JP4308623B2 - 電気回路を内蔵する光導波路モジュール及びその製造方法 - Google Patents
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また、従来の光導波路デバイスとして、他に、特開平7−151927号公報(以下、特許文献1という),特開平6−59155号公報(以下、特許文献2という),特開平6−186454号公報(以下、特許文献3という)により提案されている技術がある。
特許文献1に記載の技術は、光弾性効果(誘電体結晶板の結晶内部に機械的な歪みが生じることにより、その歪みの大きさに応じた屈折率変化が生じる現象)の問題、即ち、光導波路素子に衝撃等による振動が加えられた場合に、誘電体結晶基板内部の機械的歪みによる光導波路の屈折率の変化により当該光導波路素子の特性が劣化し、所望の動作を実現できない場合があるという問題(段落0012〜段落0016参照)を解決するための技術である。
特許文献2に記載の技術は、筺体外において光ファイバを導波路型光素子に正確に軸合わせ接合し、これを筺体内に装着することが容易であり、且つ、気密封止が容易な導波路型光素子を実装するための筺体構造物および実装方法を提供することを目的とするもので、そのために、本技術では、筺体の壁体に形成された透孔の少なくとも1つを、導波路型光素子の通過を許す断面積および形状を有するように形成している。これにより、筺体外部において導波路型光素子に光ファイバを接続した後に、上記透孔を通して導波路型光素子を筺体内に導入して、筺体内に装着固定することが可能となる。
特許文献3に記載の技術も、上記特許文献2と同様に、筺体外において光ファイバを導波路型光素子に正確に軸合わせ接合し、これを筺体内に装着することが容易であり、かつ気密封止が容易な、導波路型光素子を実装するための筺体構造物および実装方法を提供することを目的とするものであるが、この特許文献3では、筺体(ケース)の対向する2側面に光ファイバ接続用端部をケース外に突出させるための貫通孔を形成し、当該ケースから突出した上記光ファイバ接続用端部を収容し上記筺体の2側面を閉塞する2側面フランジを当該2側面に密着固定するようになっている。これにより、導波路型光素子を容易にケース内に気密に収容封止することが可能となり、光部品の信頼度を向上することが可能となる。
本発明は、上記課題を解決するために創案されたもので、導波路型光素子を有して構成された光回路と当該導波路型光素子を駆動するのに必要な電気回路とをパッケージ(筺体)内において異なる平面に配置するようにして、小型(高密度実装可能)で組み立ても容易な光導波路モジュールを提供することを目的とする。
また、本発明の電気回路を内蔵する光導波路モジュールは、筺体と、電気光学効果を有する基板上に形成された光導波路と電気信号の供給を受けて該光導波路に電界を印加するための電極とをそなえて成る導波路型光素子としてのマッハツェンダ型光変調器を有する光変調器回路基板と、該光変調器を駆動する該電気信号を該電極に供給する電気回路基板とをそなえるとともに、該筺体内において該光変調器回路基板と該電気回路基板とが階層状に位置し且つ該筐体により気密封止され、該光変調器回路基板の該電極が、該電気回路基板から高周波電気信号の供給を受けて該光導波路に電界を印加する高周波電極として構成されるとともに、該電気回路基板が、該高周波電極の実装部分を避けて配置されていることを特徴としている。
また、該筺体内に該電気回路基板を該筺体内において中空支持する支持部材が設けられ、該支持部材による支持面の下部空間に該光変調器回路基板が配置されるとともに、該支持面の上部空間に該電気回路基板が配置されていてもよい。
ここで、本発明の電気回路を内蔵する光導波路モジュールは、筺体と、電気光学効果を有する基板上に形成された光導波路と電気信号の供給を受けて該光導波路に電界を印加するための電極とをそなえて成る導波路型光素子としてのマッハツェンダ型光変調器を有する光変調器回路基板と、該光変調器を駆動する該電気信号を該電極に供給する電気回路基板とをそなえるとともに、該筺体内において該光変調器回路基板と該電気回路基板とが階層状に位置し且つ該筐体により気密封止され、該筐体内に該電気回路基板を該筐体内において中空支持する支持部材が設けられ、該支持部材による支持面の下部空間に該光変調器回路基板が配置されるとともに、該支持面の上部空間に該電気回路基板が配置され、該光変調器回路基板の該電極と該電気回路基板の該電気信号出力部とが予めインピーダンス整合のために配線ピッチを調整された変形自在な配線基板により電気的に接続されていることを特徴としている。
さらに、該支持部材による支持面内に、終端抵抗が設けられ、該終端抵抗と該光変調器回路基板の該電極とが、予めインピーダンス整合のために配線ピッチを調整された変形自在な配線基板により電気的に接続されていてもよい。
また、該筐体内に該電気回路基板を該筐体内において中空支持する支持部材が設けられ、該支持部材による支持面の下部空間に該光変調器回路基板が配置されるとともに、該支持面の上部空間に該電気回路基板が配置されていてもよい。
さらに、該支持部材が、該筐体内の両側壁のそれぞれに該光変調器回路基板の実装部分を避けて設けられた段差部として構成され、該段差部上に該電気回路基板が接続されていてもよい。
ここで、本発明の電気回路を内蔵する光導波路モジュールは、筺体と、電気光学効果を有する基板上に形成された光導波路と電気信号の供給を受けて該光導波路に電界を印加するための電極とをそなえて成る導波路型光素子としてのマッハツェンダ型光変調器を有する光変調器回路基板と、該光変調器を駆動する該電気信号を該電極に供給する電気回路基板とをそなえるとともに、該筺体内において該光変調器回路基板と該電気回路基板とが階層状に位置し且つ該筐体により気密封止され、該筺体内に該電気回路基板を該筺体内において中空支持する支持部材が設けられ、該支持部材による支持面の下部空間に該光変調器回路基板が配置されるとともに、該支持面の上部空間に該電気回路基板が配置され、該支持部材による支持面内に、終端抵抗が設けられ、該終端抵抗と該光変調器回路基板の該電極とが、予めインピーダンス整合のために配線ピッチを調整された変形自在な配線基板により電気的に接続されていることを特徴としている。
また、該筐体の内側側壁と該電気回路基板の全部又は一部とを密着する放熱部材が設けられていてもよい。
さらに、該電気回路基板が、該支持部材に金属部材を介して接合されていてもよい。
図1は本発明の第1実施形態としての光変調器モジュール(光導波路モジュール)を示す模式的分解斜視図、図2はこの図1に示す光変調器モジュールの組み立て後を模式的に示す縦断面図、図3は図2に示すA矢視断面図で、これらの図1〜図3において、1は金属製の蓋部2によって気密封止されることにより金属製のパッケージ(筺体)を構成するパッケージ本体を示し、このパッケージ本体1の長さの短い両側壁には、光ファイバ3を接続するためのファイバコネクタ4がそれぞれ設けられるとともに、パッケージ本体1内部には、マッハツェンダ型光変調器が構成された変調器基板(光回路部)5の実装部分(実装スペース)を避けて底面及び両側壁面の長手方向に延在する階段状の段差部9が設けられている。
そして、このような階層構造を採用するため、パッケージ本体1の長手方向の一方(図1の手前)の側壁には、上記階層構造に合わせてコネクタ15及び外部接続端子16,17が配置されている。即ち、ドライバ回路基板6がパッケージ本体1の上段に配置されるため、上段のドライバ回路基板6の配置位置に合わせてパッケージ本体1の側壁上部に、ドライバ回路61への高周波信号入力用の同軸ケーブル等を接続するための高周波信号用コネクタ15及び当該ドライバ回路61への電源供給やバイアス調整のための信号端子16(図1では4つ)が設けられ、下段の変調器基板5の配置位置に合わせてパッケージ本体1の側壁下部に、直流(DC)バイアス電極(後述)のためのDC端子17が設けられている。
また、ドライバ回路61の出力端及び終端抵抗71の入力端の各位置と変調器基板5上の電極51,52,53(変調信号の進行方向)とをそれぞれ上下方向に揃えて配置するので、変調器基板5上の信号電極51及びドライバ回路61の出力を曲がった形状にする必要がなく、電極設計が容易になるとともに、それぞれをフレキシブルな配線基板8により直線的に接続できるため、高周波特性の向上を図ることができるとともに、ボンディング等による接続も容易になる。さらに、予めインピーダンス整合を考慮して電極間ピッチ(配線ピッチ)を調整された高周波用のフレキシブルな配線基板8を用いることにより、インピーダンス整合を保持したまま簡単に電極間接続できるため、高周波特性の向上がさらに図れる。従って、ギガヘルツオーダの超高速信号を扱う場合でも、その損失を最小限に抑制することが可能となる。
なお、図2に示すように前記の高周波電気回路基板6(ドライバ回路61)を下段の変調器基板5のDCバイアス電極54,55上に配置できない場合、例えば図7に示すように信号電極51(GND電極52,53)及びDCバイアス電極54の配置関係が図2に示す場合と逆になっているような場合や、図8に示すように変調器基板5が上記DCバイアス電極54,55をそなえない構成の場合、図7に示すように高周波電気回路基板6(ドライバ回路61)を信号電極51上に配置せざるを得ないが、このような場合でも、下段の信号電極51(GND電極52,53)と上段のドライバ回路61の出力端の各位置を上下方向に揃えて配置することにより、第1実施形態と同様に、フレキシブルな配線基板8(入力側)を図7中に示すように折り返すようにして電極51,52,53とドライバ回路61の出力端とを接続すれば、両者の接続による高周波特性劣化を抑制しつつ、ドライバ回路61の実装スペースを確保することができる。
また、上述した実施形態では、変調器基板5の上段に高周波電気回路基板6及び終端抵抗基板7を配置しているが、ドライバ回路61は高周波回路であるため、電源を供給する際に、バイアス供給用の回路が必要となる。そこで、例えば図9に示すように、第1実施形態にて前述した上下2段構造のドライバ回路内蔵型光変調モジュールにおいて、ドライバ回路61と終端抵抗71との間等のスペースに、ドライバ回路61用のバイアス電圧を供給するバイアス回路(電気回路)が構成されたバイアス供給基板10を高周波電気回路基板6及び終端抵抗基板7と同様に段差部9上に配置して、半田や導電性の接着剤などで固定することで、ドライバ回路61とバイアス回路の双方を内蔵する光変調モジュールを構成することが可能となる。
さらに、例えば図10に示すように、前記の上段の高周波電気回路基板6及び終端抵抗基板7上の部品が実装されていないスペースの全部又は一部に、放熱部材としての金属ブロック11をAuSnや半田等で固定し、当該金属ブロック11の上面と蓋部2(内側側壁)とをAgエポ(エポキシ系樹脂剤にAgを混入したもの)等の熱伝導率の高い接着剤12等により密着・固定する構造とすることもできる。このようにすれば、上段のドライバ回路61及び終端抵抗71等から発熱する熱を効率良くパッケージ(蓋部2)に逃がすことができる。なお、金属ブロック11の形状は問わない。また、パッケージ長手方向に延在する1つの部材を配置してもよいし、複数の部材を基板6,7上の非実装スペースに配置してもよい。
また、例えば図11に示すように、上段の高周波電気回路基板6及び終端抵抗基板7をそれぞれ段差部9に半田等の熱伝導率の優れた金属13を介して接合することにより、上段の電気回路(ドライバ回路61及び終端抵抗71)で発生した熱をパッケージ本体1に効率良く放熱することが可能となる。なお、図11では上述した金属ブロック11も設けているが、当該金属ブロック11は設けずに、上記金属13を介した接合のみでも放熱効果は得られる。もっとも、図11に示すように、これら両方の構成を組み合わせた方がより高い放熱効果を得ることができる。
ところで、上記の変調器基板5上に構成される光変調器は、例えば図12に示すようなデュアル駆動型のマッハツェンダ型光変調器として構成してもよい。即ち、Y分岐50により2系統に分岐された各光導波路上に信号電極51をそれぞれ設け、これら2系統の信号電極51の一方の端部のそれぞれに高周波信号を入力し、他方の端部のそれぞれに終端抵抗71を接続する構成としてもよい。
上述した実施形態及びその各変形例においては、終端抵抗71を変調器基板5の上段に配置しているが、例えば図14に示すように、変調器基板5の脇(変調器基板5と同一平面内)に終端抵抗71を設けてもよい。つまり、光変調器を駆動するのに必要な電気回路の一部である終端抵抗71については変調器基板5と同じ平面内に配置し、他の電気回路(ドライバ回路61)については、変調器基板5の設けられた平面とは異なる平面(変調器基板5の上段)に配置するようにしてもよい。なお、この図14において、既述の符号と同一符号を付した構成要素は特に断らない限り既述の構成要件と同一もしくは同様である。
なお、本第2実施形態においても、ドライバ回路61(高周波電気回路基板6)は、変調器基板5上のDCバイアス電極54,55の上方に位置するよう配置するのが共振現象抑制の観点から好ましく、また、上段のドライバ回路61の出力端と下段の各電極51,52,53の接続部分とを上下方向に揃えるように配置して高周波用のフレキシブルな配線基板8で両者を接続するのが組み立ての容易さ、高周波特性劣化抑制の観点から好ましい。さらに、前述した第1実施形態についての各変形例を本第2実施形態に適用することも可能であり、それぞれ各変形例と同様の作用効果が得られる。
本発明は、上述した各実施形態に限定されず、本発明の趣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。
例えば、上述した実施形態では、光回路基板に構成される導波路型光素子がマッハツェンダ型光変調器である場合について説明したが、光導波路を用いた偏波スクランブラ等のように導波路型の他の光素子であっても同様に適用できる。
(付記1)
筺体と、
導波路型光素子が構成された光回路部と、
該導波路型光素子を駆動するのに必要な電気回路部とをそなえるとともに、
該筺体内において該光回路部と該電気回路部とが異なる平面に設けられていることを特徴とする、電気回路を内蔵する光導波路モジュール。
筺体と、
電気光学効果を有する基板上に形成された光導波路と電気信号の供給を受けて該光導波路に電界を印加するための駆動用電極部とをそなえて成る導波路型光素子としてのマッハツェンダ型光変調器が構成された光回路部と、
該光変調器を駆動する該電気信号を該駆動用電極部に供給する電気回路部とをそなえるとともに、
該筺体内において該光回路部と該電気回路部とが異なる平面に設けられていることを特徴とする、電気回路を内蔵する光導波路モジュール。
該光回路部の該駆動用電極部が、該電気回路部から高周波電気信号の供給を受けて該光導波路に電界を印加する高周波電極として構成されるとともに、
該電気回路部が、該光回路基板の設けられた平面とは異なる平面において該高周波電極の実装部分を避けて配置されていることを特徴とする、付記2記載の電気回路を内蔵する光導波路モジュール。
該光回路部の該駆動用電極部と、該電気回路部の電気信号出力部とが前記各平面に対して交差する方向に揃えて配置され、該駆動用電極と該電気信号出力部とが電気的に接続されていることを特徴とする、付記2又は3に記載の電気回路を内蔵する光導波路モジュール。
該筺体内に該電気回路部を該筺体内において中空支持する支持部が設けられ、該支持部による支持面の下部空間に該光回路部が配置されるとともに、該支持面の上部空間に該電気回路部が配置されていることを特徴とする、付記2〜4のいずれか1項に記載の電気回路を内蔵する光導波路モジュール。
該支持部が、該筺体内の両側壁のそれぞれに該光回路部の実装部分を避けて設けられた段差部として構成され、該段差部上に該電気回路部が配置されたことを特徴とする、付記5記載の電気回路を内蔵する光導波路モジュール。
(付記7)
該光回路部の該駆動用電極部と該電気回路部の該電気信号出力部とが予めインピーダンス整合のために配線ピッチを調整された変形自在な配線基板により電気的に接続されていることを特徴とする、付記2〜6のいずれか1項に記載の電気回路を内蔵する光導波路モジュール。
該支持部による支持面内に、終端抵抗が設けられ、該終端抵抗と該光回路部の該駆動用電極部とが、予めインピーダンス整合のために配線ピッチを調整された変形自在な配線基板により電気的に接続されていることを特徴とする、付記5〜7のいずれか1項に記載の電気回路を内蔵する光導波路モジュール。
該筺体の内側側壁と該電気回路部の全部又は一部とを密着する放熱部材が設けられたことを特徴とする、付記1〜8のいずれか1項に記載の電気回路を内蔵する光導波路モジュール。
(付記10)
該電気回路部が、該支持部に金属部材を介して接合されていることを特徴とする、付記5〜9のいずれか1項に記載の電気回路を内蔵する光導波路モジュール。
筺体内に、導波路型光素子が構成された光回路部を配置・固定し、
該筺体内の該光回路部の上部空間に、該導波路型光素子を駆動するのに必要な電気回路部を該筺体内に設けられた支持部により中空支持・固定し、
下段に位置する該光回路部と上段に位置する該電気回路部とを電気的に接続することを特徴とする、電気回路を内蔵する光導波路モジュールの製造方法。
2 蓋部
3 光ファイバ
4 ファイバコネクタ
5 変調器基板(光回路部)
51 信号電極(駆動用電極部)
52,53 グラウンド(GND)電極(駆動用電極部)
54,55 直流(DC)バイアス電極
6 高周波電気回路基板(電気回路部)
61 ドライバ回路
62 切り欠き部
7 終端抵抗基板
71 終端抵抗
8 フレキシブルな配線基板
80 シート状部材
81,82,83 電極
9 段差部
10 バイアス供給基板
11 金属ブロック(放熱部材)
12 接着剤
13 金属
15 高周波信号用コネクタ
16 信号端子(外部接続端子)
17 DC端子(外部接続端子)
Claims (12)
- 筺体と、
電気光学効果を有する基板上に形成された光導波路と電気信号の供給を受けて該光導波路に電界を印加するための電極とをそなえて成る導波路型光素子を有する光変調器回路基板と、
該導波路型光素子を駆動する該電気信号を該電極に供給する電気信号出力部をそなえて成る電気回路基板とをそなえるとともに、
該筺体内において該光変調器回路基板と該電気回路基板とが階層状に位置し且つ該筐体により気密封止され、
該筺体内に該電気回路基板を該筺体内において中空支持する支持部材が設けられ、該支持部材による支持面の下部空間に該光変調器回路基板が配置されるとともに、該支持面の上部空間に該電気回路基板が配置され、
該光変調器回路基板の該電極と該電気回路基板の該電気信号出力部とが予めインピーダンス整合のために配線ピッチを調整された変形自在な配線基板により電気的に接続されていることを特徴とする、電気回路を内蔵する光導波路モジュール。 - 筺体と、
電気光学効果を有する基板上に形成された光導波路と電気信号の供給を受けて該光導波路に電界を印加するための電極とをそなえて成る導波路型光素子としてのマッハツェンダ型光変調器を有する光変調器回路基板と、
該光変調器を駆動する該電気信号を該電極に供給する電気回路基板とをそなえるとともに、
該筺体内において該光変調器回路基板と該電気回路基板とが階層状に位置し且つ該筐体により気密封止され、
該光変調器回路基板の該電極が、該電気回路基板から高周波電気信号の供給を受けて該光導波路に電界を印加する高周波電極として構成されるとともに、
該電気回路基板が、該高周波電極の実装部分を避けて配置されていることを特徴とする、電気回路を内蔵する光導波路モジュール。 - 該光変調器回路基板の該電極と、該電気回路基板の電気信号出力部とが対向して配置され、該電極と該電気信号出力部とが電気的に接続されていることを特徴とする、請求項2記載の電気回路を内蔵する光導波路モジュール。
- 該筺体内に該電気回路基板を該筺体内において中空支持する支持部材が設けられ、該支持部材による支持面の下部空間に該光変調器回路基板が配置されるとともに、該支持面の上部空間に該電気回路基板が配置されていることを特徴とする、請求項2又は3に記載の電気回路を内蔵する光導波路モジュール。
- 筺体内に、電気光学効果を有する基板上に形成された光導波路と電気信号の供給を受けて該光導波路に電界を印加するための電極とをそなえて成る導波路型光素子が構成された光変調器回路基板を配置・固定し、
該筺体内の該光変調器回路基板の上部空間に、該導波路型光素子を駆動する該電気信号を該電極に供給する電気信号出力部をそなえて成る電気回路基板を該筺体内に設けられた該上部空間に支持面を有する支持部材により中空支持・固定し、
下段に位置する該光変調器回路基板の該電極と上段に位置する該電気回路基板の該電気信号出力部とを予めインピーダンス整合のために配線ピッチを調整された変形自在な配線基板により電気的に接続することを特徴とする、電気回路を内蔵する光導波路モジュールの製造方法。 - 筺体と、
電気光学効果を有する基板上に形成された光導波路と電気信号の供給を受けて該光導波路に電界を印加するための電極とをそなえて成る導波路型光素子としてのマッハツェンダ型光変調器を有する光変調器回路基板と、
該光変調器を駆動する該電気信号を該電極に供給する電気回路基板とをそなえるとともに、
該筺体内において該光変調器回路基板と該電気回路基板とが階層状に位置し且つ該筐体により気密封止され、
該筺体内に該電気回路基板を該筺体内において中空支持する支持部材が設けられ、該支持部材による支持面の下部空間に該光変調器回路基板が配置されるとともに、該支持面の上部空間に該電気回路基板が配置され、
該光変調器回路基板の該電極と該電気回路基板の該電気信号出力部とが予めインピーダンス整合のために配線ピッチを調整された変形自在な配線基板により電気的に接続されていることを特徴とする、電気回路を内蔵する光導波路モジュール。 - 該支持部材による支持面内に、終端抵抗が設けられ、該終端抵抗と該光変調器回路基板の該電極とが、予めインピーダンス整合のために配線ピッチを調整された変形自在な配線基板により電気的に接続されていることを特徴とする、請求項6記載の電気回路を内蔵する光導波路モジュール。
- 該筺体内に該電気回路基板を該筺体内において中空支持する支持部材が設けられ、該支持部材による支持面の下部空間に該光変調器回路基板が配置されるとともに、該支持面の上部空間に該電気回路基板が配置されていることを特徴とする、請求項1記載の電気回路を内蔵する光導波路モジュール。
- 該支持部材が、該筺体内の両側壁のそれぞれに該光変調器回路基板の実装部分を避けて設けられた段差部として構成され、該段差部上に該電気回路基板が配置されたことを特徴とする、請求項6又は8に記載の電気回路を内蔵する光導波路モジュール。
- 筺体と、
電気光学効果を有する基板上に形成された光導波路と電気信号の供給を受けて該光導波路に電界を印加するための電極とをそなえて成る導波路型光素子としてのマッハツェンダ型光変調器を有する光変調器回路基板と、
該光変調器を駆動する該電気信号を該電極に供給する電気回路基板とをそなえるとともに、
該筺体内において該光変調器回路基板と該電気回路基板とが階層状に位置し且つ該筐体により気密封止され、
該筺体内に該電気回路基板を該筺体内において中空支持する支持部材が設けられ、該支持部材による支持面の下部空間に該光変調器回路基板が配置されるとともに、該支持面の上部空間に該電気回路基板が配置され、
該支持部材による支持面内に、終端抵抗が設けられ、該終端抵抗と該光変調器回路基板の該電極とが、予めインピーダンス整合のために配線ピッチを調整された変形自在な配線基板により電気的に接続されていることを特徴とする、電気回路を内蔵する光導波路モジュール。 - 該筺体の内側側壁と該電気回路基板の全部又は一部とを密着する放熱部材が設けられたことを特徴とする、請求項1,6〜10のいずれか1項に記載の電気回路を内蔵する光導波路モジュール。
- 該電気回路基板が、該支持部材に金属部材を介して接合されていることを特徴とする、請求項1,6〜11のいずれか1項に記載の電気回路を内蔵する光導波路モジュール。
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