JP7056247B2 - 光送受信デバイスおよび光送受信モジュール - Google Patents

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Description

本発明は、光送受信デバイスおよび光送受信デバイスを含む光送受信モジュールに係わる。
大容量通信を実現するために、光送受信デバイスの高速化の要求が高まっている。光送受信デバイスは、例えば、光信号を生成する光変調器、データ信号に応じて光変調器を駆動するドライバ回路、受信光信号を電気信号に変換する光受信回路、および光受信回路から出力される電気信号（電流信号）を電圧信号に変換するトランスインピーダンス増幅回路（ＴＩＡ：transimpedance amplifier）を備える。
光送受信デバイスは、多くのケースにおいて、光源等とともに光モジュール内に実装される。そして、光モジュールの小型化の要求が高まっている。このため、光モジュール内に実装される光送受信デバイスの小型化の要求も高まっている。
図１（ａ）は、光モジュールの一例を示す。光モジュールは、光送受信デバイスに加えて、例えば、光源およびデジタル信号処理器などを備える。光アクセスは、光ネットワークに接続するためのインタフェースに相当する。電気アクセスは、情報処理装置に接続するための電気インタフェースに相当する。
光モジュールは、例えば、多数の情報処理装置を光ネットワークに接続するための通信機器において使用される。この場合、この通信機器の中に多数の光モジュールが実装されることがある。この場合、光モジュールの幅Ｗ１を小さくすることが求められる。
図１（ｂ）は、光送受信デバイスの一例を示す。光送受信デバイス１００は、光回路領域１１０、ドライバ回路１２０、ＴＩＡ回路１３０を備える。光回路領域１１０には光集積回路が実装される。光集積回路は、変調光信号を生成する光変調器および受信光信号を電気信号に変換する光受信回路を含む。ドライバ回路１２０は、電気インタフェースを介して与えられるデータ信号に応じて光変調器を駆動する。ＴＩＡ回路１３０は、光受信回路から出力される電気信号（電流信号）を電圧信号に変換する。さらに、ドライバ回路１２０の近傍には、ドライバ回路１２０に電気的に接続される周辺回路（例えば、コンデンサ等の電気部品）が実装され、ＴＩＡ回路１３０の近傍には、ＴＩＡ回路１３０に電気的に接続される周辺回路（例えば、コンデンサ等の電気部品）が実装される。終端回路は、ドライバ回路１２０から光変調器に与えられる駆動信号を終端する。
関連技術として、特許文献１には、全二重通信を行うデータコミュニケーション用インタフェース装置が記載されている。このインタフェース装置は、光トランシーバおよび電気制御／インタフェース回路を有する。光トランシーバは、ハイブリッド光集積回路、ＬＤドライバ、およびＰＤ用光増幅器を有する。また、特許文献２～４に他の関連技術が記載されている。
特開２００２－５１０１５号公報 特開２０１５－２１６１６９号公報 米国特許公開２０１７／００４５６９７ 米国特許９６５１７５１
図１（ｂ）に示す光送受信デバイス１００は、例えば、図１（ａ）に示す光モジュールに実装される。この場合、光モジュールの小型化を図るためには、光送受信デバイス１００の幅Ｗ２を小さくすることが求められる。
本発明の１つの側面に係わる目的は、光送受信デバイスおよび光送受信デバイスが実装される光モジュールの小型化を図ることである。
本発明の１つの態様の光送受信デバイスは、矩形の光回路領域に実装される、変調光信号を生成する光変調器および受信光信号を電気信号に変換する光受信回路を含む光回路と、前記光回路領域の４つの辺のうちの第１の辺に沿って配置される、前記光変調器を駆動するドライバ回路と、前記光回路領域の４つの辺のうちの前記第１の辺に直交する第２の辺に沿って配置される、前記光受信回路の出力信号を電圧信号に変換する増幅回路と、前記ドライバ回路に電気的に接続され、前記ドライバ回路に隣接する領域に配置される第１の電気部品と、前記増幅回路に電気的に接続され、前記増幅回路に隣接する領域に配置される第２の電気部品と、を備える。
上述の態様によれば、光送受信デバイスおよび光送受信デバイスが実装される光モジュールのサイズを小さくできる。
光モジュールおよび光送受信デバイスの一例を示す図である。 本発明の実施形態に係わる光送受信デバイスの一例を示す図である。 ドライバ回路およびその周辺回路の一例を示す図である。 ＴＩＡ回路およびその周辺回路の一例を示す図である。 光送受信デバイスに実装される光回路の一例を示す図である。 光送受信デバイスが実装される光モジュールの一例を示す図である。 光送受信デバイスのパッケージへの実装の例を示す図である。 光送受信デバイスのパッケージへの実装の他の例を示す図である。 光送受信デバイスの配置のバリエーションの例を示す図である。 光送受信デバイスの配置のバリエーションを示す図（その１）である。 光送受信デバイスの配置のバリエーションを示す図（その２）である。 光送受信デバイスの配置のバリエーションを示す図（その３）である。 光送受信デバイスの配置の他のバリエーションの一例を示す図である。
図２は、本発明の実施形態に係わる光送受信デバイスの一例を示す。光送受信デバイス１は、図２に示すように、光回路領域１０に形成される光回路、ドライバ回路２０、およびＴＩＡ回路３０を備える。また、光送受信デバイス１は、光インタフェース４１、電気インタフェース４２、４３、終端回路４４を備える。
光回路領域１０の形状は、矩形である。そして、光回路領域１０には、光回路が実装される。光回路は、変調光信号を生成する光変調器１１および受信光信号を電気信号に変換する光受信回路１２を含む。なお、光変調器１１により生成される光信号は、光インタフェース４１を介して光ネットワークに出力される。また、光インタフェース４１を介して受信する光信号は、光受信回路１２に導かれる。光受信回路１２は、例えば、９０度光ハイブリッド回路および受光器を備え、受信光信号を電気信号に変換する。
ドライバ回路２０は、光回路領域１０の４つの辺のうちの１つ（以下「辺Ｓ１」）に沿って配置される。ドライバ回路２０は、光変調器１１を駆動する。すなわち、ドライバ回路２０には、電気インタフェース４２を介してデータ信号が与えられる。そうすると、ドライバ回路２０は、このデータ信号に基づいて、光変調器１１を駆動するための駆動信号を生成する。なお、駆動信号は、光回路領域に形成される信号電極を介して伝搬され、終端回路４４により終端される。
ＴＩＡ回路３０は、光回路領域１０の４つの辺のうちの辺Ｓ１に直交する他の辺（以下「辺Ｓ２」）に沿って形成される。ＴＩＡ回路３０は、光受信回路１２から出力される電気信号（電流信号）を電圧信号に変換するＴＩＡを含む。なお、ＴＩＡ回路３０により生成される電圧信号は、電気インタフェース４３を介して出力される。電気インタフェース４３を介して出力される電圧信号は、たとえば、デジタル信号処理器（ＤＳＰ）に導かれる。この場合、デジタル信号処理器は、電圧信号に基づいてデータを再生する。
ドライバ回路２０の近傍には、ドライバ回路２０に電気的に接続される周辺回路Ｃ１が実装される。また、ＴＩＡ回路３０の近傍には、ＴＩＡに電気的に接続される周辺回路Ｃ２が実装される。具体的には、周辺回路Ｃ１の少なくとも一部は、光回路領域１０の外側においてドライバ回路２０に隣接する領域のうちドライバ回路２０に対してＴＩＡ回路３０が配置される側の領域に実装される。また、周辺回路Ｃ２の少なくとも一部は、光回路領域１０の外側においてＴＩＡ回路３０に隣接する領域のうちＴＩＡ回路３０に対してドライバ回路２０が配置される側の領域に実装される。或いは、周辺回路Ｃ１、Ｃ２の少なくとも一部は、光回路領域１０の外側において、ドライバ回路２０とＴＩＡ回路３０との間の領域に配置される。図２に示す例では、光回路領域１０の左下領域（ドライバ回路２０の下側に隣接し、且つ、ＴＩＡ回路３０の左側に隣接する領域）に周辺回路Ｃ１、Ｃ２の一部が実装されている。
図２に示す光送受信デバイス１は、図１（ｂ）に示す光送受信デバイス１００と実質的に同じ機能を備える。ここで、図１（ｂ）に示す光送受信デバイス１００においては、光回路領域１１０の４つの辺のうちの１つの辺に沿ってドライバ回路およびＴＩＡ回路が配置されている。このため、光回路領域１１０の幅Ｗ２を小さくすることは困難である。これに対して、光送受信デバイス１においては、図２に示すように、辺Ｓ１に沿ってドライバ回路２０が実装され、辺Ｓ１に直交する辺Ｓ２に沿ってＴＩＡ回路３０が実装される。したがって、図１（ｂ）に示す光送受信デバイス１００の幅Ｗ２と比較して、光送受信デバイス１の幅Ｗ３を小さくすることが可能である。
データ信号が高速である場合、信号の減衰または劣化を抑制するためには、ドライバ回路２０および光変調器１１が互いに近接して配置され、ＴＩＡ回路３０および光受信回路１２が互いに近接して配置されることが要求される。このため、図１（ｂ）に示す構成では、光変調器および光受信回路が横方向に並んで配置されている。ただし、一般に、光受信回路と比較して、光変調器のサイズは大きくなる。このため、図１（ｂ）に示す構成では、光回路領域１１０のスペース利用効率がよくない（無駄なスペースが大きい）。
これに対して、光送受信デバイス１においては、図２に示すように、光変調器１１および光受信回路１２が縦方向に並んで配置されている。よって、光送受信デバイス１においては、光回路領域１０のスペース利用効率がよい（無駄なスペースが小さい）。したがって、この要因によっても、光送受信デバイス１の小型化が改善される。なお、光送受信デバイス１においても、ドライバ回路２０および光変調器１１が互いに近接して配置され、ＴＩＡ回路３０および光受信回路１２が互いに近接して配置されている。
図３は、ドライバ回路２０およびその周辺回路の一例を示す。この例では、光送受信デバイス１は、偏波多重光信号を送信する。よって、ドライバ回路２０には、４本の電気信号（ＩＮ１、ＩＮ２、ＩＮ３、ＩＮ４）が入力される。この場合、例えば、電気信号ＩＮ１、ＩＮ２はＸ偏波光信号を生成するために使用され、電気信号ＩＮ３、ＩＮ４はＹ偏波光信号を生成するために使用される。
ドライバ回路２０は、４個のアンプを備える。各アンプは、それぞれ対応する入力電気信号ＩＮ１～ＩＮ４を増幅して出力信号ＯＵＴ１～ＯＵＴ４を生成する。ドライバ回路２０の出力信号は、駆動信号として、光変調器１１に与えられる。また、各アンプには、それぞれ電源電圧Ｖ1～Ｖ4が供給される。ただし、電源電圧が変動すると、アンプの出力信号の品質が劣化する。したがって、アンプに電源電圧を供給するための電源線は、それぞれコンデンサによって接地される。具体的には、電源電圧Ｖ1～Ｖ4を供給するための電源線は、それぞれコンデンサＣ1～Ｃ4により接地されている。なお、コンデンサＣ1～Ｃ4は、図２に示す周辺回路Ｃ１に相当する。この場合、例えば、コンデンサＣ1～Ｃ2がドライバ回路２０の上側に配置され、コンデンサＣ3～Ｃ4がドライバ回路２０の下側に配置されるようにしてもよい。
図４は、ＴＩＡ回路３０およびその周辺回路の一例を示す。この例では、光送受信デバイス１は、偏波多重光信号を受信する。よって、光受信回路１２からＴＩＡ回路３０に４本の電気信号（ＩＮ５、ＩＮ６、ＩＮ７、ＩＮ８）が入力される。この場合、例えば、電気信号ＩＮ５、ＩＮ６は受信光信号のＨ偏波のＩ成分およびＱ成分を表し、電気信号ＩＮ７、ＩＮ８は受信光信号のＶ偏波のＩ成分およびＱ成分を表す。
ＴＩＡ回路３０は、４個のアンプを備える。各アンプは、それぞれ対応する入力電気信号ＩＮ５～ＩＮ８を増幅して出力信号ＯＵＴ５～ＯＵＴ８を生成する。ＴＩＡ回路３０の出力信号は、受信光信号を表す電界情報信号として、不図示のデジタル信号処理器に導かれる。また、各アンプには、それぞれ電源電圧Ｖ5～Ｖ8が供給される。ただし、電源電圧が変動すると、アンプの出力信号の品質が劣化する。したがって、アンプに電源電圧を供給するための電源線は、それぞれコンデンサによって接地される。具体的には、電源電圧Ｖ5～Ｖ8を供給するための電源線は、それぞれコンデンサＣ5～Ｃ8により接地されている。なお、コンデンサＣ5～Ｃ8は、図２に示す周辺回路Ｃ２に相当する。この場合、例えば、コンデンサＣ5～Ｃ6がＴＩＡ回路３０の左側に配置され、コンデンサＣ7～Ｃ8がＴＩＡ回路３０の右側に配置されるようにしてもよい。
図５は、光送受信デバイス１に実装される光回路の一例を示す。光回路は、上述したように、光回路領域１０に実装される。光回路領域１０の形状は矩形であり、４つの辺Ｓ１～Ｓ４によって形成される。そして、光回路は、光変調器１１および光受信回路１２を含む。なお、光受信回路１２は、この例では、９０度光ハイブリッド回路１３および複数の受光器ＰＤを備える。なお、複数の受光器ＰＤは、光回路領域１０の辺Ｓ２に沿って配置され、９０度光ハイブリッド回路１３は、複数の受光器ＰＤに隣接して配置される。また、光受信回路１２は，例えばＰＡＭ（pulse amplitude modulation）方式のような強度変調に対応した複数の受光器ＰＤを備える直接検波の構成にしてもよい。
光インタフェース４１は、この例では、３個のポートＰ１～Ｐ３を備える。ポートＰ１には、不図示の光源により生成される連続光が与えられる。ポートＰ２は、光変調器１１により生成される光信号を出力する。ポートＰ３には、受信光信号が与えられる。なお、連続光は光回路上に集積された光源から直接光配線へ与えられてもよい。この場合、光インタフェース４１は、ポートＰ１を備えていなくてもよい。
ポートＰ１に光学的に結合される光配線は、光回路上で分岐され、光変調器１１の入力端および９０度光ハイブリッド回路１３の入力端に光学的に結合する。よって、入力連続光は、光変調器１１および９０度光ハイブリッド回路１３に導かれる。ポートＰ２に光学的に結合される光配線は、光変調器１１の出力端に光学的に結合する。よって、光変調器１１により生成される変調光信号は、ポートＰ２に導かれる。ポートＰ３に光学的に結合される光配線は、９０度光ハイブリッド回路１３の他方の入力端に光学的に結合する。したがって、受信光信号は、９０度光ハイブリッド回路１３に導かれる。なお、上述の光配線は、例えば、光導波路により実現される。
光変調器１１は、マッハツェンダ変調器であり、光導波路および信号電極により構成される。この例では、光送受信デバイス１は偏波多重光信号を送信するので、光変調器１１は、Ｘ偏波用変調器およびＹ偏波用変調器を備える。Ｘ偏波用変調器およびＹ偏波用変調器は、互いに並列に配置される。また、Ｘ偏波用変調器およびＹ偏波用変調器は、それぞれ、１組のアーム（ＩアームおよびＱアーム）を備える。
信号電極Ｅ１～Ｅ４は、光回路領域１０において、互いに並行に形成される。この例では、信号電極Ｅ１～Ｅ４は、辺Ｓ１から辺Ｓ３に向かって直線状に形成されている。そして、信号電極Ｅ１～Ｅ４には、図３に示すドライバ回路２０により生成される信号ＯＵＴ１～ＯＵＴ４が与えられる。
光変調器１１を構成する各光導波路は、対応する信号電極Ｅ１～Ｅ４に沿って形成される。すなわち、例えば、Ｘ偏波用変調器のＩアーム光導波路は信号電極Ｅ１に沿って形成され、Ｘ偏波用変調器のＱアーム光導波路は信号電極Ｅ２に沿って形成され、Ｙ偏波用変調器のＩアーム光導波路は信号電極Ｅ３に沿って形成され、Ｙ偏波用変調器のＱアーム光導波路は信号電極Ｅ４に沿って形成される。
光変調器１１には、上述したように連続光が入力される。この連続光は、光変調器１１の光導波路を通過するときに、対応する信号電力に与えられる駆動信号に従って変調される。したがって、信号電極Ｅ１、Ｅ２にそれぞれ信号ＯＵＴ１、ＯＵＴ２を与えることにより変調光信号が生成され、同様に、信号電極Ｅ３、Ｅ４にそれぞれ信号ＯＵＴ３、ＯＵＴ４を与えることにより変調光信号が生成される。そして、これら２つの変調光信号を不図示の偏波ビームコンバイナで合波することにより偏波多重光信号が生成される。この偏波多重光信号は、ポートＰ２を介して出力される。
光受信回路１２は、上述したように、９０度光ハイブリッド回路１３および４個の受光器ＰＤを備える。９０度光ハイブリッド回路１３には、連続光および受信光信号が入力される。そして、９０度光ハイブリッド回路１３は、この連続光を利用するコヒーレント受信により、受信光信号のＨ偏波Ｉ成分、Ｈ偏波Ｑ成分、Ｖ偏波Ｉ成分、Ｖ偏波Ｑ成分を得る。なお、９０度光ハイブリッド回路１３の動作は良く知られているので、説明を省略する。
４個の受光器ＰＤは、受信光信号のＨ偏波Ｉ成分、Ｈ偏波Ｑ成分、Ｖ偏波Ｉ成分、Ｖ偏波Ｑ成分を電気信号に変換する。なお、各受光器ＰＤは、入力光の強度に比例した電流を生成する。
４個の受光器ＰＤにより生成される電気信号は、ＴＩＡ回路３０に導かれる。なお、４個の受光器ＰＤにより生成される電気信号は、図４に示す例では、信号ＩＮ５～ＩＮ８に相当する。したがって、光受信回路１２により生成される電気信号は、ＴＩＡ回路３０において電圧信号に変換される。
このように、図５に示す構成においては、信号電極Ｅ１～Ｅ４は直線状に形成されるので、その長さが短くなり、駆動信号の減衰または劣化が抑制される。また、図５に示すレイアウトによれば、光導波路どうしが交差することはないので、品質のよい光通信が実現される。
＜光モジュール＞
図６は、光送受信デバイスが実装される光モジュールの一例を示す。光モジュール５０は、この実施例では、光源（ＬＤ）５１、光送受信デバイス１、デジタル信号処理器（ＤＳＰ）５２を備える。光源５１は、所定の波長の連続光を生成する。そして、この連続光は、光送受信デバイス１に導かれる。図５に示す例では、この連続光は、光送受信デバイス１のポートＰ１に導かれる。ここで、光送受信デバイス１は、図５に示す構成により実現される。ただし、光送受信デバイス１は、後述するパッケージ内に実装されている。
デジタル信号処理器５２は、情報処理装置から与えられる送信データ列に対してマッピング処理等を実行し、データ信号を生成する。このデータ信号は、ドライバ回路２０に与えられる。また、デジタル信号処理器５２は、ＴＩＡ回路３０の出力信号（すなわち、受信光信号の電界情報信号）に対してデジタル演算を実行することにより、データを再生することができる。再生されたデータは、例えば、指定された情報処理装置に送られる。
このように、デジタル信号処理器５２により生成されるデータ信号がドライバ回路２０に与えられ、ＴＩＡ回路３０の出力信号がデジタル信号処理器５２に与えられる。したがって、デジタル信号処理器５０２と光送受信デバイス１との間は、電気的に結合されている。この結合は、例えば、金属ワイヤで実現してもよいし、他の構成で実現してもよい。
なお、上述したように、光送受信デバイス１の幅Ｗ３は、図１（ｂ）に示す光送受信デバイス１００の幅Ｗ２よりも小さい。したがって、光モジュール５０に光送受信デバイス１を実装することにより、光モジュール５０のサイズを小さくできる。特に、光モジュール５０の幅Ｗ４が小さくなる。
＜パッケージへの実装＞
光送受信デバイス１は、パッケージ内に実装される。そして、光送受信デバイス１が実装されたパッケージが光モジュールに搭載される。例えば、図６に示す例では、光送受信デバイス１は、パッケージ内に実装された状態で光モジュール５０に搭載される。なお、パッケージ内に光送受信デバイス１を実装することにより構成されるモジュールを「光送受信モジュール２」と呼ぶことがある。
図７は、光送受信デバイス１のパッケージへの実装の例を示す。パッケージ６０の形状は、この例では、矩形である。すなわち、パッケージ６０は、４つの外壁Ｋ１～Ｋ４を有する。ここで、光送受信デバイス１が実装されたパッケージ６０は、図６に示すように、デジタル信号処理器５２に隣接して配置される。このとき、パッケージ６０の４つの外壁のうちの外壁Ｋ２がデジタル信号処理器５２に向き合うように、パッケージ６０（すなわち、光送受信モジュール２）が配置されるものとする。この場合、光送受信デバイス１に電気的に接続する電気配線は、パッケージ６０内で、外壁Ｋ２に到達するように形成される。
電気配線Ｌ１～Ｌ４は、ドライバ回路２０とデジタル信号処理器５２とを電気的に接続するために形成される。また、電気配線Ｌ５～Ｌ８は、ＴＩＡ回路３０とデジタル信号処理器５２とを電気的に接続するために形成される。ここで、信号間のスキューを小さくするためには、電気配線Ｌ１～Ｌ４の長さが互いに同じであり、また、電気配線Ｌ５～Ｌ８の長さが互いに同じであることが好ましい。
ところが、ドライバ回路２０は、外壁Ｋ２に直交する方向に伸びるように配置されている。このため、電気配線Ｌ１～Ｌ４の端部がドライバ回路２０に接続する各位置と外壁Ｋ２との間の距離は、互いに異なっている。よって、電気配線Ｌ１～Ｌ４は、図７（ａ）に示すように、電気配線Ｌ１～Ｌ４の長さが互いに同じになるように、配線パターンが決定される。なお、ＴＩＡ回路３０は、外壁Ｋ２に平行に配置されているので、電気配線Ｌ５～Ｌ８は、それぞれ直線状に形成される。
信号間のスキューは、デジタル信号処理器５２において調整することが可能である。例えば、デジタル信号処理器５２は、電気配線Ｌ１～Ｌ４を介して伝送される信号がドライバ回路２０に同時に到着するように、それらの信号の送信タイミングを調整してもよい。また、デジタル信号処理器５２は、電気配線Ｌ５～Ｌ８を介して受信する信号のスキューを補償してもよい。
デジタル信号処理器５２においてスキューが調整される場合、電気配線Ｌ１～Ｌ４の長さを互いに同じにする必要はない。したがって、この場合、図７（ｂ）に示すように、電気配線Ｌ１～Ｌ４は、ドライバ回路２０と外壁Ｋ２との間を最短経路で接続するように形成される。この結果、図７（ａ）に示す構成と比較して、パッケージ６０のサイズを小さくすることができ、また、電気信号の品質の劣化が抑制される。
図８は、光送受信デバイス１のパッケージへの実装の他の例を示す。上述した図７に示す例では、光送受信デバイス１の光回路領域１０の各辺がそれぞれパッケージ６０の対応する外壁に平行となるように、光送受信デバイス１がパッケージ６０に実装されている。これに対して、図８に示す例では、光送受信デバイス１の光回路領域１０の各辺がそれぞれパッケージ６０の対応する外壁に対してほぼ４５度の角度を有するように、光送受信デバイス１がパッケージ６０に実装されている。なお、「ほぼ４５度」は、約４５度を含むものとする。
図８（ａ）に示す例では、電気配線Ｌ１～Ｌ４は、各配線の長さが互いに同じになるように形成される。また、電気配線Ｌ５～Ｌ８も、各配線の長さが互いに同じになるように形成される。
デジタル信号処理器５２においてスキューが調整されるケースでは、図８（ｂ）に示すように、電気配線Ｌ１～Ｌ４の長さは互いに同じである必要はなく、また、電気配線Ｌ５～Ｌ８の長さも互いに同じである必要はない。よって、電気配線Ｌ１～Ｌ４は、ドライバ回路２０と外壁Ｋ２との間を最短経路で接続するように形成される。同様に、電気配線Ｌ５～Ｌ８は、ＴＩＡ回路３０と外壁Ｋ２との間を最短経路で接続するように形成される。
図９は、光送受信デバイスの配置のバリエーションの例を示す。なお、図９では、図面を見やすくするために、光回路領域１０、ドライバ回路（ＤＲ）２０、ＴＩＡ回路３０、光インタフェース（ＩＦ）４１のみを示している。すなわち、周辺回路Ｃ１、Ｃ２、電気インタフェース４２、４３、終端回路４４、電気配線Ｌ１～Ｌ８等は省略されている。
図９において、破線枠は、パッケージ６０の外壁を表す。また、外壁Ｋ２がデジタル信号処理器５２に向き合うように、パッケージ６０（すなわち、光送受信デバイス１または光送受信モジュール２）が光モジュール５０に搭載されるものとする。
図９（ａ）に示す構成においては、光回路領域１０の各辺がそれぞれパッケージ６０の対応する外壁に平行となるように、光送受信デバイス１がパッケージ６０に実装される。また、光回路領域１０と外壁Ｋ１との間にデバイス回路２０が配置され、光回路領域１０と外壁Ｋ２との間にＴＩＡ回路３０が配置される。さらに、光インタフェース４１は、外壁Ｋ４から突出するように配置される。
図９（ｂ）に示す構成においても、光回路領域１０の各辺がそれぞれパッケージ６０の対応する外壁に平行となるように、光送受信デバイス１がパッケージ６０に実装される。ただし、図９（ｂ）に示す構成では、光回路領域１０と外壁Ｋ２との間にドライバ回路２０が配置され、光回路領域１０と外壁Ｋ３との間にＴＩＡ回路３０が配置される。
図９（ｃ）に示す構成においては、光送受信デバイス１の光回路領域１０の各辺がそれぞれパッケージ６０の対応する外壁に対してほぼ４５度の角度を有するように、光送受信デバイス１がパッケージ６０に実装されている。すなわち、図９（ｃ）において、角度θがほぼ４５度である。なお、図９（ｃ）においては、２つの光インタフェース４１が描かれているが、実際にはいずれか一方が実装される。
図９（ｄ）に示す構成においては、光送受信デバイス１の光回路領域１０の各辺がそれぞれパッケージ６０の対応する外壁に対して４５度よりも小さい角度を有するように、光送受信デバイス１がパッケージ６０に実装されている。すなわち、図９（ｄ）において、角度θは４５度よりも小さい。
図９（ｅ）に示す構成においては、光送受信デバイス１の光回路領域１０の各辺がそれぞれパッケージ６０の対応する外壁に対して４５度よりも大きい角度を有するように、光送受信デバイス１がパッケージ６０に実装されている。すなわち、図９（ｅ）において、角度θは４５度よりも大きい。
図９（ａ）～図９（ｂ）に示す構成（以下、Ｌ字構成）は、他の構成と比較して、以下の特徴を有する。
（１）ドライバ回路２０に接続する電気配線Ｌ１～Ｌ４の長さと、ＴＩＡ回路３０に接続する電気配線Ｌ５～Ｌ８の長さとの差分が大きい。図９（ａ）に示す構成では、ドライバ回路２０に接続する電気配線Ｌ１～Ｌ４が長くなり、図９（ｂ）に示す構成では、ＴＩＡ回路３０に接続する電気配線Ｌ５～Ｌ８が長くなる。
（２）光インタフェース４１の配置の自由度が小さい。
（３）横幅Ｗが小さい
図９（ｃ）に示す構成（以下、Ｖ字構成）は、他の構成と比較して、以下の特徴を有する。
（１）ドライバ回路２０に接続する電気配線Ｌ１～Ｌ４の長さと、ＴＩＡ回路３０に接続する電気配線Ｌ５～Ｌ８の長さとの差分が小さい。
（２）光インタフェース４１の配置の自由度が大きい。
（３）横幅Ｗが大きい
図９（ｄ）～図９（ｅ）に示す構成（以下、中間構成）は、図９（ａ）～図９（ｂ）に示すＬ字構成と図９（ｃ）に示すＶ字構成との間の特性を有する。すなわち、角度θがゼロに近い場合は、中間構成の特徴はＬ字構成の特徴に近くなる。一方、角度θが４５度に近い場合は、中間構成の特徴はＶ字構成の特徴に近くなる。
したがって、光送受信デバイス１の配置は、光モジュール５０の設計における要求に応じて決定することが好ましい。例えば、小さい幅Ｗが要求されるケースでは、図９（ａ）または図９（ｂ）に示すＬ字構造が好ましい。
ただし、図５を参照しながら説明したように、光送受信デバイス１は、ドライバ回路２０から光変調器１１に与えられる駆動信号を終端する終端回路４４を備える。そして、終端回路４４は、光回路領域１０に対して、ドライバ回路２０が配置される領域と反対側の領域に配置される。すなわち、図９（ｂ）に示す構成では、光インタフェース４１の近傍に終端回路４４が配置されることになる。このため、図９（ｂ）に示す構成では、光インタフェース４１および終端回路４４のレイアウトが困難になることがある。
上述したように、図９（ａ）に示す構成では、ドライバ回路２０に接続する電気配線Ｌ１～Ｌ４と比較して、ＴＩＡ回路３０に接続する電気配線Ｌ５～Ｌ８が短くなる。この場合、ＴＩＡ回路３０の出力信号（即ち、受信光信号の電界情報を表す電気信号）の品質の劣化が抑制される。よって、例えば、通信システムにおいて要求される信号の品質と光送受信デバイス１が受信する光信号の品質との間のマージンが小さいときは、図９（ｂ）に示す構成よりも、図９（ａ）に示す構成を採用することが好ましい。
一方、図９（ｂ）に示す構成では、ＴＩＡ回路３０に接続する電気配線Ｌ５～Ｌ８と比較して、ドライバ回路２０に接続する電気配線Ｌ１～Ｌ４が短くなる。この場合、ドライバ回路２０の出力信号（即ち、変調光信号を生成するための駆動信号）の品質の劣化が抑制される。よって、例えば、通信システムにおいて要求される品質と光送受信デバイス１が送信する光信号の品質との間のマージンが小さいときには、図９（ａ）に示す構成よりも、図９（ｂ）に示す構成を採用することが好ましい。
＜光送受信デバイスの配置のバリエーション＞
図１０～図１２は、光送受信デバイスの配置のバリエーションを示す。なお、図１０～図１２においては、光回路領域１０、ドライバ回路（ＤＲ）２０、ＴＩＡ回路３０、光インタフェース（Ｏ＿ＩＦ）４１、電気インタフェース（Ｅ＿ＩＦ）４２、４３、周辺回路Ｃ１、Ｃ２以外の要素は省略されている。尚、周辺回路Ｃ１は、例えば、ドライバ回路２０に含まれるアンプに電気的に接続されるコンデンサである。周辺回路Ｃ２は、例えば、ＴＩＡ回路３０に含まれるアンプに電気的に接続されるコンデンサである。
以下では、図１０（ａ）に示す構成を基準として、図１０（ｂ）、図１１（ａ）、図１１（ｂ）、図１２（ａ）、図１２（ｂ）に示す構成について説明する。図１０（ａ）に示す光送受信デバイスは、図２に示す構成に相当する。なお、図１０～図１２に係わる説明では、Ｘ方向およびＹ方向をそれぞれ「幅」および「長さ（又は、高さ）」と呼ぶことがある。なお、特に限定されるものではないが、以下の記載においては、図１０（ａ）～図１２（ｂ）において、ドライバ回路２０のサイズは互いに同じであり、また、ＴＩＡ回路３０のサイズも互いに同じであるものとする。
図１０（ｂ）に示す例では、光回路領域１０の長さ（又は、高さ）はドライバ回路２０の長さとほぼ同じであり、光回路領域１０の幅はＴＩＡ回路３０の幅とほぼ同じである。すなわち、図１０（ａ）に示す構成と比較して、光回路領域１０のサイズを小さくできるときは、図１０（ｂ）に示す構成を採用してもよい。この場合、光回路領域１０の左下側の共用領域にドライバ回路２０の周辺回路Ｃ１およびＴＩＡ回路３０の周辺回路Ｃ２を配置することができる。
図１１（ａ）に示す例では、光回路領域１０の長さはドライバ回路２０の長さよりも大きく、光回路領域１０の幅はＴＩＡ回路３０の幅とほぼ同じである。即ち、図１０（ａ）に示す構成と比較して、光回路領域１０の幅を小さくできるときは、図１１（ａ）に示す構成を採用してもよい。
図１１（ｂ）に示す例では、光回路領域１０の長さはドライバ回路２０の長さとほぼ同じであり、光回路領域１０の幅はＴＩＡ回路３０の幅よりも大きい。即ち、図１０（ａ）に示す構成と比較して、光回路領域１０の長さを小さくできるときは、図１１（ｂ）に示す構成を採用してもよい。
図１２（ａ）に示す例では、光回路領域１０の幅はＴＩＡ回路３０の幅よりも小さい。この場合、図１０（ａ）に示す構成を基準として、ドライバ回路２０が配置される位置をＹ方向にシフトさせてもよい。
図１２（ｂ）に示す例では、光回路領域１０の長さはドライバ回路２０の長さよりも小さい。この場合、図１０（ａ）に示す構成を基準として、ＴＩＡ回路３０が配置される位置をＸ方向にシフトさせてもよい。
このように、光送受信デバイス１は、光回路領域１０、ドライバ回路２０、ＴＩＡ回路３０のサイズに応じて、様々な配置が可能である。ただし、図１０（ａ）～図１２（ｂ）に示す各ケースにおいて、周辺回路Ｃ１、Ｃ２の少なくとも一部は、光回路領域１０の外側においてドライバ回路２０および増幅回路３０に挟まれた領域（光回路領域１０の左下の領域）に実装される。
図１３は、光送受信デバイスの配置の他のバリエーションの一例を示す。図７～図８に示す実施例では、ドライバ回路２０に電気的に接続する電気配線Ｌ１～Ｌ４およびＴＩＡ回路３０に電気的に接続する電気配線Ｌ５～Ｌ８は、いずれもパッケージ６０の外壁Ｋ２に到達するように形成されている。これに対して、図１３に示す例では、電気配線Ｌ１～Ｌ４は、外壁Ｋ２にまで伸びていない。
ここで、光モジュール５０において、デジタル信号処理器５２は、パッケージ６０の外壁Ｋ２の近傍に配置されるものとする。この場合、電気配線Ｌ１～Ｌ４は、例えば、パッケージ６０の裏面において、光モジュール５０の基板上の形成される導体パターンに電気的に接続されるようにしてもよい。この構成によれば、パッケージ６０のサイズをさらに小さくすることができ、光モジュール５０の小型化に寄与する。
１ 光送受信デバイス
２ 光送受信モジュール
１０ 光回路領域
１１ 光変調器
１２ 光受信回路
１３ ９０度光ハイブリッド回路
２０ ドライバ回路
３０ ＴＩＡ回路
４１ 光インタフェース
４２、４３ 電気インタフェース
５０ 光モジュール
６０ パッケージ

Claims (8)

  1. 矩形の光回路領域に実装される、変調光信号を生成する光変調器および受信光信号を電気信号に変換する光受信回路を含む光回路と、
    前記光回路領域の４つの辺のうちの第１の辺に沿って配置される、前記光変調器を駆動するドライバ回路と、
    前記光回路領域の４つの辺のうちの前記第１の辺に直交する第２の辺に沿って配置される、前記光受信回路の出力信号を電圧信号に変換する増幅回路と、
    前記ドライバ回路に電気的に接続され、前記ドライバ回路に隣接する領域に配置される第１の電気部品と、
    前記増幅回路に電気的に接続され、前記増幅回路に隣接する領域に配置される第２の電気部品と、を備え、
    前記光変調器は、マッハツェンダ変調器を含み、
    前記光受信回路は、受信光信号を電気信号に変換する複数の受光器を含み、
    前記複数の受光器は、前記光回路領域において、前記第２の辺に沿って配置され、
    前記ドライバ回路に電気的に接続する信号電極が、前記光回路領域において、前記第１の辺から前記第１の辺に対向する第３の辺に向かって直線状に形成され、
    前記マッハツェンダ変調器を構成する光導波路は、前記信号電極に沿って形成される
    ことを特徴とする光送受信デバイス。
  2. 前記第１の電気部品または前記第２の電気部品の少なくとも一部は、前記光回路領域の外側において前記ドライバ回路と前記増幅回路との間の領域に配置される
    ことを特徴とする請求項１に記載の光送受信デバイス。
  3. 前記第１の電気部品の少なくとも一部は、前記光回路領域の外側において前記ドライバ回路に隣接する領域のうち前記ドライバ回路に対して前記増幅回路が配置される側の領域に実装され、
    前記第２の電気部品の少なくとも一部は、前記光回路領域の外側において前記増幅回路に隣接する領域のうち前記増幅回路に対して前記ドライバ回路が配置される側の領域に実装される
    ことを特徴とする請求項１に記載の光送受信デバイス。
  4. 前記第１の電気部品は、前記ドライバ回路に電源電圧を供給するための電源線に電気的に接続されるコンデンサであり、
    前記第２の電気部品は、前記増幅回路に電源電圧を供給するための電源線に電気的に接続されるコンデンサである
    ことを特徴とする請求項１に記載の光送受信デバイス。
  5. 前記第２の辺に対向する第４の辺に第１の光ポート、第２の光ポートが設けられ、
    前記第１の光ポートに光学的に結合する第１の光配線は、前記光回路領域において、前記光変調器の出力端に光学的に結合され、
    前記第２の光ポートに光学的に結合する第２の光配線は、前記光回路領域において、前記光受信回路に光学的に結合される
    ことを特徴とする請求項１～４のいずれか１つに記載の光送受信デバイス。
  6. 光送受信デバイスおよび前記光送受信デバイスが実装されるパッケージを含む光送受信モジュールであって、
    前記光送受信デバイスは、
    矩形の光回路領域に実装される、変調光信号を生成する光変調器および受信光信号を電気信号に変換する光受信回路を含む光回路と、
    前記光回路領域の４つの辺のうちの第１の辺に沿って配置される、前記光変調器を駆動するドライバ回路と、
    前記光回路領域の４つの辺のうちの前記第１の辺に直交する第２の辺に沿って配置される、前記光受信回路の出力信号を電圧信号に変換する増幅回路と、
    前記ドライバ回路に電気的に接続され、前記ドライバ回路に隣接する領域に配置される第１の電気部品と、
    前記増幅回路に電気的に接続され、前記増幅回路に隣接する領域に配置される第２の電気部品と、を備え、
    前記光変調器は、マッハツェンダ変調器を含み、
    前記光受信回路は、受信光信号を電気信号に変換する複数の受光器を含み、
    前記複数の受光器は、前記光回路領域において、前記第２の辺に沿って配置され、
    前記ドライバ回路に電気的に接続する信号電極が、前記光回路領域において、前記第１の辺から前記第１の辺に対向する第３の辺に向かって直線状に形成され、
    前記マッハツェンダ変調器を構成する光導波路は、前記信号電極に沿って形成される
    ことを特徴とする光送受信モジュール。
  7. 前記パッケージの形状は矩形であり、
    前記光送受信デバイスは、前記光回路領域の各辺がそれぞれ前記パッケージの対応する外壁に対して指定された角度を有するように、前記パッケージに実装される
    ことを特徴とする請求項６に記載の光送受信モジュール。
  8. 前記パッケージの形状は矩形であり、
    前記光送受信デバイスは、前記光回路領域の各辺がそれぞれ前記パッケージの対応する外壁に対してほぼ４５度の角度を有するように、前記パッケージに実装される
    ことを特徴とする請求項６に記載の光送受信モジュール。
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