WO2022045015A1 - 光伝送モジュール、光データリンクおよび光伝送システム - Google Patents

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optical transmission
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悟 黒川
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７Ｇａａ株式会社
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    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support

Definitions

  • the present invention relates to an optical transmission module that transmits and receives electric signals via an optical transmission line, an optical data link using the same, and an optical transmission system using an optical data link.
  • the optical transmission system includes a data transmission / reception device, an optical cable, and an optical transmission module connected to both ends of the optical cable, and includes an optical data link connecting the transmission / reception devices.
  • the optical transmission module receives an optical signal with an optical signal transmitting side module including an electric optical conversion unit such as a semiconductor laser and a bias circuit for driving the optical transmission module. It is composed of an optical electric conversion unit such as a photodiode that converts an electric signal and a signal receiving side module including a signal extraction circuit and the like.
  • FIG. 14 illustrates an equivalent circuit 100 of a conventional optical transmission module (transmitting side) using a semiconductor laser.
  • the equivalent circuit 100 includes at least a semiconductor laser 101, a bias circuit 102, and an impedance matching circuit 103 (see, for example, Patent Document 1 and Non-Patent Document 1).
  • the bias circuit 102 is connected to a DC drive power source for applying a bias voltage to the semiconductor laser 101 and causing excitation oscillation.
  • the impedance matching circuit 103 matches the impedance of the AC signal input to the semiconductor laser 101.
  • a matching resistor is connected in parallel with the VCSEL in a bias circuit (for example, Patent Document 2, Non-Patent Document 2). Patent Document 2 and Non-Patent Document 3).
  • a bias circuit for example, Patent Document 2, Non-Patent Document 2).
  • FIGS. 15A and 15B illustrate circuits 200, 300 of an optical transmission module having a conventional bias circuit using a VCSEL.
  • the portions surrounded by the broken line are the bias T circuits 214 and 314, respectively.
  • the high frequency signal input from the input terminal 210 or the input terminal 310 has a low frequency component removed by the capacitor 214B or the capacitor 314B.
  • VDC DC voltage
  • the high frequency component of the DC component flowing through the bias T circuit 214 or the bias T circuit 314 is removed by the inductor 214A or the inductor 314A.
  • FIG. 15B an RLC series circuit is formed and a matching resistor 314C is connected to the circuit.
  • the DC component is supplied to the VCSEL 211 or the VCSEL 311 so as to be added to the high frequency signal.
  • the matching resistance 212 or the matching resistances 312 and 314C are inserted in order to match the characteristic impedance with the VCSEL311.
  • the characteristic impedance of the transmission line used in a high frequency system of several MHz or more is usually 50 ⁇ (75 ⁇ in the case of a transmission line such as a television).
  • the conventional optical transmission module needs to be provided with a matching circuit as shown in the configuration of the equivalent circuit 100 in FIG.
  • at least an inductor must be inserted to supply the bias voltage. Therefore, the number of parts increases, it is difficult to select a coil depending on the frequency band used, the coil may become large, and the circuit becomes complicated, resulting in high cost.
  • the equivalent resistance of the VCSEL at a high frequency is usually about 100 ⁇ or more, but the matching resistance is about 100 ⁇ or less. Therefore, the DC current flowing through the matching resistor is larger than the DC current flowing through the VCSEL, and the power consumption of the DC power supply is dominated by the power consumption of the matching resistor. As a result, there has been a problem that the power efficiency of the entire circuit becomes very poor. Further, in order to correspond to the required power consumption of the matching resistance, if the corresponding power value of the matching resistance is increased, the size is physically increased and it becomes difficult to configure the matching resistance in a pattern. Therefore, it is mounted on the wiring path as a chip resistor, but there is a disadvantage that the high frequency characteristics are deteriorated in the optical transmission module equipped with the chip resistor.
  • the disclosure in the present specification is for solving the above-mentioned problems, and provides a small optical transmission module, an optical data link, and an optical transmission system at low cost by simplifying the circuits constituting the optical transmission module.
  • the first purpose is to do.
  • the second purpose is to provide an optical transmission module, an optical data link, and an optical transmission system that improve the power efficiency of the bias circuit constituting the optical transmission module and improve the high frequency characteristics.
  • the first aspect of the disclosure herein is a first line having a high frequency signal input section at one end and a termination section at the other end in order to achieve the above object.
  • An electric light conversion unit that converts an electric signal input from the high frequency signal input unit into an optical signal and outputs it, and a power supply connection unit that is connected to a DC power supply and applies a voltage to drive the electric light conversion unit.
  • the second line which is connected to one of both ends, A coupling portion in which the first line and the second line are electromagnetically coupled to each other with a predetermined electric length with respect to a frequency wavelength used via a predetermined space. Have, In the frequency band range where the attenuation of the coupling characteristic between the first line and the second line is smaller than the attenuation of the isolation characteristic.
  • the electro-optical conversion unit is connected to one end in a direction in which the high-frequency signal input from the high-frequency signal input unit propagates forward to the traveling wave of the high-frequency signal input to the first line, and the power supply is connected to the other end.
  • the connection part In the frequency band range where the attenuation of the coupling characteristic between the first line and the second line is larger than the attenuation of the isolation characteristic.
  • the electric light conversion unit is connected to one end in a direction in which the high frequency signal input from the high frequency signal input unit propagates in the direction opposite to the traveling wave of the high frequency signal input to the first line, and the power supply is connected to the other end.
  • An optical transmission module for connecting a connection unit is provided.
  • the high-frequency signal can be configured to propagate only to the electro-optical converter by utilizing the fact that the relationship between the attenuation of the coupling characteristic and the attenuation of the isolation characteristic differs depending on the frequency band used. , It is not necessary to provide an inductor in the electro-optical conversion circuit in the optical transmission module.
  • a photodiode may be connected to the high frequency signal input unit as an optical / electrical conversion unit, and a vertical resonator type surface emitting laser (VCSEL) may be used as the electric / optical conversion unit.
  • VCSEL vertical resonator type surface emitting laser
  • High frequency signal input section and An electric-optical conversion unit that converts an electric signal input from the high-frequency signal input unit into an optical signal and outputs it.
  • a matching resistance connected in parallel with the electro-optical conversion unit between the high-frequency signal input unit and the electro-optical conversion unit,
  • a power supply connection unit that is connected to a DC power supply and applies a voltage to drive the electric light conversion unit, and a power supply connection unit.
  • An inductor that is connected in series between the power supply connection unit and the electric light conversion unit to prevent high frequency waves from flowing from the high frequency signal input unit to the power supply connection unit.
  • a first capacitor that is connected in series between the matching resistor and the inductor to prevent direct current from flowing from the power supply connection to the matching resistor.
  • an optical transmission module having a second capacitor connected in series between the high frequency signal input unit and the matching resistor.
  • the third aspect of the disclosure in the present specification is a first line having a high frequency signal input unit connected to one end and an optical conversion unit connected to the other end in order to achieve the above object.
  • An electric light conversion unit that converts an electric signal input from the high frequency signal input unit into an optical signal and outputs it, and a power supply connection unit that is connected to a DC power supply and applies a voltage to drive the electric light conversion unit.
  • the second line which is connected to one of both ends, A coupling portion in which the first line and the second line are electromagnetically coupled to each other with a predetermined electric length with respect to a frequency wavelength used via a predetermined space.
  • the electro-optical conversion unit is connected to one end in a direction in which the high-frequency signal input from the high-frequency signal input unit propagates forward to the traveling wave of the high-frequency signal input to the first line, and the power supply is connected to the other end. Connect the connection part, In the frequency band range where the attenuation of the coupling characteristic between the first line and the second line is larger than the attenuation of the isolation characteristic.
  • the electric light conversion unit is connected to one end in a direction in which the high frequency signal input from the high frequency signal input unit propagates in the direction opposite to the traveling wave of the high frequency signal input to the first line, and the power supply is connected to the other end.
  • An optical transmission module that connects the connection part and One or two optical cables connecting the optical transmission module to both ends, Have, Each of the optical transmission modules connected to both ends thereof is bidirectional with an E / O conversion processing unit that outputs an optical signal to the optical cable and an O / E conversion processing unit that inputs an optical signal from the optical cable.
  • Provide an optical data link that enables optical transmission.
  • a fourth aspect of the disclosure herein provides an optical transmission system capable of transmitting an optical signal from a transmitting device to a receiving device via the optical data link in order to achieve the above object. ..
  • a high-frequency signal propagates only to the electro-optical conversion unit depending on the frequency band used due to the relationship between the attenuation of the coupling characteristic and the isolation characteristic, so that the cost is low. It has the effect of being able to provide small optical transmission modules, optical data links and optical transmission systems.
  • a wiring circuit can be constructed with a pattern, which has the effect of greatly improving the high frequency characteristics.
  • FIG. 1A is a diagram schematically showing a circuit configuration of an optical transmission module according to the first embodiment, and is a diagram showing a propagation direction of a high frequency signal when the electric length of the coupling portion is ⁇ / 4.
  • FIG. 1B is a diagram schematically showing the circuit configuration of the optical transmission module according to the first embodiment, and is a diagram showing the propagation direction of a high frequency signal when the electric length of the coupling portion is shorter than ⁇ / 4. .
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing a modified example of the circuit configuration of the optical transmission module according to the first embodiment.
  • FIG. 3A is a diagram schematically showing a specific embodiment for explaining the operation of the optical transmission module according to the first embodiment, and is a configuration diagram of a specific embodiment of the optical transmission module of FIG. 1A. ..
  • FIG. 3B is a diagram schematically showing a specific embodiment for explaining the operation of the optical transmission module according to the first embodiment, and is a configuration diagram of a specific embodiment of the optical transmission module of FIG. 1B. ..
  • FIG. 4 is a graph showing the propagation characteristics of each port of the optical transmission module in the specific embodiment of FIGS. 3A and 3B using S parameters.
  • FIG. 5A is a partially enlarged view schematically showing the joint portion of the first embodiment, and is a partially enlarged view of the joint portion arranged in parallel with the electric length ⁇ / 4 total length.
  • FIG. 5B is a partially enlarged view schematically showing the joint portion of the first embodiment, and is a partially enlarged view of the joint portion in which the parallel arrangement of FIG. 5A is shifted in the horizontal direction.
  • FIG. 6A is a graph showing the propagation characteristics of each port for the coupling portion of FIG. 5A using the S parameter, and is a graph when the distance of the space D is 1.2 mm.
  • FIG. 6B is a graph showing the propagation characteristics of each port for the coupling portion of FIG.
  • FIG. 5A using the S parameter is a graph when the distance of the space D is 0.7 mm.
  • FIG. 6C is a graph showing the propagation characteristics of each port for the coupling portion of FIG. 5A using the S parameter, and is a graph showing the propagation characteristics when the distance of the space D is 0.17 mm.
  • FIG. 7A is a graph showing the propagation characteristics of each port for the coupling portion of FIG. 5B using the S parameter, and is a graph when the distance of the space D is 1.2 mm.
  • FIG. 7B is a graph showing the propagation characteristics of each port for the coupling portion of FIG. 5B using the S parameter, and is a graph when the distance of the space D is 0.7 mm.
  • FIG. 7C is a graph showing the propagation characteristics of each port for the coupling portion of FIG. 5B using the S parameter, and is a graph showing the propagation characteristics when the distance of the space D is 0.17 mm.
  • FIG. 8A is a schematic view of a specific embodiment in which the optical transmission module of the first embodiment is formed of a three-layer substrate, and is a side sectional view.
  • FIG. 8B is a schematic view of a specific embodiment in which the optical transmission module of the first embodiment is formed of a three-layer substrate, and is a top view schematically showing a coupling portion of the upper-layer dielectric substrate.
  • 9A is a graph showing the characteristics of the optical transmission modules of FIGS. 8A and 8B, and is a graph showing the frequency characteristics of the port P3.
  • FIG. 9B is a graph showing the characteristics of the optical transmission modules of FIGS. 8A and 8B, and is a graph showing the frequency characteristics of the port P4.
  • FIG. 9C is a graph showing the characteristics of the optical transmission modules of FIGS. 8A and 8B, and is a graph showing the directionality.
  • FIG. 10A is a diagram showing an optical data link, and is an external view of the optical data link.
  • FIG. 10B is a diagram showing an optical data link, and is a schematic configuration diagram of the optical data link.
  • FIG. 11 is a block diagram of an optical transmission system in which a 4K camera, a camera media server, and a local 5G base station system are connected by an optical data link.
  • FIG. 12 is an equivalent circuit diagram of the electric-optical conversion circuit of the optical transmission module according to the second embodiment.
  • FIG. 13 is an equivalent circuit diagram of a modified example of the electro-optical conversion circuit of the second embodiment.
  • FIG. 14 is a diagram showing an equivalent circuit on the transmission side of the conventional optical transmission module.
  • FIG. 15A is a diagram showing an equivalent circuit of a bias circuit of a conventional optical transmission module, and is an equivalent circuit diagram when there is one matching resistor.
  • FIG. 15B is a diagram showing an equivalent circuit of a bias circuit of a conventional optical transmission module, and is an equivalent circuit diagram when there are two matching resistors.
  • FIG. 1A and 1B are diagrams schematically showing the circuit configurations of the optical transmission module 1 and the optical transmission module 2 according to the first embodiment.
  • the optical transmission module 1 of FIG. 1A has an electric length on the surface of the circuit board S1 via a predetermined space in which the first line 11, the second line 12, and the first line 11 and the second line 12 can be electromagnetically coupled. It has a coupling portion 13 arranged in parallel so that L is ⁇ / 4.
  • the first line 11 has a high frequency signal input unit 14 at one end and a terminal portion 15 at the other end.
  • the terminating resistance of the terminating portion 15 is, for example, the characteristic impedance of the first line 11.
  • the second line 12 has a power supply connection unit 16 at one end and an electric light conversion unit 17 at the other end.
  • the electric light conversion unit 17 converts the electric signal input from the high frequency signal input unit 14 into an optical signal and outputs it.
  • the power supply connection unit 16 is connected to a DC power supply and applies a voltage in order to drive the electric light conversion unit 17.
  • a bypass capacitor 18 connecting the second line 12 and the ground may be provided in order to prevent the voltage of the power supply connection portion 16 from fluctuating when the circuit operates.
  • a through capacitor may be attached between the second line 12 and the metal case of the optical transmission module 1.
  • the broken line arrow (arrow in the direction from the high frequency signal input unit 14 to the terminal unit 15) described on the first line 11 indicates the direction in which the high frequency signal propagates (progressive wave).
  • the broken line arrow (arrow in the direction from the power supply connection unit 16 to the electric light conversion unit 17) described on the second line 12 is due to the voltage applied from the DC power supply (not shown) connected to the power supply connection unit 16.
  • the electric light conversion unit 17 is driven, and the direction in which the high-frequency signal transmitted via the coupling unit 13 propagates is shown.
  • the direction of the broken line arrow on the second line 12 is the same as the forward direction of the arrow on the first line 11.
  • the optical transmission module 2 of FIG. 1B has an electric length on the surface of the circuit board S2 via a predetermined space in which the first line 21, the second line 22, and the first line 21 and the second line 22 can be electromagnetically coupled. It has a coupling portion 23 arranged in parallel so that L is shorter than ⁇ / 4.
  • the first line 21 has a high frequency signal input unit 24 at one end and a terminal portion 25 at the other end.
  • the second line 22 also has a power supply connection unit 26 at one end and an electric light conversion unit 27 at the other end.
  • a bypass capacitor 28 connecting the second line 22 and the ground is arranged.
  • the broken line arrow (arrow in the direction from the high frequency signal input unit 24 to the terminal unit 25) described on the first line 21 indicates the direction in which the high frequency signal propagates (progressive wave).
  • the broken line arrow (arrow in the direction from the power supply connection unit 26 to the electric light conversion unit 27) described on the second line 22 is a coupling unit in which the electric light conversion unit 27 is driven by the voltage applied from the power supply connection unit 26.
  • the direction in which the high frequency signal transmitted via 23 propagates is shown. In FIG. 1B, the direction of the broken line arrow on the second line 22 is the opposite direction of the arrow on the first line 21.
  • the first line 11 and the first line 21, the second line 12 and the second line 22 may be any transmission lines that transmit electromagnetic waves, and are formed of, for example, microstrip lines and coplanar lines.
  • FIGS. 1A and 1B show a form in which the first line and the second line are both formed on the same plane, but the multilayer board, for example, the first dielectric board, the second dielectric board, and the third dielectric.
  • a first line, a second line, and a coupling portion may be formed on a three-layer board made of a board. That is, the first line 11 (or the first line 21) is formed on one surface of the first dielectric substrate, and the high frequency signal input unit 14 (or high frequency signal input unit 24) and the terminal portion 15 are formed on the other surface. (Or the terminal 25) is arranged.
  • the second line 12 (or the second line 22) is formed on one surface of the second dielectric substrate, and the power supply connection unit 16 (or power supply connection unit 26) and the electric light conversion unit 17 (or the light conversion unit 17) are formed on the other surface.
  • An electric light conversion unit 27) is arranged.
  • a three-layer substrate may be laminated so that one surface of the first dielectric substrate and one surface of the second dielectric substrate face each other with the third dielectric substrate interposed therebetween. At this time, the thickness of the third dielectric substrate becomes the coupling portion 13 (or the coupling portion 23).
  • the first line 11 (or the first line 21) and the second line 12 (or the second line 22) are directional couplers. It has a mold structure and can propagate a high frequency signal in a desired direction on the second line 12 or the second line 22 according to the high frequency characteristics, and is located on the power supply connection portion 16 and the power supply connection portion 26 side. Since the high frequency signal is prevented from flowing in, it is not necessary to provide a matching circuit with an inductor or the like.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing an optical transmission module 3 which is a modification of the first embodiment.
  • the optical transmission module 3 has a three-layer board structure including a lower layer board S31, an upper layer board S32, and an intermediate layer board S33.
  • the lower substrate S31 is formed with a first line 31 having a high frequency signal input unit 34 at one end.
  • the upper layer substrate S32 has a power supply connecting portion 36 at one end and a second line 32 connecting the electric light conversion portion 37 at the other end.
  • the intermediate layer substrate S33 is formed with a microstrip antenna 35 and is arranged at the terminal position of the first line 31.
  • a bypass capacitor 38 is connected to one end of the second line 32 to which the power supply connection portion 36 is connected in order to prevent the voltage of the power supply connection portion 36 from fluctuating when the circuit is operated. You may.
  • the microstrip antenna 35 is resonantly coupled to the second line 32 with a predetermined electrical length ( ⁇ / 4 in this embodiment) to form a coupling portion 33.
  • the high frequency signal input from the high frequency signal input unit 34 to the first line 31 is in the forward direction of the high frequency signal of the first line 31 on the second line 32 via the microstrip antenna 35.
  • the components propagating in the same direction are converted into an optical signal by the electric / optical conversion unit 37.
  • 3A is an optical transmission module 1A according to a specific embodiment of the optical transmission module 1 described with reference to FIG. 1A
  • FIG. 3B is an optical transmission module according to a specific embodiment of the optical transmission module 2 described with reference to FIG. 1B. It is 2A.
  • the optical transmission module 1A has four ports, port P1 to port P4.
  • the port P1 and the port P2 are adjacent to each other and are physically connected at both ends of the first line 11A formed in a U shape.
  • the port P3 and the port P4 are adjacent to each other and are physically connected at both ends of the second line 12A formed in a U shape.
  • the closed end sides of the first line 11A and the second line 12A formed in a U shape are arranged in parallel so as to face each other via a predetermined space D, and form a coupling portion 13A that is electromagnetically coupled.
  • the port P1 connected to one end of the first line 11A is a transmission / reception unit 14A such as an antenna that functions as a high-frequency signal input unit.
  • the port P2 connected to the other end of the first line 11A serves as a terminal portion of the transmission / reception unit 14A, and in this embodiment, has an optical / electrical conversion unit 15A.
  • the photoelectric conversion unit 15A is, for example, a photodiode, and a light intensity modulation signal is input from an optical cable (not shown). As shown by the black arrow W1, the optical intensity modulation signal is input to the port P2 from the optical cable, converted into an electric signal by the optical electric conversion unit 15A, propagated to the port P1 via the first line 11A, and propagated to the port P1.
  • the electric signal is transmitted to a connected device (not shown) via the transmission / reception unit 14A connected to.
  • the port P3 connected to one end of the second line 12A has an electro-optical conversion unit 17A.
  • the electric light conversion unit 17A is, for example, a vertical cavity type surface emitting laser (VCSEL), and is connected to an optical cable (not shown) to output a light intensity modulation signal.
  • the port P4 connected to the other end of the second line 12A is a power supply connection portion 16A.
  • the high frequency signal (electrical signal) received by the transmission / reception unit 14A connected to the port P1 propagates in the direction of the port P2 on the first line 11A and is second through the coupling unit 13A. It propagates in the port P3 direction of the line 12A (that is, in the forward direction with the propagation direction of the first line 11A).
  • a predetermined voltage is applied from the DC power supply (not shown) connected to the power supply connection unit 16A of the port P4 to oscillate the electric light conversion unit 17A, and the DC component is added to the high frequency signal. Is supplied to the electric light conversion unit 17A.
  • the high frequency signal is converted into a light intensity modulation signal by the electric light conversion unit 17A and output to the optical cable.
  • the optical transmission module 2A has four ports P1 to P4 like the optical transmission module 1A, and the U-shaped first line 21A and the second line 22A are the above-mentioned U.
  • the coupling portion 23A is arranged in parallel so as to face each other through a predetermined space D to form a coupling portion 23A that is electromagnetically coupled.
  • the port P1 connected to one end of the first line 21A is the transmission / reception unit 24A
  • the port P2 connected to the other end of the first line 21A is the terminal of the transmission / reception unit 24A.
  • it has a photoelectric conversion unit 25A.
  • An optical-electric conversion unit 25A such as a photodiode is connected to an optical cable (not shown) to input an optical intensity modulation signal.
  • the optical intensity modulation signal is input to the port P2 from the optical cable, converted into an electric signal by the optical electric conversion unit 25A, propagates to the port P1 via the first line 21A, and propagates to the port P1.
  • the electric signal is transmitted to a connected device (not shown) via the transmission / reception unit 24A connected to.
  • the port P3 connected to one end of the second line 22A is the power supply connection portion 26A.
  • the other end of the second line 22A is an electric optical conversion unit 27A such as a VCSEL, which is connected to an optical cable (not shown) to output an optical intensity modulation signal.
  • the high frequency signal (electrical signal) received by the transmission / reception unit 24A connected to the port P1 propagates in the direction of the port P2 on the first line 21A and is transmitted through the coupling unit 23A to the second line. It propagates in the port P4 direction of the line 22A (that is, in the direction opposite to the propagation direction of the first line 21A).
  • a predetermined voltage is applied to excite and oscillate the electric light conversion unit 27A from the DC power supply (not shown) connected to the power supply connection unit 26A of the port P3, and the DC component is added to the electric signal. Is supplied to the electric light conversion unit 27A. The electric signal is converted into a light intensity modulation signal by the light light conversion unit 27A and output to the optical cable.
  • FIG. 4 is a graph showing the propagation characteristics of each port of the optical transmission module 1A and the optical transmission module 2A in the specific embodiment of FIG. 3 using the S parameter.
  • the horizontal axis is frequency (GHz) and the vertical axis is attenuation (dB), and the four ports P1 to P4 of the optical transmission module 1A and the optical transmission module 2A of FIG. 3 propagate from P1 to P2.
  • the output of the signal to be transmitted (insertion loss) is S21
  • the output of the signal propagating from P1 to P3 is S31
  • the output of the signal propagating from P1 to P4 is S41. It is a thing.
  • the electrical lengths of the coupling portion 13A and the coupling portion 23A are ⁇ / 4 with respect to the wavelength of the transmission line at the designated frequency.
  • the propagation directions of the high frequency signals are opposite in the first line and the second line. Become. Therefore, in the range of the frequency band, as in the optical transmission module 2A of FIG. 3B, the electric optical conversion unit 27A may be connected to the port P4, and the port P3 side may be the power supply connection unit 26A.
  • the propagation direction of the high frequency signal is forward in the first line and the second line of the electric light conversion unit.
  • the electric optical conversion unit 17A may be connected to the port P3 and the port P4 side may be the power supply connection unit 16A as in the optical transmission module 1A of FIG. 3A. That is, assuming that the frequency at which the isolation characteristic S41 and the coupling characteristic S31 intersect is the boundary frequency f 0 , if the frequency of the input high frequency signal is smaller than f 0 , the optical transmission module 2A is used and the input high frequency is used. When the frequency of the signal is higher than f 0 , the optical transmission module 1A may be used.
  • FIGS. 6A and 6B are partially enlarged schematic views of the coupling portion 13A of the optical transmission module 1A and the coupling portion 23A of the optical transmission module 2A according to the specific embodiment of FIG. 4, and FIG. 5A shows a wavelength ⁇ at a designated frequency.
  • 5B is a partially enlarged view of the joint portion arranged in parallel with the total length electric length ⁇ / 4
  • FIG. 5B is a partially enlarged view of the joint portion in which the parallel arrangement of FIG. 5A is shifted in the horizontal direction.
  • FIGS. 6A and 6B are graphs showing the propagation characteristics of each port (port P2, port P3, port P4) when the distance of the space D of the coupling portion of FIG. 5A is changed by using the S parameter. .. Further, FIGS.
  • each boundary frequency f 0 is about 2.5 GHz in FIG. 6A, about 3 GHz in FIG. 6B, and a boundary of three points between 3 and 7 GHz in FIG. 6C. Frequency is generated. Further, the change in the amount of attenuation is less affected by the difference in the space distance D in the forward direction S31 (coupling characteristic), but the space distance D becomes narrower in the reverse direction S41 (isolation characteristic). Therefore, the amount of attenuation tends to be small.
  • each boundary frequency f 0 is about 4.5 GHz in FIG. 7A, about 5.5 GHz in FIG. 7B, and about 7.5 GHz in FIG. 7C. be.
  • the change in the attenuation amount is less affected by the difference in the space distance D in the forward direction S31 (coupling characteristic), but in the reverse direction S41 (isolation characteristic). As the distance D in space becomes narrower, the amount of attenuation tends to decrease.
  • FIG. 8A and 8B are schematic views of a specific embodiment in which the optical transmission module of the first embodiment is formed of a three-layer dielectric substrate, FIG. 8A is a side sectional view, and FIG. 8B is an upper layer dielectric substrate. It is the top view which showed the connection part schematically.
  • 9A, 9B, and 9C are graphs showing the characteristics of the optical transmission module of FIG. 8, FIG. 9A is a graph showing the frequency characteristics of the port P3, and FIG. 9B is a graph showing the frequency characteristics of the port P4. The graph shown, FIG. 9C, is a graph showing the directionality.
  • optical transmission module 3A of FIGS. 8A and 8B has the same basic configuration as the optical transmission module 2A of FIG. 3B, detailed description of the overlapping configuration will be omitted.
  • the surface of the upper dielectric substrate S31A of the optical transmission module 3A is formed of a metal plate, and ports P1 and P2 are formed.
  • Port P1 is a transmission / reception unit 34A, and port P2 is connected to an opto-electric conversion unit 35A.
  • the surface of the lower dielectric substrate S32A is also formed of a metal plate, and ports P3 and P4 are formed. Port P4 is connected to an electric light conversion unit 37A, and port P3 is a power supply connection unit 36A to which a DC power supply can be connected.
  • first line 31A is formed on the upper surface of the intermediate dielectric substrate S33A, that is, on the facing surface of the back surface of the upper surface dielectric substrate S31A
  • second line 32A is the upper surface of the lower dielectric substrate S32A, that is, , Is formed on the facing surface of the intermediate dielectric substrate S33A.
  • the thickness of the upper dielectric substrate A31A and the thickness of the lower dielectric substrate S32A are T1.
  • the thickness T2 of the intermediate dielectric substrate S33A corresponds to the space D in FIG. 3, and forms a coupling portion 33A together with the first line 31A and the second line 32A.
  • FIG. 8B shows the line length L and the line width W of the first line 31A formed on the intermediate dielectric substrate S33A.
  • the line length L and the line width W of the first line 31A are shown, but the second line 32A also has the same line length L and the line width W (not shown, and the line width W of the first line 31A). It may be different from the width W).
  • the light intensity modulation signal input to the photoelectric conversion unit 35A propagates from the port P2 to the port P1 as shown by the black arrow W5.
  • the high frequency signal received by the transmission / reception unit 34A connected to the port P1 propagates in the direction of the port P2 on the first line 31A and at the same time, the second line 32A via the coupling unit 33A. (That is, the direction opposite to the propagation direction of the first line 31A) of the port P4.
  • the electric signal propagates on the second line in the forward direction with the propagation direction of the electric signal on the first line (not shown).
  • FIG. 9A and 9B are graphs showing the characteristics of the optical transmission module of FIG. 9A is a graph showing the frequency characteristics of the port P3 of the optical transmission module 3A of FIG. 8, where the horizontal axis shows the frequency (GHz) and the vertical axis shows the attenuation amount (attenuation amount) showing the coupling characteristics S31 from the port P1 to the port P3. dB).
  • the thickness T1 of the upper dielectric substrate A31A and the lower dielectric substrate S32A is 0.8 mm
  • the thickness T2 of the intermediate dielectric substrate S33A is 1.2 mm. Then, the difference in the coupling characteristics is compared with respect to the line width W at 0.5 m, 1.0 mm, 1.5 mm, and 2.0 mm.
  • FIG. 9B is a graph showing the frequency characteristics of the port P4 of the optical transmission module 3A of FIG. 8, where the horizontal axis indicates the frequency (GHz) and the vertical axis indicates the attenuation characteristic S41 indicating the isolation characteristics S41 from the ports P1 to the port P4. dB).
  • the thickness T1 of the upper dielectric substrate A31A and the lower dielectric substrate S32A and the thickness T2 of the intermediate dielectric substrate S33A are the same as those in FIG. 9A.
  • the setting of the line width W is also the same as in FIG. 9A, and the difference in the isolation characteristics is compared.
  • 9C is a graph showing the directional characteristics of the optical transmission module 3A of FIG. 8, where the horizontal axis is the frequency (GHz) and the vertical axis is the quantity (dB) showing the directional characteristics of the ports P3 and P4. ..
  • the line width W is 1.0 mm
  • the thickness T1 of the upper dielectric substrate A31A and the lower dielectric substrate S32A is 0.8 mm.
  • the differences in the directional characteristics are compared at 0.8 m, 1.2 mm, 1.6 mm, 2.4 mm, and 3.2 mm.
  • the optical transmission module according to the first embodiment disclosed in the present specification has a high frequency depending on the frequency band used due to the relationship between the attenuation of the coupling characteristic and the isolation characteristic even if the matching circuit is not provided. Since the signal propagates only to the electro-optical conversion unit, cost reduction and miniaturization can be achieved.
  • FIG. 10A and 10B are views showing an optical data link
  • FIG. 10A is an external view of the optical data link
  • FIG. 10B is a schematic configuration diagram of the optical data link.
  • the optical data link 4 is composed of an optical transmission module 41, 42 having any of the circuit configurations described with reference to FIGS. 1 to 9, and an optical cable 43 connecting between the optical transmission module 41 and the optical transmission module 42. Ru.
  • Both the optical transmission module 41 and the optical transmission module 42 have a transmission / reception unit (corresponding to a high-frequency signal input / output unit) such as an antenna connected to both ends of the first line and an optical / electrical conversion unit, for example, a photodiode (termination unit). ), And a power connection unit and an electric light conversion unit connected to both ends of the second line, for example, a vertical resonator type surface emitting laser, and electromagnetic coupling between the first line and the second line. It has a joint.
  • a transmission / reception unit corresponding to a high-frequency signal input / output unit
  • an optical / electrical conversion unit for example, a photodiode (termination unit).
  • a power connection unit and an electric light conversion unit connected to both ends of the second line, for example, a vertical resonator type surface emitting laser, and electromagnetic coupling between the first line and the second line. It has a joint.
  • the optical transmission module 41 and the optical transmission module 42 are configured to integrally have both devices of a vertical resonator type surface emitting laser and a photodiode. Therefore, in the optical data link 4 disclosed in the present specification, the optical transmission modules 41 and 42 at both ends input an optical signal from the E / O conversion processing unit that outputs an optical signal to the optical cable 43 and the optical cable 43. It is equipped with a conversion processing unit and enables bidirectional optical transmission by selecting the connection destination.
  • the optical transmission module 41 and the optical transmission module 42 have the second line in a frequency band in which the attenuation of the coupling characteristic between the first line and the second line is smaller than the attenuation of the isolation characteristic.
  • the line has the electric light conversion unit at one end in the direction of propagating forward with the traveling wave of the high frequency signal input from the high frequency signal input unit to the first line, and has the power supply connection unit at the other end. ..
  • the second line is from the high frequency signal input unit.
  • the electro-optical conversion unit is provided at one end in a direction propagating in the direction opposite to the traveling wave of the high-frequency signal input to the first line, and the power supply connection unit is provided at the other end. Therefore, one having any of the above configurations may be selected according to the frequency band of the device connected by using the optical data link 4.
  • the optical transmission modules 41 and 42 are connected to both ends of one or two optical cables 43 via an optical connector 44.
  • the optical transmission module 41 functions as an E / O conversion processing unit, and when a high-frequency signal is input from the outside, it is converted into an optical signal from the transmission circuit 411 by a vertical resonator type surface emitting laser 412, and the optical cable 43. Will be sent to.
  • the optical transmission module 42 functions as an O / E conversion processing unit, and when it receives the optical signal from the optical cable 43, it is converted into an electric signal by the photodiode 422 and outputs a high frequency signal to the connection destination by the receiving circuit 421. ..
  • FIG. 11 is a block diagram showing an example of an optical transmission system in which a 4K camera, a media server for a camera, and a local 5G base station system are connected by an optical data link.
  • the optical transmission system 5 includes a 4K camera C, an optical transmission module 41 that converts the high-frequency signal into an optical signal, an optical cable 43 that transmits the optical signal to the optical transmission module 42, and an optical cable as a transmission side device that outputs a high-frequency signal. It is composed of an optical data link 4 composed of an optical transmission module 42 that converts the optical signal received from the 43 into an electric signal, and a camera media server S as a receiving side device for inputting the converted electric signal. To.
  • the optical transmission system 5 disclosed in the present specification receives an electric signal received by the camera media server S from the Wi-Fi (registered trademark) antenna of the camera media server S via the router R by the antenna A.
  • This electric signal is converted into an optical signal again via the optical data link 4, converted into an electric signal again, transmitted to the base station system B, and distributed over a wide area Internet line.
  • the frequency band used between the 4K camera C and the media server S for the camera is different from the frequency band used between the antenna A and the base station system B.
  • the optical data link 4 can correspond to various frequency bands and can construct the optical transmission system 5.
  • FIG. 12 is an equivalent circuit diagram of the electric-optical conversion circuit of the optical transmission module according to the second embodiment.
  • the electric light conversion circuit 6 is composed of a high frequency signal circuit and a bias circuit.
  • the high-frequency signal circuit includes a high-frequency signal input unit 62A and an electric light conversion unit 62C (for example, a vertical resonator type surface emitting laser) that converts an electric signal input from the high-frequency signal input unit 62A into an optical signal and outputs it.
  • an electric light conversion unit 62C for example, a vertical resonator type surface emitting laser
  • the bias circuit is composed of a power supply connection unit 61A and a bias T circuit 61 that apply a bias voltage to the electro-optical conversion unit 62C to excite it.
  • the bias T circuit 61 is connected in series between the DC power supply connected to the power supply connection unit 61A and the electric / optical conversion unit 62C, and prevents the high frequency signal from flowing from the high frequency signal input unit 62A to the power supply connection unit 61A. It has an inductor 61B and a first capacitor 61C for preventing a large direct current from flowing into the high frequency signal input unit 62A. That is, the bias T circuit 61 is formed to eliminate the mutual influence between the high frequency signal circuit and the bias circuit.
  • a matching resistance 62B is provided in parallel with the electric light conversion unit 62C in order to match the characteristic impedance of the high frequency signal circuit with the electric light conversion unit 62C. It is connected.
  • the matching resistor 62B is connected in series with the inductor 61B and the first capacitor 61C, the direct current is prevented from flowing from the power supply connecting portion 61A.
  • the matching resistor 62B is connected in series with the second capacitor 62D with the high frequency signal input unit 62A.
  • the second capacitor 62D prevents the DC current from flowing through the matching resistor 62B even if a DC current is present in the high frequency signal input unit 62A.
  • the matching resistor 62B has a DC component flowing through the matching resistor 62B by interposing the first capacitor 61C and the second capacitor 62D in series on both the power supply connection portion 61A side and the high frequency signal input portion 62A side, respectively. Is excluded. Therefore, it is not necessary to consider the power consumption of the matching resistor 62B in the circuit design. As a result, the power efficiency is improved, the size of the matching resistance 62B can be physically reduced, the wiring circuit can be constructed with the pattern, and the high frequency characteristics are greatly improved.
  • FIG. 13 is a modified example of the equivalent circuit diagram of the electric light conversion circuit 6 of the second embodiment.
  • the electric light conversion circuit 7 according to this modification has the same basic configuration as the electric light conversion circuit 6. That is, the bias circuit is composed of a power supply connection unit 71A and a bias T circuit 71, the bias T circuit 71 is connected in series between the electric light conversion unit 72C, and a high frequency signal is supplied from the high frequency signal input unit 72A. It has an inductor 71B for preventing flow to the connection portion 71A, and a first capacitor 71C for preventing a large DC current from flowing into the high frequency signal input portion 72A.
  • a matching resistance is placed between the high frequency signal input unit 72A and the electric light conversion unit 72C in parallel with the electric light conversion unit 72C.
  • 72B is connected.
  • the matching resistor 72B is connected in series with the inductor 71B and the first capacitor 71C, the direct current is prevented from flowing from the power supply connecting portion 71A.
  • the matching resistor 72B has a second capacitor 72D connected in series with the high frequency signal input unit 72A. The second capacitor 72D prevents the DC current from flowing through the matching resistor 72B even if a DC current is present in the high frequency signal input unit 72A.
  • a lead wire 71D that takes out a direct current is connected between the high frequency signal input unit 72A and the second capacitor 72D from the power supply connection unit 71A, and a direct current component is connected to the high frequency input from the high frequency signal input unit 72A.
  • the optical data link having an optical transmission module including the electric optical conversion circuit 6 or 7 according to the second embodiment and the receiving side from the transmitting side device via the optical data link.
  • An optical transmission system capable of transmitting an optical signal to the device may be configured.
  • Optical transmission module 4 Optical data link 5 Optical transmission system 11, 21 1st line 12, 22 2nd line 13, 23 Coupling 14, 24 High frequency signal input section 15, 25 Termination section 16, 26 Power supply connection section 17, 27 Electrical light conversion section 18, 28 Bypass capacitor 35 Microstrip antenna

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Abstract

【課題】整合回路を簡易化し、バイアス回路の電力効率を改善する光伝送モジュール、光データリンク及び光伝送システムを提供する。 【解決手段】高周波信号入力部（１４）と終端部（１５）とを両端に接続した第１線路（１１）と、電気光変換部（１７）と直流電源の電源接続部（１６）とを両端に接続した第２線路（１２）とを電磁結合する結合部（１３）とを有し、第１線路と第２線路とのカップリング特性およびアイソレーション特性の減衰量の大小関係から、高周波信号入力部から入力された信号が、第２線路では、もっぱら前記電気光変換部に伝搬するようにした光伝送モジュール（１）、または、 電気光変換部に並列に接続された整合抵抗と、直流電流の電源接続部から前記整合抵抗に直流電流が流れるのを阻止する第１キャパシタと、高周波信号入力部と前記整合抵抗との間で直列接続された第２キャパシタを有する光伝送モジュール、光データリンク及び光伝送システムを提供する。

Description

光伝送モジュール、光データリンクおよび光伝送システム
　本発明は、光伝送路を介して電気信号を送受信する光伝送モジュール及びそれを用いた光データリンク、光データリンクを用いた光伝送システムに関するものである。
　近年、インターネットトラフィックの急増にともない、高速大容量通信が可能な光伝送システムの需要が増大している。光伝送システムは、データの送受信機器と光ケーブルおよび光ケーブルの両端部に接続された光伝送モジュールを備え、前記送受信機器間を接続する光データリンクとから構成される。前記光伝送モジュールは、受信した電気信号を光信号に変換するために、半導体レーザなどの電気光変換部およびこれを駆動するバイアス回路からなる光信号の送信側モジュールと、光信号を受信して電気信号に変換するフォトダイオードなどの光電気変換部および信号抽出回路などからなる光信号の受信側モジュールとから構成される。
　図１４に、半導体レーザを用いた従来の光伝送モジュール（送信側）の等価回路１００を例示する。等価回路１００は、少なくとも、半導体レーザ１０１と、バイアス回路１０２と、インピーダンス整合回路１０３とを備える（たとえば、特許文献１参照、非特許文献１参照）。バイアス回路１０２は、半導体レーザ１０１にバイアス電圧を印加し、励起発振させるためのＤＣ駆動電源に接続されている。また、インピーダンス整合回路１０３は、半導体レーザ１０１に入力される交流信号のインピーダンスを整合させる。
　また、電気光変換部として、たとえば、垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を使用した光伝送モジュールは、バイアス回路で、前記ＶＣＳＥＬと並列に整合抵抗を接続する（たとえば、特許文献２、非特許文献２および非特許文献３）。
　図１５Ａおよび１５Ｂに、ＶＣＳＥＬを使用した従来のバイアス回路を有する光伝送モジュールの回路２００、３００を例示する。破線で囲んだ部分がそれぞれバイアスＴ回路２１４、３１４になる。入力端子２１０または入力端子３１０から入力された高周波信号は、キャパシタ２１４Ｂまたはキャパシタ３１４Ｂによって低域成分が除去される。他方、直流電源２１３または直流電源３１３から直流電圧ＶＤＣを印加すると、バイアスＴ回路２１４またはバイアスＴ回路３１４に流れる直流成分は、インダクタ２１４Ａまたはインダクタ３１４Ａによって高域成分が除去される。なお、図１５Ｂは、ＲＬＣ直列回路を形成し、整合抵抗３１４Ｃが接続されている。そして、前記直流成分は、前記高周波信号に加算するようにしてＶＣＳＥＬ２１１またはＶＣＳＥＬ３１１に供給される。このとき、整合抵抗２１２または整合抵抗３１２および３１４Ｃは、特性インピーダンスとＶＣＳＥＬ３１１との整合をとるために挿入される。
特開２００３－４６１７９号公報 特開平９－８５８３号公報
李　言勝、「Ｇｂ／帯光配線用ＶＣＳＥＬ光出力安定化駆動回路方式およびＬＳＩ化に関する研究」、［online］、２００８年３月、鹿児島大学、［令和２年３月２３日検索］、インターネット、　　＜http://ir.kagoshima-u.ac.jp/bitstream/10232/4897/1/李.pdf＞ V.　Kozlov　and　A.　C.　Carusone,　"Capacitively-Coupled　CMOS　VCSEL　Driver　Circuits,"　IEEE　Jour.　Solid-State　Circuits,　vol.51,　no.9,　pp.2077-2090,　Sept.2016. MAX3735A　Laser　Driver　Output　Configurations,　Part4:　Driving　VCSELs,　Design　Note　:HFDN-26.3,　Rev.1;　04/08(2004).　Maxim　Integrated社
　ところで、数ＭＨｚ以上の高周波系で使用される伝送路の特性インピーダンスは、通常、５０Ω（テレビなどの伝送路の場合７５Ω）である。そして、前記伝送路の特性インピーダンスから、従来の光伝送モジュールは、図１４の等価回路１００の構成で示したとおり、整合回路を設ける必要があった。またバイアス電圧を供給するために、少なくとも、インダクタを挿入しなければならない。したがって、部品点数が多くなり、使用周波数帯域によっては、コイルの選択が難しく、コイルが大型化する場合もあり、さらには、回路が複雑化し、結果、高コスト化を招くおそれがあった。また、近年の小型化の要請に逆行するという不都合も生じていた。
　一方、前記ＶＣＳＥＬの高周波数での等価抵抗は、通常、１００Ω程度またはそれ以上であるが、整合抵抗は１００Ω程度以下となる。したがって、整合抵抗に流れる直流電流は、ＶＣＳＥＬに流れる直流電流より大きくなり、直流電源の消費電力は整合抵抗による消費電力が大部分を占めることになる。その結果、回路全体の電力効率が非常に悪くなるという問題が生じていた。さらに、前記整合抵抗の必要な消費電力に対応させるためには、整合抵抗の対応電力値を大きくすると、物理的に大型化し、整合抵抗をパターンで構成することが困難になる。このため、チップ抵抗として配線路上に取り付けることになるが、チップ抵抗を搭載した光伝送モジュールでは高周波特性が悪化するという不都合があった。
　本明細書における開示は、上記課題を解消させるためのものであり、光伝送モジュールを構成する回路を簡易化することにより、低コストで小型の光伝送モジュール、光データリンクおよび光伝送システムを提供することを第１の目的とする。
　また、光伝送モジュールを構成するバイアス回路の電力効率を改善し、高周波特性を向上させる光伝送モジュール、光データリンクおよび光伝送システムを提供することを第２の目的とする。
　本明細書における開示の第１の局面は、上記目的を達成させるために、一端を高周波信号入力部とし、他端を終端部とする第１線路と、
　前記高周波信号入力部から入力された電気信号を光信号に変換して出力する電気光変換部と前記電気光変換部を駆動するために、直流電源に接続し、電圧を印加する電源接続部とをそれぞれ両端のいずれか一方に接続した第２線路と、
　前記第１線路と前記第２線路とが、所定の空間を介して、使用周波数波長に対して、所定の電気長で電磁結合する結合部と、
を有し、
　前記第１線路と前記第２線路との間のカップリング特性の減衰量が、アイソレーション特性の減衰量よりも小さい周波数帯域の範囲では、
　前記第２線路は、前記高周波信号入力部から前記第１線路に入力された高周波信号の進行波と順方向に伝搬する方向の一端に前記電気光変換部を接続するとともに、他端に前記電源接続部を接続し、
　前記第１線路と前記第２線路との間のカップリング特性の減衰量が、アイソレーション特性の減衰量よりも大きい周波数帯域の範囲では、
　前記第２線路は、前記高周波信号入力部から前記第１線路に入力された高周波信号の進行波と逆方向に伝搬する方向の一端に前記電気光変換部を接続するとともに、他端に前記電源接続部を接続する光伝送モジュールを提供する。
　この構成によれば、使用周波数帯域によってカップリング特性とアイソレーション特性の減衰量の関係が異なることを利用して、高周波信号が、電気光変換部にのみ伝搬するように構成することができるので、光伝送モジュールにおける電気光変換回路でインダクタを設ける必要がなくなる。
　なお、前記光伝送モジュールは、前記高周波信号入力部に光電気変換部としてフォトダイオードを接続し、前記電気光変換部として垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を使用してもよい。
　本明細書における開示の第２の局面は、上記目的を達成させるために、
　高周波信号入力部と、
　前記高周波信号入力部から入力された電気信号を光信号に変換して出力する電気光変換部と、
　前記高周波信号入力部と前記電気光変換部との間に、前記電気光変換部と並列に接続された整合抵抗と、
　前記電気光変換部を駆動するために、直流電源に接続し、電圧を印加する電源接続部と、
　前記電源接続部と前記電気光変換部との間で直列に接続され、前記高周波信号入力部から高周波が前記電源接続部に流れるのを阻止するインダクタと、
　前記整合抵抗と前記インダクタとの間で直列に接続され、前記電源接続部から前記整合抵抗に直流電流が流れるのを阻止する第１キャパシタと、
　前記高周波信号入力部と前記整合抵抗との間で直列接続された第２キャパシタと、を有する光伝送モジュールを提供する。
　この構成によれば、前記整合抵抗に前記電源接続部から直流電流は流れず、また、前記直流電流が流れない結果、前記整合抵抗に流入するのは、高周波信号のみとなる。
　また、本明細書における開示の第３の局面は、上記目的を達成させるために、一端に高周波信号入力部を接続し、他端に光電気変換部を接続した第１線路と、
　前記高周波信号入力部から入力された電気信号を光信号に変換して出力する電気光変換部と前記電気光変換部を駆動するために、直流電源に接続し、電圧を印加する電源接続部とをそれぞれ両端のいずれか一方に接続した第２線路と、
　前記第１線路と前記第２線路とが、所定の空間を介して、使用周波数波長に対して、所定の電気長で電磁結合する結合部と、
を有し、
　前記第１線路と前記第２線路との間のカップリング特性の減衰量が、アイソレーション特性の減衰量よりも小さい周波数帯域の範囲では、
　前記第２線路は、前記高周波信号入力部から前記第１線路に入力された高周波信号の進行波と順方向に伝搬する方向の一端に前記電気光変換部を接続するとともに、他端に前記電源接続部を接続し、
　前記第１線路と前記第２線路との間のカップリング特性の減衰量が、アイソレーション特性の減衰量よりも大きい周波数帯域の範囲では、
　前記第２線路は、前記高周波信号入力部から前記第１線路に入力された高周波信号の進行波と逆方向に伝搬する方向の一端に前記電気光変換部を接続するとともに、他端に前記電源接続部を接続する光伝送モジュールと、
　前記光伝送モジュールを両端に接続する１本または２本の光ケーブルと、
を有し、
　前記両端に接続された前記光伝送モジュールは、いずれも、前記光ケーブルに光信号を出力するＥ／Ｏ変換処理部および前記光ケーブルから光信号を入力するＯ／Ｅ変換処理部を備えた双方向の光伝送を可能とする光データリンクを提供する。
　さらに、本明細書における開示の第４の局面は、上記目的を達成させるために、前記光データリンクを介して送信側装置から受信側装置に光信号を送信可能とする光伝送システムを提供する。
　本発明によれば、整合回路を設けなくても、カップリング特性とアイソレーション特性の減衰量の関係により、使用周波数帯域によって、高周波信号が、電気光変換部にのみ伝搬するので、低コストで小型の光伝送モジュール、光データリンクおよび光伝送システムを提供することができるという効果を奏する。
　また、前記整合抵抗に前記電源接続部から電流は流れないため、従来の光伝送モジュールに比べて電力効率が向上するという効果を奏する。また、電力効率が向上する結果、パターンで配線回路を構築することができ、高周波特性が大幅に改善するという効果を奏する。
図１Ａは、第１実施形態にかかる光伝送モジュールの回路構成を模式的に示した図であり、結合部の電気長がλ／４の場合の高周波信号の伝搬方向を示した図である。 図１Ｂは、第１実施形態にかかる光伝送モジュールの回路構成を模式的に示した図であり、結合部の電気長がλ／４より短い場合の高周波信号の伝搬方向を示した図である。 図２は、第１実施形態にかかる光伝送モジュールの回路構成の変形例を模式的に示した図である。 図３Ａは、第１実施形態にかかる光伝送モジュールの作用を説明するための具体的実施例を模式的に示した図であり、図１Ａの光伝送モジュールの具体的実施例の構成図である。 図３Ｂは、第１実施形態にかかる光伝送モジュールの作用を説明するための具体的実施例を模式的に示した図であり、図１Ｂの光伝送モジュールの具体的実施例の構成図である。 図４は、Ｓパラメータを用いて、図３Ａ、３Ｂの具体的実施例における光伝送モジュールの各ポートの伝搬特性を示したグラフである。 図５Ａは、第１実施形態の結合部を模式的に示した部分拡大図であり、電気長λ／４全長で平行配置した結合部の部分拡大図である。 図５Ｂは、第１実施形態の結合部を模式的に示した部分拡大図であり、図５Ａの平行配置を水平方向にずらした結合部の部分拡大図である。 図６Ａは、図５Ａの結合部について、Ｓパラメータを用いて、各ポートの伝搬特性を示したグラフであり、空間Ｄの距離が１．２ｍｍの場合のグラフである。 図６Ｂは、図５Ａの結合部について、Ｓパラメータを用いて、各ポートの伝搬特性を示したグラフであり、空間Ｄの距離が０．７ｍｍの場合のグラフである。 図６Ｃは、図５Ａの結合部について、Ｓパラメータを用いて、各ポートの伝搬特性を示したグラフであり、空間Ｄの距離が０．１７ｍｍの場合の伝搬特性を示したグラフである。 図７Ａは、図５Ｂの結合部について、Ｓパラメータを用いて、各ポートの伝搬特性を示したグラフであり、空間Ｄの距離が１．２ｍｍの場合のグラフである。 図７Ｂは、図５Ｂの結合部について、Ｓパラメータを用いて、各ポートの伝搬特性を示したグラフであり、空間Ｄの距離が０．７ｍｍの場合のグラフである。 図７Ｃは、図５Ｂの結合部について、Ｓパラメータを用いて、各ポートの伝搬特性を示したグラフであり、空間Ｄの距離が０．１７ｍｍの場合の伝搬特性を示したグラフである。 図８Ａは、第１実施形態の光伝送モジュールを３層基板で形成した具体的実施例の模式図であり、側断面図である。 図８Ｂは、第１実施形態の光伝送モジュールを３層基板で形成した具体的実施例の模式図であり、上層誘電体基板の結合部を模式的に示した上面図である。 図９Ａは、図８Ａ、８Ｂの光伝送モジュールの各特性を示したグラフであり、ポートＰ３の周波数特性を示したグラフである。 図９Ｂは、図８Ａ、８Ｂの光伝送モジュールの各特性を示したグラフであり、ポートＰ４の周波数特性を示したグラフである。 図９Ｃは、図８Ａ、８Ｂの光伝送モジュールの各特性を示したグラフであり、方向性を示したグラフである。 図１０Ａは、光データリンクを示した図であり、光データリンクの外観図である。 図１０Ｂは、光データリンクを示した図であり、光データリンクの概略構成図である。 図１１は、４Ｋカメラとカメラ用メディアサーバとローカル５Ｇ基地局システムとを光データリンクで接続した光伝送システムのブロック図である。 図１２は、第２実施形態にかかる光伝送モジュールの電気光変換回路の等価回路図である。 図１３は、第２実施形態の電気光変換回路の変形例の等価回路図である。 図１４は、従来の光伝送モジュールの送信側の等価回路を示した図である。 図１５Ａは、従来の光伝送モジュールのバイアス回路の等価回路を示した図であり、整合抵抗が１つの場合の等価回路図である。 図１５Ｂは、従来の光伝送モジュールのバイアス回路の等価回路を示した図であり、整合抵抗が２つの場合の等価回路図である。
　以下、図面を参照しながら本明細書による開示を実施するための形態を説明する。先に説明した実施形態に対応する構成要素を後続の実施形態が有する場合には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、各実施形態において構成の一部のみを説明している場合、当該構成の他の部分については先行して説明した実施形態の参照符号を使用する場合がある。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示していない場合でも、特に当該組み合わせに支障が生じなければ、実施形態同士を部分的に組み合わせることも可能である。また、図中の各部材の大きさは、説明を容易とするため適宜強調されており、実際の寸法、部材間の比率を示すものではない。
さらなる適用可能分野は、本明細書の説明から明らかとなる。本概要の説明および具体例は単に例示の目的を意図しており、本開示の範囲を限定することを意図していない。
＜光伝送モジュールの第１実施形態＞
　図１Ａ、１Ｂは、第１実施形態にかかる光伝送モジュール１及び光伝送モジュール２の回路構成を模式的に示した図である。図１Ａの光伝送モジュール１は、回路基板Ｓ１の表面に第１線路１１と、第２線路１２と、第１線路１１及び第２線路１２を電磁結合可能な所定の空間を介して、電気長Ｌがλ／４となるように平行配置した結合部１３とを有する。
　第１線路１１は、一端を高周波信号入力部１４とし、他端を終端部１５としている。なお、終端部１５の終端抵抗は、たとえば第１線路１１の特性インピーダンスである。一方、第２線路１２は、一端を電源接続部１６とし、他端を電気光変換部１７としている。電気光変換部１７は、高周波信号入力部１４から入力された電気信号を光信号に変換して出力する。電源接続部１６は、電気光変換部１７を駆動するために、直流電源に接続し、電圧を印加する。なお、回路が作動するときに、電源接続部１６の電圧が変動するのを回避するために、第２線路１２とグランドとを接続するバイパスコンデンサ１８を配設してもよい。具体的には、たとえば、第２線路１２と光伝送モジュール１の金属ケースとの間に貫通コンデンサを取り付ければよい。
　第１線路１１に記載した破線矢印（高周波信号入力部１４から終端部１５の方向の矢印）は、高周波信号の伝搬する方向（進行波）を示す。一方、第２線路１２に記載した破線矢印（電源接続部１６から電気光変換部１７の方向の矢印）は、電源接続部１６に接続された直流電源（図示せず）から印加された電圧によって電気光変換部１７が駆動され、結合部１３を介して伝送された前記高周波信号が伝搬する方向を示す。図１Ａでは、第２線路１２の破線矢印の方向は、第１線路１１の前記矢印の順方向と同じ方向である。
　図１Ｂの光伝送モジュール２は、回路基板Ｓ２の表面に第１線路２１と、第２線路２２と、第１線路２１及び第２線路２２を電磁結合可能な所定の空間を介して、電気長Ｌがλ／４より短くなるように平行配置した結合部２３とを有する。
　第１線路２１は、図１Ａ同様、一端を高周波信号入力部２４とし、他端を終端部２５としている。第２線路２２も、図１Ａ同様、一端を電源接続部２６とし、他端を電気光変換部２７としている。さらに、図１Ａ同様の趣旨で、第２線路２２とグランドとを接続するバイパスコンデンサ２８を配設する。
　第１線路２１に記載した破線矢印（高周波信号入力部２４から終端部２５の方向の矢印）は、高周波信号の伝搬する方向（進行波）を示す。一方、第２線路２２に記載した破線矢印（電源接続部２６から電気光変換部２７の方向の矢印）は、電源接続部２６から印加された電圧によって電気光変換部２７が駆動され、結合部２３を介して伝送された前記高周波信号が伝搬する方向を示す。図１Ｂでは、第２線路２２の破線矢印の方向は、第１線路２１の前記矢印の逆方向である。
　なお、第１線路１１および第１線路２１、第２線路１２および第２線路２２は、電磁波を伝達する伝送路であればよく、たとえば、マイクロストリップ線路、コプレーナ線路で形成される。
　また、図１Ａ、１Ｂは、ともに同一平面上に第１線路、第２線路を形成する形態を示したが、多層基板、たとえば、第１誘電体基板、第２誘電体基板、第３誘電体基板からなる３層基板に第１線路、第２線路および結合部を形成するものであってもよい。すなわち、第１誘電体基板の一方の面に、第１線路１１（または第１線路２１）を形成し、他方の面に、高周波信号入力部１４（または高周波信号入力部２４）と終端部１５（または終端部２５）とを配設する。第２誘電体基板の一方の面に、第２線路１２（または第２線路２２）を形成し、他方の面に、電源接続部１６（または電源接続部２６）と電気光変換部１７（または電気光変換部２７）とを配設する。第３誘電体基板を介在させて、前記第１誘電体基板の一方の面と前記第２誘電体基板の一方の面とを対向させるように、積層させた３層基板を形成すればよい。このとき、前記第３誘電体基板の厚みが、結合部１３（または結合部２３）になる。
　上記のとおり、本明細書で開示する光伝送モジュール１および光伝送モジュール２は、第１線路１１（または第１線路２１）と第２線路１２（または第２線路２２）とが方向性結合器型の構造を有し、高周波特性に対応して、第２線路１２または第２線路２２で所望の方向に、高周波信号を伝搬させることができるとともに、電源接続部１６、電源接続部２６側に高周波信号が流入するのを阻止するため、インダクタ等を伴う整合回路を設ける必要がなくなる。
　＜光伝送モジュールの第１実施形態の変形例＞
　図２は、第１実施形態の変形例となる光伝送モジュール３を模式的に示した図である。
　光伝送モジュール３は、下層基板Ｓ３１、上層基板Ｓ３２および中間層基板Ｓ３３から成る３層基板構造である。下層基板Ｓ３１は、一端に高周波信号入力部３４を有する第１線路３１が形成されている。上層基板Ｓ３２は、一端を電源接続部３６とし、他端に電気光変換部３７を接続する第２線路３２が形成されている。中間層基板Ｓ３３は、マイクロストリップアンテナ３５が形成され、第１線路３１の終端位置に配設されている。なお、第２線路３２の電源接続部３６が接続されている一端側には、回路が作動するときに、電源接続部３６の電圧が変動するのを回避するために、バイパスコンデンサ３８を接続してもよい。
　マイクロストリップアンテナ３５は、第２線路３２と所定の電気長（本実施の形態ではλ/４）で共振結合され、結合部３３を形成する。本実施の形態では、高周波信号入力部３４から第１線路３１に入力される高周波信号は、マイクロストリップアンテナ３５を介して、第２線路３２で、前記第１線路３１の高周波信号の順方向と同一方向に向かって伝搬する成分を電気光変換部３７で光信号に変換する。
　＜第１実施形態にかかる光伝送モジュールの周波数特性＞
　以下、図３乃至図９により、第１実施形態にかかる光伝送モジュールの周波数特性を説明する。図３Ａは、図１Ａで説明した光伝送モジュール１の具体的実施例にかかる光伝送モジュール１Ａであり、図３Ｂは、図１Ｂで説明した光伝送モジュール２の具体的実施例にかかる光伝送モジュール２Ａである。
　図３Ａを参照して、光伝送モジュール１Ａは、ポートＰ１乃至ポートＰ４の４つのポートを有する。ポートＰ１とポートＰ２とは隣接し、Ｕ字状に形成された第１線路１１Ａの両端で各々物理的に接続されている。同様に、ポートＰ３とポートＰ４とは隣接し、Ｕ字状に形成された第２線路１２Ａの両端で各々物理的に接続されている。第１線路１１Ａおよび第２線路１２Ａの前記Ｕ字状に形成された閉鎖端側は、所定の空間Ｄを介して、対向するように平行配置され、電磁結合する結合部１３Ａを形成する。
　第１線路１１Ａの一端に接続されているポートＰ１は、高周波信号入力部として機能するアンテナ等の送受信部１４Ａである。第１線路１１Ａの他端に接続されているポートＰ２は、送受信部１４Ａの終端部となり、本実施例では、光電気変換部１５Ａを有する。光電気変換部１５Ａは、たとえば、フォトダイオードであり、（図示しない）光ケーブルから光強度変調信号が入力される。前記光強度変調信号は、黒塗り矢印Ｗ１で示すとおり、前記光ケーブルからポートＰ２に入力され、光電気変換部１５Ａで電気信号に変換され、第１線路１１Ａを経てポートＰ１に伝搬し、ポートＰ１に接続されている送受信部１４Ａを介して、前記電気信号が、接続先の装置（図示せず）に送信される。
　第２線路１２Ａの一端に接続されているポートＰ３は、電気光変換部１７Ａを有する。電気光変換部１７Ａは、たとえば、垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）であり、（図示しない）光ケーブルに接続されて光強度変調信号が出力される。第２線路１２Ａの他端に接続されているポートＰ４は、電源接続部１６Ａである。ポートＰ１に接続されている送受信部１４Ａで受信した高周波信号（電気信号）は、白抜き矢印Ｗ２で示すとおり、第１線路１１ＡでポートＰ２方向に伝搬するとともに、結合部１３Ａを介して第２線路１２ＡのポートＰ３方向（すなわち、第１線路１１Ａの前記伝搬方向と順方向）に伝搬する。さらに、ポートＰ４の電源接続部１６Ａに接続された直流電源（図示せず）から、電気光変換部１７Ａを励起発振させるために、所定の電圧が印加され、直流成分が前記高周波信号に加算されて電気光変換部１７Ａに供給される。前記高周波信号は、電気光変換部１７Ａで光強度変調信号に変換され、前記光ケーブルに出力される。
　図３Ｂを参照して、光伝送モジュール２Ａは、光伝送モジュール１Ａ同様、ポートＰ１乃至ポートＰ４の４つのポートを有し、Ｕ字状の第１線路２１Ａと第２線路２２Ａとは、前記Ｕ字状の閉鎖端側で、所定の空間Ｄを介して、対向するように平行配置され、電磁結合する結合部２３Ａを形成する。
　また、光伝送モジュール１Ａ同様、第１線路２１Ａの一端に接続されているポートＰ１は、送受信部２４Ａであり、第１線路２１Ａの他端に接続されているポートＰ２は、送受信部２４Ａの終端部となり、本実施例では光電気変換部２５Ａを有する。フォトダイオードなどの光電気変換部２５Ａは、（図示しない）光ケーブルに接続されて光強度変調信号が入力される。前記光強度変調信号は、黒塗り矢印Ｗ３で示すとおり、前記光ケーブルからポートＰ２に入力され、光電気変換部２５Ａで電気信号に変換され、第１線路２１Ａを経てポートＰ１に伝搬し、ポートＰ１に接続されている送受信部２４Ａを介して、前記電気信号が、接続先の装置（図示せず）に送信される。
　第２線路２２Ａの一端に接続されているポートＰ３は、電源接続部２６Ａである。第２線路２２Ａの他端は、ＶＣＳＥＬなどの電気光変換部２７Ａであり、（図示しない）光ケーブルに接続されて光強度変調信号が出力される。ポートＰ１に接続されている送受信部２４Ａで受信した高周波信号（電気信号）は、白抜き矢印Ｗ４で示すとおり、第１線路２１ＡでポートＰ２方向に伝搬するとともに、結合部２３Ａを介して第２線路２２ＡのポートＰ４方向（すなわち、第１線路２１Ａの前記伝搬方向と逆方向）に伝搬する。さらに、ポートＰ３の電源接続部２６Ａに接続された直流電源（図示せず）から、電気光変換部２７Ａを励起発振させるために、所定の電圧が印加され、直流成分が前記電気信号に加算されて電気光変換部２７Ａに供給される。前記電気信号は、電気光変換部２７Ａで光強度変調信号に変換され、前記光ケーブルに出力される。
　図４は、Ｓパラメータを用いて、図３の具体的実施例にける光伝送モジュール１Ａおよび光伝送モジュール２Ａの各ポートの伝搬特性を示したグラフである。
　図４のグラフは、横軸を周波数（ＧＨｚ）、縦軸を減衰量（ｄＢ）とし、図３の光伝送モジュール１Ａおよび光伝送モジュール２Ａの４つのポートＰ１乃至Ｐ４について、Ｐ１からＰ２に伝搬する信号の出力（挿入損失）をＳ２１、Ｐ１からＰ３に伝搬する信号の出力（カップリング特性）をＳ３１、Ｐ１からＰ４に伝搬する信号の出力（アイソレーション特性）をＳ４１として各特性値を示したものである。なお、結合部１３Ａおよび結合部２３Ａの電気長は、指定された周波数での伝送路の波長に対してλ／４である。
　図４のグラフによれば、アイソレーション特性Ｓ４１の減衰量が、カップリング特性Ｓ３１の減衰量より小さい周波数帯域の範囲では、第１線路と第２線路とで高周波信号の伝搬方向が逆方向になる。したがって、前記周波数帯域の範囲では、図３Ｂの光伝送モジュール２Ａのように、ポートＰ４に電気光変換部２７Ａを接続し、ポートＰ３側を電源接続部２６Ａとすればよい。一方、アイソレーション特性Ｓ４１の減衰量が、カップリング特性Ｓ３１の減衰量より大きい周波数帯域の範囲では、電気光変換部第１線路と第２線路とで高周波信号の伝搬方向が順方向になる。したがって、前記周波数帯域の範囲では、図３Ａの光伝送モジュール１Ａのように、ポートＰ３に電気光変換部１７Ａを接続し、ポートＰ４側を電源接続部１６Ａとすればよい。すなわち、アイソレーション特性Ｓ４１とカップリング特性Ｓ３１とが交差する周波数を境界周波数ｆ０とすると、入力する高周波信号の周波数がｆ０よりも小さい場合は、光伝送モジュール２Ａを使用し、入力する高周波信号の周波数がｆ０よりも大きい場合は、光伝送モジュール１Ａを使用すればよい。
　図５Ａ，５Ｂは、図４の具体的実施例にかかる光伝送モジュール１Ａの結合部１３Ａ、光伝送モジュール２Ａの結合部２３Ａの部分拡大模式図であり、図５Ａは、指定周波数での波長λとして全長電気長λ／４で平行配置した結合部の部分拡大図、図５Ｂは、図５Ａの平行配置を水平方向にずらした結合部の部分拡大図である。また、図６Ａ、６Ｂは、Ｓパラメータを用いて、図５Ａの結合部の空間Ｄの距離を変えた場合の各ポート（ポートＰ２、ポートＰ３、ポートＰ４）の伝搬特性を示したグラフである。さらに、図７Ａ、７Ｂは、Ｓパラメータを用いて、図５Ｂの結合部の空間Ｄの距離を変えた場合の各ポート（ポートＰ２、ポートＰ３、ポートＰ４）の伝搬特性を示したグラフである。なお、図６Ａおよび図７Ａは、Ｄ＝１．２ｍｍ、図６Ｂおよび図７Ｂは、Ｄ＝０．７ｍｍ、図６Ｃおよび図７Ｃは、Ｄ＝０．１７ｍｍである。
　図６Ａ～図６Ｃのグラフによれば、各境界周波数ｆ０は、図６Ａでは、およそ２．５ＧＨｚ、図６Ｂでは、およそ３ＧＨｚであり、図６Ｃでは、３から７ＧＨｚの間で３点の境界周波数が生じる。また、減衰量の変化は、順方向のＳ３１（カップリング特性）では、空間の距離Ｄの違いの影響は小さいが、逆方向のＳ４１（アイソレーション特性）では、空間の距離Ｄが狭くなるにしたがって減衰量が小さくなる傾向がある。
　以上より、使用周波数＜境界周波数ｆ０の場合、結合部１３Ａ、２３Ａの空間Ｄが狭くなるほど、Ｓ４１の出力が大きくなる。
　次に、図７Ａ～図７Ｃのグラフによれば、各境界周波数ｆ０は、図７Ａでは、およそ４．５ＧＨｚ、図７Ｂでは、およそ５．５ＧＨｚであり、図７Ｃでは、およそ７．５ＧＨｚである。また、減衰量の変化は、図６Ａ～図６Ｃの場合同様、順方向のＳ３１（カップリング特性）では、空間の距離Ｄの違いの影響は小さいが、逆方向のＳ４１（アイソレーション特性）では、空間の距離Ｄが狭くなるにしたがって減衰量が小さくなる傾向がある。
　使用周波数＜境界周波数ｆ０の場合、結合部１３Ａ、２３Ａの空間Ｄが狭くなるほど、境界周波数ｆ０が高周波側にシフトし、また、Ｓ４１の減衰量が小さくなるため、出力が大きくなる。さらに、Ｓ３１とＳ４１の差も大きくなる。以上より、結合部１３Ａおよび結合部２３Ａの最適な空間Ｄを決定することができる。
　図８Ａ、８Ｂは、第１実施形態の光伝送モジュールを３層誘電体基板で形成した具体的実施例の模式図であり、図８Ａは、側断面図、図８Ｂは、上層誘電体基板の結合部を模式的に示した上面図である。また、図９Ａ、９Ｂ、９Ｃは、図８の光伝送モジュールの各特性を示したグラフであり、図９Ａは、ポートＰ３の周波数特性を示したグラフ、図９Ｂは、ポートＰ４の周波数特性を示したグラフ、図９Ｃは、方向性を示したグラフである。
　図８Ａ、８Ｂの光伝送モジュール３Ａは、基本的構成が図３Ｂの光伝送モジュール２Ａと同じであるため、重複する構成の詳細な説明は省略する。光伝送モジュール３Ａの上層誘電体基板Ｓ３１Ａは、表面が金属板で形成され、ポートＰ１とポートＰ２が形成されている。ポートＰ１は、送受信部３４Ａであり、ポートＰ２は、光電気変換部３５Ａが接続されている。
　下層誘電体基板Ｓ３２Ａも、表面が金属板で形成され、ポートＰ３とポートＰ４が形成されている。ポートＰ４は、電気光変換部３７Ａが接続され、ポートＰ３は、直流電源が接続可能な電源接続部３６Ａである。
　また、第１線路３１Ａは、中間誘電体基板Ｓ３３Ａの上面、すなわち、上層誘電体基板Ｓ３１Ａの前記表面の裏面の対向面に形成され、第２線路３２Ａは、下層誘電体基板Ｓ３２Ａの上面、すなわち、中間誘電体基板Ｓ３３Ａの対向面に形成されている。
　上層誘電体基板Ａ３１Ａの厚みと下層誘電体基板Ｓ３２Ａの厚みはＴ１である。中間誘電体基板Ｓ３３Ａの厚みＴ２は、図３の空間Ｄに該当し、第１線路３１Ａと第２線路３２Ａとともに、結合部３３Ａを形成する。
　図８Ｂは、中間誘電体基板Ｓ３３Ａ上に形成された第１線路３１Ａの線路長Ｌと線路幅Ｗを示している。なお、図８Ｂでは、第１線路３１Ａの線路長Ｌと線路幅Ｗを示したが、第２線路３２Ａも同一の線路長Ｌと線路幅Ｗを有する（図示せず。また第１線路３１Ａの幅Ｗと異なっても良い）。また、図８Ａは、図３Ｂ同様、光電気変換部３５Ａに入力された光強度変調信号が、黒塗り矢印Ｗ５で示すとおり、ポートＰ２からポートＰ１に伝搬する。一方、白抜き矢印Ｗ６で示すとおり、ポートＰ１に接続されている送受信部３４Ａで受信した高周波信号が、第１線路３１ＡでポートＰ２方向に伝搬するとともに、結合部３３Ａを介して第２線路３２ＡのポートＰ４方向（すなわち、第１線路３１Ａの前記伝搬方向と逆方向）に伝搬する。なお、図３Ａの実施例同様、第１線路の電気信号の伝搬方向と順方向に第２線路で電気信号が伝搬する構成もある（図示せず）。
　図９Ａ，図９Ｂは、図８の光伝送モジュールの各特性を示したグラフである。図９Ａは、図８の光伝送モジュール３ＡのポートＰ３の周波数特性を示したグラフであり、横軸は周波数（ＧＨｚ）、縦軸はポートＰ１からポートＰ３のカップリング特性Ｓ３１を示す減衰量（ｄＢ）である。上層誘電体基板Ａ３１Ａおよび下層誘電体基板Ｓ３２Ａの厚みＴ１は、０．８ｍｍであり、中間誘電体基板Ｓ３３Ａの厚みＴ２は、１．２ｍｍである。そして、線路幅Ｗについて、０．５ｍ、１．０ｍｍ、１．５ｍｍ、２．０ｍｍで前記カップリング特性の相違を比較している。
　図９Ｂは、図８の光伝送モジュール３ＡのポートＰ４の周波数特性を示したグラフであり、横軸は周波数（ＧＨｚ）、縦軸はポートＰ１からポートＰ４のアイソレーション特性Ｓ４１を示す減衰量（ｄＢ）である。上層誘電体基板Ａ３１Ａおよび下層誘電体基板Ｓ３２Ａの厚みＴ１、中間誘電体基板Ｓ３３Ａの厚みＴ２は、図９Ａと同じである。また、線路幅Ｗの設定も、図９Ａと同じで、前記アイソレーション特性の相違を比較している。
　図９Ｃは、図８の光伝送モジュール３Ａの方向性特性を示したグラフであり、横軸は周波数（ＧＨｚ）、縦軸はポートＰ３とポートＰ４の方向性特性を示す量（ｄＢ）である。線路幅Ｗは、１．０ｍｍ、上層誘電体基板Ａ３１Ａおよび下層誘電体基板Ｓ３２Ａの厚みＴ１は、０．８ｍｍである。そして、中間誘電体基板Ｓ３３Ａの厚みＴ２について、０．８ｍ、１．２ｍｍ、１．６ｍｍ、２．４ｍｍ、３．２ｍｍで前記方向性特性の相違を比較している。
　図９Ａ～図９Ｃのグラフから、中間誘電体基板Ｓ３３Ａの厚みＴ２（すなわち、結合部３３Ａ）は、１．２ｍｍとした場合、カップリング特性Ｓ３１とアイソレーション特性Ｓ４１との差が大きいことがわかる。
　以上のとおり、本明細書で開示する第１実施形態にかかる光伝送モジュールは、整合回路を設けなくても、カップリング特性とアイソレーション特性の減衰量の関係性により、使用周波数帯域によって、高周波信号が、電気光変換部にのみ伝搬するので、低コスト化、小型化を図ることができる。
　＜光データリンク＞
　図１０Ａ、１０Ｂは、光データリンクを示した図であり、図１０Ａは、光データリンクの外観図、図１０Ｂは、光データリンクの概略構成図である。
光データリンク４は、図１乃至図９で説明したいずれかの回路構成を有する光伝送モジュール４１、４２と、光伝送モジュール４１と光伝送モジュール４２との間を接続する光ケーブル４３とから構成される。
　光伝送モジュール４１および光伝送モジュール４２は、いずれも、第１線路の両端に接続されるアンテナ等の送受信部（高周波信号入出力部に該当）と光電気変換部、たとえば、フォトダイオード（終端部に該当）と、第２線路の両端に接続される電源接続部と電気光変換部、たとえば、垂直共振器型面発光レーザと、前記第１線路と前記第２線路との間で電磁結合する結合部とを有する。
　すなわち、光伝送モジュール４１および光伝送モジュール４２は、垂直共振器型面発光レーザおよびフォトダイオードの両デバイスを一体的に有する構成になっている。したがって、本明細書で開示する光データリンク４は、両端の光伝送モジュール４１、４２が、光ケーブル４３に光信号を出力するＥ／Ｏ変換処理部および光ケーブル４３から光信号を入力するＯ／Ｅ変換処理部を備えており、接続先を選択することで、双方向光伝送を可能とする。
　光伝送モジュール４１および光伝送モジュール４２は、前記第１線路と前記第２線路との間のカップリング特性の減衰量が、アイソレーション特性の減衰量よりも小さい周波数帯域の範囲では、前記第２線路は、前記高周波信号入力部から前記第１線路に入力された高周波信号の進行波と順方向に伝搬する方向の一端に前記電気光変換部を有するとともに、他端に前記電源接続部を有する。一方、前記第１線路と前記第２線路との間のカップリング特性の減衰量が、アイソレーション特性の減衰量よりも大きい周波数帯域の範囲では、前記第２線路は、前記高周波信号入力部から前記第１線路に入力された高周波信号の進行波と逆方向に伝搬する方向の一端に前記電気光変換部を有するとともに、他端に前記電源接続部を有する。したがって、光データリンク４を使用して接続する装置の周波数帯域に応じて、前記いずれかの構成を有するものを選択すればよい。
　図１０Ｂでは、光伝送モジュール４１、４２が、１本または２本の光ケーブル４３の両端に、光コネクタ４４を介して接続されている。光伝送モジュール４１は、Ｅ／Ｏ変換処理部として機能し、外部から高周波信号が入力されると、送信回路４１１から、垂直共振器型面発光レーザ４１２で、光信号に変換されて、光ケーブル４３に送信される。一方、光伝送モジュール４２は、Ｏ／Ｅ変換処理部として機能し、光ケーブル４３から前記光信号を受信すると、フォトダイオード４２２で電気信号に変換され、受信回路４２１で接続先に高周波信号を出力する。
　＜光伝送システム＞
　図１１は、４Ｋカメラとカメラ用メディアサーバとローカル５Ｇ基地局システムとを光データリンクで接続した光伝送システムの例を示したブロック図である。
　光伝送システム５は、高周波信号を出力する送信側装置として、４ＫカメラＣと、前記高周波信号を光信号に変換する光伝送モジュール４１、前記光信号を光伝送モジュール４２に送信する光ケーブル４３、光ケーブル４３から受信した前記光信号を電気信号に変換する光伝送モジュール４２から構成される光データリンク４と、前記変換された電気信号を入力する受信側装置として、カメラ用メディアサーバＳとから構成される。
　さらに、本明細書で開示する光伝送システム５は、カメラ用メディアサーバＳで受信した電気信号をカメラ用メディアサーバＳのＷｉ－Ｆｉ（登録商標）アンテナからルータＲを介してアンテナＡで受信し、この電気信号を再び光データリンク４を介して、光信号に変換し、再度、電気信号に変換して基地局システムＢに送信し、広域インターネット回線で配信するようにしている。
　４ＫカメラＣとカメラ用メディアサーバＳ間の使用周波数帯域と、アンテナＡと基地局システムＢ間の使用周波数帯域とは異なる。光データリンク４は、使用周波数に応じて、光伝送モジュール４１、４２を選択することで、多様な周波数帯域に対応し、光伝送システム５を構築することができる。
　＜光伝送モジュールの第２実施形態＞
　図１２は、第２実施形態にかかる光伝送モジュールの電気光変換回路の等価回路図である。電気光変換回路６は、高周波信号回路とバイアス回路とから構成される。
　高周波信号回路は、高周波信号入力部６２Ａと、高周波信号入力部６２Ａから入力された電気信号を光信号に変換して出力する電気光変換部６２Ｃ（たとえば、垂直共振器型面発光レーザ）とを有する。
　一方、バイアス回路は、電気光変換部６２Ｃにバイアス電圧を印加して励起させる電源接続部６１ＡとバイアスＴ回路６１とから構成される。バイアスＴ回路６１は、電源接続部６１Ａに接続された直流電源と電気光変換部６２Ｃとの間で直列に接続され、高周波信号入力部６２Ａから高周波信号が電源接続部６１Ａに流れるのを阻止するインダクタ６１Ｂと、高周波信号入力部６２Ａに大きな直流電流が流入するのを防ぐための第１キャパシタ６１Ｃとを有する。すなわち、バイアスＴ回路６１は、高周波信号回路とバイアス回路の相互影響を無くすために形成される。
　高周波信号入力部６２Ａと電気光変換部６２Ｃとの間には、前記高周波信号回路の特性インピーダンスと電気光変換部６２Ｃとの整合をとるために、電気光変換部６２Ｃと並列に整合抵抗６２Ｂが接続されている。
　また、整合抵抗６２Ｂは、インダクタ６１Ｂおよび第１キャパシタ６１Ｃと直列に接続されているため、電源接続部６１Ａから直流電流が流れるのを阻止される。
　さらに、整合抵抗６２Ｂは、高周波信号入力部６２Ａとの間で、第２キャパシタ６２Ｄと直列に接続されている。第２キャパシタ６２Ｄにより、高周波信号入力部６２Ａに直流電流が存在しても、整合抵抗６２Ｂに前記直流電流が流れることが阻止される。
　以上のとおり、整合抵抗６２Ｂは、電源接続部６１Ａ側および高周波信号入力部６２Ａ側の双方に、直列でそれぞれ第１キャパシタ６１Ｃと第２キャパシタ６２Ｄが介在することによって、整合抵抗６２Ｂに流れる直流成分が排除される。したがって、回路設計において、整合抵抗６２Ｂの消費電力を考慮する必要がない。この結果、電力効率が向上し、整合抵抗６２Ｂの大きさも物理的に小さくすることが可能になり、パターンで配線回路を構築することができるとともに、高周波特性が大幅に改善する。
　＜第２実施形態の変形例＞
　図１３は、第２実施形態の電気光変換回路６の等価回路図の変形例である。本変形例にかかる電気光変換回路７は、基本的な構成は、電気光変換回路６と同じである。すなわち、バイアス回路は、電源接続部７１ＡとバイアスＴ回路７１とから構成され、バイアスＴ回路７１は、電気光変換部７２Ｃとの間で直列に接続され、高周波信号入力部７２Ａから高周波信号が電源接続部７１Ａに流れるのを阻止するインダクタ７１Ｂと、高周波信号入力部７２Ａに大きな直流電流が流入するのを防ぐための第１キャパシタ７１Ｃと、を有する。また、高周波信号入力部７２Ａと電気光変換部７２Ｃとの間には、前記高周波信号回路の特性インピーダンスと電気光変換部７２Ｃとの整合をとるために、電気光変換部７２Ｃと並列に整合抵抗７２Ｂが接続されている。また、整合抵抗７２Ｂは、インダクタ７１Ｂおよび第１キャパシタ７１Ｃと直列に接続されているため、電源接続部７１Ａから直流電流が流れるのを阻止される。さらに、整合抵抗７２Ｂは、高周波信号入力部７２Ａとの間に、第２キャパシタ７２Ｄが直列に接続されている。第２キャパシタ７２Ｄにより、高周波信号入力部７２Ａに直流電流が存在しても、整合抵抗７２Ｂに前記直流電流が流れることが阻止される。
　本変形例では、電源接続部７１Ａから、高周波信号入力部７２Ａと第２キャパシタ７２Ｄとの間に、直流電流を取り出すリード線７１Ｄを接続し、高周波信号入力部７２Ａから入力される高周波に直流成分を重畳させるようにしている。
　なお、第１実施形態の場合同様、第２実施形態にかかる電気光変換回路６または７を備えた光伝送モジュールを有する光データリンクと、かかる光データリンクを介して、送信側装置から受信側装置に光信号を送信可能とする光伝送システムを構成してもよい。
　この明細書で開示された技術は、前記実施形態に制限されない。すなわち、例示的に示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。また、一つの実施形態と他の実施形態との間における部品、要素の置き換え、または組み合わせを包含する。さらに、開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示される技術的範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内での全ての変更を含むものである。
　１、２　　　光伝送モジュール
　４　　　　　光データリンク
　５　　　　　光伝送システム
　１１、２１　第１線路
　１２、２２　第２線路
　１３、２３　結合部　
　１４、２４　高周波信号入力部
　１５、２５　終端部
　１６、２６　電源接続部
　１７、２７　電気光変換部
　１８、２８　バイパスコンデンサ
　３５　　　　マイクロストリップアンテナ

Claims (14)

  1. 　一端を高周波信号入力部とし、他端を終端部とする第１線路と、
    　前記高周波信号入力部から入力された電気信号を光信号に変換して出力する電気光変換部と前記電気光変換部を駆動するために、直流電源に接続し、電圧を印加する電源接続部とをそれぞれ両端のいずれか一方に接続した第２線路と、
    　前記第１線路と前記第２線路とが、所定の空間を介して、使用周波数波長に対して、所定の電気長で電磁結合する結合部と、
    を有し、
    　前記第１線路と前記第２線路との間のカップリング特性の減衰量が、アイソレーション特性の減衰量よりも小さい周波数帯域の範囲では、
    　前記第２線路は、前記高周波信号入力部から前記第１線路に入力された高周波信号の進行波と順方向に伝搬する方向の一端に前記電気光変換部を接続するとともに、他端に前記電源接続部を接続し、
    　前記第１線路と前記第２線路との間のカップリング特性の減衰量が、アイソレーション特性の減衰量よりも大きい周波数帯域の範囲では、
    　前記第２線路は、前記高周波信号入力部から前記第１線路に入力された高周波信号の進行波と逆方向に伝搬する方向の一端に前記電気光変換部を接続するとともに、他端に前記電源接続部を接続する光伝送モジュール。
  2. 　前記第１線路および前記第２線路が、マイクロストリップラインで形成されている請求項１記載の光伝送モジュール。
  3. 　前記第１線路および前記第２線路が、コプレーナ線路で形成されている請求項１記載の光伝送モジュール。
  4. 　前記第１線路を一方の面に形成し、前記第１線路を形成した面と反対側の面に、前記第１線路に接続された前記高周波信号入力部と前記終端部とを配設する第１誘電体基板と、
    　前記第２線路を一方の面に形成し、前記第２線路を形成した面と反対側の面に、前記第２線路に接続された前記電源接続部と前記電気光変換部とを配設する第２誘電体基板と、
    　前記第１誘電体基板の前記第１線路を形成した面と前記第２誘電体基板の前記第２線路を形成した面とを対向配置させた間に介在させ、厚みが前記結合部を形成する第３誘電体基板と、を積層させた多層基板からなる請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の光伝送モジュール。
  5. 　前記第２線路を形成した第２誘電体基板と、前記第１線路を形成した第１誘電体基板と、前記第１誘電体基板と前記第２誘電体基板との間に、マイクロストリップアンテナを形成した中間誘電体基板とから構成される４層構造とし、前記マイクロストリップアンテナは、前記第１線路の終端位置に配設されるとともに、前記第２線路と前記所定の電気長で共振結合して前記結合部を形成する請求項２記載の光伝送モジュール。
  6. 　前記電気長がλ／４である請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の光伝送モジュール。
  7. 　前記終端部が、前記第１線路と第２線路の各特性インピーダンスである請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の光伝送モジュール。
  8. 　前記終端部に、光電気変換部としてフォトダイオードを接続する請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の光伝送モジュール。
  9. 　前記電気光変換部は、垂直共振器型面発光レーザである請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の光伝送モジュール。
  10. 　前記電源接続部に接続されたラインにバイパスコンデンサを備える請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の光伝送モジュール。
  11. 　高周波信号入力部と、
    前記高周波信号入力部から入力された電気信号を光信号に変換して出力する電気光変換部と、
    　前記高周波信号入力部と前記電気光変換部との間に、前記電気光変換部と並列に接続された整合抵抗と、
    　前記電気光変換部を駆動するために、直流電源に接続し、電圧を印加する電源接続部と、
    　前記電源接続部と前記電気光変換部との間で直列に接続され、前記高周波信号入力部から高周波が前記電源接続部に流れるのを阻止するインダクタと、
    　前記整合抵抗と前記インダクタとの間で直列に接続され、前記電源接続部から前記整合抵抗に直流電流が流れるのを阻止する第１キャパシタと、
    　前記高周波信号入力部と前記整合抵抗との間で直列接続された第２キャパシタと、を有する光伝送モジュール。
  12. 　前記電源接続部から、前記高周波信号入力部と第２キャパシタとの間に、直流電流を取り出すリード線を接続し、前記高周波信号入力部から入力される高周波に直流成分を重畳させる請求項１１記載の光伝送モジュール。
  13. 　一端に高周波信号入力部を接続し、他端に光電気変換部を接続した第１線路と、
    　前記高周波信号入力部から入力された電気信号を光信号に変換して出力する電気光変換部と前記電気光変換部を駆動するために、直流電源に接続し、電圧を印加する電源接続部とをそれぞれ両端のいずれか一方に接続した第２線路と、
    　前記第１線路と前記第２線路とが、所定の空間を介して、使用周波数波長に対して、所定の電気長で電磁結合する結合部と、
    を有し、
    　前記第１線路と前記第２線路との間のカップリング特性の減衰量が、アイソレーション特性の減衰量よりも小さい周波数帯域の範囲では、
    　前記第２線路は、前記高周波信号入力部から前記第１線路に入力された高周波信号の進行波と順方向に伝搬する方向の一端に前記電気光変換部を接続するとともに、他端に前記電源接続部を接続し、
    　前記第１線路と前記第２線路との間のカップリング特性の減衰量が、アイソレーション特性の減衰量よりも大きい周波数帯域の範囲では、
    　前記第２線路は、前記高周波信号入力部から前記第１線路に入力された高周波信号の進行波と逆方向に伝搬する方向の一端に前記電気光変換部を接続するとともに、他端に前記電源接続部を接続する光伝送モジュールと、
    　前記光伝送モジュールを両端に接続する１本または２本の光ケーブルと、
    を有し、
    　前記両端に接続された前記光伝送モジュールは、いずれも、前記光ケーブルに光信号を出力するＥ／Ｏ変換処理部および前記光ケーブルから光信号を入力するＯ／Ｅ変換処理部を備えた双方向の光伝送を可能とする光データリンク。
  14. 　請求項１３に記載の光データリンクを介して、送信側装置から受信側装置に光信号を送信可能とする光伝送システム。
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