JP5320762B2

JP5320762B2 - 振動抑制構造

Info

Publication number: JP5320762B2
Application number: JP2008030740A
Authority: JP
Inventors: 功冨田; 太郎金子
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2008-02-12
Filing date: 2008-02-12
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2028-02-12
Also published as: WO2009101902A1; JP2009194025A

Description

本発明は、振動抑制構造に係わり、特に、構成部品に片持ち梁構造を有する光通信用モジュールにおいて、その片持ち梁構造の部品が固有共振周波数を持たないように、共振周波数を分散させるようにした片持ち梁構造を有する光通信用モジュールに好適な振動抑制構造に関する。

近年、光通信システムの高速・大容量化に伴い、幹線系から加入者系までの幅広いユーザーが、光通信用モジュールを内蔵した通信装置を使用している。従って、光通信用モジュールが特殊な部品としてではなく、一般の電子部品と同じように扱われるようになりつつある。このため、多くのユーザーが、光通信用モジュールに対して一般の電子部品と同様に、小型化と低消費電力化を強く求めるようになってきている。

これに答えるために、光通信用モジュールでは、その構成部品を必要最低限のサイズで設計され、このために、部品同士を必要最小限の面積で接合する場合もあり、片持ち梁構造の部品が現れている。

特に、波長分割多重通信（Ｄ−ＷＤＭ）を始めとする高精度な制御が必要な光通信用モジュールも求められている。このような光通信用モジュールでは、高精度な制御が必要な部位を他の部品と接触させないようにして、他の部品からの応力を受けない構造が提案されている。このような構造では、非接触部を有するため、必然的に片持ち梁構造の部品が設計されることになる。

しかしながら、一般に片持ち梁構造の部品は振動や衝撃に弱く、特に、高度な信頼性が求められる光通信用モジュールでは、動作中の光学特性に変動が起きる可能性があった。

ここで、一様の断面積を持つ片持ち梁構造の部品の固有周波数は、
ｆ＝（１／２π）＊（１．８７５／Ｌ）^２＊ｓｑｒｔ（Ｅ＊Ｉ／ρ／Ａ）
で表されることが知られている（Ｌ：片持ち長さ、Ｅ：ヤング率、Ｉ：断面２次モーメント、ρ：密度、Ａ：断面積）。

長さ１５ｍｍ、幅５ｍｍ、高さ２ｍｍの単結晶Ｓｉの片持ち梁構造を例に計算すると、Ｅ＝１３０．８ＧＰａ、ρ＝２３３０ｋｇ／ｍ^３であるので、固有周波数ｆ＝１０．８ｋＨｚとなる。

固有周波数を持つ片持ち梁構造のキャリア基板に、上記周波数の振動を与えると、共振を起こすため振幅が大きくなってしまい、片持ち部分に大きな負荷がかかり、位置ずれや構造破壊が起こる。

なお、特許文献１は、基板には半導体レーザ素子と外部共振器とが固定され、基板のほぼ中央部が熱制御素子に固定され、基板が片持ち梁構造である半導体レーザ安定化装置を開示している。

また、特許文献２は、バランサウェイトが片持ち梁状をなし、固有振動数が可動部材の高次共振周波数とほぼ一致し、信号の位相が逆相となるように設定されているため、可動部材の振動が打ち消される点が記載されている。

しかしながら、上記したいずれの特許文献も、片持ち梁構造の部品が振動や衝撃に弱く、特に、高度な信頼性が求められる光通信用モジュールの動作中の光学特性が変動するという課題を開示していない。
実開昭６２−８２７６１号公報（第４頁第３〜１９行目）国際公開第ＷＯ９９／１０８８２号パンフレット（第６頁第１４行目〜第７頁第１７行目）

本発明は、片持ち梁構造を有する部品において、高精度な制御を行うために、固定部との接触境界面を一様としないことで、その固有振動モードを分散させることにより、外部からの振動や衝撃に対して共振しにくくすることができ、動作中の特性の変動を抑えることを可能とした新規な振動抑制構造を提供するものである。

また、本発明の他の目的は、動作中の光学特性の変動を抑えることを可能とした片持ち梁構造を有する光通信用モジュールに好適な振動抑制構造を提供するものである。

本発明は、上記した目的を達成するために、基本的には、以下に記載されたような技術構成を採用するものである。

即ち、本発明に係わる振動抑制構造の第１の態様は、
支持部材の接触部が固定部材に固定され、前記接触部と一体的に形成された非接触部が前記接触部を介して支持される支持部材の振動抑制構造において、
前記支持部材は、切り欠き状の形状を有することで段差が設けられ、
前記非接触部は、前記段差によって前記固定部材から隔てられ、振動可能な自由端を有し、
前記段差によって前記接触部と前記非接触部との境界線が形成され、前記境界線から前記非接触部の自由端までの前記非接触部の長手方向の長さが、前記長手方向に直交する幅方向の位置で異なるように構成したことを特徴とするものであり、
又、第２の態様は、
前記境界線が、前記支持部材の長手方向に対して直交しない直線であることを特徴とするものであり、
又、第３の態様は、
前記境界線から前記非接触部の自由端までの前記非接触部の長手方向の長さが、前記長手方向に直交する幅方向の位置で段階的に変わるように形成されていることを特徴とするものであり、
又、第４の態様は、
前記境界線が、複数の直線の組み合わせからなることを特徴とするものであり、
又、第５の態様は、
前記境界線が、直線と曲線との組み合わせからなることを特徴とするものであり、
又、第６の態様は、
前記境界線が、曲線からなることを特徴とするものであり、
又、第７の態様は、
前記境界線が、円の一部、楕円の一部、２次以上の高次関数の一部、任意の曲線または複数の直線の２以上の組み合わせであることを特徴とするものであり、
又、第８の態様は、
前記境界線が、前記支持部材の幅方向に対して対称になるように形成したことを特徴とするものであり、
又、第９の態様は、
前記支持部材は、一定の長手方向の長さと一定の幅方向の長さとを有する矩形をなしていることを特徴とするものであり、
又、第１０の態様は、
前記支持部材はキャリア基板であり、前記キャリア基板上にＰＬＣが形成され、前記固定部材が熱制御素子である光通信用モジュールであることを特徴とするものである。

本発明の振動抑制構造は、上記のように構成したので、固有振動モードを分散させ、外部からの振動や衝撃に対して共振しにくくすることで、動作中の特性の変動を抑えると共に、非動作中の破壊モードを低減するという効果を有する。

特に、光通信用モジュールに本発明を適用した場合、動作中の光学特性の変動を抑えることができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態について説明する。

なお、以下の説明においては、ＰＬＣ（ＰｌａｎａｒＬｉｇｈｔｗａｖｅＣｉｒｃｕｉｔ）でリング共振器を構成し、これを外部共振器として利用した波長可変光源モジュールにおいて、片持ち梁構造のキャリア基板で固有振動モードを分散させた構造を例に説明するが、本発明を片持ち梁構造を有する他の電子部品に広く適用することができることは明らかである。

図１は、本発明を適用した波長可変光源モジュールを示す図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は側面図である。

図１において、波長可変光源モジュール１は、キャリア基板２と、キャリア基板２の一方の側に設けた光波回路であるＰＬＣ３と、レンズ４と、光アイソレータ５と、ＰＬＣ３上に設けた波長可変フィルタとしてのリング共振器６と光増幅器としてのＳＯＡ素子（ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＯｐｔｉｃａｌＡｍｐｌｉｆｉｅｒ）７と、温度制御素子としてのペルチエ素子８と、ＰＬＣ３の温度検出器としてのサーミスタ（図示していない）と、ＳＯＡ素子７からの光を導く光ファイバ（図示していない）とからなり、ペルチエ素子８がキャリア基板２の他方の側に密着して取り付けられている。

ＰＬＣ３のリング共振器６は小型で量産性に優れる波長フィルタであり、リング共振器６を温度制御素子で温度制御すると可変波長フィルタとして機能する。ここで、ＰＬＣ３に応力を与えると、その等価屈折率が変わることは周知の事実であり、ＰＬＣ３への応力によってその共振波長が大きく変動することが知られている。

ＰＬＣ波長制御のためにはＰＬＣ型波長可変フィルタを定温動作させる必要があるので、ＰＬＣをペルチェ素子８の上にハンダ固定して、ＰＬＣ３上にサーミスタを取り付け、サーミスタで温度を監視しながらペルチェ素子８で加熱または冷却を行う。

しかしながら、ペルチェ素子８は熱交換器であるため、環境温度が変化するとペルチェ素子８の２枚の板間の温度差が変わり、ペルチェの反り量が変化する。さらに、環境温度の変化によってパッケージの熱歪の量も変化する。このため、環境温度の変化によってＰＬＣ３への応力量が変わり、共振波長も変わってしまう。

このため、高精度な波長精度が要求される波長可変光源モジュールでは、ＰＬＣ型波長可変フィルタの共振波長を決定しているリング共振器６部分をペルチェ素子８と接触とさせずに浮かした片持ち梁構造とすることにより、ペルチェ素子８の反りの影響と、パッケージの歪がペルチェ素子８を介してリング共振器６に伝わる影響を遮断する構造にする必要がある。

しかしながら、片持ち梁構造のキャリア基板２では、片持ち梁部分の固有周波数と同じ振動を与えると共振を起こしてしまい、振動や衝撃に弱くなるという問題があった。

次に、本発明の振動抑制構造について、更に詳細に説明する。

本発明のキャリア基板１は、支持部材であるキャリア基板２の接触部２１が固定部材であるペルチエ素子８に固定され、接触部２１と一体的に形成された非接触部２２が接触部２１を介して支持されている。そして、キャリア基板２は、接触部２１の平面２１ａと、非接触部２２の平面２２ａとが段差３０を形成するように構成され、ペルチエ素子８側からキャリア基板２をみると、接触部２１と非接触部２２との境界である境界線が形成されている。

又、キャリア基板１は、一定の長手方向の長さＬと一定の幅方向の長さＷとを有する矩形をなし、非接触部２１は、段差３０に対向する側に振動可能な自由端２３を有し、接触部２１と非接触部２２との段差３０から非接触部２２の自由端２３までの非接触部２２の長手方向の長さＬ_１が、長手方向に直交する幅方向の位置で異なるように構成されている。

図２（ａ）は、本発明の第１の具体例を示すキャリア基板の平面図、図２（ｂ）は、従来のキャリア基板を示す図である。

図２（ａ）のキャリア基板２では、接触部２１と非接触部２２との段差３０、即ち、境界線３１が、キャリア基板２の長手方向に対して９０度未満の所定の角度αをなすように形成されている。従って、接触部２１と非接触部２２との境界線３１から非接触部２２の自由端２３までの非接触部２２の長手方向の長さＬ_１が、キャリア基板２の長手方向に直交する幅方向の位置で徐々に変わるように形成されている。

そして、このように構成することで、キャリア基板２の固有振動モードを分散させ、外部からの振動や衝撃に対して共振しにくくして、動作中の光学特性の変動を抑えている。

なお、境界線３１は、梁の長手方向に対して、３０〜８９度が好適である。

一方、図２（ｂ）に示すように、従来のキャリア基板４２では、境界線５０が、キャリア基板４２の長手方向に対して９０度の角度をなすように形成されているので、キャリア基板４２の固有振動モードを分散させることができなく、外部からの振動や衝撃に対して共振しやすく、動作中の光学特性が変動する。

図３は、本発明の第２の具体例を示すキャリア基板の平面図である。

図３のキャリア基板では、境界線３２が階段状をなし、接触部２１と非接触部２２との境界線３２から非接触部２２の自由端２３までの非接触部２２の長手方向の長さＬ_１が、キャリア基板２の長手方向に直交する幅方向の位置で段階的に変わるように形成されている。即ち、接触部２１と非接触部２２との境界線３２が、複数の直線３１ａ〜３１ｅの組み合わせからなっている。なお、複数の直線３１ａ〜３１ｅのそれぞれの交差部分に丸みが付いていてもよい。

図４は、本発明の第３の具体例を示すキャリア基板の平面図である。

図４のキャリア基板では、接触部２１と非接触部２２との境界線３３が、キャリア基板の幅方向に対して左右対称になるように形成されている。又、境界線３３の複数の直線は、キャリア基板の長手方向に対して９０度未満の所定の角度βをなしている。勿論、複数の直線３３ａ、３３ｂの交差部分に丸みが付いていてもよい。

図５は、本発明の第４の具体例を示すキャリア基板の平面図である。

図５のキャリア基板では、接触部２１と非接触部２２との境界線３４が、円の一部、楕円の一部、２次以上の高次関数の一部、任意の曲線または複数の直線の２以上の組み合わせで形成したものである。

又、接触部２１と非接触部２２との境界線３４が、曲線になるように形成してもよい。

又、接触部２１と非接触部２２との境界線３４が、一つ以上の直線と一つ以上の曲線との組み合わせでもよい。

又、この場合も、接触部２１と非接触部２２との境界線３４が、キャリア基板２の幅方向に対して左右対称になるように形成してもよい。

上記実施例では、キャリア基板２に段差を形成するように構成したが、キャリア基板２を面一に形成すると共に、ペルチエ素子８の上面側に段差を設けるように構成しても、上記実施例と同様な効果を得ることができる。

本発明の波長可変光源モジュールの構成を示す図である。図２（ａ）は、本発明の第１の具体例を示すキャリア基板の平面図、図２（ｂ）は、従来のキャリア基板を示す図である。図３は、本発明の第２の具体例を示すキャリア基板の平面図である。図４は、本発明の第３の具体例を示すキャリア基板の平面図である。図５は、本発明の第４の具体例を示すキャリア基板の平面図である。

符号の説明

１波長可変光源モジュール
２キャリア基板
３ＰＬＣ
４レンズ
５光アイソレータ
６リング共振器
７ＳＯＡ素子
８ペルチェ素子
２１接触部
２２非接触部
２３自由端
３０段差
３１〜３４段差

Claims

支持部材の接触部が固定部材に固定され、前記接触部と一体的に形成された非接触部が前記接触部を介して支持される支持部材の振動抑制構造において、
前記支持部材は、切り欠き状の形状を有することで段差が設けられ、
前記非接触部は、前記段差によって前記固定部材から隔てられ、振動可能な自由端を有し、
前記段差によって前記接触部と前記非接触部との境界線が形成され、前記境界線から前記非接触部の自由端までの前記非接触部の長手方向の長さが、前記長手方向に直交する幅方向の位置で異なるように構成したことを特徴とする振動抑制構造。
前記境界線が、前記支持部材の長手方向に対して直交しない直線であることを特徴とする請求項１記載の振動抑制構造。
前記境界線から前記非接触部の自由端までの前記非接触部の長手方向の長さが、前記長手方向に直交する幅方向の位置で段階的に変わるように形成されていることを特徴とする請求項１記載の振動抑制構造。
前記境界線が、複数の直線の組み合わせからなることを特徴とする請求項１記載の振動抑制構造。
前記境界線が、直線と曲線との組み合わせからなることを特徴とする請求項１記載の振動抑制構造。
前記境界線が、曲線からなることを特徴とする請求項１記載の振動抑制構造。
前記境界線が、円の一部、楕円の一部、２次以上の高次関数の一部、任意の曲線または複数の直線の２以上の組み合わせであることを特徴とする請求項１記載の振動抑制構造。
前記境界線が、前記支持部材の幅方向に対して対称になるように形成したことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の振動抑制構造。
前記支持部材は、一定の長手方向の長さと一定の幅方向の長さとを有する矩形をなしていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の振動抑制構造。
前記支持部材はキャリア基板であり、前記キャリア基板上にＰＬＣが形成され、前記固定部材が熱制御素子である光通信用モジュールであることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の振動抑制構造。