JP5679573B2

JP5679573B2 - レーザアレイ

Info

Publication number: JP5679573B2
Application number: JP2011112871A
Authority: JP
Inventors: 範仁小杉
Original assignee: 日本オクラロ株式会社
Priority date: 2011-05-19
Filing date: 2011-05-19
Publication date: 2015-03-04
Anticipated expiration: 2031-05-19
Also published as: JP2012243959A

Description

本発明は、レーザアレイに関する。

これまで、一般のレーザモジュールの動作時に、各ボンディング用導体（例えば、ワイヤなど）がアンテナの役割をすることで、ワイヤ間に電磁的干渉が発生することから、該モジュールの実装時にクロストークを低減するための様々な取り組みが行われてきた。

このクロストークの大きさは、前述したワイヤ間の相互インダクタンスの大きさを指標とすることができる。特に、２つの閉回路Ｃ_１とＣ_２の線要素ｄｓ_１とｄｓ_２間の距離をｒ、両要素間のなす角をθ、物質の透磁率をμとすると、両閉回路の相互インダクタンスＭ_１２は図６に示すＮｅｕｍａｎｎの公式で表される。

この公式が示す重要な点は、閉回路を縁とする平面が空間的に直交している場合、相互インダクタンスはゼロとなることである。

そこで、下記特許文献１及び特許文献２では、レーザに接続されたワイヤとモニタフォトダイオードに接続されたワイヤとを立体交差させることで、レーザとモニタフォトダイオードとの間のクロストークを低減させている。

特開２００８−２７０５５９号公報特開２００９−０２６８２６号公報

特許文献１及び特許文献２に記載の技術は、レーザモジュールとフォトダイオードのような別々のモジュール間でのクロストークを低減するための技術であるが、現在の半導体技術トレンドにおいては、装置をより小型化することが必要とされている。

この小型集積化の流れの中で、レーザモジュールを利用した装置として、変調器とレーザモジュールとがモノリシックに集積された変調器集積レーザ、例えば、ＥＡ変調器集積レーザの開発・量産が進められている。このＥＡ変調器集積レーザでは、レーザのスイッチとして動作するＥＡ変調器部に対して、高周波信号を入力信号として用いる。この高速変調時において、変調器に接着した入力信号用のワイヤは、電磁波を発生するアンテナの役割をするため、この変調器に接続されたワイヤと他のボンディングワイヤ、例えば、レーザ部に接続された入力用ワイヤとの間で電磁的干渉が起こり、ＥＡ変調器部とレーザ部間でクロストークが発生する。

このクロストークは、ＥＡ変調器集積レーザをアレイ状にモノリシック集積した場合に顕著となる。例えば、２つのＥＡ変調器集積レーザをモノリシック集積した場合、２つのＥＡ変調器に接続された入力用ワイヤは、双方で高周波を伝送することから、電磁的干渉の影響が顕著となるためである。

本発明の目的は、２つの変調器集積レーザを集積したレーザアレイにおいて、変調器間で発生する高周波信号のクロストークを軽減することである。

上記目的を達成するために、本発明に係るレーザアレイは、第１のレーザ部と前記第１のレーザ部から出力される光信号を第１の高周波信号に基づいて変調する第１のＥＡ変調部とを備える第１のＥＡ変調器集積レーザ部と、第２のレーザ部と前記第２のレーザ部から出力される光信号を第２の高周波信号に基づいて変調する第２のＥＡ変調部とを備える第２のＥＡ変調器集積レーザ部と、がモノリシックに集積されたＥＡ変調器集積レーザアレイ部と、前記第１の高周波信号を搬送する第１の高周波信号ラインと、前記第２の高周波信号を搬送する第２の高周波信号ラインと、第１の終端抵抗と、第２の終端抵抗と、一端が前記第１のＥＡ変調部に接続され他端が前記第１の高周波信号ラインに接続された第１の導体と、一端が前記第２のＥＡ変調部に接続され他端が前記第２の高周波信号ラインに接続された第２の導体と、一端が前記第１の終端抵抗に接続され他端が前記第１のＥＡ変調部に接続された第３の導体と、一端が前記第２の終端抵抗に接続され他端が前記第２のＥＡ変調部に接続された第４の導体と、を含み、前記第１の導体の前記一端の位置と前記第１の導体の前記他端の位置とを通る直線である第１の直線が、前記第２の導体の前記一端の位置と前記第２の導体の前記他端の位置とを通る直線である第２の直線と交差するように、前記第１の導体と前記第２の導体とが備えられていることを特徴とする。

ここで、前記第３の導体の前記一端の位置及び前記第３の導体の前記他端の位置もが前記第１の直線上にあり、前記第４の導体の前記一端の位置及び前記第４の導体の前記他端の位置もが前記第２の直線上にあってよい。

また、第１のコンデンサと、第２のコンデンサと、一端が前記第１のコンデンサに接続され他端が前記第１のレーザ部に接続された第５の導体と、一端が前記第２のコンデンサに接続され他端が前記第２のレーザ部に接続された第６の導体と、をさらに含み、前記第５の導体の前記一端の位置と前記第５の導体の前記他端の位置とを通る直線である第３の直線が、前記第２の直線と交差するように、前記第５の導体が備えられ、且つ、前記第６の導体の前記一端の位置と前記第６の導体の前記他端の位置とを通る直線である第４の直線が、前記第１の直線と交差するように、前記第６の導体が備えられていてよい。

また、前記第１のＥＡ変調器集積レーザ部が占める光軸方向に垂直な方向の範囲の一部と、前記第２のＥＡ変調器集積レーザ部が占める前記光軸方向に垂直な方向の範囲の一部と、が重なっていてよい。

本発明の実施形態に係るレーザアレイを例示する図である。ＥＡ変調部を手前にしてレーザアレイを見たときの図である。レーザアレイを例示する図である。ＥＡ変調部を手前にしてレーザアレイを見たときの図である。相互インダクタンスと２本のワイヤ間の角度との関係を例示する図である。ノイマンの公式を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明に係るレーザアレイの実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、サブマウント４に実装したレーザアレイ２を例示する図である。なお、縦方向は光軸方向を示す。同図に示すように、レーザアレイ２は、ＥＡ変調器集積レーザアレイ６を備える。ＥＡ変調器集積レーザアレイ６はサブマウント４にハンダ付けされる。ＥＡ変調器集積レーザアレイ６は、レーザ部８と、ＥＡ変調部１０と、を備えている。レーザ部８は、レーザ部８ａ（第１のレーザ部）とレーザ部８ｂ（第２のレーザ部）とを備えている。一点鎖線の左側がレーザ部８ａであり一点鎖線の右側がレーザ部８ｂである。また、ＥＡ変調部１０は、ＥＡ変調部１０ａ（第１のＥＡ変調部）とＥＡ変調部１０ｂ（第２のＥＡ変調部）とを備えている。ＥＡ変調器一点鎖線の左側がＥＡ変調部１０ａであり、一点鎖線の右側がＥＡ変調部１０ｂである。

なお以下では、レーザ部８ａ及びレーザ部８ｂとして分布帰還型（DFB: Distributed-Feedback）レーザを用いているが、ファブリペロー型レーザ、ないし分布反射型（DBR: Distributed Bragg Reflector）レーザを用いてよい。また、以下では「導体」としてワイヤを用いているが、ワイヤの代わりに架橋型の固定された金属導体を用いてもよい。また、以下では、ワイヤの長さを規定しているが、ワイヤの長さによって、本発明の効果が損なわれることはない。

レーザ部８ａとＥＡ変調部１０ａとで第１のＥＡ変調器集積レーザ（第１のＥＡ変調器集積レーザ部）が構成され、レーザ部８ｂとＥＡ変調部１０ｂとで第２のＥＡ変調器集積レーザ（第２のＥＡ変調器集積レーザ部）が構成される。そのため、ＥＡ変調器集積レーザアレイ６の構造は、両ＥＡ変調器集積レーザがモノリシックに集積された構造となっている。各々のＥＡ変調器集積レーザは、それぞれ、メサストライプ部１２ａ，１２ｂを備え、レーザ部８ａから出力される光信号がメサストライプ部１２ａを介して搬送され、レーザ部８ｂから出力される光信号がメサストライプ部１２ｂを介して搬送される。

レーザ部８ａは、駆動信号を取得するための電極１３ａを備えている。レーザ部８ａはこの駆動信号に基づいて光信号を発する。なお、駆動信号は、コンデンサ１４ａ（第１のコンデンサ）においてその直流成分がカットされた上で、電極１３ａに入力される。コンデンサ１４ａと電極１３ａとはワイヤ２５（第５の導体）によって接続されており、駆動信号はワイヤ２５を介して電極１３ａに入力されることとなる。なお、コンデンサ１４ａ内の点Ｐ１は、コンデンサ１４ａに接続されたワイヤ２５の一方の端の位置を示し、電極１３ａ内の点Ｐ２は、電極１３ａに接続されたワイヤ２５の他方の端の位置を示している。

同様に、レーザ部８ｂは、駆動信号を取得するための電極１３ｂを備えている。レーザ部８ｂはこの駆動信号に基づいて光信号を発する。なお、駆動信号は、コンデンサ１４ｂ（第２のコンデンサ）においてその直流成分がカットされた上で、電極１３ｂに入力される。コンデンサ１４ｂと電極１３ｂとはワイヤ２６（第６の導体）によって接続されており、駆動信号はワイヤ２６を介して電極１３ｂに入力されることとなる。なお、コンデンサ１４ｂ内の点Ｑ１は、コンデンサ１４ｂに接続されたワイヤ２６の一方の端の位置を示し、電極１３ｂ内の点Ｑ２は、電極１３ｂに接続されたワイヤ２６の他方の端の位置を示している。なお、本実施形態の場合、ワイヤ２５の長さはワイヤ２６の長さと等しい。

また、ＥＡ変調部１０ａは、変調信号を取得するための電極１６ａを備えている。ＥＡ変調部１０ａはこの変調信号に基づいて、レーザ部８ａから出力される光信号を変調する。なお、変調信号は、高周波信号であり、高周波信号ライン１７ａから電極１６ａに供給される。高周波信号ライン１７ａと電極１６ａとはワイヤ２１（第１の導体）によって接続されており、変調信号はワイヤ２１を介して電極１６ａに入力されることとなる。また、電極１６ａは接地されている終端抵抗１８ａ（第１の終端抵抗）とワイヤ２３（第３の導体）を介して接続されており、変調信号は終端抵抗１８ａにも入力される。なお、点Ｐ４は、ワイヤ２１の一方の端の位置を示し、点Ｐ５は、ワイヤ２３の一方の端の位置を示している。また、点Ｐ３は、ワイヤ２１及びワイヤ２３の他方の端の位置を示している。

同様に、ＥＡ変調部１０ｂは、変調信号を取得するための電極１６ｂを備えている。ＥＡ変調部１０ｂはこの変調信号に基づいて、レーザ部８ｂから出力される光信号を変調する。なお、変調信号は、高周波信号であり、高周波信号ライン１７ｂから電極１６ｂに供給される。高周波信号ライン１７ｂと電極１６ｂとはワイヤ２２（第２の導体）によって接続されており、変調信号はワイヤ２２を介して電極１６ｂに入力されることとなる。また、電極１６ｂは接地されている終端抵抗１８ｂ（第２の終端抵抗）とワイヤ２４（第４の導体）を介して接続されており、変調信号は終端抵抗１８ｂにも入力される。ここで、点Ｑ４は、ワイヤ２２の一方の端の位置を示し、点Ｑ５は、ワイヤ２４の一方の端の位置を示し、点Ｑ３は、ワイヤ２２及びワイヤ２４の他方の端の位置を示している。なお、ここでは、ワイヤ２１の長さはワイヤ２２の長さと等しく、ワイヤ２３の長さはワイヤ２４の長さと等しい。

なお、本実施形態の場合、ＥＡ変調部１０ａ及びＥＡ変調器１０ｂは電界吸収型変調器である。但し、交流電気信号で駆動する変調器であるならば、ＥＡ変調部１０ａ及びＥＡ変調器１０ｂはどのような変調器であってよい。

図２に、図１に示すレーザアレイ２をＥＡ変調部１０を手前にして見た図を例示した。

図１を見ても分かるとおり、レーザアレイ２では、第１の（左側の）ＥＡ変調器集積レーザが占める横方向の範囲の一部と、第２の（右側の）ＥＡ変調器集積レーザが占める横方向の範囲の一部と、が重なるように、電極１３ａ、電極１３ｂ、電極１６ａ、及び電極１６ｂが備えられている。すなわち、電極１３ａ、電極１３ｂ、電極１６ａ、及び電極１６ｂが、ＥＡ変調器集積レーザアレイ６を等分する縦線（以下、等分線）を横切るように配置されている。そのため、ＥＡ変調器集積レーザアレイ６の小型化が実現され、ひいては、レーザアレイ２の小型化が図られる。

以上のようなレーザアレイ２では、高周波信号を搬送するワイヤ間で電磁的干渉は発生し、クロストークが発生する。そこで、クロストーク発生を抑制するため、ワイヤ間の相互インダクタンスが小さくなるよう図られている。

具体的には、ワイヤ２１とワイヤ２３とを含む閉回路Ｃ１とワイヤ２２とワイヤ２４とを含む閉回路Ｃ２とのなす角度が６０度〜９０度となるよう、点Ｐ３と点Ｐ４と点Ｐ５とを通る直線Ｌ１（図１参照）が、点Ｑ３と点Ｑ４と点Ｑ５とを通る直線Ｌ２（図１参照）と略直交で交差するように、これら４つのワイヤが設置されている。そのため、閉回路Ｃ１と閉回路Ｃ２との間の相互インダクタンスが小さくなり、クロストークの発生が抑制される。

また、閉回路Ｃ１と、ワイヤ２６を含む閉回路Ｃ４と、のなす角度が６０度〜９０度となるよう、直線Ｌ１が、点Ｑ１と点Ｑ２とを通る直線Ｌ４（図１参照）と略直交で交差するように、ワイヤ２６が設置されている。そのため、閉回路Ｃ１と閉回路Ｃ４との相互インダクタンスが小さくなり、この点からも、クロストークの発生が抑制される。

また、閉回路Ｃ２と、ワイヤ２５を含む閉回路Ｃ３と、のなす角度が６０度〜９０度となるよう、直線Ｌ２が、点Ｐ１と点Ｐ２とを通る直線Ｌ３（図１参照）と略直交で交差するようにワイヤ２５が設置されている。そのため、閉回路Ｃ２と閉回路Ｃ３との相互インダクタンスが小さくなり、この点からも、クロストークの発生が抑制される。なお、閉回路Ｃ３と閉回路Ｃ４との相互インダクタンスも小さくなるため、この点からも、クロストークの発生が抑制されることとなる。

参考として、クロストークの大きさの指標である相互インダクタンスと２本のワイヤ間の角度との関係を図５に例示した。図５に示す結果は計算によって得られたものであり、２本のワイヤの長さを６５０μｍに設定し、且つ、両ワイヤ間の最近接距離を１００μｍに設定している。また、ワイヤ間の角度が０度の場合の相互インダクタンスを「１」として、相互インダクタンスを規格化している。ワイヤ間の角度が６０度〜９０度である場合では、相互インダクタンスが最大値の半分以下となることから、効果的にクロストーク発生が抑制されることがわかる。

なお、本発明に実施形態は、上記実施形態だけに限らない。

例えば、必ずしも、電極１３ａ、電極１３ｂ、電極１６ａ、及び電極１６ｂが、上記等分線を横切るように配置されなくてもよい。例えば、図３に示すように、電極１３ａ及び電極１６ａが上記等分線を横切らないよう上記等分線の左側に配置され、電極１３ｂ及び電極１６ｂが上記等分線を横切らないよう上記等分線の右側に配置されてもよい。図４に、図３に示すレーザアレイ２をＥＡ変調部１０を手前にして見た図を例示した。

２レーザアレイ、４サブマウント、６ＥＡ変調器集積レーザアレイ、８，８ａ，８ｂレーザ部、１０，１０ａ，１０ｂＥＡ変調部、１２ａ，１２ｂメサストライプ部、１３ａ，１３ｂ，１６ａ，１６ｂ電極、１４ａ，１４ｂコンデンサ、１７ａ，１７ｂ高周波信号ライン、１８ａ，１８ｂ終端抵抗、２１，２２，２３，２４，２５，２６ワイヤ、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４直線、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５点。

Claims

第１のレーザ部と前記第１のレーザ部から出力される光信号を第１の高周波信号に基づいて変調する第１のＥＡ変調部とを備える第１のＥＡ変調器集積レーザ部と、第２のレーザ部と前記第２のレーザ部から出力される光信号を第２の高周波信号に基づいて変調する第２のＥＡ変調部とを備える第２のＥＡ変調器集積レーザ部と、がモノリシックに集積されたＥＡ変調器集積レーザアレイ部と、
前記第１の高周波信号を搬送する第１の高周波信号ラインと、
前記第２の高周波信号を搬送する第２の高周波信号ラインと、
第１の終端抵抗と、
第２の終端抵抗と、
一端が前記第１のＥＡ変調部に接続され他端が前記第１の高周波信号ラインに接続された第１の導体と、
一端が前記第２のＥＡ変調部に接続され他端が前記第２の高周波信号ラインに接続された第２の導体と、
一端が前記第１の終端抵抗に接続され他端が前記第１のＥＡ変調部に接続された第３の導体と、
一端が前記第２の終端抵抗に接続され他端が前記第２のＥＡ変調部に接続された第４の導体と、
を含み、
前記第１の導体の前記一端の位置と前記第１の導体の前記他端の位置とを通る直線である第１の直線が、前記第２の導体の前記一端の位置と前記第２の導体の前記他端の位置とを通る直線である第２の直線と交差するように、前記第１の導体と前記第２の導体とが備えられており、
前記第３の導体の前記一端の位置と前記第３の導体の前記他端の位置とが前記第１の直線上にあり、前記第４の導体の前記一端の位置と前記第４の導体の前記他端の位置とが前記第２の直線上にあり、
前記第１の直線と前記第２の直線の交差角は、６０度から９０度であること、
を特徴とするレーザアレイ。
第１のコンデンサと、
第２のコンデンサと、
一端が前記第１のコンデンサに接続され他端が前記第１のレーザ部に接続された第５の導体と、
一端が前記第２のコンデンサに接続され他端が前記第２のレーザ部に接続された第６の導体と、
をさらに含み、
前記第５の導体の前記一端の位置と前記第５の導体の前記他端の位置とを通る直線である第３の直線が、前記第２の直線と交差するように、前記第５の導体が備えられ、且つ、
前記第６の導体の前記一端の位置と前記第６の導体の前記他端の位置とを通る直線である第４の直線が、前記第１の直線と交差するように、前記第６の導体が備えられていること、
を特徴とする請求項１に記載のレーザアレイ。