JP6607028B2 - 光学電子モジュールにおける異なるサーマルゾーン - Google Patents

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Description

本開示は一般に光通信ネットワークに関連し、特に、光学電子モジュールにおける異なるサーマルゾーンに関連する。
テレコミュニケーション、ケーブルテレビジョン及びデータ通信システムは、遠く離れた地点間で大量の情報を速やかに搬送するために光ネットワークを利用する。光ネットワークでは、情報は、光ファイバを介する光信号の形式で搬送される。光ファイバは、長距離にわたって信号を通信することが可能な細いガラスの繊維を含む。光ネットワークは、しばしば、光ファイバで光信号の情報を搬送するために変調方式を使用する。そのような変調は、位相シフトキーイング(PSK)、周波数シフトキーイング(FSK)、振幅シフトキーイング(ASK)及び直交振幅変調(QAM)を含んでよい。
光ネットワークは、ネットワーク内で様々な処理を実行するために、増幅器、分散補償器、マルチプレクサ/デマルチプレクサフィルタ、波長選択スイッチ、光スイッチ、カプラ等のような様々な光学要素を含んでもよい。特に、光ネットワークは、光信号の到達範囲が単独の光経路に制限される場合、高価である、再構成可能な分岐挿入マルチプレクサ(reconfigurable optical add-drop multiplexers：ROADM)における光-電気-光(O-E-O)再生成を含む。
光ネットワーキングで使用される様々な光学要素では、光学的及び電子的なコンポーネントが単独のパッケージ内に併合され、「光学電子モジュール」のように言及される。光学電子モジュールが単独のサーマルゾーンに関して設計される場合、光学電子モジュールの物理的寸法のサイズの縮小は制限される。
一側面において、光学電子モジュールは光モジュールと電子モジュールとを含む。光モジュールは、第1ヒートシンクと、第1ヒートシンクにより熱を散逸させる第1回路基板とを含む。電子モジュールは、第2ヒートシンクと、第2ヒートシンクにより熱を散逸させる第2回路基板とを含む。光学電子モジュールは、第1回路基板及び第2回路基板を収容するハウジングを更に含む。ハウジングは、第1回路基板を第2回路基板から熱的に分離する熱伝導バリアを含む。第1ヒートシンクは第1温度で動作し、第2ヒートシンクは第1温度とは異なる第2温度で動作する。
更なる開示される側面は、本願で説明されるような光学電子モジュールを含む光ネットワークを含む。
本開示、その特徴及び利点についての更に十分な理解のために、添付図面に関連して以下の説明がなされる。
図1は光ネットワークの一形態のうちの選択された要素のブロック図である。 図2Aは光学電子モジュールの一形態のうちの選択された要素のブロック図である。 図2Bは光学電子モジュールの一形態のうちの選択された要素のブロック図である。
以下の説明において、開示される対象事項の議論を促すために例示的な詳細が記述される。しかしながら、開示される形態は例示的であり、可能な全ての形態を網羅していないことは、当該技術分野における通常の知識を有する者(いわゆる当業者)にとって明らかであろう。
本開示を通じて、参照番号のハイフンの形式は、要素のうちの特定のものを指し、ハイフンが付いてない形式の参照番号は、一般的に又はまとめて要素を指している。従って、(図面には示されていないが)一例として、デバイス「12-1」は、デバイス「12」のように集合的に言及されるデバイスクラスのうちの一例を指し、それらは何れもデバイス「12」のように一般的に言及されてよい。図面及び説明において、同様な番号は同様な要素を表現するように意図される。
図面を参照すると、図1は光通信システムを表現する光ネットワーク101の実施例を示す。光ネットワーク101は、光ネットワーク101のコンポーネントにより通信される1つ以上の信号を搬送する1つ以上の光ファイバ106を含む。ファイバ106により互いに結合される光ネットワーク101のネットワーク要素は、1つ以上の送信器102、1つ以上のマルチプレクサ(MUX)104、1つ以上の光増幅器108、1つ以上の光分岐/挿入マルチプレクサ(OADM)110、1つ以上のデマルチプレクサ(DEMUX)105、及び、1つ以上の受信器112を有してもよい。
光ネットワーク101は、端末ノードとの1対1光ネットワーク、リング光要素、メッシュ光ネットワーク若しくは適切な他の任意の光ネットワーク、又は、光ネットワークの組み合わせを有してもよい。光ネットワーク101は、短距離メトロポリタンネットワーク、長距離都市間ネットワーク若しくは適切な他の任意のネットワーク、又は、ネットワークの組み合わせにおいて使用されてもよい。光ネットワーク101の容量は、例えば、100 Gbit/s、400 Gbit/s 又は1 Tbit/sを含んでもよい。 光ファイバ106は、非常に低い損失で長距離にわたって信号を通信することが可能な細いガラス繊維を有する。光ファイバ106は、光伝送用の様々なファイバから選択される適切なタイプのファイバを含んでよい。光ファイバ106は、SMF(Single-Mode Fiber)、E-LEAF(Enhanced Large Effective Area Fiber)又はTW-RS(TrueWave Reduced Slope)ファイバ等のような適切な任意のタイプのファイバを含んでよい。
光ネットワーク101は光ファイバ106を介して光信号を送信するデバイスを含んでもよい。情報を波長でエンコードする1つ以上の光波長の変調により、光ネットワーク101を介して、情報が送受信されてもよい。光ネットワーキングにおいて、光の波長は、光信号に含まれるチャネルとして言及されてもよい(また、「波長チャネル」として言及されてもよい)。各チャネルは光ネットワーク101を介して所定の情報量を搬送する。
光ネットワーク101の搬送能力及び情報容量を増やすため、複数のチャネルで送信される複数の信号が、単独のワイドバンド光信号に併合されてもよい。複数のチャネルで情報を通信するプロセスは、光学において波長分割多重(WDM)として言及される。粗い波長分割多重(Coarse WDM：CWDM)は、通常、20nmより大きく16波長より少ない少数チャネルを有する広い間隔の波長をファイバに多重することに関連し、及び、高密度波長分割多重(Dense WDM：DWDM)は、通常、0.8nmより小さく40波長より多い多数チャネルを有する狭い間隔の波長をファイバに多重することに関連する。WDM又は他の複数波長の多重化伝送技術は、光ファイバ当たりの統合帯域幅(aggregate bandwidth)を増やすために光ネットワークにおいて使用される。WDMを使用しない場合、光ネットワークの帯域幅は単一波長のビットレートに制限される。帯域幅が広いほど、光ネットワークは多くの情報量を送信することができる。光ネットワーク101は、WDM又は適切な他の何らかのマルチチャネル多重化技術を利用して異種のチャネルを送信し、マルチチャネル信号を増幅してもよい。
光ネットワーク101は、特定の波長又はチャネルで光ネットワーク101を介して光信号を送信するために1つ以上の光送信器(Tx)102を含んでもよい。送信器102は、電気信号を光信号に変換し、光信号を送信するシステム、装置又はデバイスを有してもよい。例えば、送信器102はそれぞれがレーザ及びモジュレータ(変調器)を有し、電気信号を受信し、電気信号に含まれる情報を、特定の波長でレーザにより生成される光ビームに変調し、光ネットワーク101を通じてその情報を担うビームを送信する。
マルチプレクサ104は送信器102に結合され、マルチプレクサ104は、送信器102により送信される信号を、例えば各自の個々の波長でWMD信号に統合するシステム、装置又はデバイスであってもよい。
光増幅器108は、光ネットワーク101内でマルチチャネル化された信号を増幅する。光増幅器108は、所定の長さのファイバ106の前方及び/又は後方に配置されてよい。光増幅器108は、光信号を増幅するシステム、装置又はデバイスを有してもよい。例えば、光増幅器108は、光信号を増幅する光リピータを有してもよい。この増幅は、光-電気又は電気-光変換とともに実行されてもよい。一実施形態において、光増幅器108は、ドープされたファイバ増幅要素を形成するように希土類がドープされた光ファイバを有してもよい。信号がファイバを通る場合に、光ファイバのドープされた部分の原子を励起するためにポンプ信号の形式で外部エネルギが印加されてもよい。一例として、光増幅器108はエルビウムドープファイバ増幅器(erbium-doped fiber amplifier：EDFA)を有してもよい。
OADM110はファイバ106を介して光ネットワーク101に結合されてもよい。OADM110はアド/ドロップモジュール(分岐挿入モジュール)を有し、分岐挿入モジュールは、光信号をファイバ106に挿入(追加)する及び/又はファイバ106から光信号を分岐(除去)する(すなわち、各自の波長で分岐又は挿入する)システム、装置又はデバイスを含んでもよい。OADM110を通過した後、光信号はファイバ106に沿って宛先まで直接的に進行してもよいし、或いは、信号は宛先に到達する前に1つ以上の追加的なOADM110及び/又は光増幅器108を介して伝送されてもよい。
光ネットワーク101の或る実施形態において、OADM110は、WDM信号の個々の又は複数の波長を分岐又は挿入することができる再構成可能なOADM(ROADM)を表現してもよい。個々の又は複数の波長は、例えば、ROADMに含まれてもよい波長選択スイッチ(WSS)(図示せず)を利用して、光領域で分岐又は挿入されてよい。
図1に示されるように、光ネットワーク101は、ネットワーク101の1つ以上の宛先において1つ以上のデマルチプレクサ105も含む。デマルチプレクサ105は、1つの複合的なWDM信号を、各自の波長の個々のチャネルに分割するデマルチプレクサとして機能するシステム、装置又はデバイスを有してよい。例えば、光ネットワーク101は40チャネルのDWDM信号を送信及び搬送してよい。デマルチプレクサ105は、1つの40チャネルDWDM信号を、40個の異なるチャネルに応じて40個の別々の信号に分割してもよい。
図1において、光ネットワーク101はデマルチプレクサ105に結合される受信器112も含む。各々の受信器112は、特定の波長又はチャネルで送信された光信号を受信し、光信号が含んでいる情報(すなわち、データ)を取得(すなわち、復調)するために光信号を処理する。従って、ネットワーク101はネットワークのチャネル毎に少なくとも1つの受信器112を含む。
図1の光ネットワーク101のような光ネットワークは、光ファイバで光信号の情報を搬送するために変調技術を利用してもよい。そのような変調方式は、様々な変調技術のうち典型的には、位相シフトキーイング(PSK)、周波数シフトキーイング(FSK)、振幅シフトキーイング(ASK)、直交振幅変調(QAM)を含む。PSKでは、光信号で搬送される情報は、リファレンス信号(搬送波又は単にキャリアとして言及される)の位相を変調することによって搬送される。2レベルすなわちバイナリシフトキーイング(BPSK)、4レベルすなわち直交位相シフトキーイング(QPSK)、マルチレベル位相シフトキーイング(M-PSK)及び差動位相シフトキーイング(DPSK)を利用して、信号の位相を変調することにより、情報が搬送されてもよい。QAMでは、キャリア波の振幅及び位相の双方を変調することにより、光信号が担う情報が搬送される。PSKは、QAMのうち、搬送波の振幅が一定に維持される部分集合と考えられてもよい。
更に、偏波分割多重(polarization division multiplexing：PDM)技術は、より大きなビットレートの情報伝送を達成することを可能にする。PDM伝送は、チャネルに関連する光信号の異なる偏波成分に情報を変調することを含む。光信号の偏波は、光信号の振幅の方向に関連してもよい。「偏波(polarization)」という用語は、概して、空間内の或る地点における電場ベクトルの先端がたどる経路に関連し、その経路は光信号の伝搬方向に垂直である。
図1における光ネットワーク101のような光ネットワークでは、典型的には、管理プレーン、制御プレーン及びトランスポートプレーン(しばしば物理レイヤと言及される)に関連する。中央管理ホスト(図示せず)は、管理プレーンに存在し、制御プレーンのコンポーネントを設定及び監督する。管理プレーンは、全てのトランスポートプレーン及び制御プレーン(例えば、ネットワーク要素)にわたる最終的な制御を含む。一例として、管理プレーンは、中央処理センタ(例えば、中央管理ホスト)から構成されてもよく、1つ以上の処理リソース、データストレージコンポーネント等を含む。管理プレーンは、制御プレーンの要素と電気通信し、トランスポートプレーンの1つ以上のネットワーク要素とも電気通信を行ってもよい。管理プレーンは、システム全体に対する管理機能を実行し、ネットワーク要素、制御プレーン及びトランスポートプレーンの間の協調性をもたらす。一例として、管理プレーンは、要素の観点から1つ以上のネットワーク要素を取り扱うエレメント管理システム(EMS)、ネットワークの観点から多数のデバイスを取り扱うネットワーク管理システム(NMS)、及び/又は、ネットワーク全体の動作を取り扱うオペレーションサポートシステム(OSS)を含んでもよい。
開示範囲から逸脱することなく光ネットワーク101に対して変形、追加又は省略が施されてもよい。例えば、光ネットワーク101は図1に示されるものよりも多数の又は少数の要素を含んでもよい。また、上述したように、1対1ネットワークとして言及されているが、光ネットワーク101は、リング、メッシュ及び/又は階層的なネットワークトポロジのような、光信号を送信する適切な任意のネットワークトポロジを含んでもよい。
上述したように、光ネットワーク101は様々な電子的及び光学的なコンポーネントを含んでよい。光ネットワーク101に使用される或るコンポーネントでは、光学的及び電気的なコンポーネントが光学電子モジュールに併合される。例えば、送信器102、受信器112及びE-O-E再生成部、光学電子モジュールにより構成されてよい。典型的な光学電子モジュールに関し、光学的及び電子的なコンポーネントは共通の印刷回路基板(PCB)に搭載される。従って、典型的な光学電子モジュールは1つのサーマルゾーン(thermal zone)とともに実現される。単独のサーマルゾーン(又は温度領域)は、光学電子モジュールに含まれる電子的及び光学的なコンポーネントに共通する単独のヒートシンクにより冷却される。
しかしながら、光学電子モジュールが単独のサーマルゾーンを有する場合、サーマルゾーンは、電気的及び光学的なコンポーネントのうち所望の最低温度に対応する温度で動作するように設計される。例えば、光学電子モジュールの中で、光学的コンポーネントは電気的コンポーネントより低い所望動作温度を有するかもしれない。光学的及び電子的モジュールは光学電子モジュールにおいて同じパッケージに収容されるので、ヒートシンクのような光学電子モジュールの単独の冷却要素は、より低い動作温度を維持するように設計される。光学的コンポーネントと電気的コンポーネントとの間の所望の動作温度の差は重要になり得るので、光学電子モジュールにおける単独のヒートシンクは、より低い動作温度を維持するために比較的大きくなり得る。
その結果、光学電子モジュールの全体が比較的大きくなり、光学電子モジュールの物理寸法のサイズの縮小は、単独の冷却要素の制約によって制限される。多くの場合、光学電子モジュール内の光学的コンポーネントは、より高い動作温度に耐性を有する電子的コンポーネントよりも低い動作温度を有する。そのような光学電子モジュールでは、共通のヒートシンクが使用される場合、電子的コンポーネントのサイズは、光学的コンポーネントのより低い動作温度を充足するための潜在的なサイズ削減により制限される。
本願では以下において更に説明されるように、単独の光学電子モジュールの中に、異なるサーマルゾーンが実現される。光学的コンポーネントは第1サーマルゾーンを有する一方、電子的コンポーネントは第2サーマルゾーンを有する。第1サーマルゾーン及び第2サーマルゾーンはそれぞれ別個の冷却要素を有し、これにより、第1サーマルゾーン及び第2サーマルゾーンが、異なる温度で動作することが可能になる。異なるサーマルゾーンを有する結果として、光学電子モジュール全体の物理寸法の削減が実現され、その理由は、光学電子モジュールの寸法は熱散逸因子(thermal dissipation factors)により制約を受けるからである。光学電子モジュールの物理的な寸法又はサイズは、光ネットワーキングにおける経済及びパフォーマンスの要因であるかもしれない。例えば、光学電子モジュールのサイズは、幾つの光学電子モジュールが所与のスペースの範囲内に適合するかを決定し、その理由は、より小さな光学電子モジュールはより高密度のコンポーネントを可能にするからである。光ネットワーキングにおいて、より高密度のコンポーネント又はモジュールのインタフェースは、所与の機器のフットプリントの中で、より高いパフォーマンスを可能にする。また、所定の機器のコストは、コネクタや構造要素に対するもののような光学電子モジュールのサイズに直接的に関連するかもしれない。更に、改善されるパフォーマンス及びより高い信号忠実度は、光ネットワーク101で使用される光学電子コンポーネントの小さなサイズに関連付けられ、その理由は、例えば小さなコンポーネントでは、より短い信号経路及び少なくいインタフェースとなるからである。
図2Aを参照すると、光学電子モジュール200-1の一形態のうちの選択された要素のブロック図が示される。光学電子モジュール200-1は、概略的な説明として示されており、寸法を描くように意図されてはいない。図2Aにおいて、光学電子モジュール200-1は、平面図により示され、説明の簡明化のため、ヒートシンク210、212(図2B参照)のような所定の要素は描かれていない。図示されるように、光学電子モジュール200-1は、プラグ着脱可能なモジュールであってもよく、光ネットワーク101(図1参照)のような光ネットワークで使用される、プリント回路基板(PCB)、スロット、棚(シェルフ)、シャーシ又はその他のコンポーネント(上の領域)を占めてもよい。
図示されるように、光学電子モジュール200-1は、光学モジュール202及び電子モジュール204を含み、それらはハウジング208により収容されるように示される。説明の簡明化のため図2Aでは図示を省略している光モジュール202(図2B参照)は、少なくとも幾つかの光学的コンポーネントとともに占められるPCB又は他のタイプの基板により形成される。様々な形態において、光モジュール202は、送信器102、受信器112又はそれらの様々な組み合わせを含んでもよい。光モジュール202は、ハウジング208の正面208-2に比較的近くに配置され、正面208-2においてハウジング208から突出する光コネクタ(図示せず)を介する外部光接続を促す。様々な形態において、光学電子モジュール200-1は、光モジュール202に対する光コネクタを含む様々なユーザインタフェース要素とともに正面208-2において正面パネルを有してもよい。光モジュール202は、光モジュール202をハウジング208から熱的に分離する手段を含む適切な任意の手段を利用して、ハウジング208内に固定されてもよい。
光学電子モジュール200-1では、光モジュール202に含まれる光コンポーネントは、動作中に熱を発生し、光モジュール202を第1温度に維持するように、外的な冷却が光モジュール202に対して提供される。図示されるように、光モジュールコンタクト領域203は、光モジュール202に垂直な領域を表し、その場所では、光モジュール202からの熱を散逸させるために光ヒートシンク210(図2B参照)が光モジュール202に接触している。光モジュールコンタクト領域203は、別の実施形態では異なる幅W及び異なる長さLoを有してもよく、図2Aでは概略的に示されていることに留意を要する。
光学電子モジュール200-1では、説明の簡明化のために図2Aでは図示が省略されている電子モジュール204(図2B参照)は、少なくとも幾つかの光学的コンポーネントとともに占められるPCB又は他のタイプの基板により形成される。例えば、電子モジュール204は、様々なタイプの電子コンポーネントのうち特に、所望の機能のためのメモリ及びプロセッサ(図2Aには示されていない)を含む。図2Aに示されるように、電子モジュール204は、ディジタル信号接続のような外部電子接続を提供する電子コネクタ206を含む。図示されるように、電子コネクタ206は、背面208-1においてハウジング208から突出し、電子コネクタ206を介して電子モジュール204に接続するシャーシバックプレーンのスロットのような適切な器(又は受け部)の中に、光学電子モジュール200-1をプラグ接続できるようにする。電子コネクタ206は、適切な任意のプラグインコネクタ又はソケットであってもよい。このように、電子コネクタ206は表面208-1においてプラグ着脱可能であり、光学電子モジュール200-1が、特に、他のPCB(図示せず)、スロット、シェルフ、シャーシ、バックプレーン等のような他の光学ネットワーキングコンポーネントを常駐させることを可能にする。
光学電子モジュール200-1では、電子モジュール204に含まれる電子コンポーネントは、動作中に熱を発生し、電子モジュール204を、光モジュール202についての第1温度とは異なる第2温度に維持するように、外的な冷却が電子モジュール204に対して提供される。図示されるように、電子モジュールコンタクト領域205は、電子モジュール204に垂直な領域を表し、その場所では、電子モジュール204からの熱を散逸させるために電子ヒートシンク212(図2B参照)が電子モジュール204に接触している。電子モジュールコンタクト領域205は、別の実施形態では異なる幅W及び異なる長さLeを有してもよく、図2Aでは概略的に示されていることに留意を要する。特定の形態において、電子モジュール204は光モジュール202よりも高い動作温度を有してもよい。従って、第1温度は第2温度よりも低く、この点については後述する。
光学電子モジュール200-1には熱伝導バリア224も含まれ、熱伝導バリア224は、光モジュール202及び電子モジュール204に対応する2つのサーマルゾーンにハウジング208を分割する。従って、熱伝導バリア224は、例えばセラミック材料のように低い伝熱係数を有する絶縁材料により形成される。熱伝導バリアの寸法及び質量(又は嵩)は、第1温度及び第2温度の間の所望の温度差を維持するように選択されてよい。熱伝導バリア224についての更なる詳細については、図2Bを参照しながら後述される。
図示されるように、光学電子モジュール200-1は幅W及び長さLo及びLeに関連付けられる。具体的には、Loは光モジュール202の光モジュールコンタクト領域203の長さであり、Leは電子モジュール204の電子モジュールコンタクト領域205の長さである。光モジュールコンタクト領域203及び電子モジュールコンタクト領域205は共通する幅Wを有するように図示されているが、一形態では、光モジュールコンタクト領域203及び電子モジュールコンタクト領域205は異なる幅を有してもよいことに、留意を要する。
図2Bでは、光学電子モジュール200-2の一形態のうち選択された要素のブロック図が示されている。光学電子モジュール200-2は概略的な説明として示されており、寸法を描いたものではない。図2Bにおいて、光学電子モジュール200-2は、ハウジング208についての側断面図により示され、図2Aに示される光学電子モジュール200-1に対応する。図2Bには、光ヒートシンク210と電子ヒートシンク212との間の放射バリアも見えており、放射バリア228は、光ヒートシンク210と電子ヒートシンク212との間の熱伝導を抑制又は軽減するように収容部又はケージ(cage)219に搭載される。
図2Bにおいて、光学電子モジュール200-2はケージ219(部分的に示されている)内の配置場所に示されており、ケージ219は機械的に高精度な仕方でハウジング208を受けるための固定される器であってもよい。所定の形態において、ハウジング208とケージ219との間の機械的な界面間の熱的損失を減らすために、熱的介在物のような熱伝導材料が、ハウジング208の外部表面又はケージ219の内部表面に使用されてもよい。特定の実施形態(図示せず)において、光ヒートシンク210及び電子ヒートシンク212は、金属のような伝導材料で形成されるケージ219の外部表面上に固定されてもよい。光ヒートシンク210及び電子ヒートシンク212は、熱接着を利用してケージ219に固定され、或いは、熱的介在物のような熱伝導材料を利用してケージ219に機械的に結合され、ケージ219の外部表面における熱損失を減らしてもよい。このように、光学電子モジュール200-2がケージ219の中に挿入される場合、ハウジング208はケージ219に対して正確な機械的及び熱的な接触を行い、光モジュール202及び電子モジュール204が、それぞれ光ヒートシンク210及び電子ヒートシンク212を利用して熱を効果的に散逸させることを可能にする。
図2Bに示される形態において、光ヒートシンク210及び電子ヒートシンク212は、いわゆる「乗っている」ヒートシンク(riding heatsink)であり、ケージ219は、(長さLoを有する)光モジュールコンタクト領域203に対応する第1開口と、(長さLeを有する)電子モジュールコンタクト領域205に対応する第2開口とを有する。第1開口を通じて、光ヒートシンク210は、ケージ219の内部表面と同一平面で重なるように搭載され、光モジュール202の場所においてハウジング208の外部表面に接触する。第2開口を通じて、電子ヒートシンク212は、ケージ219の内部表面と同一平面で重なるように搭載され、電子モジュール204の場所においてハウジング208の外部表面に接触する。 十分な熱的接触を可能にするために、光ヒートシンク210及び電子ヒートシンク212は、スプリング又はレバー又はそれらの組み合わせ(図示せず)のような保持要素とともに搭載され、保持要素はハウジング208との接触の際に下方に向かう力をもたらす。
図2Bでは、光モジュール202の更なる詳細が光学電子モジュール200-2の中に見えている。具体的には、光モジュール202は、PCB220-1及び光コンポーネント214を有するように示され、それらはハウジング208内に収容される。光コンポーネント214はPCB220-1において動作するように搭載される。様々な形態において、光コンポーネント214は、光送信器、光受信器、フォトダイオード、レーザキャビティ、フォトトランジスタ、又は、その他の光学コンポーネントを表現してもよい。一実施形態において、PCB220-1は、追加的な電子的又は光学的なコンポーネント(図示せず)を搭載していてもよい。図示されるように、光コンポーネント214はハウジング208に熱的及び機械的に結合され、ケージ219内に挿入される場合、ハウジング208を介して光コンポーネント214に対応する光モジュールコンタクト領域203において光ヒートシンク210に熱的及び機械的に結合される。別の形態(図示せず)では、光ヒートシンク210は、動作の際に光コンポーネント214からの熱を散逸させるために、光コンポーネント214に直接的に取り付けられてもよい。
図2Bの光モジュール202において、PCB220-1は様々な手段(図示せず)を利用してハウジング208内に固定されてもよい。或る形態では、PCB220-1は表面208-2の内側部分でハウジング208に取り付けられてもよい。図示されるように、PCB220-1は相互接続部226に結合され、相互接続部226は、PCB220-1と電子モジュール204のPCB220-2との間の電子接続(例えばガルバニック接続(galvanic connections))を提供する。特定の形態において、相互接続部226の少なくとも一部は、フレキシブル基板上にガルバニック経路を有するフレキシブル印刷回路基板を用いて実現されてもよい。相互接続部226は、PCB220-1及びPCB220-2の間の物理的な接続を提供するので、相互接続部226は、例えば、長さ又は幅などに関して物理的に小さな寸法を持たせ、PCB220-1及びPCB220-2の間の熱伝導を最小限に維持することにより、低熱伝導性を有するように選択されてもよい。正面208-2において、PCB220-1は、光学電子モジュール200-2に対する外的な光接続を可能にする光コネクタを含んでもよい。
光学電子モジュール200-2において示されるように、光モジュール202及び電子モジュール204の間には、一形態における熱伝導バリア224が側断面として見えている。図示されるように、熱伝導バリア224は、相互接続部226が貫通する開口を設けている。熱伝導バリア224における開口の幅は、光モジュール202及び電子モジュール204の間の熱伝導を最小化するように、相互接続部226の幅に対応するように選択されてよいことに、留意を要する。
光学電子モジュール200-2においては、電子モジュール204がPCB220-2及び電子コンポーネント200-2を有するように示され、それらはハウジング208内に収容される。電子コンポーネント216はPCB220-2における動作のために搭載されてよい。様々な形態において、電子コンポーネント216は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、ディジタル信号プロセッサ(DSP)、特定用途向け集積回路(ASIC)、又は、その他の任意のディジタル又はアナログ回路を表現してよい。一形態において、PCB220-2は、追加的な電子的又は光学的なコンポーネント(図示せず)を搭載してもよい。一形態において、電子コンポーネント216は、プログラム命令を解釈又は実行し、メモリに保存されるデータを処理してもよく、データは電子モジュールとともに包含されてもよい。図示されるように、電子コンポーネント216は、伝導要素であってよいスペーサ218を介してハウジング208に熱的及び機械的に結合される。光学電子モジュール200-2がケージ219内に挿入される場合、電子コンポーネント216は、ハウジング208を介して電子コンポーネント216に対応する電子モジュールコンタクト領域205において(スペーサ218を介して)電子ヒートシンク212に熱的及び機械的に結合される。(不図示の)他の実施形態において、電子ヒートシンク212は、動作の際に電子コンポーネント216からの熱を散逸させるために、電子コンポーネント216、スペーサ218に直接的に取り付けられてもよい。
図示されるように、PCB220-2は様々な手段(図示せず)を用いてハウジング208に固定されてよい。或る形態では、PCB220-2は、表面208-1の内側部分においてハウジング208に取り付けられる。図示されるように、PCB220-2は、上述したように、PCB220-1と同様な方法で相互接続部226に取り付けられる。
光学電子モジュール200が単独のサーマルゾーンを使って冷却される場合、熱流Qは次の数式1及び数式2により与えられる：
Figure 0006607028
数式1において、熱流Qは光学電子モジュール200により分散される総熱量(ワット[W])であり、Tcは単独のヒートシンクで冷却される表面上の温度(摂氏度数[°C])であり、Taは周囲温度[°C]であり、Rは冷却される表面と単独のヒートシンクとの間の熱抵抗[°C/W]である。一定の温度を維持するために、熱流Qは数式2を満たし、Poは光モジュール202のパワー散逸度[W]であり、Peは電子モジュール204のパワー散逸度[W]である。一般に、ある領域に対する熱抵抗Rは次の数式3により与えられる：
Figure 0006607028
数式3において、Rは熱抵抗[°C/W]であり、hは材料依存性の熱伝導係数[W/(°C*m2)]であり、Lは領域の長さであり、Wは領域の幅である。数式1-3から、単独のサーマルゾーンに関し、熱流QはL*Wにより与えられる総面積に依存することが明らかである。単独のサーマルゾーンの場合、熱流Qは光モジュール202及び電子モジュール204の双方からの寄与を含むので、総面積L*Wは、所与の(Tc-Ta)及びRの値に関するPo及びPeの総和に依存する。
本開示の一形態によれば、光学電子モジュール200は2つのサーマルゾーンを用いて冷却されてもよく、サーマルゾーンに対する熱流は以下の数式4及び数式5により与えられる：
Figure 0006607028
数式4において、Qoは光モジュール202の熱流であり、Poに等しく、Tc,oは光ヒートシンク210により冷却される光モジュール202の温度であり、Roは光モジュール202及び光ヒートシンク210の間の熱抵抗である。数式5において、Qeは電子モジュール204の熱流であり、Peに等しく、Tc,eは電子ヒートシンク212により冷却される電子モジュール204の温度であり、Reは電子モジュール204及び電子ヒートシンク212の間の熱抵抗である。更に、2つのサーマルゾーンに関し、熱抵抗は以下の数式6及び数式7により与えられる：
Figure 0006607028
数式6において、Roは光ヒートシンク210に関する熱抵抗であり、hoは光ヒートシンク210に対する熱伝導係数である。数式7において、Reは電子ヒートシンク212に関する熱抵抗であり、heは電子ヒートシンク212に対する熱伝導係数である。光モジュール202及び電子モジュール204に関して幅Wが共通し(We=Wo)及びTc,o=Tc,e であると仮定すると、同一温度における光モジュール202及び電子モジュール204に対する各自のパワー散逸度は以下の数式8により与えられ、これは上記の仮定の下での長さLe及びLoを規定する。
Figure 0006607028
本開示の実施形態によれば、光モジュール202及び電子モジュール204は、異なる動作温度又は異なる最大動作温度を有してよい。例えば、電子モジュール204は、光モジュール202よりも高い動作温度に耐えられるかもしれない。すなわち、Tc,eはTc,oより大きくてもよい。しかしながら、Tc,eが増加する場合に、数式5においてQe及びPeを一定に維持するために、Leを減少させることにより、Reが増やされてもよい。従って、2つのサーマルゾーンが異なる温度で動作する場合(Tc,o≠Tc,e)、数式8はもはや適用できず、数式8と比較して、Leの更なる削減が可能である。数式4-7に基づいて、(Tc,o≠Tc,e)である場合に適切なLeの変化は、以下の数式9により与えられる：
Figure 0006607028
数式9において、Le1はTc,o=Tc,eである場合の数式8に基づく電子モジュールコンタクト領域205の長さであり、Le2はTc,o≠Tc,eである場合の電子モジュールコンタクト領域205の長さである。
光学電子モジュール200の長さの短縮が、数式9に基づく具体例とともに示される。具体例では、光モジュール202に関し、以下の値が与えられている：Po=10W；Tc,o=75°C; Lo=25mm。この例では、電子モジュール204に関し、以下の値が与えられている：Pe=20W：Tc,e=105°C；Le1=50mm。この例では、Taは45°Cのように与えられている。数式9を具体例に適用すると、Le1/Le2=(105°C -45°C)/(75°C -45°C)=2が得られ、従って、Le2=25mmである。光学電子モジュール200に2つのサーマルゾーンがあるこの例では、電子モジュールコンタクト領域205の長さは約50mmから約25mmへ短縮され、光学電子モジュール200の全体的な長さは、約2倍削減される(約1/2になる)。
本願で開示されるように、光ネットワーキングで使用される光学電子モジュールは、2つの異なるサーマルゾーンを用いて実現されてよい。第1サーマルゾーンは、第1温度において、光モジュールに関して使用される。第2サーマルゾーンは、第2温度において、電子モジュールに関して使用される。第1温度は第2温度と異なっていてもよい。その結果、電子モジュールの物理的寸法は、光学電子モジュールに単独のサーマルゾーンしか使用しない場合と比較して削減される。
上記に開示される対象事項は、例示的でありかつ限定ではないと考えられるべきであり、添付の特許請求の範囲は、本開示の真の精神及び範囲内に属する全ての修正、改善及びその他の形態を包含するように意図される。従って、法律上許容される最も広い範囲で、本開示の範囲は、特許請求の範囲の請求項及びそれらの均等物の許容可能な最も広い解釈により決定されるべきであり、上記の詳細な説明に限定も制限もされてはならない。
以上の実施の形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記1）
光学電子モジュールであって：
第1ヒートシンクのための第1コンタクト領域；及び
前記第1コンタクト領域を介して、前記第1ヒートシンクにより熱を分散させる第1回路基板；
を有する光モジュール；
第2ヒートシンクのための第2コンタクト領域；及び
前記第2コンタクト領域を介して、前記第2ヒートシンクにより熱を分散させる第2回路基板；
を有する電子モジュール；並びに
前記第1回路基板及び前記第2回路基板を包囲するハウジングであって、前記第1回路基板を前記第2回路基板から熱的に分離する熱伝導バリアを含む、ハウジング；
を有し、前記第1ヒートシンクは第1温度で動作し、前記第2ヒートシンクは前記第1温度とは異なる第2温度で動作する、光学電子モジュール。
（付記2）
前記第1回路基板及び前記第2回路基板の間に、前記熱伝導バリアを貫通する相互接続部を更に有する付記1に記載の光学電子モジュール。
（付記3）
前記相互接続部はフレキシブル回路基板である、付記2に記載の光学電子モジュール。
（付記4）
前記相互接続部は、前記第1回路基板及び前記第2回路基板の間にガルバニック接続を含む、付記2に記載の光学電子モジュール。
（付記5）
前記第1ヒートシンク及び前記第2ヒートシンクの間に配置される放射バリア；
前記第1ヒートシンク；及び
前記第2ヒートシンク；
を有する付記1に記載の光学電子モジュール。
（付記6）
前記第1ヒートシンク、前記第2ヒートシンク及び放射バリアは、動作時に前記ハウジングが挿入されるケージに搭載される、付記4に記載の光学電子モジュール。
（付記7）
前記第1回路基板が、
光送信器；及び
光受信器；
のうちの少なくとも何れかを含む、付記1に記載の光学電子モジュール。
（付記8）
前記第2回路基板は、前記第2ヒートシンクに機械的に結合される集積回路を含む、付記1に記載の光学電子モジュール。
（付記9）
前記集積回路は特定用途向け集積回路である、付記8に記載の光学電子モジュール。
（付記10）
前記第2温度は前記第1温度より高い、付記1に記載の光学電子モジュール。
（付記11）
前記第2ヒートシンクは前記第1ヒートシンクより多くの熱を分散する、付記1に記載の光学電子モジュール。
（付記12）
前記第1回路基板は光コネクタを含み、前記第2回路基板は電子コネクタを含む、付記1に記載の光学電子モジュール。
（付記13）
前記光コネクタ及び前記電子コネクタは、ハウジングの反対側の面からアクセス可能なプラグ着脱可能なコネクタである、付記12に記載の光学電子モジュール。
（付記14）
前記電子コネクタはディジタル信号接続を含む、付記12に記載の光学電子モジュール。
（付記15）
前記第1コンタクト領域は第1長さを有し、前記第2コンタクト領域は第2長さを有し、前記第2長さは前記電子モジュールのパワー分散度に基づいて選択される、付記1に記載の光学電子モジュール。
（付記16）
光ネットワークであって：
第1ヒートシンクのための第1コンタクト領域；及び
前記第1コンタクト領域を介して、前記第1ヒートシンクにより熱を分散させる第1回路基板；
を有する光モジュール；
第2ヒートシンクのための第2コンタクト領域；及び
前記第2コンタクト領域を介して、前記第2ヒートシンクにより熱を分散させる第2回路基板；
を有する電子モジュール；並びに
前記第1回路基板及び前記第2回路基板を包囲するハウジングであって、前記第1回路基板を前記第2回路基板から熱的に分離する熱伝導バリアを含む、ハウジング；
を有する光学電子モジュールと；
前記第1回路基板及び前記第2回路基板の間に、前記熱伝導バリアを貫通する相互接続部と；
を有し、前記第1ヒートシンクは第1温度で動作し、前記第2ヒートシンクは前記第1温度とは異なる第2温度で動作する、光ネットワーク。
（付記17）
前記相互接続部はフレキシブル回路基板であり、前記相互接続部は、前記第1回路基板及び前記第2回路基板の間にガルバニック接続を含む、付記16に記載の光ネットワーク。
（付記18）
当該光ネットワークが、前記第1ヒートシンク及び前記第2ヒートシンクの間に配置される放射バリアを更に有し、前記第2温度は前記第1温度より高く、前記第2ヒートシンクは前記第1ヒートシンクより多くの熱を分散する、付記16に記載の光ネットワーク。
（付記19）
前記第1回路基板は光コネクタを含み、前記第2回路基板は電子コネクタを含み、前記光コネクタ及び前記電子コネクタは、ハウジングの反対側の面からアクセス可能なプラグ着脱可能なコネクタであり、前記電子コネクタはディジタル信号接続を含む、付記16に記載の光ネットワーク。
（付記20）
前記第1コンタクト領域は第1長さを有し、前記第2コンタクト領域は第2長さを有し、前記第2長さは前記電子モジュールのパワー分散度に基づいて選択される、付記16に記載の光ネットワーク。
101：光ネットワーク
102：送信器
104：マルチプレクサ
105：デマルチプレクサ
106：光ファイバ
108：光増幅器
110：光分岐挿入マルチプレクサ
112：受信器

Claims (20)

  1. 光学電子モジュールであって：
    第1ヒートシンクのための第1コンタクト領域；及び
    前記第1コンタクト領域を介して、前記第1ヒートシンクにより熱を分散させる第1回路基板；
    を有する光モジュール；
    第2ヒートシンクのための第2コンタクト領域；及び
    前記第2コンタクト領域を介して、前記第2ヒートシンクにより熱を分散させる第2回路基板；
    を有する電子モジュール；並びに
    前記第1回路基板及び前記第2回路基板を包囲するハウジングであって、水平方向に配置される前記第1回路基板及び前記第2回路基板に対して直角の角度をなして、前記第1回路基板を前記第2回路基板から熱的及び空間的に分離する熱伝導バリアを含む、ハウジング；
    を有し、前記第1ヒートシンクは第1温度で動作し、前記第2ヒートシンクは前記第1温度とは異なる第2温度で動作する、光学電子モジュール。
  2. 前記第1回路基板及び前記第2回路基板の間に、前記熱伝導バリアを貫通する相互接続部を更に有する請求項1に記載の光学電子モジュール。
  3. 前記相互接続部はフレキシブル回路基板である、請求項2に記載の光学電子モジュール。
  4. 前記相互接続部は、前記第1回路基板及び前記第2回路基板の間に電子接続を含む、請求項2に記載の光学電子モジュール。
  5. 前記第1ヒートシンク及び前記第2ヒートシンクの間に配置される放射バリア；
    前記第1ヒートシンク；及び
    前記第2ヒートシンク；
    を有する請求項1に記載の光学電子モジュール。
  6. 前記第1ヒートシンク、前記第2ヒートシンク及び前記放射バリアは、動作時に前記ハウジングが挿入されるケージに搭載される、請求項5に記載の光学電子モジュール。
  7. 前記第1回路基板が、
    光送信器；及び
    光受信器；
    のうちの少なくとも何れかを含む、請求項1に記載の光学電子モジュール。
  8. 前記第2回路基板は、前記第2ヒートシンクに機械的に結合される集積回路を含む、請求項1に記載の光学電子モジュール。
  9. 前記集積回路は特定用途向け集積回路である、請求項8に記載の光学電子モジュール。
  10. 前記第2温度は前記第1温度より高い、請求項1に記載の光学電子モジュール。
  11. 前記第2ヒートシンクは前記第1ヒートシンクより多くの熱を分散する、請求項1に記載の光学電子モジュール。
  12. 前記第1回路基板は光コネクタを含み、前記第2回路基板は電子コネクタを含む、請求項1に記載の光学電子モジュール。
  13. 前記光コネクタ及び前記電子コネクタは、ハウジングの反対側の面からアクセス可能なプラグ着脱可能なコネクタである、請求項12に記載の光学電子モジュール。
  14. 前記電子コネクタはディジタル信号接続を含む、請求項12に記載の光学電子モジュール。
  15. 前記第1コンタクト領域は第1長さを有し、前記第2コンタクト領域は第2長さを有し、前記第2長さは前記電子モジュールのパワー分散度に基づいて選択される、請求項1に記載の光学電子モジュール。
  16. 光ネットワークであって：
    第1ヒートシンクのための第1コンタクト領域；及び
    前記第1コンタクト領域を介して、前記第1ヒートシンクにより熱を分散させる第1回路基板；
    を有する光モジュール；
    第2ヒートシンクのための第2コンタクト領域；及び
    前記第2コンタクト領域を介して、前記第2ヒートシンクにより熱を分散させる第2回路基板；
    を有する電子モジュール；並びに
    前記第1回路基板及び前記第2回路基板を包囲するハウジングであって、水平方向に配置される前記第1回路基板及び前記第2回路基板に対して直角の角度をなして、前記第1回路基板を前記第2回路基板から熱的及び空間的に分離する熱伝導バリアを含む、ハウジング；
    を有する光学電子モジュールと；
    前記第1回路基板及び前記第2回路基板の間に、前記熱伝導バリアを貫通する相互接続部と；
    を有し、前記第1ヒートシンクは第1温度で動作し、前記第2ヒートシンクは前記第1温度とは異なる第2温度で動作する、光ネットワーク。
  17. 前記相互接続部はフレキシブル回路基板であり、前記相互接続部は、前記第1回路基板及び前記第2回路基板の間に電子接続を含む、請求項16に記載の光ネットワーク。
  18. 当該光ネットワークが、前記第1ヒートシンク及び前記第2ヒートシンクの間に配置される放射バリアを更に有し、前記第2温度は前記第1温度より高く、前記第2ヒートシンクは前記第1ヒートシンクより多くの熱を分散する、請求項16に記載の光ネットワーク。
  19. 前記第1回路基板は光コネクタを含み、前記第2回路基板は電子コネクタを含み、前記光コネクタ及び前記電子コネクタは、ハウジングの反対側の面からアクセス可能なプラグ着脱可能なコネクタであり、前記電子コネクタはディジタル信号接続を含む、請求項16に記載の光ネットワーク。
  20. 前記第1コンタクト領域は第1長さを有し、前記第2コンタクト領域は第2長さを有し、前記第2長さは前記電子モジュールのパワー分散度に基づいて選択される、請求項16に記載の光ネットワーク。
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