JP6183527B1 - 光モジュール及び光変調器 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の小型化を実現する。【解決手段】光モジュールは、基板に設けられ、データ信号に応じた電気信号を生成するドライバと、光ファイバに接続されて基板に設けられ、ドライバによって生成される電気信号を用いて、光ファイバから出射される光を変調する光変調器とを有し、光変調器は、外形の一部を切り欠いて形成され、基板に垂直な方向から見てドライバが光ファイバに重なる様に、ドライバを収容する切欠部を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、光モジュール及び光変調器に関する。

従来、光ファイバに接続されて光ファイバから出射される光を変調する光変調器には、マッハツェンダ干渉計が用いられることがある。近年では、光変調方式が多様化しているため、光変調器は、複数のマッハツェンダ干渉計を備えることが多くなっている。この場合、複数のマッハツェンダ干渉計を１チップに集積することにより、光変調器のサイズを小さくすることが可能である。

マッハツェンダ干渉計を備える光変調器では、平行なマッハツェンダ型光導波路に沿って信号電極及び接地電極が形成される。例えば、光にデータを重畳するための高周波信号用のＲＦ（Radio Frequency）電極と、光の位相を制御するための直流信号用のＤＣ（Direct Current）電極とが信号電極として光変調器に備えられることがある。このうち、ＲＦ電極は、リードピンとしてのＲＦピンに接続されており、ＲＦピンからデータ信号に応じた電気信号であるＲＦ信号が入力される。そして、ＲＦ電極に入力されるＲＦ信号によって、光ファイバから出射される光が変調される。

特開２０１０−２１７４２７号公報 特開２０１６−７１１９９号公報

光変調器のＲＦピンと、データ信号に応じたＲＦ信号を生成するドライバとは、例えば、フレキシブルプリント回路板（ＦＰＣ：Flexible Printed Circuits）を介して接続されることがある。すなわち、ＦＰＣのドライバ側の一端は、ドライバからのＲＦ信号を出力する配線パターンに電気的に接続され、ＦＰＣの光変調器側の一端は、光変調器に形成される切欠部に収容され、例えば切欠部に向けて突出するＲＦピンに電気的に接続される。しかしながら、ＦＰＣを介して光変調器のＲＦピンとドライバとが接続されると、ＦＰＣの延伸方向に沿って光変調器のサイズが大きくなり、実装面積が増大することがある。このため、ＦＰＣを用いた接続は、実用的ではない。

そこで、光変調器の切欠部にドライバを収容し、切欠部においてドライバと光変調器とをＦＰＣ以外の接続部材によって接続することにより、ドライバに対応する実装面積を削減して、装置の小型化を図ることが考えられる。例えば、ＲＦ電極に電気的に接続されたコネクタを光変調器の切欠部の上面に埋め込み、当該コネクタに対向する様に、光変調器の切欠部にドライバを収容し、ドライバからのＲＦ信号を出力する配線パターンとコネクタとを同軸ピンで接続する形態が考えられる。しかし、この形態では、ドライバへデータ信号を入力するための配線が、ドライバを挟んでコネクタとは反対側の位置を迂回してデータ信号の入力インタフェースに到達するので、この配線の迂回により、配線の配置スペースに他の部品を配置することが困難となる。結果として、他の部品を配置するための他の配置スペースが発生するので、実装面積が有効に利用されないという問題がある。

このように、光変調器の切欠部にドライバを収容する形態では、実装面積を削減して装置の小型化を実現することが期待されている。

開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、装置の小型化を実現することができる光モジュール及び光変調器を提供することを目的とする。

本願の開示する光モジュールは、一つの態様において、基板に設けられ、データ信号に応じた電気信号を生成するドライバと、光ファイバに接続されて前記基板に設けられ、前記ドライバによって生成される電気信号を用いて、前記光ファイバから出射される光を変調する光変調器とを有し、前記光変調器は、外形の一部を切り欠いて形成され、前記基板に垂直な方向から見て前記ドライバが前記光ファイバに重なる様に、前記ドライバを収容する切欠部を有する。

本願の開示する光モジュールの一つの態様によれば、装置の小型化を実現することができるという効果を奏する。

図１は、本実施例に係る光モジュールの構成を示す平面模式図である。 図２は、本実施例に係る光変調器、接続部材及びドライバの電気的な接続の説明に供する図である。 図３は、変形例１に係る光モジュールの構成を示す平面模式図である。 図４は、変形例２に係る光モジュールの構成を示す平面模式図である。 図５は、変形例３に係る光モジュールの構成を示す平面模式図である。 図６は、変形例４に係る光モジュールの構成を示す平面模式図である。 図７は、変形例５に係る光モジュールの構成を示す平面模式図である。

以下に、本願の開示する光モジュール及び光変調器の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例により開示技術が限定されるものではない。

図１は、本実施例に係る光モジュール１００の構成を示す平面模式図である。図１に示す光モジュール１００は、プリント回路板（ＰＣＢ：Printed Circuits Board）１１０、光変調器１２０、接続部材１３０、配線パターン１４０及びドライバ１５０を有する。

ＰＣＢ１１０は、例えばガラスエポキシ基板などであり、光モジュール１００を構成する各種の部品を搭載する。なお、図１では省略したが、ＰＣＢ１１０には、データ信号の入力インタフェースが実装される。入力インタフェースは、光変調器１２０に接続される光ファイバ１２１ａに近接する位置に形成される。また、ＰＣＢ１１０の表面には、配線パターンがプリントされ、例えば入力インタフェースとドライバ１５０とが配線パターンによって電気的に接続される。

光変調器１２０は、光が入力される光ファイバ１２１ａと、光が出力される光ファイバ１２１ｂとに接続される。光変調器１２０は、光ファイバ１２１ａから出射される光を変調して光信号を出力する。このとき、光変調器１２０は、ドライバ１５０から出力される高周波の電気信号であるＲＦ信号に基づいて光変調を行う。また、光変調器１２０は、図示しないＬＳＩ（Large Scale Integration）から出力される直流の電気信号であるＤＣ信号に基づいて光信号の位相制御を行う。具体的には、光変調器１２０は、変調器チップ１２２、偏波ビームコンバイナ（Polarization Beam Combiner：ＰＢＣ）１２３、中継基板１２４、ＤＣ端子１２５及び終端基板１２６を有する。

変調器チップ１２２は、光導波路１２２ａと信号電極及び接地電極とから構成され、光ファイバ１２１ａから出射される光を光導波路１２２ａによって伝搬しつつ、光変調を行って光信号を生成する。変調器チップ１２２は、信号電極として、ＲＦ信号が入力されるＲＦ電極１２２ｂと、ＤＣ信号が入力されるＤＣ電極１２２ｃとを有する。そして、変調器チップ１２２は、ＲＦ電極１２２ｂに入力されるＲＦ信号に基づいて光変調を行う。また、変調器チップ１２２は、ＤＣ電極１２２ｃに入力されるＤＣ信号に基づいて光信号の位相制御を行う。ＲＦ電極１２２ｂとＤＣ電極１２２ｃとの位置関係については、後述する。

光導波路１２２ａは、例えばニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃（ＬＮ））やタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₂）などの電気光学結晶を用いた結晶基板上の一部に、チタン（Ｔｉ）などの金属膜を形成し熱拡散することによって形成される。また、光導波路１２２ａは、パターニング後に安息香酸中でプロトン交換することによって形成されても良い。一方、信号電極及び接地電極は、平行な光導波路１２２ａに沿って形成されるコプレーナ電極である。図１においては、変調器チップ１２２に、平行な光導波路１２２ａとして、平行な複数のマッハツェンダ型光導波路が形成されている。すなわち、１つの入力用の光導波路から分岐された一対の第１のマッハツェンダ型光導波路と、各第１のマッハツェンダ型光導波路の各分岐導波路（アーム）に形成された一対の第２のマッハツェンダ型光導波路が変調器チップ１２２に形成されている。信号電極（つまり、ＲＦ電極１２２ｂ及びＤＣ電極１２２ｃ）は、例えばそれぞれのマッハツェンダ型光導波路の上にパターニングされる。図１の例では、２つの第１のマッハツェンダ型光導波路及び４つの第２のマッハツェンダ型光導波路が形成されている。このため、４つの第２のマッハツェンダ型光導波路に対応して４つのＲＦ電極１２２ｂが形成され、２つの第１のマッハツェンダ型光導波路及び４つの第２のマッハツェンダ型光導波路に対応して６つのＤＣ電極１２２ｃが形成されている。

ＰＢＣ１２３は、変調器チップ１２２から出力される２つの光信号を合成し、偏波方向が直交する２つの偏波を含む光信号を出力する。すなわち、ＰＢＣ１２３は、変調器チップ１２２から出力される一方の光信号の偏波方向を回転させた後、他方の光信号と合成する。

中継基板１２４は、ドライバ１５０から出力されたＲＦ信号を変調器チップ１２２へ中継し、変調器チップ１２２のＲＦ電極１２２ｂへ入力する。図１においては、中継基板１２４は、変調器チップ１２２に形成される４つのＲＦ電極１２２ｂに対応する４つの配線パターンを有する。

ＤＣ端子１２５は、例えばＬＳＩから出力されるＤＣ信号が入力される端子である。光変調器１２０の側面には、変調器チップ１２２のＤＣ電極１２２ｃの数に応じて、複数のＤＣ端子１２５が例えば一列に並んで設けられる。図１においては、変調器チップ１２２に形成される６つのＤＣ電極１２２ｃに対応する６つのＤＣ端子１２５が設けられる。ＤＣ端子１２５は、例えばワイヤ等の接続部材によって、変調器チップ１２２のＤＣ電極１２２ｃに接続される。ＤＣ端子１２５に入力されるＤＣ信号によって、光変調器１２０において得られる光信号の位相制御が行われる。

終端基板１２６は、図示しない抵抗部品が搭載され、変調器チップ１２２のＲＦ電極１２２ｂの終端に接続され、ＲＦ電極１２２ｂに入力されるＲＦ信号を電気的に終端することでＲＦ信号の反射を抑える機能を有する。

接続部材１３０は、光変調器１２０のＰＣＢ１１０近傍に形成された切欠部２０１においてドライバ１５０と光変調器１２０とを接続し、ドライバ１５０から出力されるＲＦ信号を光変調器１２０へ供給する。すなわち、接続部材１３０の一端は、光変調器１２０の中継基板１２４と電気的に接続され、接続部材１３０の他端は、ドライバ１５０と電気的に接続される。接続部材１３０としては、例えば同軸ピンが用いられる。

配線パターン１４０は、ドライバ１５０に接続されてＰＣＢ１１０上にプリントされた配線であり、ドライバ１５０から出力されるＲＦ信号を接続部材１３０へ伝搬する。配線パターン１４０と接続部材１３０とは、例えばコネクタによって接続されている。

ドライバ１５０は、光ファイバ１２１ａから出射される光を変調するための電気信号を生成する。すなわち、ドライバ１５０は、図示しない入力インタフェースから入力されるデータ信号に応じた振幅・位相の高周波な電気信号であるＲＦ信号を生成し、このＲＦ信号によって光変調器１２０を駆動する。

次に、図１及び図２を参照して光変調器１２０、接続部材１３０及びドライバ１５０の電気的な接続について説明する。図２は、本実施例に係る光変調器１２０、接続部材１３０及びドライバ１５０の電気的な接続の説明に供する図である。なお、図２は、図１のＩ−Ｉ線における断面図に相当する。

図１及び図２に示すように、光変調器１２０のＰＣＢ１１０近傍には、切欠部２０１が形成されており、接続部材１３０の一端は、光変調器１２０に形成された切欠部２０１の内部で光変調器１２０と接続される。すなわち、光変調器１２０の切欠部２０１の上面には、コネクタ２０２が埋め込まれている。コネクタ２０２の同軸端子は、切欠部２０１の上面から光変調器１２０の内部へ突出し、光変調器１２０の内部の中継基板１２４に形成された配線パターンに例えばワイヤにより接続される。コネクタ２０２としては、例えばプッシュオンコネクタなどを用いることができる。そして、接続部材１３０がコネクタ２０２に挿入され、接続部材１３０がコネクタ２０２の同軸端子に接触することにより、接続部材１３０と光変調器１２０とが電気的に接続される。

また、光変調器１２０の切欠部２０１は、ＰＣＢ１１０に垂直な方向から見てドライバ１５０が光ファイバ１２１ａに重なる様に、ドライバ１５０を収容する。上述したように、ドライバ１５０に入力されるデータ信号の入力インタフェースは、光ファイバ１２１ａに近接する位置に形成される。このように、光変調器１２０の切欠部２０１がドライバ１５０を収容することにより、ＰＣＢ１１０に垂直な方向から見て光ファイバ１２１ａに重なるドライバ１５０と、入力インタフェースとが配線パターンによって接続される際に、配線の迂回が回避される。結果として、配線の迂回に起因した実装面積の増大が抑制され、装置の小型化を実現することができる。

さらに、光変調器１２０の切欠部２０１は、ドライバ１５０に接続された配線パターン１４０を収容する。すなわち、配線パターン１４０は、切欠部２０１の内部において、ドライバ１５０に接続され、切欠部２０１の上面に埋め込まれたコネクタ２０２の下方に近づく様に、屈曲する。そして、配線パターン１４０のコネクタ２０２側の一端には、コネクタ２０３が固定されている。コネクタ２０３としては、例えばプッシュオンコネクタなどを用いることができる。そして、接続部材１３０がコネクタ２０３に挿入され、接続部材１３０がコネクタ２０３の同軸端子に接触することにより、配線パターン１４０を介して接続部材１３０とドライバ１５０とが電気的に接続される。

ここで、光変調器１２０の切欠部２０１にドライバ１５０が収容されることにより、光変調器１２０の内部の中継基板１２４が、変調器チップ１２２の長手方向に沿ってドライバ１５０の収容部分のサイズだけ光ファイバ１２１ｂに近づく様に、配置される。中継基板１２４からＲＦ信号が入力される変調器チップ１２２のＲＦ電極１２２ｂは、変調器チップ１２２の光導波路１２２ａに沿って、中継基板１２４に対応する位置に形成される。このため、ドライバ１５０の収容部分のサイズに応じて、変調器チップ１２２の長手方向に沿った中継基板１２４及びＲＦ電極１２２ｂの位置が規定される。このため、切欠部２０１に収容されたドライバ１５０の位置とＲＦ電極１２２ｂの位置とが離れる場合には、変調器チップ１２２において、ＲＦ電極１２２ｂよりも切欠部２０１に収容されたドライバ１５０に近い領域に無駄なスペースが発生する可能性がある。

そこで、本実施例においては、ＲＦ電極１２２ｂよりも切欠部２０１に収容されたドライバ１５０に近い領域に無駄なスペースを発生させない構造を変調器チップ１２２に適用するのが好ましい。すなわち、本実施例では、図１に示すように、ＤＣ電極１２２ｃは、変調器チップ１２２の光導波路１２２ａに沿って、ＲＦ電極１２２ｂよりも切欠部２０１に収容されたドライバ１５０に近い位置に形成される。これにより、変調器チップ１２２において、ＲＦ電極１２２ｂよりも切欠部２０１に収容されたドライバ１５０に近い領域がＤＣ電極１２２ｃの形成領域として利用されるので、当該領域に無駄なスペースが発生しない。結果として、光変調器１２０の長手方向のサイズが削減される。

以上のように、本実施例によれば、光ファイバに接続される光変調器の基板側に切欠部を形成し、基板に垂直な方向から見てデータ信号に応じて光変調用の電気信号を生成するドライバが光ファイバに重なる様に、切欠部にドライバを収容する。このため、ドライバと、光ファイバに近接して配置されるデータ信号の入力インタフェースとが接続される際に、配線の迂回が回避される。結果として、配線の配置スペースに対応する実装面積を削減することができ、装置の小型化を実現することができる。

なお、上記実施例では、光ファイバ１２１ａ、１２１ｂが光変調器１２０（変調器チップ１２２）の長手方向に配置される場合を示したが、光ファイバ１２１ａを変調器チップ１２２の長手方向に交差する方向に配置しても良い。図３は、変形例１に係る光モジュール１００の構成を示す平面模式図である。図３において、図１と同じ部分には同じ符号を付す。

図３に示すように、変形例１に係る光モジュール１００では、光ファイバ１２１ａが変調器チップ１２２の長手方向に交差する方向に配置されている。この場合、光ファイバ１２１ａから出射される光の進行方向と、変調器チップ１２２の光導波路１２２ａの延伸方向とが異なる。そこで、変形例１では、光ファイバ１２１ａと光変調器１２０の変調器チップ１２２とを光路変換素子３０１を介して光学的に接続して、光ファイバ１２１ａから出射される光の光路を光路変換素子３０１によって光導波路１２２ａに向かう光路に変換する。これにより、光変調器１２０の長手方向のサイズを短くすることができる。

なお、図３に示した変形例１では、光ファイバ１２１ｂが光変調器１２０（変調器チップ１２２）の長手方向に配置されるので、光ファイバ１２１ｂの長さだけ光変調器１２０の長手方向のサイズが余分に長くなる。そこで、例えば図４に示すように、光ファイバ１２１ｂを変調器チップ１２２の長手方向に交差する方向に配置しても良い。図４は、変形例２に係る光モジュール１００の構成を示す平面模式図である。この場合、光変調器１２０の変調器チップ１２２から出力される光（光信号）の進行方向と、光ファイバ１２１ｂの配置方向とが異なる。そこで、変形例２では、光変調器１２０の変調器チップ１２２と光ファイバ１２１ｂとを光路変換素子３０２を介して光学的に接続して、光変調器１２０の変調器チップ１２２から出力される光の光路を光路変換素子３０２によって光ファイバ１２１ｂに向かう光路に変換する。これにより、光変調器１２０の長手方向サイズをより短くすることができる。なお、光路変換素子３０２は、ＰＢＣとしての機能も有する。

また、上記実施例では、変調器チップ１２２において６つのＤＣ電極１２２ｃが２つの第１のマッハツェンダ型光導波路及び４つの第２のマッハツェンダ型光導波路に対応して形成される場合を示したが、ＤＣ電極１２２ｃの数が削減されても良い。図５は、変形例３に係る光モジュール１００の構成を示す平面模式図である。図５において、図１と同じ部分には同じ符号を付す。

図５に示すように、変調器チップ１２２において、４つの第２のマッハツェンダ型光導波路のみに対応して４つのＤＣ電極１２２ｃが形成されている。すなわち、図５に示す構成では、図１に示す構成と比較して、２つの第１のマッハツェンダ型光導波路に対応する２つのＤＣ電極１２２ｃが省略される。これにより、光変調器１２０の長手方向のサイズをより短くすることができる。

また、上記実施例及び各変形例に係る光モジュール１００では、中継基板１２４及び接続部材１３０が光変調器１２０の第１側面側に配置され、且つ、ＤＣ端子１２５及び終端基板１２６が第１側面とは反対側の第２側面側に配置される例を示した。しかしながら、開示技術は、これに限定されない。例えば図６に示すように、ＤＣ端子１２５及び終端基板１２６が光変調器１２０の第１側面側に配置され、中継基板１２４及び接続部材１３０が第１側面とは反対側の第２側面側に配置されても良い。なお、図６は、変形例４に係る光モジュール１００の構成を示す平面模式図である。図６において、図５と同じ部分には同じ符号を付す。

なお、図６に示した変形例４では、ＤＣ端子１２５がＰＣＢ１１０に平行な方向に沿って光変調器１２０の側面からＰＣＢ１１０の端面近傍までに突出しているため、光変調器１２０の側面とＰＣＢ１１０の端面との間に無駄なスペースが発生する可能性がある。そこで、例えば図７に示すように、ＤＣ端子１２５に代えて、ＤＣ端子３２５を光変調器１２０に設けても良い。図７は、変形例５に係る光モジュール１００の構成を示す平面模式図である。ＤＣ端子３２５は、図７に示すように、ＰＣＢ１１０に垂直な方向に沿って光変調器１２０の外枠を貫通し、切欠部２０１の上面から下方へ突出する。そして、ＤＣ端子３２５は、切欠部２０１において、ＬＳＩから延びる配線パターンに電気的に接続される。これにより、光変調器１２０の側面とＰＣＢ１１０の端面との間の無駄なスペースが削減され、結果として、装置の小型化を促進することができる。

１００ 光モジュール
１２０ 光変調器
１２１ａ、１２１ｂ 光ファイバ
１２２ 変調器チップ
１２２ａ 光導波路
１２２ｂ ＲＦ電極
１２２ｃ ＤＣ電極
１２４ 中継基板
１２５、３２５ ＤＣ端子
１２６ 終端基板
１３０ 接続部材
１４０ 配線パターン
１５０ ドライバ
２０１ 切欠部
２０２、２０３ コネクタ
３０１、３０２ 光路変換素子

Claims (7)

1. 基板に設けられ、データ信号に応じた電気信号を生成するドライバと、
   光ファイバに接続されて前記基板に設けられ、前記ドライバによって生成される電気信号を用いて、前記光ファイバから出射される光を変調する光変調器とを有し、
   前記光変調器は、
   外形の一部を切り欠いて形成され、前記基板に垂直な方向から見て前記ドライバが前記光ファイバに重なる様に、前記ドライバを収容する切欠部を有することを特徴とする光モジュール。
2. 前記光変調器は、
   前記光ファイバから出射される光を伝搬する光導波路と、
   前記光導波路に沿って形成され、前記ドライバによって生成される電気信号が入力される第１の電極と、
   前記光導波路に沿って形成され、前記電気信号とは異なる他の電気信号が入力される第２の電極とを有し、
   前記第２の電極は、
   前記光導波路に沿って、前記第１の電極よりも前記切欠部に収容された前記ドライバに近い位置に形成されることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
3. 前記電気信号は、ＲＦ（Radio Frequency）信号であり、
   前記他の電気信号は、ＤＣ（Direct Current）信号であることを特徴とする請求項２に記載の光モジュール。
4. 前記ドライバに接続されて前記基板に設けられ、前記ドライバによって生成される電気信号を前記光変調器へ伝送する配線パターンをさらに有し、
   前記光変調器の切欠部は、前記ドライバ及び前記配線パターンを収容することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の光モジュール。
5. 光ファイバに接続されて基板に設けられ、電気信号を用いて、前記光ファイバから出射される光を変調する光変調器であって、
   外形の一部を切り欠いて形成され、前記基板に垂直な方向から見てデータ信号に応じた前記電気信号を生成するドライバが前記光ファイバに重なる様に、前記ドライバを収容する切欠部を有することを特徴とする光変調器。
6. 前記光ファイバから出射される光を伝搬する光導波路と、
   前記光導波路に沿って形成され、前記ドライバによって生成される電気信号が入力される第１の電極と、
   前記光導波路に沿って形成され、前記電気信号とは異なる他の電気信号が入力される第２の電極とを有し、
   前記第２の電極は、
   前記光導波路に沿って、前記第１の電極よりも前記切欠部に収容された前記ドライバに近い位置に形成されることを特徴とする請求項５に記載の光変調器。
7. 前記電気信号は、ＲＦ（Radio Frequency）信号であり、
   前記他の電気信号は、ＤＣ（Direct Current）信号であることを特徴とする請求項６に記載の光変調器。

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