JPH11238907A - Wide-band sampler module - Google Patents
Wide-band sampler moduleInfo
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- JPH11238907A JPH11238907A JP3905398A JP3905398A JPH11238907A JP H11238907 A JPH11238907 A JP H11238907A JP 3905398 A JP3905398 A JP 3905398A JP 3905398 A JP3905398 A JP 3905398A JP H11238907 A JPH11238907 A JP H11238907A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、広帯域サンプラモ
ジュールに関し、特に、光半導体素子から発生する短光
サンプリングパルスと、超高速な光スイッチ作用を有す
る光導電スイッチとを用いた広帯域サンプラモジュール
に関する。The present invention relates to a broadband sampler module, and more particularly, to a broadband sampler module using a short optical sampling pulse generated from an optical semiconductor device and a photoconductive switch having an ultrahigh-speed optical switching action.
【０００２】[0002]
【従来の技術】タイムドメインからみて、サンプリング
するためのパルス信号は、立ち上がり時間が鋭ければサ
ンプラーの帯域が向上される。つまり、サンプリングパ
ルスの高調波成分が周波数変換に寄与していることにな
る。これをフーリエ変換すると2. Description of the Related Art In a time domain, a pulse signal for sampling has a sharp rise time, so that the band of a sampler is improved. That is, the harmonic components of the sampling pulse contribute to the frequency conversion. When this is Fourier transformed
【０００３】[0003]
【数１】 であらわされる。(Equation 1) It is represented by
【０００４】ここで、ｆ＝ｎ／Ｔと置くとＣｎのスペク
トラムエンベロープ１１は図５の様にｆが１／τの整数
倍でＣｎ＝０となる。これらの高調波成分が３ｄＢ落ち
るｆまでがサンプラーの帯域を決定する。Here, when f = n / T is set, the spectrum envelope 11 of Cn becomes Cn = 0 when f is an integral multiple of 1 / τ as shown in FIG. The band of the sampler is determined up to f at which these harmonic components drop by 3 dB.
【０００５】つまり、 ｆ0 ＝０．３２／τ となる。That is, f 0 = 0.32 / τ.
【０００６】これから、帯域ｆのサンプラーに必要とさ
れるτは、 τ ＜ ３２０／ｆ0 [ psec,GHZ ] また、サンプラー能率については、サンプリングゲート
１３を時間τだけＯＮになる単純なスイッチを決定す
る。ここでτはパルス幅τと同じである。From this, τ required for the sampler in the band f is τ <320 / f 0 [psec, GHZ] Further, for the sampler efficiency, a simple switch that turns on the sampling gate 13 for a time τ is determined. I do. Here, τ is the same as the pulse width τ.
【０００７】等価回路を図６に示す。FIG. 6 shows an equivalent circuit.
【０００８】負荷ＲL に消費されるパワー：ＰL を求め
る。負荷電圧ＥL はＣによって平均化されるので、サン
プリングゲート１３はτ／Ｔの分圧器として作用する。
ここで、The power consumed by the load R L : P L is obtained. Since the load voltage E L is averaged by C, the sampling gate 13 acts as a τ / T voltage divider.
here,
【０００９】[0009]
【数２】 この式から明らかの様にＰL の最大値は、Ｒ0 ＝ＲL の
時である事が分かる。ゆえに、(Equation 2) As is clear from this equation, the maximum value of P L is found when R 0 = R L. therefore,
【００１０】[0010]
【数３】 となる。(Equation 3) Becomes
【００１１】一方、信号源１２から取り出し得る最大の
パワー：Ｐa は、Meanwhile, maximum power may retrieve from the signal source 12: P a is
【００１２】[0012]
【数４】 従って、変換能率ηは、(Equation 4) Therefore, the conversion efficiency η is
【００１３】[0013]
【数５】 となる。(Equation 5) Becomes
【００１４】例えば、６０ＧＨｚまでのサンプラーを想
定した場合上式から τ＝３２０／６０＝５．３ｐｓｅｃ となり、サンプリング周波数１／Ｔ＝１ＧＨｚの場合は η［ｄＢ］＝２０ｌｏｇ５．３ｐｓｅｃ／１ｎｓｅｃ＝
−４５．５ｄＢ となる。For example, when a sampler up to 60 GHz is assumed, τ = 320/60 = 5.3 psec from the above equation, and when the sampling frequency 1 / T = 1 GHz, η [dB] = 20 log 5.3 psec / 1 nsec =
-45.5 dB.
【００１５】この様な、超広帯域なサンプラーの実現は
困難である。It is difficult to realize such an ultra-wide band sampler.
【００１６】[0016]
【発明が解決しようとする課題】上述の様な、超広帯域
なサンプラーを実現しようとすると、サンプリングパル
スの短パルス化、スイッチ部の低ＶＳＷＲ（電圧定在波
比、Voltage StandingWave Ratio）化、インピーダンス
マッチング化回路構成、Ｌ、Ｃ成分の低減化、などの構
成が非常に重要となり、実現が困難なものとなる。In order to realize an ultra-wide band sampler as described above, it is necessary to shorten the sampling pulse, to reduce the VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) of the switch section, and to reduce the impedance. A configuration such as a matching circuit configuration and reduction of L and C components becomes very important, and it is difficult to realize the configuration.
【００１７】本発明の目的は、光短パルスを発光する光
半導体素子と受光素子の電極部との光軸調整のみで又は
光軸の無調整化で実現できる広帯域サンプラモジュール
を提供することにある。An object of the present invention is to provide a broadband sampler module which can be realized only by adjusting the optical axis of the optical semiconductor element which emits a short optical pulse and the electrode portion of the light receiving element or without adjusting the optical axis. .
【００１８】[0018]
【課題を解決するための手段】本発明の広帯域サンプラ
モジュールは、光半導体素子と受光素子とから構成さ
れ、光短パルスを発光する光半導体素子と受光素子の電
極部との光軸調整する手段を有する。A broadband sampler module according to the present invention comprises an optical semiconductor element and a light receiving element, and adjusts the optical axis of an optical semiconductor element that emits short optical pulses and an electrode of the light receiving element. Having.
【００１９】また、Ｓｉ基板と、Ｓｉ基板の上にパター
ンが形成された受光素子の電極と、半田バンプによって
電極上に実装された光半導体素子とから構成され、光半
導体素子の位置は、高精度に実装するための位置合わせ
マーカーと半田バンプとのセルフアライメント効果によ
って無調整で高精度に決められていてもよい。Further, the optical semiconductor device comprises a Si substrate, electrodes of a light receiving element having a pattern formed on the Si substrate, and an optical semiconductor element mounted on the electrode by solder bumps. It may be determined without any adjustment by the self-alignment effect between the alignment marker and the solder bump for accurate mounting without any adjustment.
【００２０】また、Ｓｉ基板の電気配線部に形成された
光パルス発生ドライブ回路を内蔵してもよい。Further, an optical pulse generating drive circuit formed in the electric wiring portion of the Si substrate may be incorporated.
【００２１】また、光半導体素子は、面発光ＬＤチップ
であってもよい。また、受光素子は、フォトコンダクタ
であってもよい。また、光パルス発生ドライブ回路は、
ＬＤドライバＩＣであってもよい。Further, the optical semiconductor element may be a surface emitting LD chip. Further, the light receiving element may be a photoconductor. Also, the optical pulse generation drive circuit
It may be an LD driver IC.
【００２２】従って、光短パルスを発光する光半導体素
子（面発光ＬＤチップ）と、受光素子（フォトコンダク
タ）の受光電極部との光軸調整のみで、広帯域なサンプ
ラモジュールが実現出来る。また、Ｓｉプラットホーム
による光軸の無調整化、電気デバイスである光パルス発
生ドライブ回路（ＬＤドライバＩＣ）の半導体プロセス
によるＭＭＩＣ化によりさらなる特性の向上、小型化が
実現出来る。Therefore, a wideband sampler module can be realized only by adjusting the optical axis of the optical semiconductor element (surface emitting LD chip) that emits an optical short pulse and the light receiving electrode section of the light receiving element (photoconductor). Further, the characteristics can be further improved and the size can be further reduced by making the optical axis non-adjustable by the Si platform and converting the optical pulse generation drive circuit (LD driver IC), which is an electric device, to the MMIC by the semiconductor process.
【００２３】[0023]
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、図
面を参照して説明する。Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
【００２４】光半導体素子、外部光源からサンプリング
パルスを発生させる。例えば、ゲインスイッチ法、モー
ドロック方式により光の短パルスを発生させる。光のパ
ルス幅はｐｓｅｃからｆｓｅｃまで発生が可能である。
図１に発生させた光の短パルスの波形を示す。半値幅は
８．５９７ｐｓｅｃである。受光素子は、その半導体基
板の吸収係数で使用する光源が限定されるが例として、
フォトコンダクタ（Ｌｔ−ＧａＡｓ）の場合だと近赤外
光（８５０ｎｍ）が望ましい。An optical semiconductor element and a sampling pulse are generated from an external light source. For example, a short pulse of light is generated by a gain switch method or a mode lock method. The light pulse width can be generated from psec to fsec.
FIG. 1 shows a short pulse waveform of the generated light. The half width is 8.597 psec. For the light receiving element, the light source used is limited by the absorption coefficient of the semiconductor substrate.
In the case of a photoconductor (Lt-GaAs), near infrared light (850 nm) is desirable.
【００２５】フォトコンダクタには、受光電極部が形成
されており、そこに光を照射する事で、キャリアが発生
しフォトンに変わる。そのフォトンのライフタイムがフ
ォトコンダクタの特性を決定する。周波数特性はフォト
コンダクタのインパルスレスポンスから見積もる事がで
き、１００ＧＨｚ以上と高い高周波特性を示す。即ち、
フォトコンダクタは、超高速な光スイッチ作用を有する
光導電スイッチとなる。In the photoconductor, a light receiving electrode portion is formed, and by irradiating the light receiving electrode portion, carriers are generated and turned into photons. The lifetime of the photon determines the characteristics of the photoconductor. The frequency characteristic can be estimated from the impulse response of the photoconductor, and shows a high frequency characteristic of 100 GHz or more. That is,
The photoconductor is a photoconductive switch having an ultrafast optical switching action.
【００２６】これらをパッケージ内に集積化したモジュ
ールは、光半導体素子から発光される光短パルスと受光
素子（フォトコンダクタ）の電極部との光軸調整のみで
実現することができる。A module in which these are integrated in a package can be realized only by adjusting the optical axis of the short optical pulse emitted from the optical semiconductor element and the electrode portion of the light receiving element (photoconductor).
【００２７】光半導体素子１を実装するためのＳｉプラ
ットホーム２を形成した例を図２に示す。Ｓｉ基板３の
上に受光素子（フォトコンダクタ）４の電極５パターン
を形成し、半田バンプ６によって電極５上に光半導体素
子１を実装する。この時、高精度に実装するための位置
合わせマーカー７と半田バンプ６とのセルフアライメン
ト効果によって無調整で高精度に光半導体素子１の位置
が決まる。FIG. 2 shows an example in which a Si platform 2 for mounting the optical semiconductor device 1 is formed. The electrode 5 pattern of the light receiving element (photoconductor) 4 is formed on the Si substrate 3, and the optical semiconductor element 1 is mounted on the electrode 5 by the solder bump 6. At this time, the position of the optical semiconductor element 1 is determined with high accuracy without adjustment by the self-alignment effect between the alignment marker 7 and the solder bump 6 for mounting with high accuracy.
【００２８】光半導体素子１として面発光ＬＤチップを
用いる。図３は面発光ＬＤチップの電極形状を示した図
である。電極としてはｐ型電極１００、ｎ型電極１０
１、駆動電極１０３がある。ここでは、ｐ型電極１０
０、がグランド面であり、このｐ型電極１００には、バ
ンプ用パッド１０４ａ〜１０４ｆが形成されている。こ
の面発光ＬＤチップでは、基板面に対して垂直方向に発
光面１０２から光が出射する。As the optical semiconductor element 1, a surface emitting LD chip is used. FIG. 3 is a diagram showing an electrode shape of the surface emitting LD chip. As the electrodes, a p-type electrode 100, an n-type electrode 10
1. There is a drive electrode 103. Here, the p-type electrode 10
Reference numeral 0 denotes a ground plane, and bump pads 104a to 104f are formed on the p-type electrode 100. In this surface emitting LD chip, light is emitted from the light emitting surface 102 in a direction perpendicular to the substrate surface.
【００２９】図２のＳｉプラットホーム２に付け加え
て、電気配線部８に電気的なデバイスである光パルス発
生ドライブ回路（本例では、ＬＤドライバＩＣ）９を形
成して、ドライバＩＣ搭載ＬＤモジュールとした例を、
図４に示す。In addition to the Si platform 2 shown in FIG. 2, an optical pulse generating drive circuit (LD driver IC in this example) 9 which is an electric device is formed in the electric wiring section 8 so that the LD module with the driver IC can be mounted. Example
As shown in FIG.
【００３０】即ち、半導体プロセスによって、受光電極
部を形成し高速なスイッチ特性を示す受光素子（フォト
コンダクタ）４と、サンプリングパルスを発生する光半
導体素子（面発光ＬＤチップ）１と光パルス発生ドライ
ブ回路（ＬＤドライバＩＣ）９を形成する。サンプリン
グ帯域は、サンプリングパルスを発生する光半導体素子
（面発光ＬＤチップ）１と光パルス発生ドライブ回路
（ＬＤドライバＩＣ）９の特性で決定される。スイッチ
ングスピードは、受光素子（フォトコンダクタ）１の特
性で決められる。That is, a light-receiving element (photoconductor) 4 that forms a light-receiving electrode portion and exhibits high-speed switching characteristics by a semiconductor process, an optical semiconductor element (surface-emitting LD chip) 1 that generates a sampling pulse, and an optical pulse generation drive A circuit (LD driver IC) 9 is formed. The sampling band is determined by the characteristics of the optical semiconductor element (surface emitting LD chip) 1 that generates a sampling pulse and the optical pulse generation drive circuit (LD driver IC) 9. The switching speed is determined by the characteristics of the light receiving element (photoconductor) 1.
【００３１】従って、Ｓｉプラットホームによる光軸の
無調整化、電気デバイスの半導体プロセスによるＭＭＩ
Ｃ（モノリシック・マイクロ波ＩＣ、Monolithic Micro
waveIC ）化によって、さらなる特性の向上、小型化も
期待できる。Therefore, the optical axis is not adjusted by the Si platform, and the MMI is controlled by the semiconductor process of the electric device.
C (Monolithic Microwave IC, Monolithic Micro
With waveIC), further improvement of characteristics and miniaturization can be expected.
【００３２】[0032]
【発明の効果】以上説明したように本発明は、光短パル
スを発光する光半導体素子（面発光ＬＤチップ）と、受
光素子（フォトコンダクタ）の受光電極部との光軸調整
のみで、広帯域なサンプラモジュールが実現出来るとい
う効果がある。また、Ｓｉプラットホームによる光軸の
無調整化、電気デバイスである光パルス発生ドライブ回
路（ＬＤドライバＩＣ）の半導体プロセスによるＭＭＩ
Ｃ化によりさらなる特性の向上、小型化が実現出来る。As described above, according to the present invention, a wide band is achieved only by adjusting the optical axis of an optical semiconductor element (surface emitting LD chip) that emits a short optical pulse and a light receiving electrode of a light receiving element (photoconductor). There is an effect that a simple sampler module can be realized. Further, the optical axis is not adjusted by the Si platform, and the MMI by the semiconductor process of the optical pulse generation drive circuit (LD driver IC) which is an electric device.
Further improvement of characteristics and downsizing can be realized by adopting C.
【図１】発生させた光の短パルスの波形を示す図であ
る。FIG. 1 is a diagram showing a waveform of a short pulse of generated light.
【図２】光半導体素子を実装するためのＳｉプラットホ
ームを形成した例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example in which a Si platform for mounting an optical semiconductor element is formed.
【図３】面発光ＬＤチップの電極形状を示した図であ
る。FIG. 3 is a diagram showing an electrode shape of a surface emitting LD chip.
【図４】図２のＳｉプラットホームに付け加えて、電気
配線部に電気的なデバイス（本例では、ＬＤドライバＩ
Ｃ）を形成して、ドライバＩＣ搭載ＬＤモジュールとし
た例を示す図である。FIG. 4 shows an electric device (LD driver I in this example) in addition to the Si platform shown in FIG.
FIG. 9C is a diagram showing an example in which C) is formed to form an LD module with a driver IC.
【図５】Ｃｎのスペクトラムエンベロープを示す図であ
る。FIG. 5 is a diagram showing a spectrum envelope of Cn.
【図６】等価回路を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an equivalent circuit.
１ 光半導体素子（面発光ＬＤチップ） ２ Ｓｉプラットホーム ３ Ｓｉ基板 ４ 受光素子（フォトコンダクタ） ５ 電極５ ６ 半田バンプ ７ 位置合わせマーカー ８ 電気配線部（ＬＤドライバＩＣ搭載部） ９ 光パルス発生ドライブ回路（ＬＤドライバＩＣ） １１ スペクトラムエンベロープ １２ 信号源 １３ サンプリングゲート １００ ｐ型電極 １０１ ｎ型電極 １０２ 発光面 １０３ 駆動電極 １０４ａ〜１０４ｆ バンプ用パッド Ｃ 積分コンデンサー Reference Signs List 1 optical semiconductor element (surface emitting LD chip) 2 Si platform 3 Si substrate 4 light receiving element (photoconductor) 5 electrode 5 6 solder bump 7 alignment marker 8 electric wiring section (LD driver IC mounting section) 9 optical pulse generation drive circuit (LD driver IC) 11 Spectrum envelope 12 Signal source 13 Sampling gate 100 P-type electrode 101 N-type electrode 102 Light emitting surface 103 Driving electrode 104a-104f Bump pad C Integrating capacitor
Claims (6)
れ、光短パルスを発光する前記光半導体素子と前記受光
素子の電極部との光軸調整する手段を有する広帯域サン
プラモジュール。1. A broadband sampler module comprising an optical semiconductor element and a light receiving element, and having means for adjusting an optical axis of the optical semiconductor element that emits a short optical pulse and an electrode portion of the light receiving element.
が形成された受光素子の電極と、半田バンプによって前
記電極上に実装された光半導体素子とから構成され、 前記光半導体素子の位置は、高精度に実装するための位
置合わせマーカーと前記半田バンプとのセルフアライメ
ント効果によって無調整で高精度に決められた広帯域サ
ンプラモジュール。2. An optical semiconductor device comprising: a Si substrate; electrodes of a light receiving element having a pattern formed on the Si substrate; and an optical semiconductor element mounted on the electrode by solder bumps. Is a broadband sampler module that is determined with high precision without adjustment by a self-alignment effect between a positioning marker for mounting with high accuracy and the solder bump.
光パルス発生ドライブ回路を内蔵する請求項２に記載の
広帯域サンプラモジュール。3. The wideband sampler module according to claim 2, further comprising a built-in optical pulse generation drive circuit formed in an electric wiring portion of said Si substrate.
である請求項１から請求項３の何れか１項に記載の広帯
域サンプラモジュール。4. The wideband sampler module according to claim 1, wherein the optical semiconductor element is a surface emitting LD chip.
る請求項１から請求項３の何れか１項に記載の広帯域サ
ンプラモジュール。5. The wideband sampler module according to claim 1, wherein the light receiving element is a photoconductor.
ドライバＩＣである請求項３に記載の広帯域サンプラモ
ジュール。6. The optical pulse generation drive circuit according to claim 1, wherein
The wideband sampler module according to claim 3, which is a driver IC.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3905398A JPH11238907A (en) | 1998-02-20 | 1998-02-20 | Wide-band sampler module |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3905398A JPH11238907A (en) | 1998-02-20 | 1998-02-20 | Wide-band sampler module |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11238907A true JPH11238907A (en) | 1999-08-31 |
Family
ID=12542398
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3905398A Withdrawn JPH11238907A (en) | 1998-02-20 | 1998-02-20 | Wide-band sampler module |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11238907A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001015794A (en) * | 1999-06-18 | 2001-01-19 | Agilent Technol Inc | Photoconductive relay, assembly body, and assembly method of the photoconductive relay |
| WO2019202874A1 (en) * | 2018-04-19 | 2019-10-24 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | Semiconductor laser drive device and method for manufacturing same |
| WO2021033438A1 (en) * | 2019-08-20 | 2021-02-25 | Sony Semiconductor Solutions Corporation | Distance measuring device, electronic equipment, and method for manufacturing distance measuring device |
-
1998
- 1998-02-20 JP JP3905398A patent/JPH11238907A/en not_active Withdrawn
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20050510 |