JP4685410B2 - 光モジュール - Google Patents

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Description

本発明は光通信用の光モジュールにかかり、特に高速な伝送レートの光送信器の送信部に用いられる光モジュールに関する。
半導体レーザを用いた光送信モジュールは、光ファイバ伝送用トランシーバのキーデバイスの一つである。光送信モジュールは、近年のブロードバンドネットワークの普及とともに高速化がはかられ、10Gbit/sまでのビットレートのものが広く用いられるようになっている。上記用途に適した光送信モジュールとしては、小型、低コストであるとともに、良好な送信波形品質を実現することが強く要求されている。
特許文献1および特許文献2には、電界吸収型光変調器集積化レーザダイオードの変調器と信号線とを接続する第一のボンディングワイヤと、変調器とマッチング抵抗とを接続する第二のボンディングワイヤとのインダクタンスの関係を適切にして、高周波入力側の特性インピーダンス50Ω(ohm)に対する小信号反射係数(S11)の低減と、光変調器の小信号通過特性(S21)における3dB帯域の確保の両立を図ったモジュールが記載されている。
また、非特許文献1には、駆動インピーダンス50Ωで、終端抵抗100ΩのCAN型パッケージに搭載された電界吸収型光変調器集積レーザモジュールが記載されている。
特開2001−257412号公報 特開2001−308130号公報 "ASIP 1310nm EML TOSA"、[online]、ASIP、[平成16年6月18日検索]、インターネット<http://www.asipinc.com/pdf/ASIP_1310_emltosa_datasheet.pdf>
光送信モジュールの送信波形品質をさらに良好にするためには、光変調器の小信号通過特性(S21)において3dB帯域の確保ばかりではなく、S21のピーキング特性等の調整により、送信波形におけるITU−T規定のマスクに対する波形マージンを広げるよう小信号通過特性(S21)を最適化する必要があった。
発明者等の検討によると、理想的な50Ω信号源(例えば計測用パルスパターンジェネレータ)を用いて光モジュールを駆動する場合には、特許文献1において、第一のボンディングワイヤと、変調器とマッチング抵抗とを接続する第二のボンディングワイヤとのインダクタンスの関係を適切にすることにより、小信号通過特性(S21)を最適化して送信波形におけるマスクマージンを広げることは十分可能な範囲にあった。しかしその最適化により、もう一方の小信号反射係数(S11)は十分に低減できなくなってしまい、インピーダンス不整合が生じた。
現在市販の駆動用ICでは、特に長距離伝送用途には光変調器への駆動信号として1V近いバイアス電圧と2Vpp以上の大きな電圧振幅駆動が要求される。このため、IC動作時の出力インピーダンスが50Ωから乖離する場合が多い。その場合、駆動用ICと光変調器とを繋ぐ50Ω伝送線路の両端においてインピーダンス不整合が生じることとなり、駆動電圧信号に多重反射電圧が重畳して光変調器の出力波形に乱れを生じた。この結果、送信波形におけるマスクマージンが劣化する。
上記の問題を解決する一手段として、光送信モジュール内部に駆動用ICを内蔵することが挙げられる。この場合、駆動用ICと光送信モジュールを繋ぐ50Ω伝送線路の長さを最小限まで短縮することで、多重反射の影響を抑圧し、良好な送信波形を得ることができた。しかし駆動用ICは、多数の制御用端子および電源端子を必要とするため、駆動用ICを内蔵化した場合、光送信モジュールの端子数が非内蔵時に比べ増加し、小型化が困難になるという問題点が生じた。
本発明の目的は、光変調器の出力波形を良好にするための小信号通過特性(S21)の最適化と、小信号反射係数(S11)の低減を両立でき、駆動用ICの出力インピーダンス不整合に対し波形品質劣化が生じにくい光送信モジュール構造を提案し、高速光伝送トランシーバに最適な光モジュールを提供することにある。
上記目的は、光モジュールにおいて、電気信号を第二の伝送路に伝送する第一の伝送線路と、第二の伝送線路に接続して電気信号によりレーザ光を変調する光変調器素子と、第二の伝送線路と光変調器素子とに接続する終端抵抗素子とを含んで、終端抵抗素子の抵抗値と前記第二の伝送線路の特性インピーダンスとの差を10Ω以下とし、第一の伝送線路の特性インピーダンスを、第二の伝送線路の特性インピーダンスより20Ω以上低くすることによって、達成できる。
本発明によれば、光変調器の出力波形を良好にするための小信号通過特性(S21)の最適化と、小信号反射係数(S11)の低減を両立でき、駆動用ICの出力インピーダンス不整合に対し波形品質劣化が生じにくい光送信モジュール構造の光送信モジュールを実現することができる。
以下、本発明の実施の形態を実施例を用いて、図面を参照しながら説明する。なお、同じ部位には同じ符号を振り、説明を省略する。
本発明の実施例1を、図1ないし図8を用いて説明する。ここで、図1は、本発明の実施例1の光送信モジュールの主要部分を説明する平面図である。図2は、本発明の実施例1の光送信モジュールの主要回路図である。図3は、本発明の実施例を説明する周波数と光モジュールの入力反射係数S11との関係を示す図である。図4は、本発明の実施例を説明する周波数と光モジュールの電気−光通過特性S21との関係を示す図である。図5は、本発明の実施例の効果を説明する光出力波形である。図6および図7は、伝送線路の特性インピーダンスをパラメータとした変調器の容量と伝送線路の電気長の関係を説明する図である。図8は、本発明の実施例を説明するスミスチャートである。
まず、図1を用いて、光送信モジュールの構成を説明する。光送信モジュール100は、筐体として箱型のパッケージ筐体1を用いる。筐体1の一側面には、電気信号の入力端子として同軸コネクタ6を設ける。同軸コネクタ6の同軸内導体は、筐体内部に設けた接続基板9上の伝送線路10に接続する。基板支持部5は、接続基板9を固定する。基板支持部5は、同時に、同軸コネクタ6の同軸外導体と伝送線路10の接地導体とを電気的に接続する。筐体1内部の底面には、ペルチェ素子2を固定し、その上面に中継基板7、モニタフォトダイオード搭載用基板4、金属台座3を搭載する。中継基板7上には、他の伝送線路に比べ低い特性インピーダンスを有する伝送線路8を設ける。伝送線路8は、パタン幅を広くするのが容易で低インピーダンス化するのに好適であるマイクロストリップ線路形式とした。また、モニタフォトダイオード搭載用基板4上には、モニタ用フォトダイオード36を設け、半導体レーザダイオード素子20の後方出力光を受光できる位置に固定する。金属台座3上には、キャリア基板23、結合レンズ11、サーミスタ搭載基板14を搭載する。また、サーミスタ搭載基板14には、サーミスタ13を搭載し、ペルチェ素子2の上面温度をモニタする。
キャリア基板23には、半導体チップ22およびバイパスコンデンサ28を搭載する。キャリア基板23には、抵抗素子24、接地金属25、入力伝送線路27の各パタンを設け、接地金属25は、ビアホール26によりキャリア基板23の裏面電極に接続する。半導体チップ22は、その表面に半導体レーザダイオード素子20および光変調素子21を設けた変調器集積型半導体レーザチップである。半導体レーザダイオード素子20から出力される連続レーザ光は、光変調器素子21を通過した後に、結合レンズ11および筐体出射部12を介して光ファイバーへ出射される。変調器素子21は、外部の駆動用ICからの10Gbit/sの電気変調信号により、連続レーザ光を光変調信号に変調する。
第一のボンディングワイヤ31は、入力伝送線路27と光変調素子21とを接続する。第二のボンディングワイヤ32は、光変調素子21と抵抗素子24とを接続する。また、キャリア基板23上の入力伝送線路27と中継基板7上の伝送線路とは、リボンワイヤ等により、低いインダクタンスで接続する。また、中継基板7上の伝送線路と接続基板9上の伝送線路10との間も、リボンワイヤ等により、低いインダクタンスで接続する。なお、接続基板9、中継基板7、キャリア基板23の裏面配線も、ビアを用いて表層に出し、それぞれリボンワイヤ等で接続している。これらにより、同軸コネクタ6から光変調素子21への電気信号入力経路が構成される。半導体レーザダイオード素子20は、給電用ボンディングワイヤ34、35を介して外部端子(図示せず)に接続し、そこから直流電流を供給する。
箱型のパッケージ筐体1は、セラミックと金属から構成し、気密性を確保する。パッケージ筐体1の底面の材料として熱伝導率の高い銅タングステンとした場合、ペルチェ素子2から光送信モジュール外部に至る熱抵抗を低減し、ペルチェ素子2の消費電力を低減するのに好適である。中継基板7およびキャリア基板23は、アルミナ、窒化アルミ等の誘電体材料で構成する。キャリア基板23を熱伝導率の高い窒化アルミとし、金属台座3を銅タングステンとした場合、半導体チップ22からペルチェ素子2に至る熱抵抗を低減し、素子温度上昇を抑えるのに好適である。抵抗素子24は、表面を陽極酸化した窒化タンタル膜で構成し、レーザトリミングにより抵抗値を50Ωとなるよう調整する。
半導体チップ22は、n型InP基板を用いその表面に分布帰還型レーザダイオード(DFB−LD:Distributed FeedBack Laser Diode)である半導体レーザダイオード素子20と電界吸収型変調器(EAM:Electro Absorption Modulator)である光変調素子21を集積したものを用いる。チップ表面には半導体レーザダイオード素子20と光変調器素子21のそれぞれのアノード電極を設ける。光変調器素子21のアノード電極を中継点として、第一のボンディングワイヤ31と第二のボンディングワイヤ32を一本のワイヤを用いて直線的に形成した場合、光変調器素子21のアノード電極の面積を最小にでき、素子容量Cmodを低減する上で好適である。チップ裏面電極は、半導体レーザダイオード素子20と光変調器素子21の共通カソード電極とする。モニタ用フォトダイオード32の出力は、外部端子(図示せず)を通じて出力する。パイパスコンデンサ28は単層の高誘電体基板で構成した平行平板型容量とすると、小型化する上で好適である。
次に図2を用いて回路構成を説明する。まず外部の駆動用IC 61が出力した電気変調信号は、外部伝送線路60、接続基板上の伝送線路10、中継基板上の伝送線路8を通じてキャリア基板上の入力伝送線路27入力される。伝送線路60は、駆動用IC 61を搭載するプリント基板上の伝送線路、そこから同軸コネクタ6への接続を行う同軸ケーブル、同軸コネクタ6で構成され、特性インピーダンスは50Ωとする。伝送線路10および入力伝送線路27の特性インピーダンスはともに50Ω、伝送線路8の特性インピーダンスは30Ωとする。R24は抵抗素子24がなす抵抗、L31、L32はそれぞれ第一、第二のボンディングワイヤ31、32がなすインダクタンスである。伝送線路8は、他の伝送線路より低インピーダンスなので、幅広く図示した。
電気変調信号は、これらの回路素子を介して光変調素子21のアノードに入力される。光変調素子21のカソードは、接地されている。一方、半導体レーザダイオード素子20には、外部よりバイアス電流として順方向直流電流Ibiasを供給し、レーザ光を連続出力させる。図2において、L34、L35は給電用ボンディングワイヤ34、35がなすインダクタンス、C28はバイパスコンデンサ28の容量である。通常、電界吸収型変調器には、逆バイアスを印加して動作させるため、本実施例では−5.2Vなどの負電源、およびレーザ素子用に+3.3Vなどの正電源の両方を用いる。
本実施例では、例えばCmod:0.5pF、L31:0.29nH、L32:0.75nH、R24:50Ωとし、入力伝送線路27(特性インピーダンス50Ω)と伝送線路8(特性インピーダンス30Ω)の周波数10GHzにおける電気長をそれぞれ35度、31.3度とした。なお、電気長とは、実効的な共振線路長を360度とする長さの次元である。伝送線路の特性は、インピーダンス(Z)、電気長(E)、周波数(f)で規定できる。
次に、本実施例の光送信モジュールの特性を、図3ないし図5を用いて説明する。これらは、回路シミュレータを用いて算出した特性である。
図3に示すように、特許文献1または特許文献2の高周波入力側の特性インピーダンスを50Ωとした、すなわち入力側を特性インピーダンス50Ωの伝送線路にそろえて構成した場合、周波数7.5GHz以上の範囲で反射係数S11が−15dBを超え、劣化が生じる。一方、光変調器の近傍に概ね50Ω伝送線路27と概ね30Ω伝送線路8とを挿入した場合、0(DC)〜12GHzの広い周波数範囲で反射係数の低減改善が生じている。この結果、周波数0(DC)〜10GHzの範囲で反射係数を−15dB以下に抑圧する効果が得られた。特に、7.5GHz付近では−20dB以下に抑圧する効果が得られた。また、図4に示す小信号通過特性S21も十分な特性を示し、30Ω線路を挿入した場合、周波数0(DC)〜12GHzの範囲で若干の利得向上が生じた。
図5は、光送信モジュールを10Gbit/sで動作させた時の光出力波形であり、図5(a)は50Ω入力線路を示し、図5(b)は50Ω線路に30Ω線路を加えた場合を示す。これらの図は、7.5GHzベッセルフィルター通過後におけるアイパタンを表示したものである。駆動用ICの出力インピーダンスは75Ωであり、50Ωから乖離している。このため、高周波入力側を50Ωの伝送線路のみにより構成した場合、多重反射の影響による波形品質劣化が生じていたが、50Ω伝送線路27と30Ω伝送線路8とを挿入した本実施例では多重反射を抑圧し、良好な波形品質が得られている。
本実施例の伝送線路27および伝送線路8による反射係数S11の抑圧効果のメカニズムを次に説明する。光変調器素子21をインダクタンスL31、L32、抵抗R24および接地を図2に示すように接続する場合、例えば10Gbit/sの光送信用にはL31:0.29nH、L32:0.75nH、R24:50Ωとすることで50Ω駆動に対し良好な小信号通過特性(S21)を実現することができる。光変調器素子21としては、素子容量Cmodが0.4pF〜0.6pFのものがよく用いられ、上記接続をすることにより小信号通過特性における3dB帯域を10GHz以上と良好にすることができる。上記接続を行い光変調素子21に対し所望の強度のレーザ光を入力させた場合、発明者の測定によると、光変調器素子21にはホトカレントによる並列コンダクタンス(およそ100Ω)が生じるとともに、図2においてL31の信号入力端(矢印A部)から変調器方向に見込んだインピーダンスが7.5GHzにおいて実部24〜37Ω、虚部1〜5Ωとなった。これらの値はL31、L32の値で多少増減はする。しかし、周波数7.5GHzにおいてλg/4(電気長90度)以下、すなわち周波数10GHzにおける電気長がそれぞれ120度以下の範囲で、比較的電気長の短い50Ω伝送線路と比較的電気長の短い20〜30Ωの伝送線路の2素子を用いることにより、整合点(0Ω)にインピーダンス変換できる。このとき両伝送線路のインピーダンス差は20Ω以上とするのが好ましい。
図6および図7に7.5GHzにおいて完全整合条件を得るのに必要な50Ω伝送線路27の電気長および伝送線路8(20〜30Ω)の電気長をそれぞれ示す。図6および図7は、特性インピーダンスの低い伝送線路8の特性インピーダンスをパラメータに、変調器素子の容量と、必要な電気長の関係をシミュレーションした結果である。
素子容量0.4pF〜0.6pFの範囲では、図6から50Ω伝送線路27の周波数10GHzにおける電気長を10度以上、図7から伝送線路8の周波数10GHzにおける電気長を15度以上にする必要があることがわかる。さらに、伝送線路27および伝送線路8の電気長として、図6または図7に示す関係の電気長より若干大きな値を選択することにより、7.5GHzにおける完全整合条件からはずれるものの、緩い整合で広帯域化することができ、7.5GHzを中心として比較的広い範囲でS11の改善を得ることができた。本実施例1では、伝送線路27(特性インピーダンス50Ω)と伝送線路8(特性インピーダンス30Ω)の周波数10GHzにおける電気長をそれぞれ35度、31.3度とすることで、周波数0(DC)〜10GHzの広い範囲で反射係数を−15dB以下に抑圧する効果を得たものである。
次に、図8を用いて、スミスチャートでのインピーダンスを、図2を参照しながら説明する。図2の矢印A部より光変調器素子21側を見込んだ場合のインピーダンスが、図8のA部である。図2の矢印B部から変調器方向に見込んだインピーダンスは、50Ω伝送路で電気長35度なので、スミスチャートの実軸50Ωを中心にA部までの半径を、35度だけ時計回りに回転した図8のB部の値である。また、図2の矢印C部から変調器方向に見込んだインピーダンスは、30Ω伝送路で電気長31.3度なので、スミスチャートの実軸30Ωを中心に時計回りに回転した図8のC部の値である。前述した、伝送路の電気長を周波数7.5GHzにおいてλg/4(電気長90度)以下としたのは、スミスチャートの1回転は180度であるので、2素子の伝送線路の和を180度以上とする必要がないためである。
上記実施例1において、抵抗素子24の抵抗値を50Ωとしたが、実際のトランシーバに搭載される駆動ICとの相性により40〜60Ωの範囲で変更しても良い。また伝送線路8の特性インピーダンスを30Ωとしたが、これを20〜30Ωの範囲で変更しても良い。さらに入力伝送線路27の特性インピーダンスを50Ωとしたが、これを40〜60Ωの範囲で変更しても良い。この場合伝送線路8との特性インピーダンス差を少なくとも20Ω以上とした場合、入力反射係数の低減を得るのに好適である。
また、本実施例の回路構成(図2)において、光変調器素子21のダイオード極性を逆にしてもよい。その場合、正電源でも光変調素子21に逆バイアスを印加できるようになり、+5.0Vなどの正電源のみを用いて動作する光送信モジュールを実現できる。
本発明の実施例2を、図9および図10を用いて説明する。ここで、図9は、本発明の実施例2の光送信モジュールの主要部分を示す側面図である。また、図10は、本発明の実施例2の光送信モジュールの主要回路図である。
まず、図9を用いて、光送信モジュールの構成を説明する。光送信モジュール200は、筐体としてCAN型のパッケージ筐体を用いる。符号30がその金属ステム、符号29が主要部搭載用の金属台座である。金属ステム30は、円筒状の貫通穴40、43を通して円柱状のリードピン39、42を、封止ガラス41により固定する。金属台座29上には、中継基板37とキャリア基板23を搭載する。中継基板37上には、伝送線路38を設ける。キャリア基板23の表面上には、抵抗素子24、接地金属25、入力伝送線路27の各パタンを設ける。接地金属25は、ビアホール26によりキャリア基板23の裏面電極に接続する。キャリア基板23には、半導体チップ22およびバイパスコンデンサ28を搭載する。半導体チップ22は、その表面に半導体レーザダイオード素子20および光変調素子21を設けた変調器集積型半導体レーザチップである。半導体レーザダイオード素子20から出力される連続レーザ光は、光変調器素子21を通過した後に結合レンズ(図中省略)を介して光ファイバーへ出射される。変調器素子21は、外部の駆動用ICからの10Gbit/sの電気変調信号により連続レーザ光を光変調信号に変調する。また、金属ステム30上には、モニタ用フォトダイオード36を設け、半導体レーザダイオード素子20の後方出力光を受光できる位置に固定する。
第一のボンディングワイヤ31は、入力伝送線路27と光変調素子21とを接続する。第二のボンディングワイヤ32は、光変調素子21と抵抗素子24とを接続する。また、キャリア基板23上の入力伝送線路27と中継基板37上の伝送線路38とは、リボンワイヤ等により、低いインダクタンスで接続する。伝送線路38とリードピン29とは、AuSn合金等により接合する。これらにより、リードピン39から光変調素子21への電気信号入力経路が構成される。半導体レーザダイオード素子20は、給電用ボンディングワイヤ34,35を介してリードピン42に接続し、ここから直流電流を供給する。
CAN型のパッケージ筐体としては例えばφ(phi)5.6mmのTO−56型の筐体等を用いる。金属ステム30、金属台座29の材料としては、安価な鉄を用いると低コスト化に好適である。中継基板37およびキャリア基板23は、アルミナ、窒化アルミ等の誘電体材料で構成する。キャリア基板23を熱伝導率の高い窒化アルミとした場合、半導体チップ22から金属台座24に至る熱抵抗を低減し、素子温度上昇を抑えるのに好適である。また、キャリア基板23を窒化アルミなどの誘電体基板と、銅タングステンなどの金属板との貼り合わせ基板で構成してもよい。この構成では、熱抵抗をさらに下げるのに好適である。
抵抗素子24は、陽極酸化した窒化タンタル膜で構成し、レーザトリミングにより抵抗値を50Ωとなるよう調整したものである。半導体チップ22は、n型InP基板を用いその表面に分布帰還型レーザダイオード(DFB−LD)である半導体レーザダイオード素子20と電界吸収型変調器(EAM)である光変調素子21を形成したものを用いる。チップ表面には、半導体レーザダイオード素子20と光変調器素子21のそれぞれのアノード電極を設ける。光変調器素子21のアノード電極を中継点として、第一のボンディングワイヤ31と第二のボンディングワイヤ32とを一本のワイヤを用いて直線的に形成した場合、光変調器素子21のアノード電極の面積を最小にでき、素子容量Cmodを低減する上で好適である。チップ裏面電極は、半導体レーザダイオード素子20と光変調器素子21の共通カソード電極とする。モニタ用フォトダイオード32の出力は、他のリードピン(図中省略)を通じて出力する。パイパスコンデンサ28は、単層の高誘電体基板で構成した平行平板型容量とすると、小型化する上で好適である。
次に、図10を用いて回路構成を説明する。まず駆動用IC 61が出力した電気変調信号は、外部伝送線路60、貫通穴40とリードピン39と封止ガラス41で構成される同軸線路T39、中継基板37上の伝送線路38を通じてキャリア基板の入力伝送線路27入力される。伝送線路60は、駆動用IC 61を搭載するプリント基板上の伝送線路とプリント基板とリードピン39を接続するフレキシブル基板上の伝送線路とで構成し、特性インピーダンスは50Ωとする。同軸線路T39の特性インピーダンスは30Ω、伝送線路38および入力伝送線路27の特性インピーダンスは50Ωとする。R24は抵抗素子24がなす抵抗、L31、L32はそれぞれ第一、第二のボンディングワイヤ31、32がなすインダクタンスである。電気変調信号は、これらの回路素子を介して光変調素子21のアノードに入力される。光変調素子21のカソードは、接地されている。一方半導体レーザダイオード素子20には、外部よりバイアス電流として順方向直流電流Ibiasを供給し、レーザ光を出力させる。通常、電界吸収型変調器には逆バイアスを印加して動作させるため、本実施例では−5.2Vなどの負電源、およびレーザ素子用に+3.3Vなどの正電源の両方を用いる。
本実施例では、例えばCmod:0.5pF、L31:0.29nH、L32:0.75nH、R24:50Ωとし、入力伝送線路27と伝送線路38(ともに特性インピーダンス50Ω)の周波数10GHzにおける電気長の総和を35度、同軸線路T39(特性インピーダンス30Ω)の周波数10GHzにおける電気長を31.3度とした。
本実施例2によれば、光出力特性において上記実施例1と同様の改善効果が得られる。さらにCAN型パッケージ筐体を用いたことにより、小型化と低コスト化に対しより好適な光送信モジュールを実現することができる。
上記実施例2において、貫通穴40とリードピン39と封止ガラス41で構成される同軸線路T39の特性インピーダンスを30Ωとしたが、その部材形状および封止に適するガラスの材質の選択により同軸線路の特性インピーダンスを例えば20〜30Ωの範囲で変更しても良い。また、抵抗素子24の抵抗値を50Ωとしたが、実際のトランシーバに搭載される駆動ICとの相性により、これを例えば40〜60Ωの範囲で変更しても良い。
また本実施例2の図10における回路構成において、光変調器素子21のダイオード極性を逆にしてもよい。その場合正電源でも光変調素子21に逆バイアスを印加できるようになり、+5.0Vなどの正電源のみを用いて動作する光送信モジュールを実現できるという新たな効果が生じる。
本発明の実施例3を、図11および図12により説明する。図11は、本発明の実施例3の光送信モジュールの主要部分を示す構造図である。図12は、本発明の実施例3の光送信モジュールの主要回路図である。実施例2との主要な違いは中継基板37上のマイクロストリップ線路形式の伝送線路を特性インピーダンス50Ωの伝送線路138と特性インピーダンス30Ωの伝送線路139とで構成した点にある。また、図12に示すように、光変調器素子121は、ダイオード特性が逆のものを用いた。バイアス端子Vbias(図中省略)より、バイアス電圧印加用ボンディングワイヤ133、第三のボンディングワイヤ132、抵抗素子24。第二のボンディングワイヤ32を通じてカソード端子に、正電圧を印加する。符号128は、バイパスコンデンサであり、これによりボンディングワイヤ132の一端を高周波的に接地する。図12において、L132、L133はボンディングワイヤ132、133のインダクタンスである。C128は、バイパスコンデンサ128の容量、C129は、入力信号経路に直列に挿入したDCブロック用コンデンサの容量である。光変調器素子121へのバイアス電圧を外部印加できるようにしたことにより、駆動用IC 161は、駆動電圧として高周波信号のみを供給すればよい。このことは、駆動用ICの電源電圧の正電圧化および低電圧化の両方に好適である。
本実施例の光モジュール200は、例えばCmod: 0.5 pF、L31: 0.29 nH, L32+L132: 0.75 nH, R24: 50 Ωとし、入力伝送線路27と伝送線路138(ともに特性インピーダンス50Ω)の周波数10GHzにおける電気長の総和を35度、同軸線路T39と伝送線路139(特性インピーダンス30Ω)の周波数10GHzにおける電気長の総和を31.3度とした。
本実施例3によれば、光出力特性において上記実施例1と同様の改善効果が得られる。さらにCAN型パッケージ筐体を用いたことにより、小型化と低コスト化に対し、より好適な光送信モジュールを実現することができる。また、中継基板37上の配線パタンだけを変更することで、同軸線路T39と伝送線路139からなる30Ω伝送線路の電気長を変更することができる。これにより同一のCAN型パッケージ筐体を用いながら、異なった素子容量を持つ複数の光変調器素子に対応した光送信モジュールをそれぞれ実現できるという効果が生じる。
また本実施例3は、光変調器素子のダイオード極性を逆にした光モジュールの例でもある。これにより、正電源でも光変調素子121に逆バイアスを印加できるようになる。したがって、+3.3Vなどの正電源のみを用いて動作する光送信モジュールを実現できるという効果を有する。
本実施例3ではバイアス端子Vbiasから光変調素子121へのバイアス電圧を外部印加できるようにしている。しかし、これを省略することもできる。すなわち、図11において、バイアス電圧印加用ボンディングワイヤ133を削除し、CAN型筐体のリードピンを1個削減する。この場合リードピン39よりバイアス電圧を印加できるようにするため、駆動用IC搭載基板にバイアス電圧印加端子およびチョーク回路を増設必要があるが、CAN型筐体のリードピンを1個削減できるため光送信モジュールの小型化には好適である。
本発明による実施例1の光送信モジュールの主要部分を示す構造図である。 本発明による実施例1の光送信モジュールの主要回路図である。 本発明による実施例を説明する周波数と光送信モジュールの入力反射係数S11との関係を示す図である。 本発明による実施例を説明する周波数と光送信モジュールの電気−光通過特性S21との関係を示す図である。 本発明の実施例の効果を説明する光出力波形である。 本発明の効果を説明するグラフである。 本発明の効果を説明するグラフである。 本発明の効果を説明するスミスチャートである。 本発明による実施例2の光送信モジュールの主要部分を示す構造図である。 本発明による実施例2の光送信モジュールの主要回路図である。 本発明による実施例3の光送信モジュールの主要部分を示す構造図である。 本発明による実施例3の光送信モジュールの主要回路図である。
符号の説明
1…筐体、2…ペルチェ素子、3…金属台座、4…モニタフォトダイオード搭載用基板、5…基板支持部、6…同軸コネクタ、7…中継基板、8…伝送線路、9…接続基板、10…伝送線路、11…結合レンズ、12…出射部、13…サーミスタ、14…サーミスタ搭載基板、20…半導体レーザダイオード素子、21…光変調器素子、22…半導体チップ、23…キャリア基板、24…抵抗素子、25…接地金属、26…ビアホール、27…入力伝送線路、28…バイパスコンデンサ、29…金属台座、30…金属ステム、31…第一のボンディングワイヤ、32…第二のボンディングワイヤ、34、35…給電用ボンディングワイヤ、36…モニタ用フォトダイオード、37…中継基板、38…伝送線路、39…リードピン、40…貫通穴、41…封止ガラス、42…リードピン、43…貫通穴、60…伝送線路、61…駆動用IC、100…光モジュール、121…光変調器素子、128…バイパスコンデンサ、132…第三のボンディングワイヤ、133…バイアス電圧印加用ボンディングワイヤ、138、139…伝送線路、161…駆動用IC、200…光モジュール。

Claims (9)

  1. 電気信号を第二の伝送線路に伝送する第一の伝送線路と、前記第二の伝送線路に接続されて前記電気信号によりレーザ光を変調する光変調器素子と、前記第二の伝送線路と前記光変調器素子とにその一端で接続された終端抵抗素子とからなる光モジュールであって、
    前記終端抵抗素子の抵抗値は、40Ω以上60Ω以下で、
    前記第二の伝送線路の特性インピーダンスは、40Ω以上60Ω以下で、
    10GHzにおける前記第二の伝送線路の電気長は、10度以上120度以下で、
    前記第一の伝送線路の特性インピーダンスは、20Ω以上30Ω以下で、
    10GHzにおける前記第一の伝送線路の電気長は、15度以上120度以下であることを特徴とする光モジュール。
  2. 請求項1に記載の光モジュールであって、
    前記終端抵抗素子の抵抗値と前記第二の伝送線路の特性インピーダンスとの差は、10Ω以下であり、
    前記第一の伝送線路の特性インピーダンスは、前記第二の伝送線路の特性インピーダンスより20Ω以上低いことを特徴とする光モジュール。
  3. 請求項1に記載の光モジュールであって、
    前記第一の伝送線路の電気長と前記第二の伝送線路の電気長との合計が、25度以上120度以下であることを特徴とする光モジュール。
  4. 請求項1または請求項2に記載の光モジュールであって、
    前記第一の伝送線路は、マイクロストリップ線路からなることを特徴とする光モジュール。
  5. 請求項1または請求項2に記載の光モジュールであって、
    CAN型のパッケージの筐体をさらに含み、
    前記第一の伝送線路は、前記筐体が形成する同軸線路からなることを特徴とする光モジュール。
  6. 請求項1または請求項2に記載の光モジュールであって、
    CAN型のパッケージの筐体をさらに含み、
    前記第一の伝送線路は、前記筐体が形成する同軸線路とマイクロストリップ線路とからなることを特徴とする光モジュール。
  7. 請求項5または請求項6に記載の光モジュールであって、
    前記電界吸収型光変調素子へのバイアス電圧入力リードピンと高周波信号入力リードピンとを分離して設けたことを特徴とする光モジュール。
  8. 請求項1または請求項2に記載の光モジュールであって
    7.5GHzにおけるS11特性が、−15dB以下であることを特徴とする光モジュール。
  9. 請求項8に記載の光モジュールであって、
    7.5GHzにおける前記S11特性が、−20dB以下であることを特徴とする光モジュール。
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