JP6729987B1 - 光通信用デバイス及び送信モジュール - Google Patents

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Abstract

光を出力するレーザダイオード(11)と、カソード(12a)とアノード(12b)とを有しており、カソード(12a)とアノード(12b)との間に印加された高周波信号に応じて、レーザダイオード(11)から出力された光を変調するEA変調器(12)と、カソード(12a)とアノード(12b)との間に接続されている抵抗(13)と、抵抗(13)と直列に接続されており、インダクタンス成分を有するパターン線路(14)とを備え、レーザダイオード(11)及びEA変調器(12)のそれぞれが、高周波線路基板(10)の表面(10a)又は高周波線路基板(1)の裏面(10b)に形成されており、パターン線路(14)が、高周波線路基板(1)の側面(10c)に形成されているように、光通信用デバイス(1)を構成した。

Description

この発明は、高周波信号に応じて、レーザダイオードから出力された光を変調する電界吸収型変調器を備える光通信用デバイス及び送信モジュールに関するものである。
以下の特許文献1には、高周波伝送線路とEML(Electroabsorption Modulator integrated with DFB Laser)とが組み合わせられた光回路が開示されている。EMLは、光を変調する電界吸収型変調器(以下、「EA変調器」と称する)を集積している分布帰還型レーザである。
特許文献1に開示されている高周波伝送線路は、EA変調器の電極であるEA部と並列に接続されている高インピーダンス線路部を備えている。
特開2016−181543号公報
特許文献1に開示されている高インピーダンス線路部は、インダクタンス成分を有している。特許文献1に開示されている高インピーダンス線路部が有するインダクタンス成分は、EA変調器における信号の通過帯域の拡大に寄与する。
しかし、高インピーダンス線路部は、高周波伝送線路が有する複数の平面のうち、EA部等が形成されている平面と同一の平面に形成されているため、EA部等が形成されている平面の面積が大きくなってしまうという課題があった。
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、高周波線路基板の表面面積又は高周波線路基板の裏面面積を大きくすることなく、EA変調器における信号の通過帯域を拡大することができる光通信用デバイス及び送信モジュールを得ることを目的とする。
この発明に係る光通信用デバイスは、光を出力するレーザダイオードと、カソードとアノードとを有しており、カソードとアノードとの間に印加された高周波信号に応じて、レーザダイオードから出力された光を変調する電界吸収型変調器と、カソードとアノードとの間に接続されている抵抗と、抵抗と直列に接続されており、インダクタンス成分を有するパターン線路とを備え、レーザダイオード及び電界吸収型変調器のそれぞれが、高周波線路基板の表面又は高周波線路基板の裏面に形成されており、パターン線路が、高周波線路基板の側面に形成されているようにしたものである。
この発明によれば、レーザダイオード及び電界吸収型変調器のそれぞれが、高周波線路基板の表面又は高周波線路基板の裏面に形成されており、パターン線路が、高周波線路基板の側面に形成されているように、光通信用デバイスを構成した。したがって、この発明に係る光通信用デバイスは、高周波線路基板の表面面積又は高周波線路基板の裏面面積を大きくすることなく、EA変調器における信号の通過帯域を拡大することができる。
実施の形態1に係る光通信用デバイス1を備える送信モジュールを示す構成図である。 実施の形態1に係る光通信用デバイス1を示す斜視図である。 実施の形態1に係る光通信用デバイス1を示す等価回路である。 図2に示す光通信用デバイス1が備えるEA変調器12における信号の通過帯域のシミュレーション結果を示す説明図である。 図5Aは、光通信用デバイス1における第2の側面10e及び側面10fが見えるように記載されている、実施の形態2に係る光通信用デバイス1を示す斜視図、図5Bは、光通信用デバイス1における第1の側面10d及び側面10fが見えるように記載されている、実施の形態2に係る光通信用デバイス1を示す斜視図である。 実施の形態3に係る光通信用デバイス1を示す斜視図である。 実施の形態3に係る光通信用デバイス1を示す等価回路である。 抵抗13のインピーダンスが35Ω、50Ω又は60Ωである場合のEA変調器12における信号の通過帯域のシミュレーション結果を示す説明図である。
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る光通信用デバイス1を備える送信モジュールを示す構成図である。
図2は、実施の形態1に係る光通信用デバイス1を示す斜視図である。
図3は、実施の形態1に係る光通信用デバイス1を示す等価回路である。図3に示す等価回路には、光通信用デバイス1のレーザダイオード11が含まれていない。
図1から図3において、送信モジュールは、光通信用デバイス1を備えており、光通信用デバイス1が備える電界吸収型変調器(以下、「EA変調器」と称する)12により変調された光を送信する。
光通信用デバイス1は、レーザダイオード11、EA変調器12、抵抗13、パターン線路14、信号線路21、グランド22及び導波路23を備えている。
EML2は、変調した光を出力するデバイスであり、レーザダイオード11とEA変調器12とが一体的に形成されている。
図2に示す光通信用デバイス1では、レーザダイオード11とEA変調器12とが一体的に形成されているEML2を示している。しかし、レーザダイオード11とEA変調器12とが一体的に形成されているものに限るものではなく、レーザダイオード11とEA変調器12とが別々のハードウェアであってもよい。
高周波線路基板10は、光通信用デバイス1を実装している基板である。
光通信用デバイス1に含まれる構成要素のうち、レーザダイオード11、EA変調器12、抵抗13、信号線路21、グランド22及び導波路23のそれぞれは、高周波線路基板10の表面10aに形成されている。
図1に示す光通信用デバイス1では、レーザダイオード11、EA変調器12、抵抗13、信号線路21、グランド22及び導波路23のそれぞれが、高周波線路基板10の表面10aに形成されている。しかし、これは一例に過ぎず、レーザダイオード11、EA変調器12、抵抗13、信号線路21、グランド22及び導波路23のそれぞれが、高周波線路基板10の裏面10bに形成されているものであってもよい。
光通信用デバイス1に含まれる構成要素のうち、パターン線路14は、高周波線路基板10の側面10cに形成されている。
なお、抵抗13は、高周波線路基板10の表面10a又は裏面10bではなく、高周波線路基板10の側面10cに形成されていてもよい。
レーザダイオード11は、プラス側の電極11aと、図示していないマイナス側の電極とを有している。
レーザダイオード11は、プラス側の電極11aとマイナス側の電極との間に、順方向の電圧が印加されると、レーザ光(以下、「光」と称する)を出力する。
レーザダイオード11から出力された光は、導波路23を介して、EA変調器12に到達する。
EA変調器12は、カソード12aとアノード12bとを有している。
カソード12aは、高周波信号であるシングルエンド信号を伝送する信号線路21及びパターン線路14の他端のそれぞれと接続されている。
アノード12bは、グランド22及び抵抗13の一端のそれぞれと接続されている。
カソード12aとアノード12bとは、レーザダイオード11から出力された光が通る導波路23を互いに挟む位置に配置されている。
EA変調器12は、カソード12aとアノード12bとの間に印加された高周波信号に応じて、レーザダイオード11から出力された光を変調する。
EA変調器12は、高周波信号の信号レベルが、Hレベルであれば、レーザダイオード11から出力された光を吸収する。したがって、レーザダイオード11から出力された光は、EA変調器12を通過しないため、光通信用デバイス1の外部に光が出力されない。Hレベルの信号レベルは、例えば1.5[V]の電圧である。
一方、EA変調器12は、高周波信号の信号レベルが、Lレベルであれば、レーザダイオード11から出力された光を吸収しない。したがって、レーザダイオード11から出力された光は、EA変調器12を通過するため、光通信用デバイス1の外部に光が出力される。Lレベルの信号レベルは、例えば0[V]の電圧である。
抵抗13は、カソード12aとアノード12bとの間に接続されている。具体的には、抵抗13の一端は、アノード12b及びグランド22のそれぞれと接続されており、抵抗13の他端は、パターン線路14の一端と接続されている。
抵抗13は、カソード12aから、光通信用デバイス1の外部を見たインピーダンスとの整合を図るための終端抵抗である。
パターン線路14は、抵抗13と直列に接続されている。具体的には、パターン線路14の一端は、抵抗13の他端と接続されており、パターン線路14の他端は、カソード12a及び信号線路21のそれぞれと接続されている。
パターン線路14は、例えば、複数の箇所が略直角に折れ曲がっている導体の線路であり、インダクタンス成分を有している。
信号線路21は、EA変調器12のカソード12a及びパターン線路14の他端のそれぞれと接続されている。
信号線路21は、高周波信号をカソード12aまで伝送するための線路である。
グランド22は、EA変調器12のアノード12b及び抵抗13の一端のそれぞれと接続されている。
導波路23は、カソード12aとアノード12bとの間に配置されており、レーザダイオード11から出力された光が通過する。
次に、図2に示す光通信用デバイス1の動作について説明する。
レーザダイオード11は、プラス側の電極11aとマイナス側の電極との間に、順方向の電圧が印加されると、EA変調器12に向けて光を出力する。
レーザダイオード11から出力された光は、導波路23を介して、EA変調器12に到達する。
信号線路21は、高周波信号をEA変調器12のカソード12aまで伝送する。
EA変調器12は、高周波信号の信号レベルがHレベルであれば、レーザダイオード11から出力された光を吸収する。したがって、レーザダイオード11から出力された光は、EA変調器12を通過しないため、光通信用デバイス1の外部に光が出力されない。
EA変調器12は、高周波信号の信号レベルがLレベルであれば、レーザダイオード11から出力された光を吸収しない。したがって、レーザダイオード11から出力された光は、EA変調器12を通過するため、光通信用デバイス1の外部に光が出力される。
EA変調器12は、電極として、カソード12aとアノード12bと有しており、カソード12aとアノード12bとは、互いに向き合うように配置されているため、EA変調器12は、コンデンサとみなすことができる。
図2に示す光通信用デバイス1では、図3に示すように、コンデンサとみなすことができるEA変調器12と、インダクタンス成分を有するパターン線路14とが並列に接続されているため、EA変調器12の信号の通過特性にピーキングが発生する。
図2に示す光通信用デバイス1では、EA変調器12の信号の通過特性にピーキングが発生するため、EA変調器12における信号の通過帯域が、インダクタンス成分が並列に接続されていないEA変調器における信号の通過帯域よりも拡大する。
図4は、図2に示す光通信用デバイス1が備えるEA変調器12における信号の通過帯域のシミュレーション結果を示す説明図である。
図4において、横軸は、高周波信号の周波数[GHz]であり、縦軸は、信号の通過特性[dB]である。
実線は、パターン線路14が並列に接続されているEA変調器12における信号の通過帯域のシミュレーション結果を示している。
破線は、パターン線路14が並列に接続されていないEA変調器における信号の通過帯域のシミュレーション結果を示している。
図4の例では、0[GHz]から50[GHz]の周波数に亘って、パターン線路14が並列に接続されているEA変調器12の方が、パターン線路14が並列に接続されていないEA変調器よりも、信号の通過特性[dB]が高くなっている。
例えば、信号の通過特性[dB]が−3[dB]以上の帯域が、使用可能な帯域であるとすれば、パターン線路14が並列に接続されていないEA変調器の使用可能な帯域は、0[GHz]から約27[GHz]の周波数の範囲である。
一方、パターン線路14が並列に接続されているEA変調器12の使用可能な帯域は、0[GHz]から約40[GHz]の周波数の範囲である。
したがって、パターン線路14が並列に接続されているEA変調器12は、パターン線路14が並列に接続されていないEA変調器よりも、信号の通過帯域が広くなっている。
以上の実施の形態1では、レーザダイオード11及びEA変調器12のそれぞれが、高周波線路基板10の表面10a又は高周波線路基板10の裏面10bに形成されており、パターン線路14が、高周波線路基板10の側面10cに形成されているように、光通信用デバイス1を構成した。したがって、光通信用デバイス1は、高周波線路基板10の表面10aの面積、又は、高周波線路基板10の裏面10bの面積を大きくすることなく、EA変調器12における信号の通過帯域を拡大することができる。
実施の形態2.
実施の形態1の光通信用デバイス1では、EA変調器12のカソード12aとアノード12bとの間に印加される高周波信号がシングルエンド信号であるものを示している。
実施の形態2では、EA変調器12のカソード12aとアノード12bとの間に印加される高周波信号が差動信号である光通信用デバイス1について説明する。
図5は、実施の形態2に係る光通信用デバイス1を示す斜視図である。
図5Aは、高周波線路基板10が有する4つの側面のうち、光通信用デバイス1における第2の側面10e及び側面10fが見えるように記載されている。
図5Bは、高周波線路基板10が有する4つの側面のうち、光通信用デバイス1における第1の側面10d及び側面10fが見えるように記載されている。
図5A及び図5Bにおいて、図2と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
図5A及び図5Bに示す光通信用デバイス1は、図2に示すパターン線路14として、高周波線路基板1における第1の側面10dに形成されている第1のパターン線路14aと、前記高周波線路基板における第2の側面10eに形成されている第2のパターン線路14bとを含んでいる。
第1のパターン線路14aの一端は、抵抗13の一端と接続されており、第1のパターン線路14aの他端は、カソード12a及び信号線路21aのそれぞれと接続されている。
第1のパターン線路14aは、高周波線路基板10の第1の側面10dに形成されている。
第1のパターン線路14aは、例えば、複数の箇所が略直角に折れ曲がっている導体の線路であり、インダクタンス成分を有している。
なお、図2に示す光通信用デバイス1では、抵抗13の他端が、パターン線路14の一端と接続されているが、図5A及び図5Bに示す光通信用デバイス1では、説明の便宜上、抵抗13の一端が、第1のパターン線路14aの一端と接続されているとしている。
第2のパターン線路14bの一端は、アノード12b及び信号線路21bのそれぞれと接続されており、第2のパターン線路14bの他端は、抵抗13の他端と接続されている。
第2のパターン線路14bは、高周波線路基板10の第2の側面10eに形成されている。
第2のパターン線路14bは、例えば、複数の箇所が略直角に折れ曲がっている導体の線路であり、インダクタンス成分を有している。
信号線路21aは、EA変調器12のカソード12a及び第1のパターン線路14aの他端のそれぞれと接続されている。
信号線路21aは、高周波信号である差動信号のうちの一方の信号をカソード12aまで伝送するための線路である。
信号線路21bは、EA変調器12のアノード12b及び第2のパターン線路14bの一端のそれぞれと接続されている。
信号線路21aは、高周波信号である差動信号のうちの他方の信号をアノード12bまで伝送するための線路である。
レーザダイオード11は、カソード15aとアノード15bとを有している。
レーザダイオード11は、アノード15bからカソード15aに一定の電流が流れるように、カソード15aとアノード15bとの間で電圧が印加されると、レーザ光を出力する。
レーザダイオード11から出力された光は、導波路23を介して、EA変調器12に到達する。
次に、図5に示す光通信用デバイス1の動作について説明する。
レーザダイオード11は、アノード15bからカソード15aに一定の電流が流れるように、カソード15aとアノード15bとの間で電圧が印加されると、EA変調器12に向けて光を出力する。
レーザダイオード11から出力された光は、導波路23を介して、EA変調器12まで到達する。
信号線路21aは、高周波信号である差動信号のうち、極性がプラスの信号をカソード12aまで伝送する。
信号線路21bは、高周波信号である差動信号のうち、極性がマイナスの信号をアノード12bまで伝送する。
EA変調器12は、極性がプラスの信号から極性がマイナスの信号を減算した信号の信号レベルがHレベルであれば、レーザダイオード11から出力された光を吸収する。したがって、レーザダイオード11から出力された光は、EA変調器12を通過しないため、光通信用デバイス1の外部に光が出力されない。
EA変調器12は、極性がプラスの信号から極性がマイナスの信号を減算した信号の信号レベルがLレベルであれば、レーザダイオード11から出力された光を吸収しない。したがって、レーザダイオード11から出力された光は、EA変調器12を通過するため、光通信用デバイス1の外部に光が出力される。
以上の実施の形態2では、第1のパターン線路14aが高周波線路基板10における第1の側面10dに形成され、第2のパターン線路14bが高周波線路基板10における第2の側面10eに形成されているように、光通信用デバイス1を構成した。したがって、光通信用デバイス1は、高周波信号が差動信号である場合でも、高周波線路基板10の表面10aの面積、又は、高周波線路基板10の裏面10bの面積を大きくすることなく、EA変調器12における信号の通過帯域を拡大することができる。
実施の形態3.
実施の形態3では、抵抗13と直列に接続されているコンデンサ30を備えた光通信用デバイス1について説明する。
図6は、実施の形態3に係る光通信用デバイス1を示す斜視図である。
図7は、実施の形態3に係る光通信用デバイス1を示す等価回路である。図7に示す等価回路には、光通信用デバイス1のレーザダイオード11が含まれていない。
図6及び図7において、図2及び図3と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
光通信用デバイス1は、レーザダイオード11、EA変調器12、抵抗13、パターン線路14、信号線路21、グランド22、導波路23及びコンデンサ30を備えている。
コンデンサ30は、高周波線路基板10の表面10aに形成されている。
コンデンサ30は、抵抗13と直列に接続されている。
図6に示す光通信用デバイス1では、図7に示すように、抵抗13とパターン線路14との間にコンデンサ30が接続されている。しかし、これは一例に過ぎず、グランド22と抵抗13との間にコンデンサ30が接続されていてもよいし、パターン線路14と信号線路21との間にコンデンサ30が接続されていてもよい。
なお、レーザダイオード11、EA変調器12、抵抗13、信号線路21、グランド22及び導波路23のそれぞれが、高周波線路基板10の裏面10bに形成される場合、コンデンサ30も、高周波線路基板10の裏面10bに形成される。
次に、図6に示す光通信用デバイス1の動作について説明する。ただし、コンデンサ30以外は、図2に示す光通信用デバイス1と同様であるため、ここでは、主にコンデンサ30の動作について説明する。
EA変調器12を動作させる前に、EA変調器12の動作点を調整する必要がある場合、カソード12aとアノード12bとの間に直流バイアスを印加することがある。
図6に示す光通信用デバイス1では、抵抗13と直列にコンデンサ30が接続されているため、コンデンサ30が、抵抗13を流れる直流電流を遮断する。
したがって、図6に示す光通信用デバイス1では、EA変調器12の動作点を調整するために、カソード12aとアノード12bとの間に直流バイアスを印加した際の消費電力を低減することができる。
以上の実施の形態3では、抵抗13と直列に接続されているコンデンサ30を備えるように、光通信用デバイス1を構成した。したがって、光通信用デバイス1は、高周波線路基板10の表面10aの面積、又は、高周波線路基板10の裏面10bの面積を大きくすることなく、EA変調器12における信号の通過帯域を拡大することができるほか、EA変調器12の動作点を調整する際の消費電力を低減することができる。
実施の形態4.
実施の形態4では、抵抗13が、EA変調器12のカソード12aから光通信用デバイス1の外部を見たインピーダンスと異なるインピーダンスを有している光通信用デバイス1について説明する。
実施の形態4の光通信用デバイス1の構成は、実施の形態1の光通信用デバイス1の構成と同様に、図1である。
EA変調器12のカソード12aから光通信用デバイス1の外部を見たインピーダンスが、例えば、50Ωである場合、抵抗13が、50Ωのインピーダンスを有していれば、光通信用デバイス1の外部を見たインピーダンスとの整合を図ることができる。
一方、抵抗13のインピーダンスを50Ωと異なるインピーダンスとすれば、EA変調器12における信号の通過特性[dB]を調整することが可能である。
図8は、抵抗13のインピーダンスが35Ω、50Ω又は60Ωである場合のEA変調器12における信号の通過帯域のシミュレーション結果を示す説明図である。
図8において、破線は、抵抗13のインピーダンスが35Ωである場合のEA変調器12における信号の通過帯域のシミュレーション結果を示している。
実線は、抵抗13のインピーダンスが50Ωである場合のEA変調器12における信号の通過帯域のシミュレーション結果を示している。
一点鎖線は、抵抗13のインピーダンスが60Ωである場合のEA変調器12における信号の通過帯域のシミュレーション結果を示している。
例えば、光通信用デバイス1、又は、光通信用デバイス1を実装している送信モジュールで、高周波信号の電力に損失が生じることが想定される場合、抵抗13として、インピーダンスが50Ωの抵抗の代わりに、インピーダンスが35Ωの抵抗を用いれば、信号の通過特性[dB]を変えることができる。
抵抗13として、インピーダンスが50Ωの抵抗の代わりに、インピーダンスが35Ωの抵抗を用いれば、図8に示すように、0[GHz]から約15[GHz]の周波数帯域では、信号の通過特性[dB]が劣化する。しかし、約15[GHz]から50[GHz]の周波数帯域では、信号の通過特性[dB]を改善することができる。
また、抵抗13として、インピーダンスが50Ωの抵抗の代わりに、インピーダンスが60Ωの抵抗を用いても、0[GHz]から50[GHz]の周波数に亘って、信号の通過特性[dB]を変えることができる。
よって、光通信用デバイス1が、抵抗13として、カソード12aから光通信用デバイス1の外部を見たインピーダンスと異なるインピーダンスを有している抵抗を備えることで、高周波信号の電力に損失が生じることが想定される場合でも、所望の通過帯域が得られることがある。
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
この発明は、高周波信号に応じて、レーザダイオードから出力された光を変調する電界吸収型変調器を備える光通信用デバイス及び送信モジュールに適している。
1 光通信用デバイス、2 EML、10 高周波線路基板、10a 表面、10b 裏面、10c,10f 側面、10d 第1の側面、10e 第2の側面、11 レーザダイオード、11a 電極、12 EA変調器、12a カソード、12b アノード、13 抵抗、14 パターン線路、14a 第1のパターン線路、14b 第2のパターン線路、15a カソード、15b アノード、21,21a,21b 信号線路、22 グランド、23 導波路、30 コンデンサ。

Claims (6)

  1. 光を出力するレーザダイオードと、
    カソードとアノードとを有しており、前記アノードはグランドと同一平面内で接続され、前記カソードと前記アノードとの間に印加された高周波信号に応じて、前記レーザダイオードから出力された光を変調する電界吸収型変調器と、
    前記カソードと前記アノードとの間に接続されている抵抗と、
    前記抵抗と直列に接続されており、インダクタンス成分を有するパターン線路とを備え、
    前記レーザダイオード及び前記電界吸収型変調器のそれぞれは、高周波線路基板の表面又は前記高周波線路基板の裏面に形成されており、
    前記パターン線路は、前記グランドと直交する様に、前記高周波線路基板の側面に形成されていることを特徴とする光通信用デバイス。
  2. 記高周波信号がシングルエンド信号であることを特徴とする請求項1記載の光通信用デバイス。
  3. 前記パターン線路は、前記高周波線路基板における第1の側面に形成されている第1のパターン線路と、前記高周波線路基板における第2の側面に形成されている第2のパターン線路とを含んでおり、
    前記第1のパターン線路は、一端が前記抵抗の一端と接続され、他端が前記カソードと接続されており、
    前記第2のパターン線路は、一端が前記アノードと接続され、他端が前記抵抗の他端と接続されており、
    前記高周波信号が差動信号であることを特徴とする請求項1記載の光通信用デバイス。
  4. 前記抵抗と直列に接続されているコンデンサを備えたことを特徴とする請求項1記載の光通信用デバイス。
  5. 前記抵抗は、前記カソードから光通信用デバイスの外部を見たインピーダンスと異なるインピーダンスを有していることを特徴とする請求項1記載の光通信用デバイス。
  6. 請求項1から請求項5のうちのいずれか1項記載の光通信用デバイスを有しており、前記光通信用デバイスが備える前記電界吸収型変調器により変調された光を送信する送信モジュール。
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