JP7330810B2

JP7330810B2 - 光サブアッセンブリ

Info

Publication number: JP7330810B2
Application number: JP2019148457A
Authority: JP
Inventors: 裕司関野; 慧中西; 崇之中島
Original assignee: 日本ルメンタム株式会社
Priority date: 2019-08-13
Filing date: 2019-08-13
Publication date: 2023-08-22
Anticipated expiration: 2039-08-13
Also published as: JP2021034389A; US11112571B2; CN112394456A; US20210048588A1

Description

本発明は、光サブアッセンブリに関する。

データセンタでは高速通信可能な光モジュール（例えば光トランシーバ）が使用されている。光トランシーバは、電気を光に変換する発光機能部（光送信サブアッセンブリ、ＴＯＳＡ）と、逆に光を電気に変換する受光機能部（光受信サブアッセンブリ、ＲＯＳＡ）を主な構成要素としている。

近年の情報通信量の増加によって光モジュールの高速化が要求されており、発振波長の異なる複数の半導体光素子をキャリアに搭載して多チャンネル化することで対応している。一方で、光モジュールの小型化のために、光モジュール内の発光機能部や受光機能部の小型化が要求されている。

特開２０１６－１７８２１８号公報

多チャンネル化のために、複数の半導体光素子が一つのサブマウントに搭載される（特許文献１）。しかし、半導体光素子の製造ばらつき及び搭載ばらつき等の誤差により、隣同士の半導体光素子の間隔を狭くすることが制限され、小型化に限界があった。

本発明は、光サブアッセンブリの小型化を目的とする。

（１）本発明に係る光サブアッセンブリは、並列して第１方向にそれぞれ進行する複数の光線が出射又は入射するように配列された複数の半導体光素子と、前記複数の半導体光素子が搭載されるキャリアと、を有し、前記複数の半導体光素子の隣同士は、前記第１方向に直交する第２方向にずれる位置にあって、前記第２方向に相互に対向しないように前記第１方向にもずれた位置にあることを特徴とする。

（２）（１）に記載の光サブアッセンブリであって、前記複数の半導体光素子は、前記第２方向に千鳥状に配列されていることを特徴としてもよい。

（３）（１）に記載の光サブアッセンブリであって、前記複数の半導体光素子の前記隣同士は、それぞれの端部が前記第１方向に相互に対向する位置にあることを特徴としてもよい。

（４）（１）に記載の光サブアッセンブリであって、前記複数の半導体光素子は、前列に一列で前記第２方向に並ぶいくつかの第１半導体光素子と、後列に一列で前記第２方向に並ぶいくつかの第２半導体光素子と、を含み、前記複数の半導体光素子の前記隣同士は、前記いくつかの第１半導体光素子の対応する１つと、前記いくつかの第２半導体光素子の対応する１つから構成されることを特徴としてもよい。

（５）（１）に記載の光サブアッセンブリであって、前記複数の半導体光素子にそれぞれ対応して前記複数の光線がそれぞれ通る複数のレンズをさらに有し、前記複数のレンズの隣同士は、前記第１方向にずれた位置にあることを特徴としてもよい。

（６）（５）に記載の光サブアッセンブリであって、前記複数のレンズは、それぞれ対応する前記複数の半導体光素子から等しい距離を以て離れた位置にあることを特徴としてもよい。

（７）（５）に記載の光サブアッセンブリであって、前記複数の半導体光素子の前記隣同士が前記第１方向にずれる距離と、前記複数のレンズの前記隣同士が前記第１方向にずれる距離は、等しいことを特徴としてもよい。

（８）本発明に係る光サブアッセンブリは、並列して第１方向にそれぞれ進行する複数の光線が出射又は入射するように配列された複数の半導体光素子と、前記複数の半導体光素子が搭載されるキャリアと、を有し、前記複数の半導体光素子の隣同士は、前記第１方向に直交する第２方向に見たときに全く重ならない位置にあることを特徴とする。

（９）（８）に記載の光サブアッセンブリであって、前記複数の半導体光素子の前記隣同士のそれぞれは、前記第２方向に見たときに、前記複数の半導体光素子の他の１つに重なる位置にあることを特徴としてもよい。

図１は、実施形態に係る光モジュールの斜視図である。図２は、実施形態に係る光モジュールが装着された光伝送装置の構成を示す模式図である。図３は、光送信サブアセンブリ、プリント基板及びフレキシブル基板を示す概略図である。図４は、実施形態に係る光サブアッセンブリの内部の平面図である。

以下に、図面を参照して、本発明の実施形態を具体的かつ詳細に説明する。全図において同一の符号を付した部材は同一又は同等の機能を有するものであり、その繰り返しの説明を省略する。なお、図形の大きさは倍率に必ずしも一致するものではない。

図１は、実施形態に係る光モジュールの斜視図である。光モジュール１００は、送信機能及び受信機能を有する光送受信機（光トランシーバ）であり、ＱＳＦＰ２８（Quad Small Form-factor Pluggable 28）のＭＳＡ(Multi-Source Agreement)規格に基づいている。光モジュール１００は、ケース１０２、プルタブ１０４及びスライダ１０６を含む部品で外形が構成される。

図２は、実施形態に係る光モジュール１００が装着された光伝送装置１０８の構成を示す模式図である。光伝送装置１０８に、複数の光モジュール１００が、電気コネクタ１１０によりそれぞれ装着されている。光伝送装置１０８は、例えば、大容量のルータやスイッチである。光伝送装置１０８は、例えば交換機の機能を有しており、基地局などに配置される。光伝送装置１０８は、光モジュール１００より受信用のデータ（受信用の電気信号）を取得し、回路基板１１２に搭載される集積回路チップ１１４などを用いて、どこへ何のデータを送信するかを判断し、送信用のデータ（送信用の電気信号）を生成し、該当する光モジュール１００へそのデータを伝達する。

光モジュール１００は、プリント基板１１６と、フレキシブル基板１１８と、光サブアッセンブリ１０を備えている。光サブアッセンブリ１０は、電気信号を光信号に変換するための光送信サブアセンブリ（ＴＯＳＡ）１０Ａと、光信号を電気信号に変換するための光受信サブアセンブリ（ＲＯＳＡ）１０Ｂを含む。光送信サブアセンブリ１０Ａが有する光変換素子は、電気信号を光信号へ変換する発光素子である。光受信サブアセンブリ１０Ｂが有する光変換素子は、光信号を電気信号へ変換する受光素子である。光信号の入出力のために、光送信サブアセンブリ１０Ａ及び光受信サブアセンブリ１０Ｂにはそれぞれ光ファイバ１２０が接続されている。

プリント基板１１６は、柔軟性の無いリジッド基板である。プリント基板１１６と光送信サブアセンブリ１０Ａ及び光受信サブアセンブリ１０Ｂは、それぞれ、フレキシブル基板１１８を介して接続されている。プリント基板１１６から電気信号がフレキシブル基板１１８を介して光送信サブアセンブリ１０Ａへ伝送される。また、光受信サブアセンブリ１０Ｂから電気信号がフレキシブル基板１１８を介してプリント基板１１６へ伝送される。

図３は、光送信サブアセンブリ１０Ａ、プリント基板１１６及びフレキシブル基板１１８を示す概略図である。光送信サブアセンブリ１０Ａは、フレキシブル基板１１８の一方の端部に接続されている。フレキシブル基板１１８の他方の端部は、プリント基板１１６に重なって電気的に接続されている。

図４は、実施形態に係る光サブアッセンブリ１０の内部の平面図である。ここでは、光送信サブアセンブリ１０Ａを説明する。

光送信サブアセンブリ１０Ａは、複数の半導体光素子１２を有する。半導体光素子１２は、直接変調型の半導体レーザ素子（例えばＤＦＢレーザ）である。半導体光素子１２の上面には、上電極１４（例えばｐ電極）が形成されており、裏面には図示しない下電極（例えばｎ電極）が形成されている。上電極１４の一部は、広いパッド電極１６となっている。

複数の半導体光素子１２がそれぞれ出射する複数の光線１８の波長は、例えば２５Ｇｂｉｔ／ｓで振幅変調される異なる複数の波長である。波長は、１．３μｍ帯であれば、例えば１２７０，１２９０，１３１０，１３３０ｎｍのＣＷＤＭ４規格の波長である。なお、波長は上記に限らず適宜選択して構わない。複数の波長を、ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）によって多重化し、１００Ｇｂｉｔ／ｓに対応したＴＯＳＡを実現している。

複数の半導体光素子１２は、それぞれの光線１８が第１方向Ｄ１に並列して出射するように配列されている。つまり、複数の半導体光素子１２は、光線１８の出射面が同じ方向を向くようになっている。複数の半導体光素子１２は、第１方向Ｄ１に直交する第２方向Ｄ２に、千鳥状に配列されている。

複数の半導体光素子１２は、前列に一列で第２方向Ｄ２に並ぶいくつかの第１半導体光素子１２Ａと、後列に一列で第２方向Ｄ２に並ぶいくつかの第２半導体光素子１２Ｂを含む。隣同士の半導体光素子１２は、いくつかの第１半導体光素子１２Ａの対応する１つと、いくつかの第２半導体光素子１２Ｂの対応する１つから構成される。

第１半導体光素子１２Ａと第２半導体光素子１２Ｂは、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２のいずれに対しても斜めに配列される。つまり、隣同士の半導体光素子１２は、第１方向Ｄ１にずれる位置にあり、第２方向Ｄ２にもずれる位置にある。この時隣同士の半導体光素子１２は、第２方向Ｄ２に相互に対向しない。つまり、隣同士の半導体光素子１２は、第２方向Ｄ２に見たときに全く重ならない位置にある。一方、隣同士の半導体光素子１２は、それぞれの端部が第１方向Ｄ１に相互に対向する位置にある。つまり、第２方向Ｄ２に見たときには隣同士の半導体光素子１２は互いに重なる位置にある。したがって、第２方向Ｄ２に、光送信サブアセンブリ１０Ａの幅を小さくすることができる。つまり、第１半導体光素子１２Ａの出射面とは逆の端面と、隣接する第２半導体光素子１２Ｂの出射端面は、第１方向Ｄ１に相互に対向する位置にある。この時、第２半導体光素子１２Ｂの出射光が第１半導体光素子１２Ａに重ならない位置に配置されている。本構成により、第２方向Ｄ２において、光送信サブアセンブリ１０Ａの幅を狭くすることが可能となり、それを搭載する光モジュール１００の幅も狭くすることが可能となる。

隣同士の半導体光素子１２のそれぞれは、第２方向Ｄ２に見たときに、複数の半導体光素子１２の他の１つに重なる位置にある。例えば、第１半導体光素子１２Ａの、第２方向Ｄ２の隣には、他の第１半導体光素子１２Ａが位置する。第２半導体光素子１２Ｂの、第２方向Ｄ２の隣には、他の第２半導体光素子１２Ｂが位置する。

複数の半導体光素子１２は、キャリア２０に搭載されている。キャリア２０はセラミック基板である。キャリア２０は、複数の半導体光素子１２がそれぞれ搭載される複数の領域を含む。キャリア２０には、複数の配線パターン２２が形成されている。それぞれの配線パターン２２は、第１配線２４及び第２配線２６を含む。第１配線２４と第２配線２６の間隔は、いずれの配線パターン２２でも同じである。例えば、２５Ｇｂｉｔ／ｓで変調された電流信号が、第１配線２４及び第２配線２６を介して、半導体光素子１２に入力される。

第１配線２４は、半導体光素子１２が搭載される領域にパッド部２８を含む。第１配線２４の一方の端部（パッド部２８）には、半導体光素子１２の下電極（図示せず）が、ハンダなどにより電気的及び物理的に接続される。第２配線２６の一方の端部は、半導体光素子１２の上電極１４とワイヤＷで接続されている。

光送信サブアセンブリ１０Ａの筐体１２４には、図３に示すフレキシブル基板１１８との接続のためのフィードスルー３０が設けられている。フィードスルー３０は複数の配線３２，３４を有する。第１配線２４の他方の端部は、フィードスルー３０に形成された配線３２とワイヤ３６で接続されている。第２配線２６の他方の端部は、フィードスルー３０に形成された配線３４とワイヤ３８で接続されている。筐体１２４には、図２に示す光ファイバ１２０に接続される光ファイバコネクタ１２２が取り付けられている。

筐体１２４には複数のレンズ４０が設けられている。複数のレンズ４０は、複数の半導体光素子１２にそれぞれ対応し、複数の光線１８がそれぞれ通るように配置されている。レンズ４０は、半導体光素子１２から出射された広がった光を平行化するコリメートレンズである。複数のレンズ４０は、別体であってもよいし、一体的に形成されたものであってもよい。

複数の半導体光素子１２は、発振波長は異なるが活性層等の構造がほぼ同一であり、光の出射角度がほぼ同一となっている。その一方で、光線１８の出射面（前方端面）の位置が異なっている。前列の第１半導体光素子１２Ａよりも、後列の第２半導体光素子１２Ｂは後方にある。そのため、複数のレンズ４０を第２方向Ｄ２に一列に並べると、第２半導体光素子１２Ｂからの光線１８は、より広がった状態でレンズ４０に入射する。

そこで、複数のレンズ４０の隣同士は、第１方向Ｄ１にずれた位置にある。複数のレンズ４０（レンズ面）は、それぞれ対応する複数の半導体光素子１２から等しい距離を以て離れた位置にある。複数の半導体光素子１２の隣同士が第１方向Ｄ１にずれる距離と、複数のレンズ４０の隣同士が第１方向Ｄ１にずれる距離は等しい。

レンズ４０から出射された複数の光線１８は、出力マルチプレクサ（Output Multiplexer: OMUX）４２で束ねられて多重化される。なお、半導体光素子１２は、直接変調型の半導体レーザだけでなく、変調器が集積された半導体光素子１２であってもよい。また、光受信サブアセンブリ１０Ｂに上記特徴を適用してもよい。その場合、半導体光素子１２は受光素子（例えば端面入射型フォトダイオード）であり、入力マルチプレクサ（Input Multiplexers: IMUX）によって、多重化光線が複数の光線に分波される。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、実施形態で説明した構成は、実質的に同一の構成、同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成で置き換えることができる。

１０光サブアッセンブリ、１０Ａ光送信サブアセンブリ、１０Ｂ光受信サブアセンブリ、１２半導体光素子、１２Ａ第１半導体光素子、１２Ｂ第２半導体光素子、１４上電極、１６パッド電極、１８光線、２０キャリア、２２配線パターン、２４第１配線、２６第２配線、２８パッド部、３０フィードスルー、３２配線、３４配線、３６ワイヤ、３８ワイヤ、４０レンズ、１００光モジュール、１０２ケース、１０４プルタブ、１０６スライダ、１０８光伝送装置、１１０電気コネクタ、１１２回路基板、１１４集積回路チップ、１１６プリント基板、１１８フレキシブル基板、１２０光ファイバ、１２２光ファイバコネクタ、１２４筐体、Ｄ１第１方向、Ｄ２第２方向、Ｗワイヤ。

Claims

並列して第１方向にそれぞれ進行する複数の光線が出射又は入射するように配列された複数の半導体光素子と、
前記複数の半導体光素子が搭載されるキャリアと、
前記キャリアに形成された、前記複数の半導体光素子と電気的に接続される複数の配線パターンと、
を有し、
前記複数の半導体光素子の隣同士は、前記第１方向に直交する第２方向にずれる位置にあって、前記第２方向に相互に対向しないように前記第１方向にもずれた位置にあり、
前記複数の半導体光素子は、前列に一列で前記第２方向に並ぶいくつかの第１半導体光素子と、後列に一列で前記第２方向に並ぶいくつかの第２半導体光素子と、を含み、
前記複数の半導体光素子の前記隣同士は、前記いくつかの第１半導体光素子の対応する１つと、前記いくつかの第２半導体光素子の対応する１つから構成され、
前記複数の配線パターンに含まれる第１配線及び第２配線は、前記後列の前記複数の第２半導体光素子の２つの間を通って、前記前列の前記複数の第１半導体光素子の１つに接続されていることを特徴とする光サブアッセンブリ。
請求項１に記載の光サブアッセンブリであって、
前記複数の半導体光素子は、前記第２方向に千鳥状に配列されていることを特徴とする光サブアッセンブリ。
請求項１に記載の光サブアッセンブリであって、
前記複数の半導体光素子の前記隣同士は、それぞれの端部が前記第１方向に相互に対向する位置にあることを特徴とする光サブアッセンブリ。
請求項１に記載の光サブアッセンブリであって、
前記複数の半導体光素子にそれぞれ対応して前記複数の光線がそれぞれ通る複数のレンズをさらに有し、
前記複数のレンズの隣同士は、前記第１方向にずれた位置にあることを特徴とする光サブアッセンブリ。
請求項４に記載の光サブアッセンブリであって、
前記複数のレンズは、それぞれ対応する前記複数の半導体光素子から等しい距離を以て離れた位置にあることを特徴とする光サブアッセンブリ。
請求項４に記載の光サブアッセンブリであって、
前記複数の半導体光素子の前記隣同士が前記第１方向にずれる距離と、前記複数のレンズの前記隣同士が前記第１方向にずれる距離は、等しいことを特徴とする光サブアッセンブリ。
並列して第１方向にそれぞれ進行する複数の光線が出射又は入射するように配列された複数の半導体光素子と、
前記複数の半導体光素子が搭載されるキャリアと、
前記キャリアに形成された、前記複数の半導体光素子と電気的に接続される複数の配線パターンと、
を有し、
前記複数の半導体光素子の隣同士は、前記第１方向に直交する第２方向に見たときに全く重ならない位置にあり、
前記複数の半導体光素子は、前列に一列で前記第２方向に並ぶいくつかの第１半導体光素子と、後列に一列で前記第２方向に並ぶいくつかの第２半導体光素子と、を含み、
前記複数の半導体光素子の前記隣同士は、前記いくつかの第１半導体光素子の対応する１つと、前記いくつかの第２半導体光素子の対応する１つから構成され、
前記複数の配線パターンに含まれる第１配線及び第２配線は、前記後列の前記複数の第２半導体光素子の２つの間を通って、前記前列の前記複数の第１半導体光素子の１つに接続されていることを特徴とする光サブアッセンブリ。
請求項７に記載の光サブアッセンブリであって、
前記複数の半導体光素子の前記隣同士のそれぞれは、前記第２方向に見たときに、前記複数の半導体光素子の他の１つに重なる位置にあることを特徴とする光サブアッセンブリ。