JP6221262B2

JP6221262B2 - 光変調器モジュール

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Publication number: JP6221262B2
Application number: JP2013039305A
Authority: JP
Inventors: 和宏山路; 康之山内
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2013-02-28
Filing date: 2013-02-28
Publication date: 2017-11-01
Anticipated expiration: 2033-02-28
Also published as: JP2014167545A

Description

本発明は、光変調器モジュールに関する。

光に信号を乗せて光ファイバで伝送する光通信システムにおいて、光源から出射された光を変調して光信号を生成する光変調器が利用されている。光変調器として、例えばマッハツェンダ型の光変調器が知られている（例えば、特許文献１）。

特開２０１２−１１８２７８号公報

光通信に用いられる光トランシーバは、光源、光受信器モジュール、及び光変調器モジュールを備える。光トランシーバの小型化を実現するために、その構成部品の小型化が求められている。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、光変調器モジュールを小型化することを目的とする。

本発明は、光入力窓と光出力窓とが並行して設けられたパッケージと、光入力端と光出力端とが交差した関係で設けられ、前記光出力端と交差する両端部にモニタ光出力端を備えた変調器チップと、前記光入力窓から入射された入力光の光軸を屈折させて、前記変調器チップの前記光入力端に入射させる光屈折部と、前記変調器チップの側壁のうち、前記光屈折部が設けられた側に配置され、前記変調器チップの前記モニタ光出力端の一方からの出力をモニタする第１検知手段が設けられた第１基板と、前記変調器チップの側壁のうち、前記第１基板が設けられた側と対向する側に配置され、前記変調器チップの前記モニタ光出力端の他方からの出力をモニタする第２検知手段が設けられ、前記変調器チップと対向する辺が前記第１基板よりも大きく、前記辺と交差する方向の辺が前記第１基板よりも小さい第２基板と、を備え、前記パッケージの内壁と前記変調器チップとの間隔は、前記第１基板が配置された側よりも、前記第２基板が配置された側の方が小さいことを特徴とする光変調器モジュールである。本発明によれば、光変調器モジュールを小型化することができる。

上記構成において、前記第１基板および前記第２基板は、長方形である構成とすることができる。

上記構成において、前記変調器チップの駆動信号入力端子は、前記光出力端と対向する側の端部に配置されてなり、前記変調器チップを駆動させる駆動回路が、前記変調器チップの側壁のうち、前記光出力端と対向する側に配置されてなる構成とすることができる。

上記構成において、前記第１基板は、前記光入力窓から入射された前記入力光と交差する位置に配置され、前記入力光の光軸よりも低い位置に配置されている構成とすることができる。

上記構成において、前記第１基板と交差する位置における前記入力光はコリメート光である構成とすることができる。

本発明によれば、光変調器モジュールを小型化することができる。

図１は、光トランシーバを示すブロック図である。図２は、比較例１に係る光変調器モジュールを示す上面図である。図３は、変調器チップを拡大した拡大図である。図４は、図２における第１基板と第２基板とが搭載された部分を拡大した拡大図である。図５（ａ）は、実施例１に係る光変調器モジュールを示す上面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ−Ａ間の断面図である。図６は、図５（ａ）における第１基板と第２基板とが搭載された部分を拡大した拡大図である。

まず、光トランシーバについて説明する。図１は、光トランシーバを示すブロック図である。図１のように、光トランシーバは、光源１０、光受信器モジュール１２、及び光変調器モジュール１４を備える。これらは電気コネクタ１５によって外部と電気的に接続される。光受信器モジュール１２は、光ファイバ１６ａを介して光源１０から入射される光をＬＯ光（局部発振光）として用いる。このＬＯ光と光コネクタ１８に接続された光ファイバ（不図示）から光ファイバ１６ｂを介して入射された信号光とで伝送信号を復調する。復調された伝送信号によって得られた電気信号は、電気コネクタ１５を介して外部機器に出力される。光変調器モジュール１４は、外部機器から電気コネクタ１５を介して入力される電気信号に基づいて、光ファイバ１６ｃを介して光源１０から入射されたＣＷ（Continuous wave）光を変調して変調信号光を生成する。変調信号光は、光ファイバ１６ｄを介して、光コネクタ１８に接続された光ファイバ（不図示）に出射される。

このような光トランシーバに対する小型化の要望は強い。このため、光トランシーバを構成する光変調器モジュール１４に対しても小型化が求められている。

図２は、比較例１に係る光変調器モジュールを示す上面図である。図２のように、比較例１の光変調器モジュールは、パッケージ２０の第１側壁２２に光入力窓３０と光出力窓３２とが並行して設けられている。光入力窓３０及び光出力窓３２には、光ファイバ３４、３６が貫通するフェルール３８が固定されたホルダ４０が、コリメートレンズ（不図示）が収納されたホルダ４２を介して接続される。ここで、パッケージ２０において、第１側壁２２の光入力窓３０側の端に接続する側壁を第２側壁２４、第１側壁２２の光出力窓３２側の端に接続する側壁を第３側壁２６、第１側壁２２に対向する側壁を第４側壁２８とする。

パッケージ２０に設けられたＴＥＣ（サーモエレクトリッククーラ）４６上にに、例えば半導体マッハツェンダ光変調器チップである変調器チップ５０が搭載されている。ここで、変調器チップ５０において、パッケージ２０の第１側壁２２に沿った端面を第１端面５２、第２側壁２４に沿った端面を第２端面５４、第３側壁２６に沿った端面を第３端面５６、第４側壁２８に沿った端面を第４端面５８とする。変調器チップ５０は、光入力窓３０に接続された光ファイバ３４から出射される光が、第２端面５４に設けられた光入力端（入力ポート）６０に入射される。

ここで、光ファイバ３４から出射された光が光入力端６０に入射されるまでの経路を説明する。光ファイバ３４から出射された光（入力光４４）は、ホルダ４２内のコリメートレンズでコリメート光にされた後、パッケージ２０に設けられたミラー９２で反射される。ミラー９２で光軸が屈折させられた入力光４４は、コリメートレンズ９４を介して、光入力端６０に入射される。

このように、入力光４４が変調器チップ５０の第２端面５４に入射する構成とすることで、低損失且つ簡易な光学系構成とすることができる。例えば、入力光４４が変調器チップ５０の第１端面５２に入射する構成の場合、第１端面５２から第４端面５８に向かって延びる導波路を形成し、入力光４４がこの導波路を経由することになる。このため、光の損失が増加してしまう。また、例えば、入力光４４が変調器チップ５０の第４端面５８に入射する構成の場合、光ファイバ３４が第１側壁２２に接続されていることから、ミラーによる反射を２回行う必要があり、部品点数の増加や高い実装精度が求められる。

変調器チップ５０は、光入力端６０に入射された入力光４４を変調して変調信号光を生成する。変調信号光は、変調器チップ５０の第１端面５２に設けられた第１光出力端（第１出力ポート）６２及び第２光出力端（第２出力ポート）６４から出射される。また、変調信号光の一部は、変調器チップ５０の第２端面５４に設けられた第１モニタ光出力端（第１モニタ出力ポート）６６及び第３端面５６に設けられた第２モニタ光出力端（第２モニタ出力ポート）６８からも出射される。このように、変調器チップ５０は、光入力端６０と第１及び第２光出力端６２、６４とが交差した関係で設けられ、第１及び第２光出力端６２、６４と交差する両端部（第２端面５４及び第３端面５６）に第１及び第２モニタ光出力端６６、６８が設けられている。

第１光出力端６２から出射された変調信号光は、コリメートレンズ９６を介して、光の偏波を９０°回転させる半波長板９８に入射される。変調信号光は、半波長板９８を通過した後、ミラー１００で反射されて、偏波フィルタ１０２に入射される。一方、第２光出力端６４から出射された変調信号光は、コリメートレンズ１０４を通過した後、半波長板を経由せずに、偏波フィルタ１０２に入射される。第１光出力端６２と第２光出力端６４とから出射された変調信号光は、偏波フィルタ１０２で合波され、ホルダ４２内のコリメートレンズを介して光ファイバ３６に入射される。

パッケージ２０の第２側壁２４及び第３側壁２６には直流端子１１７が設けられ、第４側壁２８には高周波端子１１８が設けられている。第４側壁２８に高周波端子１１８を設けることで、高周波端子１１８と光トランシーバの電気コネクタとを接続する配線を短くすることができ、信号特性の劣化を抑制できる。

変調器チップ５０の駆動信号入力端子５１は第４端面５８に配置されていて、変調器チップ５０とパッケージ２０の第４側壁２８との間には、変調器チップ５０を駆動させる駆動回路１１４、駆動回路１１４と変調器チップ５０とを電気的に接続させる高周波配線を有する配線基板１１６が設けられている。駆動回路１１４は、高周波配線１２０によって、第４側壁２８に設けられた高周波端子１１８と電気的に接続されている。

ここで、変調器チップ５０について詳しく説明する。図３は、変調器チップ５０を拡大した拡大図である。図３のように、第２端面５４の光入力端６０に接続された光導波路７０は、３段に接続されたＹ分岐の光分岐器７８によって、光導波路７２ａ〜７２ｈに分岐される。光導波路７２ａ〜７２ｈそれぞれには、変調用電極８０と位相調整用電極８２とが設けられている。変調用電極８０の一端には、配線８４を介して、光を変調させる変調用の電圧が駆動回路１１４により印加される。変調用電極８０の間には変調用電極８１が配置されており、変調用電極８１はグランド電極に相当する。変調用電極８１の一端は、配線９１を介して、駆動回路１１４のグランド端子に接続される。また、変調用電極８０および変調用電極８１の他端には、配線８５を介して、終端抵抗が接続されている。変調用電極８０に変調用の電圧を印加することで、光導波路７２ａ〜７２ｈを通過する光の位相を変化させて変調信号光を生成する。位相調整用電極８２には、直流電圧が配線８８を介して印加される。位相調整用電極９３は、グランド電極に相当する。位相調整用電極９３の一端は、配線９５を介して、外部のグランド端子に接続される。位相調整用電極８２に直流電圧を印加することで、光導波路７２ａ〜７２ｈを通過する光の位相を調整する。

光導波路７２ａ〜７２ｈは、位相調整用電極８２の後段に設けられた光合波器８３で合流し、光導波路７４ａ〜７４ｄとなる。光導波路７４ａ〜７４ｄには、上述したのと同様の機能を有する位相調整用電極８６が設けられている。光導波路７４ａ及び７４ｂは、光合分波器８７で合流し、光導波路７６ａ及び７６ｂに分岐する。光導波路７４ｃ及び７４ｄは、光合分波器８９で合流し、光導波路７６ｃ及び７６ｄに分岐する。光導波路７６ｂは、第１端面５２の第１光出力端６２に接続され、光導波路７６ｃは、第１端面５２の第２光出力端６４に接続される。光導波路７６ａは、第２端面５４の第１モニタ光出力端６６に接続され、光導波路７６ｄは、第３端面５６の第２モニタ光出力端６８に接続される。

図３の構成の変調器チップ５０によれば、変調信号光が、第１端面５２に設けられた第１光出力端６２及び第２光出力端６４、並びに、第２端面５４に設けられた第１モニタ光出力端６６及び第３端面５６に設けられた第２モニタ光出力端６８から出射される。

変調器チップ５０の安定動作のためには、変調器チップ５０の出力をモニタして、変調器チップ５０に印加する直流電圧をフィードバック制御することが望ましい。このためには、変調器チップ５０の出力をモニタする検知手段を設けることが望ましい。この際、図２のように、変調器チップ５０とパッケージ２０の第１側壁２２との間には、ミラーやレンズ等の光学系が設けられている。変調器チップ５０とパッケージ２０の第４側壁２８との間には、駆動回路１１４や配線基板１１６が設けられている。このため、変調器チップ５０の出力をモニタする検知手段を配置するスペースを容易に確保できるのは、変調器チップ５０とパッケージ２０の第２側壁２４及び第３側壁２６との間となる。

このようなことから、第１モニタ光出力端６６を第２端面５４に設け、第２モニタ光出力端６８を第３端面に設けている。そして、第１モニタ光出力端６６から出射される変調信号光を受光することで変調器チップ５０の出力をモニタする検出手段（受光素子１２２等）が設けられた第１基板１０６を、変調器チップ５０と第２側壁２４との間に搭載している。第２モニタ光出力端６８から出射される変調信号光を受光することで変調器チップ５０の出力をモニタする検出手段（受光素子１２２等）が設けられた第２基板１０８を、変調器チップ５０と第３側壁２６との間に搭載している。このように、変調器チップ５０の出力をモニタする検出手段を２つ設けているのは、変調器チップ５０の光出力端が２つあるためである。

また、変調器チップ５０と第２側壁２４との間、及び、変調器チップ５０と第３側壁２６との間にはそれぞれ、終端抵抗１１０と配線基板１１２とが更に搭載されている。終端抵抗１１０は、図３で説明した変調用電極８０に接続される終端抵抗である。配線基板１１２は、パッケージ２０の第２側壁２４及び第３側壁２６に設けられた直流端子１１７に電気的に接続された直流配線を有し、図３で説明した位相調整用電極８２、８６に印加される直流電圧を仲介する役割を担う。

ここで、第１基板１０６及び第２基板１０８について説明する。図４は、図２における第１基板１０６及び第２基板１０８が搭載された部分を拡大した拡大図である。なお、図の明瞭化のために、変調器チップ５０の導波路等は図示を省略している。変調器モジュールを小型化するには、変調器チップ５０とパッケージ２０の第３側壁２６との間隔を、第２基板１０８等を搭載するスペースを確保しつつ最小限にすることが望ましい。第２基板１０８は、変調信号光を受光する受光素子１２２の他にも、ＩＣチップ、チップ抵抗、チップコンデンサ等が備わるため、ある程度大きな面積となる。また、第１基板１０６及び第２基板１０８は、同じ機能を有するものであるため、同程度の大きさを有する。このようなことから、図４のように、第２基板１０８は、変調器チップ５０の第３端面５６に沿った第１辺１２４が、第１辺１２４に交差する第２辺１２６よりも長い長方形状となっている。また、第１基板１０６についても、第２基板１０８と同様に、変調器チップ５０の第２端面５４に沿った第１辺１２８が、第１辺１２８に交差する第２辺１３０よりも長い長方形状となっている。

しかしながら、比較例１に係る光変調器モジュールでは、小型化が十分ではない。そこで、より小型化が可能な実施例について以下に説明する。

図５（ａ）は、実施例１に係る光変調器モジュールを示す上面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ−Ａ間の断面図である。比較例１と共通の構成については同一の符号を付し説明を省略する。図５（ａ）のように、実施例１では、第１基板１４０が、比較例１の第１基板１０６と比べて、縦横比が異なっている。

図６は、図５（ａ）における第１基板１４０及び第２基板１０８が搭載された部分を拡大した拡大図である。なお、図の明瞭化のために、変調器チップ５０の導波路等は図示を省略している。図６のように、第１基板１４０は、変調器チップ５０の第２端面５４に沿った第１辺１２８が、第１辺１２８に交差する第２辺１３０より短い。第１基板１４０と第２基板１０８とを比較すると、第１基板１４０の第１辺１２８は、第２基板１０８の第１辺１２４よりも短く、第１基板１４０の第２辺１３０は、第２基板１０８の第２辺１２６よりも長い。第１基板１４０の第１辺１２８と第２基板１０８の第２辺１２６とはほぼ同じ長さであり、第１基板１４０の第２辺１３０と第２基板１０８の第１辺１２４とはほぼ同じ長さである。

光ファイバ３４と３６との間隔はある程度（例えば５ｍｍ以上）離すことが求められており、この間隔に対して、変調器チップ５０の第１端面５２の長さは短い。また、第１光出力端６２及び第２光出力端６４と光ファイバ３６とを光学的に結合させる光学系を簡易な構成とするために、第２光出力端６４と光ファイバ３６とを同一線上に設けることが望ましい。さらに、光ファイバ３４から入射される入力光４４を、変調器チップ５０の第２端面５４に入射させるために、変調器チップ５０とパッケージ２０の第２側壁２４との間に、ミラー９２とコリメートレンズ９４とを設けることが望ましい。これらのことから、図５（ａ）のように、変調器チップ５０は、パッケージ２０の第２側壁２４と第３側壁２６との間の中心線Ｘ１よりも第３側壁２６側に偏って設けられる。つまり、変調器チップ５０と第２側壁２４との間隔は広くなる。そこで、発明者は、構成部品のこのような独特な配置から、第１基板１４０を図５（ａ）のように搭載することを考え出した。

このように、実施例１では、変調器チップ５０の側壁のうち、ミラー９２（光屈折部）が設けられた側に第１基板１４０が配置され、第１基板１４０が設けられた側と対向する側に第２基板１０８が配置されている。第２基板１０８の変調器チップ５０と対向する第１辺１２４は、第１基板１４０の変調器チップ５０と対向する第１辺１２８よりも大きく、第２基板１０８の第１辺１２４と交差する第２辺１２６は、第１基板１４０の第１辺１２８と交差する第２辺１３０よりも小さくなっている。そして、パッケージ２０の内壁と変調器チップ５０との間隔は、第１基板１４０が配置された側よりも、第２基板１０８が配置された側の方が小さくなっている。このような構成により、光変調器モジュールの幅方向だけではなく、長さ方向も短くすることができる。よって、光変調器モジュールを小型化することができる。

また、上述したように、変調器チップ５０と第３側壁２６との間隔を狭めて、光変調器モジュールの幅を狭くする観点から、第２基板１０８の第１辺１２４は、第２辺１２６よりも長いことが好ましい。また、光変調器モジュールの長さを短くする観点から、第１基板１４０の第１辺１２８は、第２辺１３０よりも短いことが好ましい。即ち、第１基板１４０及び第２基板１０８は長方形であることが好ましい。

第１基板１４０の第２辺１３０が、第１辺１２８よりも長いことで、図５（ａ）及び図５（ｂ）のように、第１基板１４０が、光入力窓３０から入射された入力光４４と交差する位置に配置されてしまう。このため、入力光４４が第１基板１４０と干渉して妨げられることが生じてしまう。そこで、第１基板１４０を入力光４４の光軸よりも低い位置に配置している。これにより、入力光４４が第１基板１４０と干渉して妨げられることを抑制できる。

図５（ａ）のように、変調器チップ５０の第２端面５４の第１モニタ光出力端６６と第３端面５６の第２モニタ光出力端６８とは、第２端面５４と第３端面５６との間の中心線Ｘ２に対して非対称に配置されている。これにより、第１基板１４０及び第２基板１０８それぞれの受光素子１２２の配置の自由度を増すことができる。

変調器チップ５０の駆動信号入力端子５１は、第１及び第２光出力端６２、６４と対向する側の端部（第４端面５８）に配置され、駆動回路１１４が、変調器チップ５０の側壁のうち、第１及び第２光出力端６２、６４と対向する側に配置されていることが好ましい。これにより、変調器チップ５０の第２端面５４に入力光４４を入射させる構成において、入力光４４と駆動回路１１４及び配線基板１１６との干渉を抑制することができる。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

２０パッケージ
２２第１側壁
２４第２側壁
２６第３側壁
２８第４側壁
３０光入力窓
３２光出力窓
４４入力光
５０変調器チップ
５１駆動信号入力端子
５２第１端面
５４第２端面
５６第３端面
５８第４端面
６０光入力端
６２第１光出力端
６４第２光出力端
６６第１モニタ光出力端
６８第２モニタ光出力端
１０６、１４０第１基板
１０８第２基板
１１４駆動回路
１１６配線基板
１２２受光素子
１２４第２基板の第１辺
１２６第２基板の第２辺
１２８第１基板の第１辺
１３０第１基板の第２辺

Claims

光入力窓と光出力窓とが並行して設けられたパッケージと、
光入力端と光出力端とが隣接する側面に設けられ、前記光出力端の設けられた側面と隣接する２つの側面にモニタ光出力端を備えた変調器チップと、
前記光入力窓から入射された入力光の光軸を屈折させて、前記変調器チップの前記光入力端に入射させる光屈折部と、
前記変調器チップの側壁のうち、前記光屈折部が設けられた側に配置され、前記変調器チップの前記モニタ光出力端の一方からの出力をモニタする第１検知手段が設けられた第１基板と、
前記変調器チップの側壁のうち、前記第１基板が設けられた側と対向する側に配置され、前記変調器チップの前記モニタ光出力端の他方からの出力をモニタする第２検知手段が設けられ、前記変調器チップと対向する辺が前記第１基板よりも大きく、前記辺と交差する方向の辺が前記第１基板よりも小さい第２基板と、を備え、
前記パッケージの内壁と前記変調器チップとの間隔は、前記第１基板が配置された側よりも、前記第２基板が配置された側の方が小さいことを特徴とする光変調器モジュール。
前記第１基板および前記第２基板は、長方形であることを特徴とする請求項１記載の光変調器モジュール。
前記変調器チップの駆動信号入力端子は、前記光出力端の設けられた側面および前記モニタ光出力端の設けられた側面とは異なる側面に配置されてなり、前記変調器チップを駆動させる駆動回路が、前記変調器チップの側面のうち、前記駆動信号入力端子が設けられた側面と対向して配置されてなることを特徴とする請求項１または２記載の光変調器モジュール。
前記第１基板は、前記パッケージを上方から俯瞰した場合には、前記光入力窓から入射された前記入力光と交差する位置に配置され、前記入力光の光軸と垂直な面内においては、前記光軸よりも低い位置に配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の光変調器モジュール。
前記第１基板と交差する位置における前記入力光はコリメート光であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の光変調器モジュール。