JP5118151B2 - 光電変換モジュール - Google Patents
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Description
本発明は、光通信において変調された光信号を広帯域にわたって受信し、電気信号に変換して出力するための光電変換モジュールに関するものである。
従来、光通信では、大容量のデータを高速で且つ長距離伝送可能な光ファイバを伝送媒体として使用している。この光ファイバから送信されてくる光信号を、フォトダイオードなどの光電変換素子で電気信号に変換し、この電気信号を外部に出力する種々の光電変換モジュールが開発され、実用化されている。
ここで、一般的な光電変換モジュールについて説明する。光電変換モジュール１０１は、図２５，図２６に示すように、光ファイバ１０５から送信されてくる光信号を整える光学レンズ（光学窓）１０６と、光信号を電気信号に変換する光電変換素子１０８と、その電気信号を外部に出力する信号出力部１２１などを有する。光電変換素子１０８の出力電極１０８ａと信号出力部１２１の中心導体１２１ａが金属ワイヤ１１５により電気的に接続され、電気信号がモジュール１０１の外部へ出力される。
図２７，図２８に示す光電変換モジュール１０１Ａにおいては、光電変換素子１０８と信号出力部１２１との間に増幅器１３０が設けられている。この増幅器１３０は、光電変換された単相の電気信号を増幅する増幅器である。光電変換素子１０８の出力電極１０８ａと増幅器１３０の入力電極１３０ａが金属ワイヤ１３２により電気的に接続され、増幅器１３０の出力電極１３０ｂが信号出力部１２１の中心導体１２１ａに金属ワイヤ１３３により電気的に接続されている。
上記の図２５，図２６に示す光電変換モジュール１０１においては、光電変換素子１０８の出力電極１０８ａと信号出力部１２１の中心導体１２１ａとを金属ワイヤ１１５で直接接続している。図２７，図２８に示す光電変換モジュール１０１Ａにおいては、光電変換素子１０８の出力電極１０８ａと増幅器１３０の入力電極１３０ａとを金属ワイヤ１３２で直接接続し、増幅器１３０の出力電極１３０ｂと信号出力部１２１の中心導体１２１ａとを金属ワイヤ１３３で直接接続している。各金属ワイヤ１３２，１３３は、インダクタンス成分を有し、光電変換素子１０８の出力電極１０８ａ、増幅器１３０の出力電極１３０ｂ及び信号出力部１２１の特性インピーダンスと比較して高いインピーダンスになる。そのため、特に高周波帯域においてはインピーダンスの不整合による電気信号の反射が発生し、高周波特性が劣化するという問題があった。
そこで、特許文献１に記載の光電変換モジュール１０２においては、図２９に示すように、変換された電気信号をモジュール１０２の外部へ出力する伝送線路基板１４０を有し、増幅器１３０と伝送線路基板１４０との間に、インピーダンス整合回路１１０が組み込まれた基板１２０が設けられている。このインピーダンス整合回路１１０は、キャパシタンス成分を有する平行平板マイクロチップコンデンサ１１２と、増幅器１３０とコンデンサ１１２およびコンデンサ１１２と伝送線路基板１４０を夫々電気的に接続するインダクタンス成分を有する金ワイヤ１１４とを備えている。
上記インピーダンス整合回路１１０の等価回路が図３０に示されている。このコンデンサ１１２のサイズと材質を変更することにより、キャパシタンス成分１１２ａを調整し、金ワイヤ１１４の長さを変更することでインダクタンス成分１１４ａを調整する。こうして、伝送線路基板１４０に対するインピーダンス整合を図ることができ、光電変換モジュール１０２の高周波反射減衰量特性を改善することができ、電気信号の伝送特性を改善することができる。
特開２００２−３５３４９３号公報
特許文献１の光電変換モジュール１０２のインピーダンス整合回路１１０の等価回路が、図３０に示すように一段のローパスフィルタと同様の回路であるから、高周波帯域における伝送損失が大きくなり、伝送特性の平坦性が損なわれる虞がある。そこで、伝送特性を改善するためキャパシタンス成分１１２ａとインダクタンス成分１１４ａを一層大きな値に設定する必要があるが、そうすると、位相の線形性が保持されず群遅延の劣化を招く虞がある。
本発明の目的は、インピーダンス不整合による反射減衰量を低減させ且つ高周波帯域内の伝送特性の平坦性を向上させ得る光電変換モジュールを提供すること、位相の線形性を保持することにより群遅延特性を安定化させ得る光電変換モジュールを提供すること等である。
本発明に係る光電変換モジュールは、光ファイバにより送信されて来る光信号を電気信号に変換する光電変換素子と、光電変換された電気信号を外部に出力する信号出力部を有する光電変換モジュールにおいて、前記光電変換素子の出力電極と前記信号出力部の間に設けられたインピーダンス整合回路と、このインピーダンス整合回路を組み込んだ基板を設け、前記インピーダンス整合回路は、前記基板の表面に隙間をあけて形成された複数の金属被膜と、これら金属被膜のうち隣接する金属被膜同士を電気的に接続する複数の金属接続線とを有する。
前記光電変換モジュールにおいて、光ファイバにより送信されてくる光信号を光電変換素子に導入し、この光信号を光電変換素子により電気信号に変換し、変換された電気信号を基板に組み込まれたインピーダンス整合回路を介して信号出力部から外部に出力する。
前記インピーダンス整合回路は、複数の金属被膜と、隣接する金属被膜同士を電気的に接続する複数の金属接続線を有し、金属被膜はキャパシタンス成分を有し、金属接続線はインダクタンス成分を有するので、複数の金属被膜のキャパシタンス成分と複数の金属接続線のインダクタンス成分を適宜調整することで、信号出力部に対するインピーダンス整合が可能となる。
本発明の上記の構成に加えて、次のような種々の構成を適宜採用してもよい。
（１）前記インピーダンス整合回路は、前記光電変換素子の出力電極と、この出力電極に隣接する前記金属被膜とを接続する金属ワイヤを含む（請求項２）。
（２）前記光電変換素子の出力電極に、光電変換された電気信号を増幅する増幅器が接続され、前記インピーダンス整合回路は、前記増幅器の出力電極と前記信号出力部との間に設けられた（請求項３）。
（３）前記インピーダンス整合回路は、前記増幅器の出力電極と、この出力電極に隣接する前記金属被膜とを接続する金属ワイヤを含む（請求項４）。
（１）前記インピーダンス整合回路は、前記光電変換素子の出力電極と、この出力電極に隣接する前記金属被膜とを接続する金属ワイヤを含む（請求項２）。
（２）前記光電変換素子の出力電極に、光電変換された電気信号を増幅する増幅器が接続され、前記インピーダンス整合回路は、前記増幅器の出力電極と前記信号出力部との間に設けられた（請求項３）。
（３）前記インピーダンス整合回路は、前記増幅器の出力電極と、この出力電極に隣接する前記金属被膜とを接続する金属ワイヤを含む（請求項４）。
（４）前記複数の金属被膜のうち隣接する金属被膜の間の隙間において、前記基板の表面にアイソレーション用溝を形成した（請求項５）。
（５）前記アイソレーション用溝に、前記基板を形成する母材よりも低い誘電率の誘電体を充填した（請求項６）。
（６）前記金属接続線は金属ワイヤからなる（請求項７）。
（７）前記金属接続線は前記金属被膜と一体の線状金属被膜からなる（請求項８）。
（５）前記アイソレーション用溝に、前記基板を形成する母材よりも低い誘電率の誘電体を充填した（請求項６）。
（６）前記金属接続線は金属ワイヤからなる（請求項７）。
（７）前記金属接続線は前記金属被膜と一体の線状金属被膜からなる（請求項８）。
（８）請求項９に係る光電変換モジュールは、光ファイバにより送信されて来る光信号を電気信号に変換する光電変換素子と、光電変換された電気信号を外部に出力する信号出力部を有する光電変換モジュールにおいて、前記光電変換素子の出力電極と前記信号出力部の間に設けられたインピーダンス整合回路と、このインピーダンス整合回路を組み込んだ基板を設け、前記インピーダンス整合回路は、前記基板の表面に形成され且つ前記信号出力部に直接接続されたマイクロストリップ状の金属被膜を有する。
請求項１の発明によれば、インピーダンス整合回路の複数の金属被膜は、キャパシタンス成分を有し、隣接する金属被膜同士を接続する複数の金属接続線はインダクタンス成分を有するため、これら金属被膜のサイズと膜厚と基板の材質を適宜調整し、複数の金属接続線の太さと長さを適宜調整することで、信号出力部に対するインピーダンス整合を確実に行うことができる。このため、高周波の電気信号の伝送損失を抑制でき、反射減衰量特性を改善することができる。
特に、複数の金属被膜と複数の金属接続線により複数段のローパスフィルタと同様のインピーダンス整合回路を構成するので、一段のインピーダンス整合回路と比較して、高周波帯域の伝送損失を改善し、伝送特性の平坦性を向上させることができる。しかも、個々のキャパシタンス成分とインダクタンス成分の値を低く抑えることが可能となり、電気信号の位相の線形性を保持させやすく、群遅延特性を安定させ、伝送に伴う電気信号の波形の歪みを極力抑えることができる。
請求項２の発明によれば、金属ワイヤの長さや太さを適宜調整することで、インダクタンス成分の値を調整できる。
請求項３の発明によれば、光電変換素子により変換された単相の電気信号を増幅器により増幅すると共に、単相信号を作動信号に変換し外部に出力することができる。
請求項３の発明によれば、光電変換素子により変換された単相の電気信号を増幅器により増幅すると共に、単相信号を作動信号に変換し外部に出力することができる。
請求項４の発明によれば、金属ワイヤの長さや太さを適宜調整することで、インダクタンス成分を調整できる。
請求項５の発明によれば、前記複数の金属被膜のうち隣接する金属被膜の間の隙間において、前記基板の表面にアイソレーション用溝を形成したので、隣接する金属被膜同士のアイソレーションを保持することができる。
請求項５の発明によれば、前記複数の金属被膜のうち隣接する金属被膜の間の隙間において、前記基板の表面にアイソレーション用溝を形成したので、隣接する金属被膜同士のアイソレーションを保持することができる。
請求項６の発明によれば、前記基板を形成する母材よりも低い誘電率の誘電体を充填したので、隣接する金属被膜同士のアイソレーションを強く保持することができる。
請求項７の発明によれば、前記金属接続線は金属ワイヤからなるので、金属ワイヤの長さや太さを適宜調整することで、金属ワイヤのインダクタンス成分の値を調整できる。
請求項７の発明によれば、前記金属接続線は金属ワイヤからなるので、金属ワイヤの長さや太さを適宜調整することで、金属ワイヤのインダクタンス成分の値を調整できる。
請求項８の発明によれば、前記金属接続線は前記金属被膜と一体の線状金属被膜からなるので、線状金属被膜の長さや幅、膜厚などを適宜調整することで、線状金属被膜のインダクタンス成分を調整でき、インピーダンス整合を確実に行うことができると共に、線状金属被膜と横長形状の金属被膜を一度の工程で基板上に形成することができるので製造時間を短縮することができる。
請求項９の発明によれば、インピーダンス整合回路を組み込んだ基板を設け、このインピーダンス整合回路は、基板の表面に形成され且つ信号出力部に直接接続されたマイクロストリップ状の金属被膜を有するので、次の効果を奏する。
前記金属被膜がマイクロストリップ状で構成されることで容易に特性インピーダンスを近似的に計算することができ、また、金属被膜が信号出力部に直接接続されることで接続部のインダクタンス成分を低減させることができるので、信号出力部とのインピーダンス整合を確実に行うことができる。このため、高周波の電気信号の伝送損失を抑制でき、反射減衰量特性を改善することができる。
前記マイクロストリップ状の構成は、金属被膜のキャパシタンス成分とインダクタンス成分を安定させることができるので、高周波帯域内の伝送特性の平坦性が向上し、位相の線形性が保持させやすく群遅延特性を安定させることができる。このため、伝送に伴う電気信号の波形の歪みを極力抑えることができる。
さらに、前記光電変換素子の出力電極から信号出力部にインピーダンス整合回路を介して信号を外部へ出力させる構成なので、従来の伝送線路基板などの伝送経路の構成部品を削減でき、光電変換素子から信号出力部までの経路を短縮することができるので、特性のバラツキを抑えることができるうえ、部品数が減少して構造が簡単化し、製作コストを低減することができる。
請求項１０の発明によれば、前記インピーダンス整合回路は、前記光電変換素子の出力電極と、前記金属被膜とを接続する金属ワイヤを含むので、金属ワイヤの長さや太さを適宜調整することで、インダクタンス成分の値を調整できる。
請求項１１の発明によれば、前記光電変換素子用の出力電極に、光電変換された電気信号を増幅する増幅器が接続され、前記インピーダンス整合回路は、前記増幅器の出力電極と前記信号出力部との間に設けられたので、光電変換素子により変換された単相の電気信号を増幅器により増幅すると共に、単相信号を作動信号に変換し外部に出力することができる。
請求項１２の発明によれば、前記インピーダンス整合回路は、前記増幅器の出力電極と、前記金属被膜とを接続する金属ワイヤを含むので、金属ワイヤの長さや太さを適宜調整することで、インダクタンス成分を調整できる。
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ 光電変換モジュール
５ 光ファイバ
８ 光電変換素子
８ａ 出力電極
１０，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ インピーダンス整合回路
１２ 金属被膜
１３ 金属被膜
１５ 金属ワイヤ
２０，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅ 基板
２１，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｅ 信号出力部
２２ リード線
５ 光ファイバ
８ 光電変換素子
８ａ 出力電極
１０，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ インピーダンス整合回路
１２ 金属被膜
１３ 金属被膜
１５ 金属ワイヤ
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２２ リード線
本発明の光電変換モジュールは、光通信において光ファイバにより送信されてくる光信号を広帯域にわたって受信して電気信号に変換して外部に出力するものであり、特に複数段のローパスフィルタと同様の構造のインピーダンス整合回路を備えたものである。
以下、この光電変換モジュール１について図面に基づいて説明する。
図１，図２に示すように、この光電変換モジュール１は、光ファイバ５により送信されてくる光信号を電気信号に変換し出力するモジュールである。この光電変換モジュール１は、パッケージ３と、光学レンズ６（光学窓）と、光信号を光電変換する光電変換素子８と、光電変換素子８の出力電極８ａと信号出力部２１との間に設けられインピーダンス整合回路１０と、このインピーダンス整合回路１０を組み込んだ基板２０と、光電変換された電気信号を外部に出力する信号出力部２１等を有する。
図１，図２に示すように、この光電変換モジュール１は、光ファイバ５により送信されてくる光信号を電気信号に変換し出力するモジュールである。この光電変換モジュール１は、パッケージ３と、光学レンズ６（光学窓）と、光信号を光電変換する光電変換素子８と、光電変換素子８の出力電極８ａと信号出力部２１との間に設けられインピーダンス整合回路１０と、このインピーダンス整合回路１０を組み込んだ基板２０と、光電変換された電気信号を外部に出力する信号出力部２１等を有する。
光電変換素子８は、一般的なフォトダイオード素子であり、パッケージ３に固定されている。この光電変換素子８は、光ファイバ５により送信されて来る光信号を光学レンズ６を介して受光面で受け、光電変換して出力電極８ａから電気信号を出力する。
この光電変換素子８の出力電極８ａは、インピーダンス整合回路１０の入力側においてこの出力電極８ａに隣接する金属被膜１２と金属ワイヤ９にて電気的に接続されている。
この光電変換素子８の出力電極８ａは、インピーダンス整合回路１０の入力側においてこの出力電極８ａに隣接する金属被膜１２と金属ワイヤ９にて電気的に接続されている。
インピーダンス整合回路１０は、基板２０の上面に形成された複数の金属被膜１２，１３と、隣接する金属被膜１２を電気的に接続する複数の金属ワイヤ１５（金属接続線に相当する）と、金属ワイヤ９とを有する。
金属被膜１２，１３は、例えばＮｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕなどから選択される金属被膜であって、その膜厚は例えば５〜１００μｍである。金属被膜１２は、左右方向に細長い長方形（例えば、左右長が１．２０ｍｍ、幅が０．１５ｍｍ）に形成され、複数の金属被膜１２は、例えば０．０５ｍｍ程度の幅の適当な隙間１１をあけて平行に形成されている。金属被膜１３は、円形の下端部を金属被膜側へ突出させた形状に形成され、複数の金属被膜１２の幅方向中心部を結ぶ延長線上に設けられている。
信号出力部２１は、リード線（中心導体）２２と、リード線２２の外周を覆う溶融ガラスから形成された誘電体２３から構成されている。このリード線２２は誘電体２３を介してパッケージ３に固定され、リード線２２の先端部２２ａが、基板２０と金属被膜１３の中心部を貫通して上面側に突出し、その先端部２２ａが、金属被膜１３にハンダ等により電気的に直接接続されている。尚、誘電体２３は、例えば、ポリエチレンなどの合成樹脂材料などから形成されたものでも良い。
金属ワイヤ９，１５は、例えばＡｕのボンディングワイヤで構成することができるが、これに限定される訳ではない。金属ワイヤ９は、光電変換素子８の出力電極８ａを、この出力電極８ａに隣接する金属被膜１２に電気的に接続している。金属ワイヤ１５は隣接する金属被膜１２同士を電気的に接続している。
金属被膜１２はグランドに対するキャパシタンス成分１２ａであって、金属被膜１２のサイズや膜厚および基板２０の材質に依存するキャパシタンス成分１２ａを有する（図３参照）。金属被膜１３もグランドに対するキャパシタンス成分を有する。この金属被膜１３では、その直径を大きくするほどインダクタンス成分を減少させることができる。
金属ワイヤ１５は、長さや太さに依存するインダクタンス成分１５ａを有し、金属ワイヤ９も同様のインダクタンス成分を有している（図３参照）。
金属ワイヤ１５は、長さや太さに依存するインダクタンス成分１５ａを有し、金属ワイヤ９も同様のインダクタンス成分を有している（図３参照）。
このインピーダンス整合回路１０の等価回路は、図３に示すように、複数の金属被膜１２のキャパシタンス成分１２ａがグランドに対して並列に接続され、複数の金属ワイヤ９，１５のインダクタンス成分９ａ，１５ａが直列に接続された多段のローパスフィルタと同様の回路となっている。
信号部出力部２１に対するインピーダンス整合を行うには、複数の金属被膜１２のキャパシタンス成分１２ａを調整し、金属ワイヤ９，１５のインダクタンス成分９ａ，１５ａを調整し、金属被膜１３のキャパシタンス成分を調整することにより、所定の特性インピーダンスの値（例えば５０Ω）に設定する。
基板２０は、例えば、フェノール樹脂（ベークライト）、ガラス繊維やエポキシ樹脂などを主剤とする誘電体材料で構成されたものであって、基板上に種々の回路パターンをプリント可能な一般的なものである。この基板２０はパッケージ３に固定されている。尚、パッケージ３は金属製の材料で形成されたものである。
次に、光電変換モジュール１の特性について説明する。
インピーダンス整合回路１０を有する光電変換モジュール１の反射減衰量特性が図４に図示され、伝送損失特性が図５に図示され、群遅延特性が図６に図示されている。
この測定に供したインピーダンス整合回路１０においては、金属被膜１２の数は４、金属被膜１２のサイズは左右長が１．２ｍｍ、幅が０．１５ｍｍ、隙間１１の大きさは０．０５ｍｍであり、基板２０の厚さ０．２５ｍｍ、基板２０を構成する材料の比誘電率は９．８である。
インピーダンス整合回路１０を有する光電変換モジュール１の反射減衰量特性が図４に図示され、伝送損失特性が図５に図示され、群遅延特性が図６に図示されている。
この測定に供したインピーダンス整合回路１０においては、金属被膜１２の数は４、金属被膜１２のサイズは左右長が１．２ｍｍ、幅が０．１５ｍｍ、隙間１１の大きさは０．０５ｍｍであり、基板２０の厚さ０．２５ｍｍ、基板２０を構成する材料の比誘電率は９．８である。
この光電変換モジュール１にインピーダンス整合回路１０を設けることにより、反射減衰量特性については、インピーダンス整合回路を設けない場合と比較して信号出力部２１に対するインピーダンス整合を確実に行えるため、反射減衰量特性を、例えば、信号周波数５ＧＨｚでは１５ｄＢ、１０ＧＨｚでは９ｄＢ、１５ＧＨｚでは５ｄＢ改善することができる（図４参照）。
伝送損失特性については、インピーダンス整合回路１０が多段のローパスフィルタと同様の回路であるので、伝送帯域内の伝送特性を平坦化できることから、伝送損失を、例えば、信号周波数１０ＧＨｚでは２ｄＢ、１５ＧＨｚでは３．４ｄＢ改善することができる（図５参照）。
群遅延特性については、金属被膜１２のキャパシタンス成分と、金属ワイヤ９，１５のインダクタンス成分を適宜調整することにより、位相の線形性を保持でき群遅延特性を安定化させることができる。例えば、信号周波数１ＧＨｚから２０ＧＨｚの周波数帯域内で、群遅延を１２ｐｓの変動幅から７ｐｓの変動幅に改善することができる（図６参照）。このように、インピーダンス整合回路１０を設けることで、反射減衰量特性や伝送損失特性および群遅延特性を格段に改善することができる。
次に、この光電変換モジュール１の作用、効果について説明する。
この光電変換モジュール１は、光通信の受信側において、先ず、光ファイバ５を伝送してくる光信号を、光学レンズ６などの光学系を介して効率良く光電変換素子８に導入させる。次に、この光電変換素子８により光信号を効率良く電気信号に変換し、その電気信号をインピーダンス整合回路１０を介して信号出力部２１に伝送させ、この信号出力部２１から光電変換モジュール１の外部へ出力する。
この光電変換モジュール１は、光通信の受信側において、先ず、光ファイバ５を伝送してくる光信号を、光学レンズ６などの光学系を介して効率良く光電変換素子８に導入させる。次に、この光電変換素子８により光信号を効率良く電気信号に変換し、その電気信号をインピーダンス整合回路１０を介して信号出力部２１に伝送させ、この信号出力部２１から光電変換モジュール１の外部へ出力する。
ここで、このインピーダンス整合回路１０では、複数の金属被膜１２のキャパシタンス成分と、複数の金属ワイヤ９，１５のインダクタンス成分と、金属被膜１３のキャパシタンス成分を前述のように調整し、ネットワークアナライザやスミスチャートなどを使用して最適なインピーダンス値（例えば、５０Ω又は７５Ω）に調整することで、信号出力部２１に対するインピーダンス整合を適正に行うことができる。こうして、高周波の電気信号の伝送損失を低減でき、反射減衰量特性を改善することができる。
複数の金属被膜１２と金属ワイヤ９，１５により多段のローパスフィルタと同様の回路を構成するので、一段のローパスフィルタと比較して、高周波帯域内の伝送特性の平坦性を向上させることができると共に、個々のキャパシタンス成分およびインダクタンス成分の値を低く抑えることが可能となり、電気信号の位相の線形性を保持させやすく、群遅延特性を安定させることができる。こうして、伝送に伴う電気信号の波形の歪みを極力抑えることができる。
次に、実施例２の光電変換モジュール１Ａについて説明する。
図７，図８に示すように、この光電変換モジュール１Ａにおける実施例１と同様の構成要素に同一の参照符号を付して説明を省略する。この光電変換モジュール１Ａにおいては、光電変換素子８と２つの信号出力部２１の間に、１つの増幅器３０と、２つのインピーダンス整合回路１０が設けられている。
図７，図８に示すように、この光電変換モジュール１Ａにおける実施例１と同様の構成要素に同一の参照符号を付して説明を省略する。この光電変換モジュール１Ａにおいては、光電変換素子８と２つの信号出力部２１の間に、１つの増幅器３０と、２つのインピーダンス整合回路１０が設けられている。
光電変換素子８の出力電極８ａに、光電変換された電気信号を増幅する増幅器３０が接続されている。この増幅器３０は、光電変換素子８により変換された単相の電気信号を増幅すると共にその単相の信号を差動信号に変換し、２つの信号出力部２１から光電変換モジュール１Ａの外部に出力することができる。
この増幅器３０はパッケージ３に固定され、増幅器３０の入力電極３０ａは、光電変換素子８の出力電極８ａに金属ワイヤ３２で接続され、２つの出力電極３０ｂは、２つのインピーダンス整合回路１０の入力側の金属被膜１２に金属ワイヤ３３で接続されている。インピーダンス整合回路１０は、増幅器３０の出力電極３０ｂと、この出力電極３０ｂに隣接する金属被膜１２とを接続する金属ワイヤ３３を含むので、金属ワイヤ３３の長さや太さを適宜調整することで、そのインダクタンス成分を調整することができる。
次に、実施例３の光電変換モジュール１Ｂのインピーダンス整合回路１０Ｂについて説明する。図９，図１０に示すように、この光電変換モジュール１Ｂにおける実施例１と同様の構成要素に同一の参照符号を付して説明を省略する。
インピーダンス整合回路１０Ｂは、複数の金属被膜１２と、複数の金属ワイヤ１５（金属接続線に相当する）とを有し、実施例１の光電変換素子８又は実施例２の際増幅器３０に相当する信号入力部３５と信号出力部２１Ｂとの間に設けられている。このインピーダンス整合回路１０Ｂは基板２０Ｂに組み込まれている。複数の金属被膜１２と複数の金属ワイヤ１５については、実施例１と同様である。
このインピーダンス整合回路１０Ｂの入力側の金属被膜１２は、信号入力部３５に金属ワイヤ４５で電気的に接続され、インピーダンス整合回路１０Ｂの出力側の金属被膜１２は、信号出力部２１Ｂのリード線２２の先端部２２ａに金属ワイヤ４６で電気的に接続されている。これら金属ワイヤ４５，４６は、インピーダンス整合回路１０Ｂに含まれる。このインピーダンス整合回路１０Ｂの等価回路は、実施例１と同様に、多段のローパスフィルタと同様の回路になっている。基板２０Ｂは、パッケージ３に固定され、複数の金属被膜１２のうち隣接する金属被膜１２の間の隙間１１において基板２０Ｂの表面にアイソレーション用溝４７が形成されている。
ここで、この光電変換モジュール１Ｂの特性について説明する。
インピーダンス整合回路１０Ｂが設けられた光電変換モジュール１Ｂの反射減衰量特性が図１１に図示され、伝送損失特性が図１２に図示され、群遅延特性が図１３に図示されている。尚、この測定に供したインピーダンス整合回路１０Ｂにおいて、アイソレーション用溝４７の幅は０．２５ｍｍ、深さは０．０５ｍｍである。金属被膜１２と金属ワイヤ１５については、実施例１と同様である。
インピーダンス整合回路１０Ｂが設けられた光電変換モジュール１Ｂの反射減衰量特性が図１１に図示され、伝送損失特性が図１２に図示され、群遅延特性が図１３に図示されている。尚、この測定に供したインピーダンス整合回路１０Ｂにおいて、アイソレーション用溝４７の幅は０．２５ｍｍ、深さは０．０５ｍｍである。金属被膜１２と金属ワイヤ１５については、実施例１と同様である。
この光電変換モジュール１Ｂにインピーダンス整合回路１０Ｂを設けたことにより、インピーダンス整合回路１０Ｂを設けない場合と比較して、信号出力部２１に対するインピーダンス整合を確実に行えるため、反射減衰量特性を改善することができる。例えば、信号周波数５ＧＨｚでは１４ｄＢ、１０ＧＨｚでは１３ｄＢ、１５ＧＨｚでは４ｄＢ改善することができる（図１１参照）。
伝送損失特性については、インピーダンス整合回路１０Ｂが多段のローパスフィルタと同様の回路になっているので、伝送帯域内の伝送特性を平坦化でき、伝送損失を低減することができる。例えば、信号周波数１０ＧＨｚでは２．６ｄＢ、１５ＧＨｚでは３ｄＢ改善することができる（図１２参照）。
群遅延特性については、金属被膜１２のキャパシタンス成分と、金属ワイヤ１５，４５，４６のインダクタンス成分を適宜調整することにより、位相の線形性を保持でき群遅延特性を安定化させることができる。例えば、信号周波数１ＧＨｚから２０ＧＨｚの周波数帯域内で、群遅延１２ｐｓの変動幅から６ｐｓの変動幅に改善することができる（図１３参照）。こうして、複数の金属被膜１２を有するインピーダンス整合回路１０Ｂを設けることで、反射減衰量特性と、伝送損失特性と、群遅延特性を改善することができる。
この光電変換モジュール１Ｂの作用および効果について説明する。
基板の表面にアイソレーション用溝４７を形成したので、隣接する金属被膜１２同士のアイソレーションを強化することができる。基板２０Ｂが、信号出力部２１Ｂとハンダなどの導電性材料で直接接続されていないため、個々の部品の製作が容易になり、インピーダンス整合回路１０Ｂが組み込まれた基板２０Ｂとして単体での市販が可能となる。他の効果については、実施例１と略同様の効果を奏するため説明は省略する。
基板の表面にアイソレーション用溝４７を形成したので、隣接する金属被膜１２同士のアイソレーションを強化することができる。基板２０Ｂが、信号出力部２１Ｂとハンダなどの導電性材料で直接接続されていないため、個々の部品の製作が容易になり、インピーダンス整合回路１０Ｂが組み込まれた基板２０Ｂとして単体での市販が可能となる。他の効果については、実施例１と略同様の効果を奏するため説明は省略する。
ここで、前記のインピーダンス整合回路１０Ｂにおいて、このアイソレーション用溝４７に、基板２０Ｂを形成する材料よりも低い誘電率の誘電体（例えば、アルミナ等）を充填することが望ましい。その場合、隣接する金属被膜１２同士のアイソレーションを一層強化することができる。
次に、実施例４の光電変換モジュール１Ｃのインピーダンス整合回路１０Ｃについて説明する。図１４と図１５に示すように、インピーダンス整合回路１０Ｃは、複数の金属被膜５１と、金属被膜５１間に形成された隙間５３と、隣接する金属被膜５１を接続する複数の線状の接続線被膜５２（金属接続線に相当する）であって金属被膜５１と一体の複数の接続線被膜５２と、金属ワイヤ５５，５６などを有し、これらは基板２０Ｃ上に一体的に形成されている。金属被膜５１は前記金属被膜１２と同様のものであり、接続線被膜５２は前記金属ワイヤ１５と同様の機能を奏するものである。
インピーダンス整合回路１０Ｃの入力側の金属被膜５１は、実施例１の光電変換素子８又は実施例２の増幅器３０に相当する信号入力部３５に金属ワイヤ５５で接続され、インピーダンス整合回路１０Ｃの出力側金属被膜５１は、信号出力部２１Ｃのリード線２２の先端部２２ａに金属ワイヤ５６で接続されている。これら金属ワイヤ５５，５６は、インピーダンス整合回路１０Ｃに含まれている。
この光電変換モジュール１０Ｃの作用および効果について説明する。
接続線被膜５２の幅や膜厚を適宜調整することにより、接続線被膜５２のインダクタンス成分を調整できる。複数の金属被膜５１と複数の接続線被膜５２を同一工程で基板２０Ｃ上に一体的に形成できるので、部品数を削減して製作コストを低減できる。また、信号出力部２１Ｃが基板２０Ｃに直接接続されていないため、構造が簡単になる。
接続線被膜５２の幅や膜厚を適宜調整することにより、接続線被膜５２のインダクタンス成分を調整できる。複数の金属被膜５１と複数の接続線被膜５２を同一工程で基板２０Ｃ上に一体的に形成できるので、部品数を削減して製作コストを低減できる。また、信号出力部２１Ｃが基板２０Ｃに直接接続されていないため、構造が簡単になる。
次に、前記のインピーダンス整合回路１０Ｃを部分的に変更した変更例について説明する。図１６，図１７に示すように、複数の金属被膜５１のうち隣接する金属被膜５１の間の隙間５３において、基板２０Ｃの表面に複数のアイソレーション用溝５７が形成される。このアイソレーション用溝５７により隣接する金属被膜５１同士のアイソレーションを強化できる。さらに、これらアイソレーション用溝５７に、基板２０Ｃを形成する材料よりも低い誘電率の誘電体（例えば、アルミナ等）を充填することが望ましい。その場合、隣接する金属被膜５１同士のアイソレーションを一層強化することができる。
次に、実施例５に係る光電変換モジュール１Ｄのインピーダンス整合回路１０Ｄについて説明する。但し、実施例１と同様のものに同一の参照符号を付して説明を省略する。
図１８，図１９に示すように、インピーダンス整合回路１０Ｄは、マイクロストリップ状の金属被膜６１と金属ワイヤ６２を有する。この金属被膜６１は基板２０Ｄの表面に形成され且つ信号出力部２１Ｄに直接接続されている。金属ワイヤ６２は、光電変換素子８の出力電極８ａと金属被膜６１とを電気的に接続している。
図１８，図１９に示すように、インピーダンス整合回路１０Ｄは、マイクロストリップ状の金属被膜６１と金属ワイヤ６２を有する。この金属被膜６１は基板２０Ｄの表面に形成され且つ信号出力部２１Ｄに直接接続されている。金属ワイヤ６２は、光電変換素子８の出力電極８ａと金属被膜６１とを電気的に接続している。
このマイクロストリップ状の金属被膜６１の出力側には、略円形の接続部６１ａが形成され、基板２０Ｄを貫通した信号出力部２１Ｄのリード線の先端部２２ａにハンダなどで直接接続されている。この接続部６１ａの直径を大きくするほど接続部６１ａのインダクタンス成分を減少させることができる。基板２０Ｄの幅は金属被膜６１の幅の３倍以上にすることが望ましい。
ここで、光電変換モジュール１Ｄの特性について説明する。
インピーダンス整合回路１０Ｄを組み込んだ光電変換モジュール１Ｄの反射減衰量特性が図２０に図示され、伝送損失特性が図２１に図示され、群遅延特性が図２２に図示されている。尚、この測定に供したインピーダンス整合回路１０Ｄにおいて、金属被膜６１の幅は０．２４ｍｍ、特性インピーダンス約５０Ω、接続部６１ａの直径は０．４ｍｍである。基板２０Ｄの厚さ０．２５ｍｍ、基板２０Ｄを構成する材料の比誘電率は９．８である。
インピーダンス整合回路１０Ｄを組み込んだ光電変換モジュール１Ｄの反射減衰量特性が図２０に図示され、伝送損失特性が図２１に図示され、群遅延特性が図２２に図示されている。尚、この測定に供したインピーダンス整合回路１０Ｄにおいて、金属被膜６１の幅は０．２４ｍｍ、特性インピーダンス約５０Ω、接続部６１ａの直径は０．４ｍｍである。基板２０Ｄの厚さ０．２５ｍｍ、基板２０Ｄを構成する材料の比誘電率は９．８である。
この光電変換モジュール１Ｄにインピーダンス整合回路１０Ｄを設けたことにより、反射減衰量特性については、インピーダンス整合回路１０Ｄを設けないものと比較して信号出力部２１Ｄに対するインピーダンス整合を確実に行える。例えば、反射減衰量を、信号周波数５ＧＨｚでは６ｄＢ、１０ＧＨｚでは４ｄＢ、１５ＧＨｚでは３ｄＢ改善することができる（図２０参照）。
伝送損失特性について、マイクロストリップ状の金属被膜６１はキャパシタンス成分やインダクタンス成分が安定しているので、伝送帯域内の伝送特性を平坦化できる。伝送損失を、例えば、信号周波数１０ＧＨｚでは１．８ｄＢ、１５ＧＨｚでは２．５ｄＢ改善することができる（図２１参照）。
群遅延特性について、マイクロストリップ状の金属被膜６１は、位相の線形性を保持でき群遅延特性を安定させやすい。例えば、１ＧＨｚから２０ＧＨｚの周波数帯域内で、群遅延を１２ｐｓの変動幅から３ｐｓの変動幅に改善することができる（図２２参照）。このように、インピーダンス整合回路１０Ｄを設けることにより、反射減衰量特性、伝送損失特性および群遅延特性をかなり改善することができる。
この光電変換モジュール１Ｄの作用および効果について説明する。
マイクロストリップ状の金属被膜６１を有するので、導体幅や膜厚などから特性インピーダンスを近似的に計算することができる。金属被膜６１が信号出力部２１Ｄに直接接続されているので、接続部６１ａのインダクタンス成分を十分に低減させることができる。そのため、金属被膜６１のサイズを適宜調整することにより、信号出力部２１Ｄに対するインピーダンス整合を確実に行うことができ、高周波の電気信号の伝送損失を抑制でき、反射減衰量特性を改善することができる。
マイクロストリップ状の金属被膜６１を有するので、導体幅や膜厚などから特性インピーダンスを近似的に計算することができる。金属被膜６１が信号出力部２１Ｄに直接接続されているので、接続部６１ａのインダクタンス成分を十分に低減させることができる。そのため、金属被膜６１のサイズを適宜調整することにより、信号出力部２１Ｄに対するインピーダンス整合を確実に行うことができ、高周波の電気信号の伝送損失を抑制でき、反射減衰量特性を改善することができる。
マイクロストリップ状の金属被膜６１のキャパシタンス成分とインダクタンス成分を安定させることができるので、高周波帯域内の伝送特性の平坦性が向上し、位相の線形性が保持させやすく群遅延特性を安定させることができる。このため、伝送に伴う電気信号の波形の歪みを極力抑えることができる。
次に、実施例６に係る光電変換モジュール１Ｅについて説明する。
図２３，図２４に示すように、この光電変換モジュール１Ｅにおいて、光学レンズ６、光電変換素子８、光電変換された電気信号を増幅する増幅器３０については、実施例２と同様であるので、同様のものに同一符号を付して説明を省略する。
図２３，図２４に示すように、この光電変換モジュール１Ｅにおいて、光学レンズ６、光電変換素子８、光電変換された電気信号を増幅する増幅器３０については、実施例２と同様であるので、同様のものに同一符号を付して説明を省略する。
この増幅器３０の２つの出力電極３０ｂは、２つのインピーダンス整合回路１０Ｅの金属被膜６５に金属ワイヤ６６で夫々接続されている。各インピーダンス整合回路１０Ｅは、マイクロストリップ状の金属被膜６５と、増幅器３０の出力電極３０ｂと金属被膜６５とを接続する金属ワイヤ６６などで構成されている。
金属被膜６５の端部には略円形の接続部６１ａが形成され、基板２０Ｅを貫通した信号出力部２１Ｅのリード線の先端部２２ａにハンダなどで直接接続されている。金属被膜６５の導体幅や長さを適宜調整することにより、金属被膜６５のキャパシタンス成分を調整でき、また、金属ワイヤ６６の長さや太さを調整することにより、金属ワイヤ６６のインダクタンス成分を調整でき、信号出力部２１に対するインピーダンス整合を確実に行うことができる。実施例６によれば、実施例５の光電変換モジュール１Ｄと略同様の作用、効果が得られる。
次に、前記実施例を部分的に変更した変更例について説明する。
１）インピーダンス整合回路の複数の金属被膜数と複数の金属接続線の数量・形状は、必ずしも一定である必要はなく要求される仕様に応じてその数量・形状を適宜変更しても良い。
２）当業者ならば本発明の趣旨を逸脱しない範囲で前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施することができ、本発明はそれらの変更形態も包含するものである。
１）インピーダンス整合回路の複数の金属被膜数と複数の金属接続線の数量・形状は、必ずしも一定である必要はなく要求される仕様に応じてその数量・形状を適宜変更しても良い。
２）当業者ならば本発明の趣旨を逸脱しない範囲で前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施することができ、本発明はそれらの変更形態も包含するものである。
この光電変換モジュールは、光通信における種々の受信側の光電変換モジュールに適用可能であり、多段ローパスフィルタやマイクロストリップ状の金属被膜が組み込まれたインピーダンス整合回路を設けるため、インピーダンス不整合による反射減衰量を低減させ、高周波帯域内の伝送特性の平坦性を向上させると共に位相の線形性を保持することによって群遅延特性を安定化させる。
Claims (5)
- 光ファイバにより送信されて来る光信号を電気信号に変換する光電変換素子と、光電変換された電気信号を外部に出力する信号出力部を有する光電変換モジュールにおいて、
前記光電変換素子又は光電変換素子に接続された増幅器と前記信号出力部の間に設けられたインピーダンス整合回路と、このインピーダンス整合回路を組み込んだ基板を設け、
前記インピーダンス整合回路は、前記基板の表面に隙間をあけて形成された複数の金属被膜と、これら金属被膜のうち隣接する金属被膜同士を電気的に接続する複数の金属接続線と、最も入力側の前記金属被膜を前記光電変換素子又は光電変換素子に接続された増幅器に接続する金属ワイヤとを有することを特徴とする光電変換モジュール。 - 複数の金属被膜のうち隣接する金属被膜の間の隙間において、前記基板の表面にアイソレーション用溝を形成したことを特徴とする請求項１に記載の光電変換モジュール。
- 前記アイソレーション用溝に、前記基板を形成する母材よりも低い誘電率の誘電体を充填したことを特徴とする請求項５に記載の光電変換モジュール。
- 前記金属接続線は金属ワイヤからなることを特徴とする請求項１に記載の光電変換モジュール。
- 前記金属接続線は前記金属被膜と一体の線状金属被膜からなることを特徴とする請求項１に記載の光電変換モジュール。
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