JPH085874A - Optical element module - Google Patents
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- JPH085874A JPH085874A JP13976894A JP13976894A JPH085874A JP H085874 A JPH085874 A JP H085874A JP 13976894 A JP13976894 A JP 13976894A JP 13976894 A JP13976894 A JP 13976894A JP H085874 A JPH085874 A JP H085874A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は光素子モジュールに関
し、半導体レーザ,光変調器等の光素子に、レンズを介
して光ファイバを光結合すると共に、ストリップ線路及
びボンディングワイヤを介して変調信号を光素子に送る
光素子モジュールにおいて、レンズを光素子に近接して
配置でき且つワイヤボンディング長を短くするように工
夫したものである。本発明によれば、高速に光素子を変
調する場合にも変調特性を損なうことなく高い光結合効
率を実現することができる。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical element module, which optically couples an optical fiber to an optical element such as a semiconductor laser or an optical modulator through a lens and transmits a modulation signal through a strip line and a bonding wire. In the optical element module for sending to the optical element, the lens can be arranged close to the optical element and the wire bonding length is shortened. According to the present invention, high optical coupling efficiency can be realized without impairing the modulation characteristic even when the optical element is modulated at high speed.
【0002】[0002]
【従来の技術】光通信システムの伝送速度の高速化に伴
い、光変調回路のさらなる広帯域化への要求が高まって
いる。すでに半導体レーザを直接変調することによって
10Gb/sの高速動作が実現されているが、近年、半
導体電界吸収型光変調器によって40GHz以上の帯域
も報告されており、次世代超高速光通信システムへの適
用が期待されている。これらの超高速動作可能な光素子
の導波路の入出力端面に、光ファイバを光学的に結合・
固定してなる光素子モジュールを実現する場合、いくつ
かの克服すべき問題点が残されている。2. Description of the Related Art With the increase in transmission speed of optical communication systems, there is an increasing demand for wider bandwidth of optical modulation circuits. High-speed operation of 10 Gb / s has already been realized by directly modulating a semiconductor laser, but in recent years, a band of 40 GHz or more has been reported by a semiconductor electro-absorption optical modulator, which will be applied to the next-generation ultra-high-speed optical communication system. Is expected to be applied. An optical fiber is optically coupled to the input / output end faces of the waveguide of these ultra-high-speed operable optical elements.
When realizing a fixed optical element module, some problems to be overcome remain.
【0003】電界吸収型光変調器では一般に変調効率を
高めるために電界に垂直な方向の光の閉じ込めを強くし
ている。導波路の断面形状は長方形となり、導波路の出
射ビーム形状の断面は楕円形状となる。かかる傾向は、
電界吸収型光変調器で顕著になる。一方、光ファイバの
スポット形状は円形であることから、導波路と光ファイ
バを光学的に結合する際にはスポット形状の違いによる
大きな結合損失を生じることになる。In the electro-absorption optical modulator, in general, the confinement of light in the direction perpendicular to the electric field is strengthened in order to improve the modulation efficiency. The cross-sectional shape of the waveguide is rectangular, and the cross section of the output beam shape of the waveguide is elliptical. This tendency is
It becomes remarkable in the electro-absorption optical modulator. On the other hand, since the spot shape of the optical fiber is circular, when the waveguide and the optical fiber are optically coupled, a large coupling loss occurs due to the difference in spot shape.
【0004】ここで光ファイバのスポットサイズを
ωf 、導波路のx方向、y方向それぞれのスポットサイ
ズをωx ,ωy とすると結合効率は次式で表される。 η=4/(ωx/ωf +ωf/ωx)・(ωy/ωf +ωf/ωy) …(1) ここで、最大結合効率は ωf =(ωx ωy )1/2 …(2) の時に得られ、 ηmax =4/{(ωx/ωf)1/2 +(ωf/ωx)1/2}2 …(3) となる。Here, if the spot size of the optical fiber is ω f and the spot sizes of the waveguide in the x and y directions are ω x and ω y , the coupling efficiency is expressed by the following equation. η = 4 / (ω x / ω f + ω f / ω x ) · (ω y / ω f + ω f / ω y ) ... (1) Here, the maximum coupling efficiency is ω f = (ω x ω y ) 1 / 2 ... (2), and η max = 4 / {(ω x / ω f ) 1/2 + (ω f / ω x ) 1/2 } 2 (3).
【0005】(3)式から明らかなように光ファイバの
スポットサイズを光学系により変換して最適化しても、
光素子の導波路のビームの歪みに起因して結合効率が低
下することは免れない。導波路の厚みは結晶成長技術に
より数原子層程度の厚さで制御可能である一方、導波路
幅の加工に関してはエッチング加工技術に依存し、埋め
込み型の導波路でドライエッチング技術を用いてもサブ
ミクロンオーダーの導波路幅を実現することは困難であ
る。したがって、電界吸収型光変調器のように変調効率
を高めるために電界に垂直な方向の光の閉じ込めを強く
すると、結合損失が増大することになり、変調効率と光
学的結合効率の間には一般にトレードオフの関係が存在
するといえる。このような光素子の導波路と、光ファイ
バの結合において結合効率を改善するには、導波路出射
ビームのアスペクト比を変換し、ビーム形状を円形に近
付けるための光学系を挿入する必要がある。As is clear from the equation (3), even if the spot size of the optical fiber is converted and optimized by the optical system,
Inevitably, the coupling efficiency is reduced due to the distortion of the beam in the waveguide of the optical element. The thickness of the waveguide can be controlled to a thickness of about several atomic layers by the crystal growth technique, while the width of the waveguide depends on the etching technique, and even if the dry etching technique is used for the buried type waveguide. It is difficult to realize a waveguide width on the order of submicron. Therefore, if the confinement of light in the direction perpendicular to the electric field is increased in order to improve the modulation efficiency as in the electro-absorption optical modulator, the coupling loss increases, and there is a gap between the modulation efficiency and the optical coupling efficiency. Generally, it can be said that there is a trade-off relationship. In order to improve the coupling efficiency in coupling the waveguide of such an optical element with an optical fiber, it is necessary to insert an optical system for converting the aspect ratio of the waveguide output beam and making the beam shape close to a circle. .
【0006】高速変調光素子をモジュール化する際のも
うひとつの問題点として挙げられるのは、変調のための
電気回路によって光素子の導波路の入出力端面付近の空
間を制限されることから、光学結合系を構成する際の自
由度が小さくなるという事実である。変調信号を伝送す
る伝送路の心線と、光素子の電極との接続には通常ボン
ディングワイヤ、リボン等が用いられるが、ワイヤ長が
長くなると、素子の容量、抵抗値及びワイヤの寄生イン
ダクタンスによる変調特性のロールオフを生じる。そこ
で、ワイヤ長はできるだけ短くすることが望ましい。Another problem in modularizing the high-speed modulation optical element is that the electric circuit for modulation limits the space near the input / output end face of the waveguide of the optical element. This is the fact that the degree of freedom in constructing an optical coupling system is reduced. Bonding wires, ribbons, etc. are usually used to connect the core of the transmission line that transmits the modulation signal to the electrodes of the optical element.However, if the wire length becomes long, the capacitance, resistance value, and parasitic inductance of the wire may cause It causes a roll-off of the modulation characteristic. Therefore, it is desirable to make the wire length as short as possible.
【0007】ワイヤのインダクタンスをL、光素子の容
量値をCP 、終端抵抗値をRとした場合の伝達関数は次
式で表される。 H(ω)= {1−(ω/ω0)2 }2+{ω/(ω0/Q)}2 1/2 …(4) なお、ω0 はカットオフ周波数であり、次式で表され
る。 ω0 ={(RL +R)/RCL}1/2 …(5) Q={RCL(RL +R)}1/2 /{L+(RL CR)} …(6) 但し、RL は伝送路の特性インピーダンスであり、通常
は50Ωである。例えば電界吸収型光変調器の寄生容量
を0.15pF、ボンディングワイヤのインダクタンス
を0.2nH、Rを50Ωとした場合のカットオフ周波
数は約18GHzとなる。The transfer function when the inductance of the wire is L, the capacitance value of the optical element is C P , and the termination resistance value is R is represented by the following equation. H (ω) = {1- (ω / ω 0 ) 2 } 2 + {ω / (ω 0 / Q)} 2 1/2 (4) where ω 0 is the cutoff frequency, and expressed. ω 0 = {(R L + R) / RCL} 1/2 (5) Q = {RCL (R L + R)} 1/2 / {L + (R L CR)} (6) where R L is The characteristic impedance of the transmission line, which is usually 50Ω. For example, when the parasitic capacitance of the electro-absorption optical modulator is 0.15 pF, the inductance of the bonding wire is 0.2 nH, and R is 50Ω, the cutoff frequency is about 18 GHz.
【0008】一般に半導体レーザ、半導体光変調器等の
光素子の導波路の入出力端面と、光ファイバとの光学的
な結合方法は、先球テーパファイバを用いる方法(図9
参照)と、1個または複数のレンズを用いて光結合を行
う方法(図10参照)に大別できる。Generally, the optical coupling method between the optical fiber and the input / output end face of the waveguide of an optical element such as a semiconductor laser or a semiconductor optical modulator uses a tapered spherical fiber (see FIG. 9).
(See FIG. 10) and a method of performing optical coupling using one or more lenses (see FIG. 10).
【0009】前者は光ファイバの先端を球形に加工しレ
ンズ機能を持たせ、光ファイバのビームのモードフィー
ルド径を拡大または縮小し、光素子の導波路のそれに一
致させるものである。図9を基に具体例で説明すると、
光変調器1の導波路の入出力端面と、先球テーパファイ
バ2a,2bの端面とを対向させている。マイクロスト
リップ線路3は、誘電体の基板3aと、変調信号を伝送
する心線3bとで構成されており、光変調器1の電極と
心線3bとは、ボンディングワイヤ4により接続されて
いる。In the former method, the tip of the optical fiber is processed into a spherical shape so as to have a lens function, and the mode field diameter of the beam of the optical fiber is expanded or reduced so as to match that of the waveguide of the optical element. Explaining with a concrete example based on FIG. 9,
The input / output end faces of the waveguide of the optical modulator 1 and the end faces of the tapered spherical fibers 2a and 2b are opposed to each other. The microstrip line 3 is composed of a dielectric substrate 3a and a core wire 3b for transmitting a modulation signal, and the electrode of the optical modulator 1 and the core wire 3b are connected by a bonding wire 4.
【0010】図9に示す方法によればモジュール作製の
際の部品点数が少なくなり、モジュールを作製する際の
作業効率、歩留りが向上するというメリットがある。ま
た、半導体レーザ、半導体光変調器等に変調信号を印加
する場合、しばしば変調回路によって光素子の入出力端
面付近の空間を占有されるが、このような場合にも、図
9に示すように直径が100μm程度の先球ファイバ2
a,2bを用いれば狭い空間に挿入することが可能であ
るため、変調回路に影響を与えないモジュールの設計が
可能となる。The method shown in FIG. 9 has an advantage that the number of parts at the time of manufacturing a module is reduced and the working efficiency and the yield at the time of manufacturing a module are improved. Further, when a modulation signal is applied to a semiconductor laser, a semiconductor optical modulator, etc., the modulation circuit often occupies a space near the input / output end face of the optical element. In such a case, as shown in FIG. A spherical fiber 2 with a diameter of about 100 μm
Since a and 2b can be inserted into a narrow space, it is possible to design a module that does not affect the modulation circuit.
【0011】しかしながら、先に述べたように半導体レ
ーザ、半導体光変調器の導波路のビーム形状は導波路の
形状を反映して楕円形状であり、長径が数μm、短径が
この数分の1程度の大きさである。これに対し、単一モ
ードファイバのスポット形状は円形でその直径は5μm
程度であり、最適な光学的結合状態を実現するためには
ファイバのスポットサイズをさらに縮小して光素子導波
路のそれに一致させる必要がある。この場合、最適な先
球径は(3)式で示すように導波路の縦方向、横方向の
スポットサイズの加乗平均となり、数μmとなり、最適
結合位置での導波路とファイバの先端との間の距離もこ
れと同程度となる。このように先球ファイバを用いる場
合には最適結合点でファイバと導波路端面との距離が非
常に接近し、アラインメントをする際にファイバの先端
と導波路端面が接触して両者を破損する恐れがある。こ
のためにファイバの先端部分のコア径を拡大することに
より焦点距離(作用長)を増大させる試みもある。ま
た、先球ファイバを用いた場合、最適結合位置において
光軸に垂直な方向のトレランスが極めて小さく、これが
モジュールを作製する際の歩留り低下の大きな要因とな
る。さらに、環境変化に伴う経時的な結合効率の低下も
無視できない。However, as described above, the beam shape of the waveguide of the semiconductor laser and the semiconductor optical modulator is an ellipse reflecting the shape of the waveguide, and the major axis is several μm and the minor axis is several minutes. It is about one size. On the other hand, the spot shape of the single mode fiber is circular and its diameter is 5 μm.
In order to realize the optimum optical coupling state, it is necessary to further reduce the spot size of the fiber to match that of the optical element waveguide. In this case, the optimum tip diameter is the weighted average of the spot sizes in the longitudinal and lateral directions of the waveguide as shown in equation (3), which is a few μm, and the optimum tip position of the waveguide and the tip of the fiber. The distance between them is similar to this. In this way, when using a spherical fiber, the distance between the fiber and the waveguide end face becomes very close at the optimum coupling point, and the tip of the fiber and the waveguide end face may come into contact during alignment and damage the both. There is. For this reason, there is an attempt to increase the focal length (working length) by enlarging the core diameter at the tip of the fiber. Further, when the spherical fiber is used, the tolerance in the direction perpendicular to the optical axis at the optimum coupling position is extremely small, which becomes a major factor of lowering the yield in manufacturing the module. Furthermore, the decrease in coupling efficiency with time due to environmental changes cannot be ignored.
【0012】一方レンズによる光結合を行う場合には2
つまたはそれ以上のレンズを組み合せた共焦点構成で、
導波路、ファイバ双方のスポットサイズを拡大して光結
合を行えば光軸に垂直な方向のトレランスを緩和するこ
とができる。図10を基に具体例で説明すると、光変調
器1の導波路の入出力端面と、光ファイバ5a,5bの
端面とを対向させ、更に光ファイバ5aと光変調器1と
の間及び光ファイバ5bと光変調器1との間にレンズ6
a,6bを配置している。On the other hand, it is 2 when optical coupling is performed by a lens.
With a confocal configuration that combines one or more lenses,
Tolerance in the direction perpendicular to the optical axis can be relaxed by enlarging the spot sizes of both the waveguide and the fiber to perform optical coupling. Explaining in a concrete example based on FIG. 10, the input / output end faces of the waveguide of the optical modulator 1 and the end faces of the optical fibers 5a and 5b are opposed to each other, and further, between the optical fiber 5a and the optical modulator 1 and between the optical fibers. A lens 6 is provided between the fiber 5b and the optical modulator 1.
a and 6b are arranged.
【0013】先に述べたように半導体光変調器では変調
効率を向上させるために光を導波路の電界に垂直な方向
に強く閉じ込めているため、ビーム形状は大きく歪んだ
ものとなり、これがビーム形状が真円である光ファイバ
との結合効率を大きく低下させる要因となっている。レ
ンズを用いて光結合を行う場合にはレンズと光ファイバ
の間にビームのアスペクト比を変換する光部品(例えば
円柱レンズ、プリズム等)を挿入することができ、導波
路のビーム形状を真円に近付けて結合効率の大幅な向上
を図ることができる。As described above, in the semiconductor optical modulator, since the light is strongly confined in the direction perpendicular to the electric field of the waveguide in order to improve the modulation efficiency, the beam shape becomes largely distorted. Is a factor that greatly reduces the coupling efficiency with a perfect circle optical fiber. When optical coupling is performed using a lens, an optical component that converts the aspect ratio of the beam (for example, a cylindrical lens, prism, etc.) can be inserted between the lens and the optical fiber, and the beam shape of the waveguide can be a perfect circle. The coupling efficiency can be greatly improved by approaching to.
【0014】しかしながら、レンズのサイズは現状では
球レンズで直径0.5mm程度、非球面レンズで直径2
mm程度であり、上述のように変調のための回路を実装
した場合には導波路端面付近にレンズを配置するのは困
難となる。ここでレンズを挿入すれば、図10に示すよ
うにボンディングワイヤ長が長くなり、変調特性に劣化
を生じる事態がしばしば生じる。このため、数々のメリ
ットがあるにもかかわらず高速で動作する光素子をモジ
ュール化する際にレンズを用いた光学系を組み込むのは
困難であった。However, at present, the lens size is about 0.5 mm for a spherical lens and 2 for an aspherical lens.
Since it is about mm, it becomes difficult to dispose the lens near the end face of the waveguide when the circuit for modulation is mounted as described above. If a lens is inserted here, the bonding wire length becomes long as shown in FIG. 10, and a situation often occurs in which the modulation characteristic is deteriorated. For this reason, it has been difficult to incorporate an optical system using a lens when modularizing an optical element that operates at high speed, although it has many merits.
【0015】[0015]
【発明が解決しようとする課題】半導体レーザ、半導体
光変調器等の光素子のモジュールを作製する場合、レン
ズを用いた光学系によって光結合を行えば、結合効率が
高い、アラインメントの際のトレランスが大きい等のメ
リットが期待される。しかし、変調のための回路を実装
した場合には、導波路の入出力端面付近の空間を大きく
制限されるためにレンズを用いた光学系により、モジュ
ールを構成するのは困難であった。When manufacturing a module of an optical element such as a semiconductor laser or a semiconductor optical modulator, if optical coupling is performed by an optical system using a lens, the coupling efficiency is high and the tolerance at the time of alignment is high. It is expected to have merits such as large size. However, when a circuit for modulation is mounted, it is difficult to construct a module with an optical system using a lens because the space near the input / output end face of the waveguide is greatly limited.
【0016】本発明は、上記従来技術に鑑み、光素子の
近くにレンズを配置でき且つボンディングワイヤの長さ
の短い光素子モジュールを提供することを目的とする。
本発明によれば、光変調素子に高速変調信号を印加する
必要がある場合に変調特性を損ねることなく、歩留りが
大きい光素子モジュールが実現できる。換言すると、本
発明は、半導体レーザや半導体光変調器のように変調の
ための回路を実装する必要がある場合に、変調特性を損
なうことなく、高い光結合効率の光素子モジュールを実
現することを目的としている。In view of the above-mentioned conventional technique, it is an object of the present invention to provide an optical element module in which a lens can be arranged near the optical element and a bonding wire length is short.
According to the present invention, it is possible to realize an optical element module with a high yield without impairing the modulation characteristics when it is necessary to apply a high-speed modulation signal to the optical modulation element. In other words, the present invention realizes an optical element module having high optical coupling efficiency without impairing the modulation characteristics when it is necessary to mount a circuit for modulation such as a semiconductor laser or a semiconductor optical modulator. It is an object.
【0017】[0017]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の構成は、光素子の導波路の入出力端面と、光ファイ
バの端面とをレンズを介して対向させ、更にストリップ
線路の心線及びワイヤを介して変調信号を前記光素子へ
送る光素子モジュールにおいて、前記ストリップ線路の
光素子側の端部は、光素子に近づくにつれて狭窄化した
テーパ形状となっていることを特徴とする。The structure of the present invention which solves the above-mentioned problems is such that the input / output end face of the waveguide of the optical element and the end face of the optical fiber are opposed to each other via a lens, and the core wire of the strip line is further provided. Also, in the optical element module for transmitting the modulated signal to the optical element via the wire, the end portion of the strip line on the optical element side has a tapered shape that narrows toward the optical element.
【0018】[0018]
【作用】上述したように本発明の光素子モジュールにお
いては、変調信号を印加するためのストリップ線路をテ
ーパ形状としたことに特徴がある。ストリップ線路と光
素子の電極の接続にはボンディングワイヤを用いるがこ
のワイヤ長が長くなるとワイヤの寄生インダクタンスに
よる変調特性のロールオフを生じ、変調特性が劣化す
る。そこでワイヤ長は出来る限り短くすることが望まし
いが、レンズを従来の変調回路に組み込む場合にはワイ
ヤ長が長くなり変調特性が劣化するという問題点があっ
た。本発明ではストリップ線路の先端をテーパ形状とし
て、レンズを搭載するための空間を確保することによ
り、ストリップ線路の心線と光素子の電極を繋ぐワイヤ
長を長くすることなくレンズを用いた光学系を構成する
ことが可能となる。As described above, the optical element module of the present invention is characterized in that the strip line for applying the modulation signal is tapered. A bonding wire is used to connect the strip line and the electrode of the optical element, but if the wire length becomes long, the modulation characteristic is rolled off due to the parasitic inductance of the wire, and the modulation characteristic is deteriorated. Therefore, it is desirable to make the wire length as short as possible. However, when the lens is incorporated in the conventional modulation circuit, the wire length becomes long and the modulation characteristic deteriorates. In the present invention, the tip end of the strip line is tapered to secure a space for mounting the lens, so that an optical system using the lens can be realized without increasing the wire length connecting the core wire of the strip line and the electrode of the optical element. Can be configured.
【0019】[0019]
【実施例】以下に本発明の実施例を、図面に基づき詳細
に説明する。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
【0020】図1は本発明の第1実施例を示す。同図に
示すように本実施例では、光変調器1の導波路の入出力
端面と、光ファイバ5a,5bの端面とを対向させると
共に、光ファイバ5aと光変調器1との間及び光ファイ
バ5bと光変調器1との間にレンズ6a,6bを配置し
ている。更に、マイクロストリップ線路3の心線3b
と、光変調器1の電極をボンディングワイヤ4により接
続している。そしてマイクロストリップ線路3の基板3
aの先端を、光変調器1に向うに従い細くしたテーパ形
状としている。FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention. As shown in the figure, in this embodiment, the input / output end faces of the waveguide of the optical modulator 1 and the end faces of the optical fibers 5a and 5b are opposed to each other, and the space between the optical fiber 5a and the optical modulator 1 Lenses 6a and 6b are arranged between the fiber 5b and the optical modulator 1. Further, the core wire 3b of the microstrip line 3
And the electrodes of the optical modulator 1 are connected by the bonding wires 4. And the substrate 3 of the microstrip line 3
The tip of a has a tapered shape that becomes thinner toward the optical modulator 1.
【0021】上記マイクロストリップ線路3は、アルミ
ナ,サファイア,石英等を材料とした基板3aの上面
に、金,銅等の金属を蒸着して心線3bを形成し、下底
面に接地電極を形成したものである。レンズ6a,6b
としては、非球面レンズ,球レンズ等の各種のレンズが
用いられる。ボンディングワイヤ4としては、金ワイ
ヤ,金リボン等が好適に用いられる。光ファイバ6a,
6bとしては、単一モードファイバ,偏波保持ファイバ
等が好適に用いられる。In the microstrip line 3, a core wire 3b is formed by depositing a metal such as gold or copper on the upper surface of a substrate 3a made of alumina, sapphire, quartz or the like, and a ground electrode is formed on the lower bottom surface. It was done. Lens 6a, 6b
As the lens, various lenses such as an aspherical lens and a spherical lens are used. As the bonding wire 4, a gold wire, a gold ribbon or the like is preferably used. Optical fiber 6a,
As 6b, a single mode fiber, a polarization maintaining fiber, etc. are preferably used.
【0022】本発明の第1の実施例ではテーパ形状のマ
イクロストリップ線路3を伝送路として用いている。変
調信号はマイクロストリップ線路3を伝播して、ボンデ
ィングワイヤ4を介して、光変調器1の電極に印加され
る。マイクロストリップ線路3の先端はテーパ形状とな
っているため、ボンディングワイヤ4の長さを長くする
ことなく、レンズ6a,6bを光変調器1の導波路端面
付近に配置することができる。また、導波路の入出力ビ
ームを遮ることなくレンズ6a,6bに導波することが
できるという効果がある。In the first embodiment of the present invention, the tapered microstrip line 3 is used as a transmission line. The modulation signal propagates through the microstrip line 3 and is applied to the electrode of the optical modulator 1 via the bonding wire 4. Since the tip of the microstrip line 3 is tapered, the lenses 6a and 6b can be arranged near the waveguide end face of the optical modulator 1 without increasing the length of the bonding wire 4. Further, there is an effect that the input and output beams of the waveguide can be guided to the lenses 6a and 6b without being blocked.
【0023】マイクロストリップ線路3の特性インピー
ダンスは、基板3aの材質の誘電率、厚さ、心線3bの
幅により決まるが、マイクロストリップ線路3の先端付
近では心線3bの幅に対して、基板3aの幅が狭くなる
ため、特性インピーダンスが変化し、変調信号の一部が
先端部分で反射する恐れがある。そこで本発明の第1の
実施例のマイクロストリップ線路3の伝送特性を評価す
るために先端角を30°、45°、従来型(垂直切断
型)の3種類のストリップ線路を作製し、終端特性を測
定した。The characteristic impedance of the microstrip line 3 is determined by the dielectric constant and thickness of the material of the substrate 3a and the width of the core wire 3b. Since the width of 3a becomes narrow, the characteristic impedance changes, and a part of the modulation signal may be reflected at the tip. Therefore, in order to evaluate the transmission characteristics of the microstrip line 3 according to the first embodiment of the present invention, three types of strip lines having a tip angle of 30 ° and 45 ° and a conventional type (vertical cut type) were manufactured, and termination characteristics were obtained. Was measured.
【0024】マイクロストリップ線路3の基板3aの材
質はアルミナで基板厚みが0.635mm、長さが3.
9mm、幅が3.0mmである。線路の特性インピーダ
ンスは50Ωである。心線3bはニッケルクロム薄膜と
金薄膜を真空蒸着したのち金メッキを施して形成してい
る。金膜厚は2μmである。終端抵抗としてチップ抵抗
を用い、抵抗の電極と、ストリップ線路の心線3bはボ
ンディングワイヤ4によって接続し、ネットワークアナ
ライザによってリターンロスの測定を行った。The material of the substrate 3a of the microstrip line 3 is alumina, the substrate thickness is 0.635 mm, and the length is 3.
The width is 9 mm and the width is 3.0 mm. The characteristic impedance of the line is 50Ω. The core wire 3b is formed by vacuum-depositing a nickel chrome thin film and a gold thin film and then gold-plating the thin film. The gold film thickness is 2 μm. A chip resistor was used as the terminating resistor, the electrode of the resistor and the core wire 3b of the strip line were connected by a bonding wire 4, and the return loss was measured by a network analyzer.
【0025】図2(a)に従来の垂直切断型のストリッ
プ線路のS11周波数特性を、図2(b),(c)にそ
れぞれに先端角30°、45°のマイクロストリップ線
路のS11周波数特性を示す。いずれのストリップ線路
においてもリターンロスは測定した26.5GHzまで
の測定周波数範囲で−10dB以下の値が得られ、スト
リップ線路3の先端をテーパ形状にしたことによる周波
数特性の劣化は観測されなかった。FIG. 2 (a) shows the S11 frequency characteristic of a conventional vertical cut type strip line, and FIGS. 2 (b) and 2 (c) show the S11 frequency characteristic of a microstrip line with tip angles of 30 ° and 45 °, respectively. Indicates. In each of the strip lines, the return loss was -10 dB or less in the measured frequency range up to 26.5 GHz, and the deterioration of the frequency characteristic due to the taper of the tip of the strip line 3 was not observed. .
【0026】図3は本発明の第2実施例を示す。第2実
施例ではコプレナストリップ線路7を用いその先端をテ
ーパ形状としている。しかもアース部分となる基板7a
のみならず心線7bも、狭窄化してテーパ形状としてい
るため、特性インピーダンスの変化を低減する効果を奏
する。ちなみに、図1に示す第1実施例では、心線3b
の幅は変えず基板3aのみを狭窄化していたため、スト
リップ線路3の先端部分の特性インピーダンスが若干変
化する恐れがあったが、第2実施例ではこのような恐れ
はなくなる。FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention. In the second embodiment, the coplanar strip line 7 is used and its tip is tapered. Moreover, the substrate 7a that serves as a grounding portion
Not only the core wire 7b but also the core wire 7b is narrowed to have a tapered shape, so that the effect of reducing the change in the characteristic impedance is obtained. Incidentally, in the first embodiment shown in FIG. 1, the core wire 3b
Since only the substrate 3a is constricted without changing the width of the strip line, the characteristic impedance of the tip portion of the strip line 3 may change slightly. However, in the second embodiment, such a fear disappears.
【0027】第2実施例の他の部分は、第1実施例と同
様な構成となっている。この第2実施例でも、第1実施
例と同様に、レンズを搭載するための空間を確保するこ
とができるだけでなく、導波路の端面から出射されたビ
ームをストリップ線路により、遮ることなくレンズに導
波することができる。The other parts of the second embodiment have the same structure as the first embodiment. In the second embodiment as well, similar to the first embodiment, not only a space for mounting the lens can be secured, but also the beam emitted from the end face of the waveguide is not blocked by the strip line to the lens. Can be guided.
【0028】次に本発明の第3実施例に係るMQW電界
吸収型光位相変調器モジュールを、平面図である図4、
側面拡大図である図5、光学系を示す図6を参照して説
明する。Next, an MQW electroabsorption type optical phase modulator module according to a third embodiment of the present invention is shown in FIG.
This will be described with reference to FIG. 5, which is an enlarged side view, and FIG. 6, which shows the optical system.
【0029】図5,図6において10は電界吸収型光位
相変調器、11a,11bは非球面レンズ、12a,1
2bは先端を斜め研磨した偏波保持光ファイバ、13は
積層セラミックスコンデンサ、14はチップコンデン
サ、15は終端抵抗器、4はボンディングワイヤ、1は
マイクロストリップ線路である。5 and 6, 10 is an electroabsorption type optical phase modulator, 11a and 11b are aspherical lenses, and 12a and 1a.
Reference numeral 2b is a polarization-maintaining optical fiber whose tip is obliquely polished, 13 is a laminated ceramics capacitor, 14 is a chip capacitor, 15 is a terminating resistor, 4 is a bonding wire, and 1 is a microstrip line.
【0030】電界吸収型光位相変調器10の活性層の構
造はInGaAlAs/InAlAs多重量子井戸構造で活性層厚は
0.4μmであり、励起子吸収波長は1.45μmであ
る。導波路のサイズは導波路長300μm、導波路幅4
μmである。電界吸収型光位相変調器10は伝送路との
インピーダンス整合をとるため、50Ωの終端抵抗器1
5を素子に並列に接続している。また、素子にバイアス
電圧を印加する際に終端抵抗器15に直流電流が流れ抵
抗器が発熱することにより、変調器の変調特性が変化す
る恐れがあるため、終端抵抗器15に直列に容量素子を
接続し、直流電流が流れるのを遮断している。容量素子
の容量が大きいほど低域遮断周波数が増大するため、容
量素子の容量はできるだけ大きいことが望ましい。しか
し、一般に容量の大きく、かつ高周波特性に優れた容量
素子を得るのは困難であることから、本モジュールでは
容量の大きな積層セラミックコンデンサ13と高周波特
性に優れるチップコンデンサ14を並列に接続し、広帯
域化を図っている。積層セラミックコンデンサ13の容
量は0.1μF、チップコンデンサ14の容量は100
pFである。The structure of the active layer of the electro-absorption optical phase modulator 10 is an InGaAlAs / InAlAs multiple quantum well structure, the active layer thickness is 0.4 μm, and the exciton absorption wavelength is 1.45 μm. The size of the waveguide is 300 μm and the width of the waveguide is 4 μm.
μm. The electro-absorption optical phase modulator 10 has a 50Ω terminating resistor 1 in order to achieve impedance matching with the transmission line.
5 is connected in parallel to the element. Further, when a bias voltage is applied to the element, a direct current flows through the terminating resistor 15 and the resistor generates heat, which may change the modulation characteristic of the modulator. Is connected to block the flow of direct current. Since the lower cutoff frequency increases as the capacitance of the capacitance element increases, it is desirable that the capacitance of the capacitance element be as large as possible. However, since it is generally difficult to obtain a capacitive element having a large capacity and excellent high-frequency characteristics, in this module, a multilayer ceramic capacitor 13 having a large capacity and a chip capacitor 14 having excellent high-frequency characteristics are connected in parallel to provide a wide band. It is trying to make it. The multilayer ceramic capacitor 13 has a capacitance of 0.1 μF, and the chip capacitor 14 has a capacitance of 100 μF.
pF.
【0031】本変調器モジュールの光学系を図6に示
す。結合光学系は非球面レンズを2個用いた共焦点構成
である。導波路端面付近に配置した第1レンズ11a−
1,11b−1の焦点距離は0.5mm、NA値は0.
5、一方、斜め研磨偏波保持ファイバ12a,12bに
固定した第2レンズ11a−2,11b−2の焦点距離
は1.81mm、NA値は0.3である。テーパ先端角
45°のマイクロストリップ線路1を伝送路として用い
た。The optical system of this modulator module is shown in FIG. The coupling optical system has a confocal configuration using two aspherical lenses. First lens 11a disposed near the end face of the waveguide
1, 11b-1 has a focal length of 0.5 mm and an NA value of 0.
5. On the other hand, the focal lengths of the second lenses 11a-2 and 11b-2 fixed to the obliquely polished polarization-maintaining fibers 12a and 12b are 1.81 mm and the NA value is 0.3. The microstrip line 1 having a taper tip angle of 45 ° was used as a transmission line.
【0032】図4,図5に示すMQW電界吸収型光位相
変調器モジュールの吸収変動特性を図7に示し、変調周
波数特性を図8に示す。両特性に示すようにこの光位相
変調器モジュールでは、TE偏光入力光信号に対して、
波長1.55μmにおける挿入損失は9.2dBであ
り、−3dB変調帯域として18GHzが得られた。こ
の結果、本発明によれば変調特性に優れた光結合効率の
高いモジュールを実現可能であることが確認された。FIG. 7 shows absorption fluctuation characteristics of the MQW electroabsorption type optical phase modulator module shown in FIGS. 4 and 5, and FIG. 8 shows modulation frequency characteristics thereof. As shown in both characteristics, in this optical phase modulator module, with respect to the TE polarized input optical signal,
The insertion loss at a wavelength of 1.55 μm was 9.2 dB, and 18 GHz was obtained as a −3 dB modulation band. As a result, it was confirmed that the present invention can realize a module having excellent modulation characteristics and high optical coupling efficiency.
【0033】なお上記各実施例では光素子として光変調
器を用いていたが、半導体レーザを用いても本発明をそ
のまま適用することができる。つまり、光変調器の場合
には1つの光変調器に2本の光ファイバを光結合するの
に対し、半導体レーザの場合には1つの半導体レーザに
1本の光ファイバを光結合する点が異なるだけで、他の
部分の構成は同様にすることができる。Although an optical modulator is used as an optical element in each of the above embodiments, the present invention can be applied as it is even if a semiconductor laser is used. That is, in the case of an optical modulator, two optical fibers are optically coupled to one optical modulator, whereas in the case of a semiconductor laser, one optical fiber is optically coupled to one semiconductor laser. The configuration of other parts can be the same, only different.
【0034】[0034]
【発明の効果】以上実施例と共に具体的に説明したよう
に本発明によれば、ストリップ線路の先端をテーパ形状
としたため、光素子の近くにレンズを配置でき且つワイ
ヤの長さを短くすることができ、この結果、高い光結合
効率、広帯域な変調特性を有する光素子モジュールを実
現することが可能となる。According to the present invention as specifically described in connection with the above embodiments, since the tip of the strip line is tapered, the lens can be arranged near the optical element and the length of the wire can be shortened. As a result, an optical element module having high optical coupling efficiency and wide band modulation characteristics can be realized.
【図1】本発明の第1実施例を示す構成図。FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of the present invention.
【図2】ストリップ線路の反射特性を示す特性図。FIG. 2 is a characteristic diagram showing a reflection characteristic of a strip line.
【図3】本発明の第2実施例を示す構成図。FIG. 3 is a configuration diagram showing a second embodiment of the present invention.
【図4】本発明の第3実施例を示す平面図。FIG. 4 is a plan view showing a third embodiment of the present invention.
【図5】第3実施例を示す拡大側面図。FIG. 5 is an enlarged side view showing a third embodiment.
【図6】第3実施例の光学系を示す構成図。FIG. 6 is a configuration diagram showing an optical system of a third embodiment.
【図7】第3実施例の光吸収変動量を示す特性図。FIG. 7 is a characteristic diagram showing a light absorption fluctuation amount of the third embodiment.
【図8】第3実施例の変調周波数特性を示す特性図。FIG. 8 is a characteristic diagram showing a modulation frequency characteristic of the third embodiment.
【図9】先球ファイバによる光結合を用いた従来技術を
示す構成図。FIG. 9 is a configuration diagram showing a conventional technique using optical coupling with a spherical fiber.
【図10】レンズによる光結合を用いた従来技術を示す
構成図。FIG. 10 is a configuration diagram showing a conventional technique using optical coupling by a lens.
1 光変調器 2a,2b 先球テーパファイバ 3 マイクロストリップ線路 3a 基板 3b 心線 4 ボンディングワイヤ 5a,5b 光ファイバ 6a,6b レンズ 7 コプレナストリップ線路 7a 基板 7b 心線 10 電界吸収型光位相変調器 11a,11b 非球面レンズ 12a,12b 偏波保持光ファイバ 13 積層セラミックスコンデンサ 14 チップコンデンサ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical modulator 2a, 2b Tapered spherical fiber 3 Microstrip line 3a Substrate 3b Core wire 4 Bonding wire 5a, 5b Optical fiber 6a, 6b Lens 7 Coplanar strip line 7a Substrate 7b Core line 10 Electroabsorption optical phase modulator 11a, 11b Aspherical lens 12a, 12b Polarization maintaining optical fiber 13 Multilayer ceramics capacitor 14 Chip capacitor
Claims (3)
イバの端面とをレンズを介して対向させ、更にストリッ
プ線路の心線及びワイヤを介して変調信号を前記光素子
へ送る光素子モジュールにおいて、 前記ストリップ線路の光素子側の端部は、光素子に近づ
くにつれて狭窄化したテーパ形状となっていることを特
徴とする光素子モジュール。1. An optical device in which an input / output end face of a waveguide of an optical device and an end face of an optical fiber are opposed to each other via a lens, and a modulated signal is sent to the optical device via a core wire and a wire of a strip line. In the module, an end of the strip line on the optical element side has a tapered shape that is narrowed toward an optical element.
プ線路であり、光素子側の端部においてマイクロストリ
ップ線路の基板がテーパ形状となっていることを特徴と
する請求項1の光素子モジュール。2. The optical element module according to claim 1, wherein the strip line is a microstrip line, and the substrate of the microstrip line is tapered at the end on the optical element side.
プ線路であり、光素子側の端部においてコプレナストリ
ップ線路の基板及び心線がテーパ形状となっていること
を特徴とする請求項1の光素子モジュール。3. The optical device according to claim 1, wherein the strip line is a coplanar strip line, and the substrate and the core wire of the coplanar strip line are tapered at the end on the optical device side. module.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13976894A JPH085874A (en) | 1994-06-22 | 1994-06-22 | Optical element module |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13976894A JPH085874A (en) | 1994-06-22 | 1994-06-22 | Optical element module |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH085874A true JPH085874A (en) | 1996-01-12 |
Family
ID=15252954
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP13976894A Pending JPH085874A (en) | 1994-06-22 | 1994-06-22 | Optical element module |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH085874A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002196293A (en) * | 2000-12-26 | 2002-07-12 | Mitsubishi Electric Corp | Photoelectric conversion semiconductor device |
JP2005091417A (en) * | 2003-09-12 | 2005-04-07 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Signal transmission line for optical modulator and optical module |
JP2005234267A (en) * | 2004-02-20 | 2005-09-02 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor optical module |
-
1994
- 1994-06-22 JP JP13976894A patent/JPH085874A/en active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002196293A (en) * | 2000-12-26 | 2002-07-12 | Mitsubishi Electric Corp | Photoelectric conversion semiconductor device |
JP4601161B2 (en) * | 2000-12-26 | 2010-12-22 | 三菱電機株式会社 | Photoelectric conversion semiconductor device |
JP2005091417A (en) * | 2003-09-12 | 2005-04-07 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Signal transmission line for optical modulator and optical module |
JP2005234267A (en) * | 2004-02-20 | 2005-09-02 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor optical module |
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