーザーモジュールで周波数チャーピングを減らすことにより、伝送距離を増加させることができる。
【００２８】
一方、本発明の詳細な説明では具体的な一実施形態について説明してきたが、本発明の範囲を外れない限度内でさまざまな変形が可能であることは言うまでもない。したがって、本発明の範囲は上述の一実施形態に限定されるのではなく、特許請求の範囲とそれと同一なものにより定められなければならない。
【図面の簡単な説明】
【図１】レーザーダイオードの周波数応答特性図。
【図２】本発明に係るレーザーモジュールを概略示した平面図。
【図３】本発明に係る低域通過フィルタ通過後、レーザーダイオードに伝達される周波数応答特性図。
【図４】本発明に係る低域通過フィルタを含むレーザーモジュールの周波数応答特性図。
【図５】本発明によるＣＰＷ上に低域通過フィルタを具現化し、一実施形態を示した平面図。
【図６】図５の回路において、インダクタ成分及びキャパシタのみを示した等価回路図。
【符号の説明】
１０ レーザーダイオード
２０ ＣＰＷ
２１ 低域通過フィルタ
２２、２３、２４ 導電パターン
３０ ＭＤＰ
４０ 光学系
Ｃ１ キャパシタ
Ｇ 接地パッド
Ｌ１ 第１インダクタ
Ｌ２ 第２インダクタ
Ｓ 信号パッド

Claims (4)

  1. 入力端を有し、光信号を発生するレーザーダイオードと、
    外部電子回路から前記レーザーダイオードに信号を接続し、信号用導電パターンが２つの接地用導電パターン間に配置された共平面導波路と、
    前記入力端からレーザーダイオードに入力される周波数応答特性の−３ｄｂ帯域幅が前記レーザーダイオードのオン状態における緩和発振周波数と等しいか、または、それ以下にするように、前記共平面導波路上に形成され、
    前記信号用導電パターン上に実装されたキャパシタと、
    前記キャパシタを前記２つの接地用導電パターンに接続する第１のインダクタ成分と、
    前記信号用導電パターンと信号用パッドとを接続する第２のインダクタ成分と、
    を含む低域通過フィルタと、
    を備えることを特徴とするレーザーモジュール。
  2. 前記レーザーモジュールは、前記レーザーダイオードの出力をモニタリングするモニタフォトダイオードをさらに含む請求項１記載のレーザーモジュール。
  3. 前記レーザーモジュールは光ファイバー内に光を入射する光学素子をさらに含む請求項１記載のレーザーモジュール。
  4. 前記第１のインダクタ成分及び前記第２のインダクタ成分は、各々ボンディングワイヤからなり、前記レーザーモジュールの帯域幅は、前記第１のインダクタ成分に該当するボンディングワイヤ及び前記第２のインダクタ成分に該当するボンディングワイヤの長さ及び数の変化により調節される請求項１記載のレーザーモジュール。
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