JP5234059B2 - Optical transceiver module - Google Patents
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Description
本発明は、複数の伝送路に同時に光信号を送受信する、光並列伝送における光送受信モジュールに関する。 The present invention relates to an optical transmission / reception module in optical parallel transmission that transmits and receives optical signals simultaneously to a plurality of transmission paths.
電子機器間の信号の高速伝送を可能とするために、電子機器に光送受信モジュールを設け、光ファイバを介して電子機器間の信号を伝達することが行われている。このような用途に用いる光送受信モジュールは、一般的に、発光素子としてのVCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)とVCSELを駆動するドライバICと、受光素子としてのフォトダイオードとフォトダイオードからの電気信号を増幅するトランスインピーダンスアンプとを備えている。 In order to enable high-speed transmission of signals between electronic devices, an optical transmission / reception module is provided in the electronic devices, and signals between the electronic devices are transmitted via optical fibers. In general, an optical transceiver module used for such an application receives a VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) as a light emitting element, a driver IC for driving the VCSEL, a photodiode as a light receiving element, and an electric signal from the photodiode. And a transimpedance amplifier for amplification.
このような光送受信モジュールとして特許文献1は、複数の発光素子からなるLDアレイと、複数の受光素子からなるPDアレイが独立して単一のプリント基板に固定された光送受信モジュールを開示している。
As such an optical transceiver module,
ところで、光送受信モジュールにおいて、ドライバICからVCSELを駆動するために比較的高電流(約10mA)の信号が出力され、フォトダイオードからトランスインピーダンスアンプへは比較的低電流(約10μA)の信号が出力されている。このため、特許文献1に記載の光送受信モジュールのように共通のプリント基板上にLDアレイ(VCSEL)とPDアレイ(フォトダイオード)を配置すると、各部材間の距離が近いために互いに干渉して電気的なクロストークが生じ、特にPDアレイ(フォトダイオード)からトランスインピーダンスアンプへの信号に大きなノイズが混入してしまう虞があった。更に、光送受信モジュールを小型化すれば配線間の距離が短くなるため、一層ノイズが増大しやすいという問題があった。
By the way, in the optical transceiver module, a relatively high current (about 10 mA) signal is output from the driver IC to drive the VCSEL, and a relatively low current (about 10 μA) signal is output from the photodiode to the transimpedance amplifier. Has been. For this reason, when an LD array (VCSEL) and a PD array (photodiode) are arranged on a common printed circuit board as in the optical transmission / reception module described in
そこで本発明者らはノイズを低減するために、図3に示すようにVCSEL104aとドライバIC105aを送信用基板102aの上に設け、フォトダイオード104bとトランスインピーダンスアンプ105bを受信用基板102bの上に設け、これら送信用基板102aと受信用基板102bとを積層することを検討した。このように構成すれば、上述の如く光送信部と光受信部とを同一のプリント基板上に配置した場合と比べて光送受信モジュール101の幅方向寸法(光ファイバの長手方向に直交する方向の寸法)を小さくすることができる。しかしながら、このように構成した場合は光ファイバケーブル106の長手方向寸法に光送受信モジュール101が大きくなってしまうという不具合があった。
In order to reduce noise, the present inventors provide the VCSEL 104a and the driver IC 105a on the
つまり、複数の光ファイバ106a,106bは一つの光ファイバケーブル106として束ねられて光送受信モジュール101の外部に延出するので、送信用基板102aと受信用基板102bとが積層されて光ファイバ106a,106b間の間隔が大きくなると、束ねるために光ファイバ106a,106b相互の間隔を詰めるべく光ファイバ106a,106bを曲げる必要がある。
That is, since the plurality of
しかしながら、光ファイバ106aが曲率半径の小さい急峻な曲げ部106a1を有する場合は、該曲げ部106a1で光信号の伝送損失が大きくなって伝送効率が低下する。そこで、光ファイバ106aを曲げる場合はその曲率半径が大きくなるようにゆるやかに曲げる必要があり、曲げ部106a1を長く設計する必要がある。したがって、光ファイバ106の曲げ部106a1が長くなる分だけ、光ファイバケーブル106の長手方向に光送受信モジュール101が大きくなってしまう。
However, when the
そこで、本発明はコンパクトでかつ伝送効率の良好な光送受信モジュールを提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an optical transceiver module that is compact and has good transmission efficiency.
本発明によれば、以下の光送受信モジュールが提供される。
(1) 発光素子と、前記発光素子からの光を送信する送信用光ファイバを収容する送信側光ファイバ位置決め部品と、前記発光素子の発光を電気的に制御する送信用半導体素子とが素子搭載面に設けられた送信側基板と、
受光素子と、前記受光素子へ光を伝達する受信用光ファイバを収容する受信側光ファイバ位置決め部品と、前記受光素子からの電気信号を増幅する受信用半導体素子とが素子搭載面に設けられた受信側基板と、を備えた光送受信モジュールであって、
前記送信側基板の素子搭載面と、前記受信側基板の素子搭載面とが向かい合うように配置されていることを特徴とする。
According to the present invention, the following optical transceiver module is provided.
(1) A light-emitting element, a transmission-side optical fiber positioning component that houses a transmission optical fiber that transmits light from the light-emitting element, and a transmission semiconductor element that electrically controls light emission of the light-emitting element A transmission side substrate provided on the surface;
A light receiving element, a receiving-side optical fiber positioning component that houses a receiving optical fiber that transmits light to the light receiving element, and a receiving semiconductor element that amplifies an electric signal from the light receiving element are provided on the element mounting surface. An optical transceiver module comprising a receiving side substrate,
The element mounting surface of the transmission side substrate and the element mounting surface of the reception side substrate are arranged to face each other.
本発明に係る光送受信モジュールによれば、送信側基板の素子搭載面と受信側基板の素子搭載面とが向かい合うように配置されているので、単一の基板上に発光素子や受光素子が配置された場合と比べて光送受信モジュールの寸法を小さくしてコンパクトな光送受信モジュールを提供することができる。
また、送信側基板の素子搭載面と受信側基板の素子搭載面とが向かい合うように設けられているので、送信側基板と受信側基板との間に送信側光ファイバ位置決め部品と受信側光ファイバ位置決め部品とが配置され、送信側光ファイバと受信側光ファイバとの間隔が小さくなる。したがって、これらの光ファイバの曲げ部を大きく設定することなくひとつの光ファイバケーブルとしてまとめることができるので、光ファイバの曲げ部によって伝送損失が発生することを抑えることができる。よってコンパクトで光伝送効率に優れた光送受信モジュールを提供することができる。
According to the optical transceiver module of the present invention, the light emitting element and the light receiving element are arranged on a single substrate because the element mounting surface of the transmission side substrate and the element mounting surface of the reception side substrate face each other. The size of the optical transceiver module can be reduced compared to the case where the optical transceiver module is made, and a compact optical transceiver module can be provided.
In addition, since the element mounting surface of the transmission side substrate and the element mounting surface of the reception side substrate are provided to face each other, the transmission side optical fiber positioning component and the reception side optical fiber are disposed between the transmission side substrate and the reception side substrate. Positioning components are arranged, and the distance between the transmission side optical fiber and the reception side optical fiber is reduced. Therefore, since these optical fiber bends can be combined into a single optical fiber cable without setting them large, it is possible to suppress transmission loss from occurring due to the bends of the optical fiber. Therefore, it is possible to provide an optical transceiver module that is compact and excellent in optical transmission efficiency.
以下、本発明の実施形態に係る光送受信モジュールを、図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, an optical transceiver module according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
本実施形態に係る光送受信モジュール1は、図1に示すように、光ファイバケーブル6を計算機等の第1電子機器20及び第2電子機器30に接続するための装置である。例えば、第1電子機器20の電気信号は、第1電子機器20に取り付けられた光送受信モジュール1で光信号に変換されて光ファイバケーブル6中に伝送され、光ファイバケーブル6中を伝送された光信号は第2電子機器30に取り付けられた光送受信モジュール1で電気信号に変換されて、第2電子機器30に取り込まれる。同様に、第2電子機器30の電気信号も、第2電子機器30に取り付けられた光送受信モジュール1、光ファイバケーブル6、第1電子機器20に取り付けられた光送受信モジュール1を介して第1電子機器20に伝送される。
As shown in FIG. 1, the
このように、本実施形態に係る光送受信モジュール1は電気信号を光信号として送信する機能と、光信号を電気信号として受信する機能を併せ持っている。この光送受信モジュール1の詳細を図2を用いて説明する。
Thus, the
図2は本発明の実施形態に係る光送受信モジュール1の縦断面図である。光送受信モジュール1は、送信側基板2aと、送信側基板2aと対向するように配置された受信側基板2bと、これらの送信側基板2a及び受信側基板2bを覆う金属製のハウジング10とを有する。なお、以下の説明では、送信側の部材には符号の末尾にaを、受信側の部材には符号の末尾にbを付している。
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the
送信側基板2aの上には、送信側光ファイバ6aを精度良く発光素子4aに対して位置決めする送信側フェルール(送信側光ファイバ位置決め部品)3aが接着剤等の固定手段により固定されている。この送信側フェルール3aの一端側にはVCSEL等の発光素子4aが、発光面を送信側フェルール3aの端面に対向するように取り付けられている。
On the
なお、ここでいう送信側光ファイバ6aとは便宜上の名称である。例えば、図1の第1電子機器20から第2電子機器30へ光信号を伝送する際は、光信号を送信する第1電子機器20に取り付けられた光送受信モジュール1の送信側光ファイバ6aは、光信号を受信する第2電子機器30に取り付けられた光送受信モジュール1にとっては受信側光ファイバ6bになる。なお、送信側光ファイバ6a、受信側光ファイバ6bとして機能する複数の光ファイバ6a,6bは単一の光ファイバケーブル6としてまとめられている。
In addition, the transmission side
送信側フェルール3aの内部には送信側光ファイバ6aが発光素子4aの発光面に対向するように挿入される挿通孔が貫通するように設けられており、送信側光ファイバ6aを挿通孔に挿通すれば発光素子4aに対して精度良く位置決めすることができる。送信側光ファイバ6aはこの挿通孔に挿通されて一端が発光素子4aの発光面に対向され、中間部(図2の右側端部)は光ファイバケーブル6としてまとめられハウジング10の外部に延出されている。このように、送信側フェルール3aを用いて発光素子4aと送信側光ファイバ6aとを位置決め精度良く配置すると、発光素子4aからの光を効率よく送信側光ファイバ6aへ入力することができる。
An insertion hole through which the transmission side
発光素子4aは送信側フェルール3aの一端面に取り付けられたリードフレーム31aにはんだ付け等によって電気的に接続した状態で固定され、リードフレーム31aは送信側基板2a上に設けられた素子間配線7aを介して送信側基板2aに設けられたドライバIC等の送信側半導体素子5aと電気的に接続されている。
The
送信側光ファイバ6aの長手方向に関して送信側基板2aの送信側フェルール3aの反対側には、送信側半導体素子5aを第1又は第2電子機器20,30と電気的に接続する送信側外部用配線8aが素子搭載面21aに設けられており、第1又は第2電子機器20,30と送信側半導体素子5aとを電気的に接続している。
On the opposite side of the transmission-
以上の送信側フェルール3a、送信側半導体素子5aはいずれも送信側基板2aの素子搭載面21aに設けられ、送信側基板2aは、その素子搭載面21aが後述する受信側基板2bの素子搭載面21bと向かい合うように配置されている。
The
受信側基板2bの上には、受信側フェルール(受信側光ファイバ位置決め部品)3bが接着剤等の固定手段により固定されている。この受信側フェルール3bの一端側には受光素子としてのフォトダイオード等の受光素子4bが、その受光面が受信側フェルール3bの端面に対向するように取り付けられている。
On the
また、受信側フェルール3bの内部には、受信側光ファイバ6bが受光素子4bの受光面に対向するように挿入される挿通孔が貫通するように設けられており、受信側光ファイバ6bはこの挿通孔に挿通されて一端が受光素子4bの発光面に対向され、中間部(図2の右側端部)は光ファイバケーブル6としてまとめられてハウジング10の外部に延出されている。
In addition, an insertion hole through which the reception side
受光素子4bは受信側フェルール3bに取り付けられたリードフレーム31bにはんだ付けされ、リードフレーム31bは受信側基板2b上に設けられた受信側素子間配線7bを介して同じく受信側基板2bに設けられたトランスインピーダンスアンプ等の受信側半導体素子5bと電気的に接続されている。
The
受信側光ファイバ6bの長手方向に関して受信側基板2bの受信側フェルール3bの反対側には、受光側半導体素子5bを第1又は第2電子機器20,30と電気的に接続する受信側外部用配線8bが素子搭載面21bに設けられており、第1又は第2電子機器20,30と受信側半導体素子5bとが電気的に接続されている。
The receiving
以上の受信側フェルール3b及び受光側半導体素子5bはいずれも受信側基板2bの素子搭載面21bに設けられ、受信側基板2bはその素子搭載面21bが送信側基板2aの素子搭載面21aと向かい合うように配置されている。
Both the receiving
以上のように構成される光送受信モジュール1の動作について、図1の第1電子機器20から第2電子機器30へ信号が伝達される場合を例に挙げて説明する。
The operation of the
まず、第1電子機器20の電気信号は、第1電子機器20に取り付けられた光送受信モジュール1の送信側外部用配線8aを介して送信側半導体素子5aに入力される。送信側半導体素子5aは入力された電気信号に応じた電流信号を送信側素子間配線7a,リードフレーム31aを介して発光素子4aに出力する。発光素子4aは入力された電流信号に応じて光信号を発し、光信号は送信用光ファイバ6a(光ファイバケーブル6)中を伝送される。
First, the electrical signal of the first
光ファイバ6中を伝送された光信号は、第2電子機器30に取り付けられた光送受信モジュール1の受信用光ファイバ6bから受光素子4bに入射する。受光素子4bは受光した光信号に応じて電流信号を出力し、この電流信号はリードフレーム31b、受信側素子間配線7bを通じて受光側半導体素子5bに入力される。受光側半導体素子5bは入力された電流信号を電圧信号に変換し、増幅して受信側外部用配線8bを介して第2外部機器30へ出力し、第1電子機器20から第2電子機器30へ信号が伝達される。
The optical signal transmitted through the optical fiber 6 enters the
以上のように構成される送信側基板2aと受信側基板2bは、その素子搭載面21a,21bが向かい合うように、ハウジング10の内部に設けられている。したがって、送信用フェルール3a及び受信用フェルール3bは互いに対向するように設けられ、またこれら送信用フェルール3a及び受信用フェルール3bから延びる送信用光ファイバ6a及び受信用光ファイバ6bも対向した状態でハウジング10の外部に延出する。
The
このように送信用光ファイバ6a及び受信用光ファイバ6bの間隔が狭いので、これらの光ファイバ6a,6bをまとめて光ファイバケーブル6とするときに、光ファイバ6a,6bの間隔を更に狭めるべく光ファイバ6a,6bを曲げて曲げ部を形成しても、その曲げ部を小さくすることができる。また、曲げ部を小さくした分だけ光送受信モジュール1の光ファイバケーブル6の長手方向寸法を小さくすることができる。
As described above, since the distance between the transmission
なお、本実施形態においては、光ファイバケーブル6中の各光ファイバ相互の間隔と、光送受信モジュール1内部の光ファイバ6a,6bとの間隔が等しくなるように、送信側基板2aと受信側基板2bとの間隔、送信側フェルール3a及び受信側フェルール3bの挿通孔の設ける位置を調整している。したがって、送信側光ファイバ6a或いは受信側光ファイバ6bを曲げて曲げ部を形成する必要がないので、高い伝送効率を有する光送受信モジュール1を提供することができる。また、本実施形態に係る光送受信モジュール1によれば、図3のように素子搭載面が上面を向いた状態で複数の基板を積層させた場合と比べて、曲げ部106a1の占める領域Aの分だけ光ファイバケーブル6の長手方向寸法を小さくすることができる。
In the present embodiment, the
また、この光送受信モジュール1は、送信側基板2aの素子搭載面21a及び受信側基板2bの素子搭載面21bが対向するように配置されている。したがって、発光素子4a等の送信側の部材と、受光素子4b等の受信側の部材とを単一の基板に横並びに配列させた(光ファイバ6a,6bの長手方向と直交する方向に並べた)場合と比べて、光送受信モジュール1の幅寸法を小さくし、全体をコンパクトに構成することができる。光送受信モジュール1が多チャンネルを備えて複数の信号を並列的に送受信する場合には、特に光送受信モジュール1全体をコンパクトに構成することができる。
The
なお、この光送受信モジュール1において、送信側半導体素子5aから発光素子4aへ送信側素子間配線7aを流れる電流が比較的大きく(約10mA)、一方、受光素子4bから受光側半導体素子5bへ受信側素子間配線7bを流れる電流は比較的小さい(約10μA)ので、受信側素子間配線7bはクロストークの影響を受けやすい。
In this
しかしながら、上述の如く光送受信モジュール1をコンパクトに構成しても、クロストークの影響を受けやすい受信側素子間配線7bが、送信側フェルール3aと受信側フェルール3bの占める空間を挟んで比較的大きな電流の流れる送信側素子間配線7aの反対側に位置することになり、送信側素子間配線7aと受信側素子間配線7bとの間隔を大きく設定することができる。したがって、受信側素子間配線7bの送信側素子間配線7aによるクロストークの影響を低減することができる。なお、送信側フェルール3a及び受信側フェルール3bの高さ(図2の上下方向寸法)を大きくして送信側素子間配線7aと受信側素子間配線7bとの間隔を広げることによって、更にクロストークを低減させることができる。
However, even if the
1:光送受信モジュール、2a:送信側基板、2b:受信側基板、21a,21b:素子搭載面、3a:送信側光ファイバ位置決め部品、3b:受信側光ファイバ位置決め部品、4a:発光素子、4b:受光素子、5a:送信側半導体素子、5b:受信側半導体素子、6a:送信側光ファイバ、6b:受信側光ファイバ、10:ハウジング 1: optical transceiver module, 2a: transmission side substrate, 2b: reception side substrate, 21a, 21b: element mounting surface, 3a: transmission side optical fiber positioning component, 3b: reception side optical fiber positioning component, 4a: light emitting element, 4b : Light receiving element, 5a: transmission side semiconductor element, 5b: reception side semiconductor element, 6a: transmission side optical fiber, 6b: reception side optical fiber, 10: housing
Claims (1)
受光素子と、前記受光素子へ光を伝達する受信用光ファイバを収容する受信側光ファイバ位置決め部品と、前記受光素子からの電気信号を増幅する受信用半導体素子とが素子搭載面に設けられた受信側基板と、を備えた光送受信モジュールであって、
前記送信側基板の素子搭載面と、前記受信側基板の素子搭載面とが向かい合うように配置されており、
光ファイバケーブル中の前記送信用光ファイバと前記受信用光ファイバとの間隔が、前記光送受信モジュール内の前記送信用光ファイバと前記受信用光ファイバとの間隔と等しくなるように、前記送信側基板と前記受信側基板との間隔と、前記送信側光ファイバ位置決め部品と受信側光ファイバ位置決め部品との間隔とが調整されていることを特徴とする。 A light-emitting element, a transmission-side optical fiber positioning component that accommodates a transmission optical fiber that transmits light from the light-emitting element, and a transmission semiconductor element that electrically controls light emission of the light-emitting element are provided on the element mounting surface. A transmitter board,
A light receiving element, a receiving-side optical fiber positioning component that houses a receiving optical fiber that transmits light to the light receiving element, and a receiving semiconductor element that amplifies an electric signal from the light receiving element are provided on the element mounting surface. An optical transceiver module comprising a receiving side substrate,
The element mounting surface of the transmission side substrate and the element mounting surface of the reception side substrate are arranged to face each other,
The transmission side is arranged such that an interval between the transmission optical fiber and the reception optical fiber in an optical fiber cable is equal to an interval between the transmission optical fiber and the reception optical fiber in the optical transceiver module. The distance between the substrate and the reception side substrate and the distance between the transmission side optical fiber positioning component and the reception side optical fiber positioning component are adjusted .
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