JP4732539B2 - 光導波路素子モジュール - Google Patents
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Description
これらの光導波路素子では、光導波路を伝搬する光波を変調する変調電極が設けられ、該変調電極には外部信号線が接続されるコネクタにより変調信号が入力されている。このため、外部信号線から変調電極に効率良く変調信号が入力されるためには、外部信号線と変調電極との間でインピーダンス整合を図り、伝送線路における変調信号の反射を防止することが必要である。
(1)駆動用ドライバ
入力した電気信号が劣化なく増幅されるよう利得が、低周波域から高周波域までフラットな周波数特性とする。
(2)光導波路素子
入力した電気信号が劣化なく光信号に変換されるよう、電気/光変換応答の周波数が低周波域から高周波域までフラットな周波数特性とする。
光導波路素子は中継基板107や終端回路108などと共に、一つの筐体109内に収容される。
しかしながら、終端回路のみで数十Gbps伝送を可能とする高周波領域まで周波数特性をフラットにすることは困難であり、特許文献1に開示されている終端部のインピーダンスの調整のみでは、進行波型光変調器の電気/光変換応答の周波数特性の内、調整すべき周波数を変更することも困難であった。
このような薄膜を用いた回路構成は、フィルタ回路の小型化に寄与する反面、製造工程が複雑化し、特に、コンデンサを薄膜で構成するには多数回に渡る薄膜の形成・除去等の工程が必要となる。また、光導波路素子の周波数特性に応じてコンデンサや抵抗の値を調整することが必要であるが、抵抗の場合は薄膜の一部をトリミングするだけで、容易に調整可能であるのに対し、コンデンサの場合にはトリミングを行うと電極間が短絡する可能性があり、調整が困難なものとなる。
具体的には、図5に示すように、中継基板本体114上に電気線路112及び113を形成し、二つの電気線路を接続するように、チップ型の積層セラミックコンデンサ110を配置した。積層セラミックコンデンサは、縦0.3mm×横0.6mm×高さ0.3mm(0603サイズ)のように、極めて小さく、安価に入手できる利点がある。
具体的には、図8に示すように、中継基板本体214上に電気線路212及び213を形成し、一方の電気線路212上に単板コンデンサ210を配置した。単板コンデンサを電気線路に配置する際には、単板コンデンサの下面の電極が電気線路212と電気的に接続するよう配置し、単板コンデンサの上面の電極には、電気線路213とを電気的に接続するように金線等の導電性ワイヤー220で接続した。
静電容量C=εr・ε0・S/d
しかし、サイズの同じ単板コンデンサの静電容量を変化させるためには、その厚さ(電極間隔d)を変化させるため、コンデンサの厚さに起因する特性変化には、注意が必要となる。
特に上述したフィルタ回路の場合、コンデンサの厚さが厚くなると、積層セラミックコンデンサと同様に、図7に示すような、電気/光応答の周波数特性130に発生する共振現象(共振周波数f0)が、特定の周波数範囲に発生し、高周波特性を劣化させることを見出した。
本発明における「光導波路素子モジュール」とは、光導波路素子に中継線路が接続されているものを意味し、図1(又は図3)に示すように、一つの筐体9(又は109)内に収容されているものに限られない。また、「中継線路」とは、変調信号を伝搬するだけの単純な信号線路に限らず、フィルタ回路などの変調信号を調整する回路を有する線路も含む。
本発明は、基板に形成された光導波路と、該光導波路を伝搬する光波を変調する変調電極とを有する光導波路素子と、該変調電極に変調信号を入力する外部信号線が接続されるコネクタと、該コネクタと該変調電極とを接続すると共に、中継基板上に形成された中継線路とを有する光導波路素子モジュールにおいて、該中継線路は信号電極を接地電極で挟むコプレーナ型線路であり、該中継線路のインピーダンスが段階的又は連続的に変化し、該光導波路素子モジュール内での該変調信号の反射を抑制するよう構成され、該中継線路の途中にはコンデンサを含むフィルタ回路が配置されていることを特徴とする。
本発明の光導波路素子モジュールにおけるインピーダンス調整は、中継基板に形成された中継線路のインピーダンスの調整で行っている。このため、従来の光導波路素子モジュールの製造工程を大きく変えずに、変調信号の反射や減衰を抑制し、変調電極に効率良く変調信号を印加することが可能となる。しかも、コンデンサを含むフィルタ回路を中継基板に形成しても、変調信号の反射が抑制され、光応答周波数特性をさらに改善した光導波路素子モジュールを提供することができる。
基板1は、電気光学効果を有する基板や半導体基板など、光導波路素子の種類に応じて種々の基板が利用される。電気光学効果を有する基板としては、例えば、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、PLZT(ジルコン酸チタン酸鉛ランタン)、及び石英系の材料から構成され、具体的には、これら単結晶材料の、Xカット板、Yカット板、及びZカット板から構成され、特に、光導波路デバイスとして構成されやすく、かつ異方性が大きいという理由から、ニオブ酸リチウム(LN)を用いることが好ましい。
変調電極は、Ti・Auの電極パターンの形成及び金メッキ方法などにより、基板1の表面又は裏面などに形成することが可能である。また、変調電極は、変調信号(AC信号又はDC信号)を伝搬する信号電極3と該信号電極の周囲に配置される接地電極から構成される。
本発明の光導波路素子モジュールでは、コンデンサとして積層セラミックコンデンサ110を、図5に示すように配置することができる。中継基板本体114上に電気線路112,113を形成し、両者を電気的に接続するように、積層セラミックコンデンサのチップを配置する。電気線路112,113の一例としては、図11乃至図14で説明した信号電極21を途中で切断したものが利用できる。
光導波路素子としてLN変調器(住友大阪セメント社製、T.MXH1.5-10)を用い、入力インターフェースと変調電極との間に、図4に示すハイパスフィルタを設置した。
このことから、積層セラミックコンデンサを使用する場合には、3pF以下のものを利用することで、電気/光応答周波数特性の平坦化を20GHz以上まで拡大可能なことが容易に理解される。
2,102 光導波路
3,103 信号電極
4,104 入力用光ファイバ
5,105 出力用光ファイバ
6,106 駆動用ドライバ
7,107 中継基板
8 コネクタ
9,109 筐体
11,13 抵抗器
12 コンデンサ
11 電気抵抗(膜体抵抗)
21 信号電極
22 接地電極
23 ベース板
108 終端回路
110 コンデンサ(積層セラミックコンデンサ)
111,211 電気抵抗(膜体抵抗)
112,113,212,213 電気線路
114,214 中継基板本体(フィルタ回路基板)
120,121 端子
122,123 電極
130 電気/光応答周波数特性
210 コンデンサ(単板コンデンサ)
215,217 電極
216 誘電体
220 導電性ワイヤー
Claims (9)
- 基板に形成された光導波路と、該光導波路を伝搬する光波を変調する変調電極とを有する光導波路素子と、
該変調電極に変調信号を入力する外部信号線が接続されるコネクタと、
該コネクタと該変調電極とを接続すると共に、中継基板上に形成された中継線路とを有する光導波路素子モジュールにおいて、
該中継線路は信号電極を接地電極で挟むコプレーナ型線路であり、該中継線路のインピーダンスが段階的又は連続的に変化し、該光導波路素子モジュール内での該変調信号の反射を抑制するよう構成され、
該中継線路の途中にはコンデンサを含むフィルタ回路が配置されており、
該コンデンサは単板コンデンサであり、該コンデンサ内の電極間の距離が0.05mm以下、かつ、該電極間内の誘電体の比誘電率が1000以下であり、該フィルタ回路による共振周波数が20GHzより高いことを特徴とする光導波路素子モジュール。 - 請求項1に記載の光導波路素子モジュールにおいて、該中継線路の長さは、変調信号であるマイクロ波波長の4分の1の整数倍とならない長さであることを特徴とする光導波路素子モジュール。
- 請求項1又は2に記載の光導波路素子モジュールにおいて、該中継線路の長さは、変調信号であるマイクロ波波長の2分の1未満であることを特徴とする光導波路素子モジュール。
- 請求項1乃至3のいずれかに記載の光導波路素子モジュールにおいて、該中継線路のインピーダンスは段階的に変化し、各段階を構成するブロックでの中継線路の長さは変調信号であるマイクロ波波長の4分の1未満であることを特徴とする光導波路素子モジュール。
- 請求項1乃至4のいずれかに記載の光導波路素子モジュールにおいて、該中継線路は、該信号電極と該接地電極とのギャップが、コネクタ側から光導波路素子側に向かって狭くなるように調整されていることを特徴とする光導波路素子モジュール。
- 請求項1乃至5のいずれかに記載の光導波路素子モジュールにおいて、該中継線路の周囲に配置される一部の材料の誘電率が、コネクタ側から光導波路素子側に向かって大きくなるように調整されていることを特徴とする光導波路素子モジュール。
- 請求項1乃至6のいずれかに記載の光導波路素子モジュールにおいて、該フィルタ回路は、該中継基板に形成された複数の電気線路の一つに、該単板コンデンサの下面の電極が接触するよう該単板コンデンサを配置し、該単板コンデンサの上面の電極と他の電気線路とを導電性ワイヤーで接続することを特徴とする光導波路素子モジュール。
- 請求項1乃至7のいずれかに記載の光導波路素子モジュールにおいて、該フィルタ回路は、該中継基板上に形成された膜体による電気抵抗を含むことを特徴とする光導波路素子モジュール。
- 請求項1乃至8のいずれかに記載の光導波路素子モジュールにおいて、該変調電極の終端部に終端回路を接続することを特徴とする光導波路素子モジュール。
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