(57)【要約】【課題】  光モジュールの小信号通過特性(Ｓ２１)の最適化と、小信号反射係数(Ｓ１１)の低減の両立を可能にし、駆動用ＩＣの出力インピーダンス不整合が生じた場合でも波形品質を良好に保つ。【解決手段】  電気信号を伝送するために直列接続した伝送線路８および伝送線路２７と、レーザダイオード素子２０と、電界吸収型光変調器素子２１と、インピーダンス整合用の終端抵抗素子２４と、伝送線路８の一端と光変調器素子２１とを接続する第一のボンディングワイヤ３１と、光変調器素子２１と終端抵抗素子２４とを接続する第二のボンディングワイヤ３２とを設け、終端抵抗素子２４の抵抗値を５０Ωもしくは４０Ω以上６０Ω以下の範囲に設定し、伝送線路２７の特性インピーダンスを５０Ωとし、伝送線路８の特性インピーダンスを２０Ω以上３０Ω以下に設定した光モジュールにより解決できる。【選択図】  図２
2006128545.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気信号を第二の伝送線路に伝送する第一の伝送線路と、前記第二の伝送線路に接続されて前記電気信号によりレーザ光を変調する光変調器素子と、前記第二の伝送線路と前記光変調器素子とにその一端で接続された終端抵抗素子とからなる光モジュールであって、
前記終端抵抗素子の抵抗値と前記第二の伝送線路の特性インピーダンスとの差は、１０Ω以下であり、
前記第一の伝送線路の特性インピーダンスは、前記第二の伝送線路の特性インピーダンスより２０Ω以上低いことを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
電気信号を第二の伝送線路に伝送する第一の伝送線路と、前記第二の伝送線路に接続されて前記電気信号によりレーザ光を変調する光変調器素子と、前記第二の伝送線路と前記光変調器素子とにその一端で接続された終端抵抗素子とからなる光モジュールであって、
前記終端抵抗素子の抵抗値は、４０Ω以上６０Ω以下で、
前記第二の伝送線路の特性インピーダンスは、４０Ω以上６０Ω以下で、
１０ＧＨzにおける前記第二の伝送線路の電気長は、１０度以上１２０度以下で、
前記第一の伝送線路の特性インピーダンスは、２０Ω以上３０Ω以下で、
１０ＧＨzにおける前記第一の伝送線路の電気長は、１５度以上１２０度以下であることを特徴とする光モジュール。
【請求項３】
請求項２に記載の光モジュールであって、
前記第一の伝送線路の電気長と前記第一の伝送線路の電気長との合計が、２５度以上１２０度以下であることを特徴とする光モジュール。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の光モジュールであって、
前記第二の伝送線路は、マイクロストリップ線路からなることを特徴とする光モジュール。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載の光モジュールであって、
ＣＡＮ型のパッケージの筐体をさらに含み、
前記第二の伝送線路は、前記筐体が形成する同軸線路からなることを特徴とする光モジュール。
【請求項６】
請求項１または請求項２に記載の光モジュールであって、
ＣＡＮ型のパッケージの筐体をさらに含み、
前記第二の伝送線路は、前記筐体が形成する同軸線路とマイクロストリップ線路とからなることを特徴とする光モジュール。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載の光モジュールであって、
前記電界吸収型光変調素子へのバイアス電圧入力リードピンと高周波信号入力リードピンとを分離して設けたことを特徴とする光モジュール。
【請求項８】
電気信号を第二の伝送線路に伝送する第一の伝送線路と、前記第二の伝送線路に接続して前記電気信号によりレーザ光を変調する光変調器素子と、前記第二の伝送線路と前記光変調器素子とに接続する終端抵抗素子とからなる光モジュールであって、
前記第一の伝送線路の特性インピーダンスは、前記第二の伝送線路の特性インピーダンスより２０Ω以上低く、
７.５GHzにおけるＳ１１特性が、−１５ｄＢ以下であることを特徴とする光モジュール。
【請求項９】
請求項８に記載の光モジュールであって、
７.５GHzにおける前記Ｓ１１特性が、−２０ｄＢ以下であることを特徴とする光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光通信用の光モジュールにかかり、特に高速な伝送レートの光送信器の送信部に用いられる光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザを用いた光送信モジュールは、光ファイバ伝送用トランシーバのキーデバイスの一つである。光送信モジュールは、近年のブロードバンドネットワークの普及とともに高速化がはかられ、１０Ｇbit/sまでのビットレートのものが広く用いられるようになっている。上記用途に適した光送信モジュールとしては、小型、低コストであるとともに、良好な送信波形品質を実現することが強く要求されている。
【０００３】
特許文献１および特許文献２には、電界吸収型光変調器集積化レーザダイオードの変調器と信号線とを接続する第一のボンディングワイヤと、変調器とマッチング抵抗とを接続する第二のボンディングワイヤとのインダクタンスの関係を適切にして、高周波入力側の特性インピーダンス５０Ω(ohm)に対する小信号反射係数(Ｓ１１)の低減と、光変調器の小信号通過特性(Ｓ２１)における３dＢ帯域の確保の両立を図ったモジュールが記載されている。
【０００４】
また、非特許文献１には、駆動インピーダンス５０Ωで、終端抵抗１００ΩのＣＡＮ型パッケージに搭載された電界吸収型光変調器集積レーザモジュールが記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２５７４１２号公報
【特許文献２】特開２００１−３０８１３０号公報
【非特許文献１】"ASIP 1310nm EML TOSA"、[online]、ASIP、[平成１６年６月１８日検索]、インターネット＜http://www.asipinc.com/pdf/ASIP_1310_emltosa_datasheet.pdf＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
光送信モジュールの送信波形品質をさらに良好にするためには、光変調器の小信号通過特性(Ｓ２１)において３dＢ帯域の確保ばかりではなく、Ｓ２１のピーキング特性等の調整により、送信波形におけるＩＴＵ−Ｔ規定のマスクに対する波形マージンを広げるよう小信号通過特性(Ｓ２１)を最適化する必要があった。
【０００７】
発明者等の検討によると、理想的な５０Ω信号源(例えば計測用パルスパターンジェネレータ)を用いて光モジュールを駆動する場合には、特許文献１において、第一のボンディングワイヤと、変調器とマッチング抵抗とを接続する第二のボンディングワイヤとのインダクタンスの関係を適切にすることにより、小信号通過特性(Ｓ２１)を最適化して送信波形におけるマスクマージンを広げることは十分可能な範囲にあった。しかしその最適化により、もう一方の小信号反射係数(Ｓ１１)は十分に低減できなくなってしまい、インピーダンス不整合が生じた。
【０００８】
現在市販の駆動用ＩＣでは、特に長距離伝送用途には光変調器への駆動信号として１Ｖ近いバイアス電圧と２Ｖpp以上の大きな電圧振幅駆動が要求される。このため、ＩＣ動作時の出力インピーダンスが５０Ωから乖離する場合が多い。その場合、駆動用ＩＣと光変調器とを繋ぐ５０Ω伝送線路の両端においてインピーダンス不整合が生じることとなり、駆動電圧信号に多重反射電圧が重畳して光変調器の出力波形に乱れを生じた。この結果、送信波形におけるマスクマージンが劣化する。
【０００９】
上記の問題を解決する一手段として、光送信モジュール内部に駆動用ＩＣを内蔵することが挙げられる。この場合、駆動用ＩＣと光送信モジュールを繋ぐ５０Ω伝送線路の長さを最小限まで短縮することで、多重反射の影響を抑圧し、良好な送信波形を得ることができた。しかし駆動用ＩＣは、多数の制御用端子および電源端子を必要とするため、駆動用ＩＣを内蔵化した場合、光送信モジュールの端子数が非内蔵時に比べ増加し、小型化が困難になるという問題点が生じた。
【００１０】
本発明の目的は、光変調器の出力波形を良好にするための小信号通過特性(Ｓ２１)の最適化と、小信号反射係数(Ｓ１１)の低減を両立でき、駆動用ＩＣの出力インピーダンス不整合に対し波形品質劣化が生じにくい光送信モジュール構造を提案し、高速光伝送トランシーバに最適な光モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的は、光モジュールにおいて、電気信号を第二の伝送路に伝送する第一の伝送線路と、第二の伝送線路に接続して電気信号によりレーザ光を変調する光変調器素子と、第二の伝送線路と光変調器素子とに接続する終端抵抗素子とを含んで、終端抵抗素子の抵抗値と前記第二の伝送線路の特性インピーダンスとの差を１０Ω以下とし、第一の伝送線路の特性インピーダンスを、第二の伝送線路の特性インピーダンスより２０Ω以上低くすることによって、達成できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、光変調器の出力波形を良好にするための小信号通過特性(Ｓ２１)の最適化と、小信号反射係数(Ｓ１１)の低減を両立でき、駆動用ＩＣの出力インピーダンス不整合に対し波形品質劣化が生じにくい光送信モジュール構造の光送信モジュールを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を実施例を用いて、図面を参照しながら説明する。なお、同じ部位には同じ符号を振り、説明を省略する。
【実施例１】
【００１４】
本発明の実施例１を、図１ないし図８を用いて説明する。ここで、図１は、本発明の実施例１の光送信モジュールの主要部分を説明する平面図である。図２は、本発明の実施例１の光送信モジュールの主要回路図である。図３は、本発明の実施例を説明する周波数と光モジュールの入力反射係数Ｓ１１との関係を示す図である。図４は、本発明の実施例を説明する周波数と光モジュールの電気−光通過特性Ｓ２１との関係を示す図である。図５は、本発明の実施例の効果を説明する光出力波形である。図６および図７は、伝送線路の特性インピーダンスをパラメータとした変調器の容量と伝送線路の電気長の関係を説明する図である。図８は、本発明の実施例を説明するスミスチャートである。
【００１５】
まず、図１を用いて、光送信モジュールの構成を説明する。光送信モジュール１００は、筐体として箱型のパッケージ筐体１を用いる。筐体１の一側面には、電気信号の入力端子として同軸コネクタ６を設ける。同軸コネクタ６の同軸内導体は、筐体内部に設けた接続基板９上の伝送線路１０に接続する。基板支持部５は、接続基板９を固定する。基板支持部５は、同時に、同軸コネクタ６の同軸外導体と伝送線路１０の接地導体とを電気的に接続する。筐体１内部の底面には、ペルチェ素子２を固定し、その上面に中継基板７、モニタフォトダイオード搭載用基板４、金属台座３を搭載する。中継基板７上には、他の伝送線路に比べ低い特性インピーダンスを有する伝送線路８を設ける。伝送線路８は、パタン幅を広くするのが容易で低インピーダンス化するのに好適であるマイクロストリップ線路形式とした。また、モニタフォトダイオード搭載用基板４上には、モニタ用フォトダイオード３６を設け、半導体レーザダイオード素子２０の後方出力光を受光できる位置に固定する。金属台座３上には、キャリア基板２３、結合レンズ１１、サーミスタ搭載基板１４を搭載する。また、サーミスタ搭載基板１４には、サーミスタ１３を搭載し、ペルチェ素子２の上面温度をモニタする。
【００１６】
キャリア基板２３には、半導体チップ２２およびバイパスコンデンサ２８を搭載する。キャリア基板２３には、抵抗素子２４、接地金属２５、入力伝送線路２７の各パタンを設け、接地金属２５は、ビアホール２６によりキャリア基板２３の裏面電極に接続する。半導体チップ２２は、その表面に半導体レーザダイオード素子２０および光変調素子２１を設けた変調器集積型半導体レーザチップである。半導体レーザダイオード素子２０から出力される連続レーザ光は、光変調器素子２１を通過した後に、結合レンズ１１および筐体出射部１２を介して光ファイバーへ出射される。変調器素子２１は、外部の駆動用ＩＣからの１０Ｇbit/sの電気変調信号により、連続レーザ光を光変調信号に変調する。
【００１７】
第一のボンディングワイヤ３１は、入力伝送線路２７と光変調素子２１とを接続する。第二のボンディングワイヤ３２は、光変調素子２１と抵抗素子２４とを接続する。また、キャリア基板２３上の入力伝送線路２７と中継基板７上の伝送線路とは、リボンワイヤ等により、低いインダクタンスで接続する。また、中継基板７上の伝送線路と接続基板９上の伝送線路１０との間も、リボンワイヤ等により、低いインダクタンスで接続する。なお、接続基板９、中継基板７、キャリア基板２３の裏面配線も、ビアを用いて表層に出し、それぞれリボンワイヤ等で接続している。これらにより、同軸コネクタ６から光変調素子２１への電気信号入力経路が構成される。半導体レーザダイオード素子２０は、給電用ボンディングワイヤ３４、３５を介して外部端子(図示せず)に接続し、そこから直流電流を供給する。
【００１８】
箱型のパッケージ筐体１は、セラミックと金属から構成し、気密性を確保する。パッケージ筐体１の底面の材料として熱伝導率の高い銅タングステンとした場合、ペルチェ素子２から光送信モジュール外部に至る熱抵抗を低減し、ペルチェ素子２の消費電力を低減するのに好適である。中継基板７およびキャリア基板２３は、アルミナ、窒化アルミ等の誘電体材料で構成する。キャリア基板２３を熱伝導率の高い窒化アルミとし、金属台座３を銅タングステンとした場合、半導体チップ２２からペルチェ素子２に至る熱抵抗を低減し、素子温度上昇を抑えるのに好適である。抵抗素子２４は、表面を陽極酸化した窒化タンタル膜で構成し、レーザトリミングにより抵抗値を５０Ωとなるよう調整する。
【００１９】
半導体チップ２２は、n型ＩnＰ基板を用いその表面に分布帰還型レーザダイオード(ＤＦＢ−ＬＤ：Distributed FeedBack Laser Diode)である半導体レーザダイオード素子２０と電界吸収型変調器(ＥＡＭ：Electro Absorption Modulator)である光変調素子２１を集積したものを用いる。チップ表面には半導体レーザダイオード素子２０と光変調器素子２１のそれぞれのアノード電極を設ける。光変調器素子２１のアノード電極を中継点として、第一のボンディングワイヤ３１と第二のボンディングワイヤ３２を一本のワイヤを用いて直線的に形成した場合、光変調器素子２１のアノード電極の面積を最小にでき、素子容量Ｃmodを低減する上で好適である。チップ裏面電極は、半導体レーザダイオード素子２０と光変調器素子２１の共通カソード電極とする。モニタ用フォトダイオード３２の出力は、外部端子(図示せず)を通じて出力する。パイパスコンデンサ２８は単層の高誘電体基板で構成した平行平板型容量とすると、小型化する上で好適である。
【００２０】
次に図２を用いて回路構成を説明する。まず外部の駆動用ＩＣ ６１が出力した電気変調信号は、外部伝送線路６０、接続基板上の伝送線路１０、中継基板上の伝送線路８を通じてキャリア基板上の入力伝送線路２７入力される。伝送線路６０は、駆動用ＩＣ ６１を搭載するプリント基板上の伝送線路、そこから同軸コネクタ６への接続を行う同軸ケーブル、同軸コネクタ６で構成され、特性インピーダンスは５０Ωとする。伝送線路１０および入力伝送線路２７の特性インピーダンスはともに５０Ω、伝送線路８の特性インピーダンスは３０Ωとする。Ｒ２４は抵抗素子２４がなす抵抗、Ｌ３１、Ｌ３２はそれぞれ第一、第二のボンディングワイヤ３１、３２がなすインダクタンスである。伝送線路８は、他の伝送線路より低インピーダンスなので、幅広く図示した。
【００２１】
電気変調信号は、これらの回路素子を介して光変調素子２１のアノードに入力される。光変調素子２１のカソードは、接地されている。一方、半導体レーザダイオード素子２０には、外部よりバイアス電流として順方向直流電流Ｉbiasを供給し、レーザ光を連続出力させる。図２において、Ｌ３４、Ｌ３５は給電用ボンディングワイヤ３４、３５がなすインダクタンス、Ｃ２８はバイパスコンデンサ２８の容量である。通常、電界吸収型変調器には、逆バイアスを印加して動作させるため、本実施例では−５.２Ｖなどの負電源、およびレーザ素子用に＋３.３Ｖなどの正電源の両方を用いる。
【００２２】
本実施例では、例えばＣmod:０.５pＦ、Ｌ３１:０.２９nＨ、Ｌ３２:０.７５nＨ、Ｒ２４:５０Ωとし、入力伝送線路２７(特性インピーダンス５０Ω)と伝送線路８(特性インピーダンス３０Ω)の周波数１０ＧＨzにおける電気長をそれぞれ３５度、３１.３度とした。なお、電気長とは、実効的な共振線路長を３６０度とする長さの次元である。伝送線路の特性は、インピーダンス（Ｚ）、電気長（Ｅ）、周波数（ｆ）で規定できる。
【００２３】
次に、本実施例の光送信モジュールの特性を、図３ないし図５を用いて説明する。これらは、回路シミュレータを用いて算出した特性である。
図３に示すように、特許文献１または特許文献２の高周波入力側の特性インピーダンスを５０Ωとした、すなわち入力側を特性インピーダンス５０Ωの伝送線路にそろえて構成した場合、周波数７.５ＧＨz以上の範囲で反射係数Ｓ１１が−１５dBを超え、劣化が生じる。一方、光変調器の近傍に概ね５０Ω伝送線路２７と概ね３０Ω伝送線路８とを挿入した場合、０(ＤＣ)〜１２ＧＨzの広い周波数範囲で反射係数の低減改善が生じている。この結果、周波数０(ＤＣ)〜１０ＧＨzの範囲で反射係数を−１５dB以下に抑圧する効果が得られた。特に、７.５ＧＨz付近では−２０dB以下に抑圧する効果が得られた。また、図４に示す小信号通過特性Ｓ２１も十分な特性を示し、３０Ω線路を挿入した場合、周波数０(ＤＣ)〜１２ＧＨzの範囲で若干の利得向上が生じた。
【００２４】
図５は、光送信モジュールを１０Ｇbit/sで動作させた時の光出力波形であり、図５（ａ）は５０Ω入力線路を示し、図５（ｂ）は５０Ω線路に３０Ω線路を加えた場合を示す。これらの図は、７.５ＧＨzベッセルフィルター通過後におけるアイパタンを表示したものである。駆動用ＩＣの出力インピーダンスは７５Ωであり、５０Ωから乖離している。このため、高周波入力側を５０Ωの伝送線路のみにより構成した場合、多重反射の影響による波形品質劣化が生じていたが、５０Ω伝送線路２７と３０Ω伝送線路８とを挿入した本実施例では多重反射を抑圧し、良好な波形品質が得られている。
【００２５】
本実施例の伝送線路２７および伝送線路８による反射係数Ｓ１１の抑圧効果のメカニズムを次に説明する。光変調器素子２１をインダクタンスＬ３１、Ｌ３２、抵抗Ｒ２４および接地を図２に示すように接続する場合、例えば１０Ｇbit/sの光送信用にはＬ３１:０.２９nＨ、Ｌ３２:０.７５nＨ、Ｒ２４:５０Ωとすることで５０Ω駆動に対し良好な小信号通過特性(Ｓ２１)を実現することができる。光変調器素子２１としては、素子容量Ｃmodが０.４pＦ〜０.６pＦのものがよく用いられ、上記接続をすることにより小信号通過特性における３dＢ帯域を１０ＧＨz以上と良好にすることができる。上記接続を行い光変調素子２１に対し所望の強度のレーザ光を入力させた場合、発明者の測定によると、光変調器素子２１にはホトカレントによる並列コンダクタンス(およそ１００Ω)が生じるとともに、図２においてＬ３１の信号入力端(矢印Ａ部)から変調器方向に見込んだインピーダンスが７.５ＧＨzにおいて実部２４〜３７Ω、虚部１〜５Ωとなった。これらの値はＬ３１、Ｌ３２の値で多少増減はする。しかし、周波数７.５ＧＨzにおいてλg/４（電気長９０度）以下、すなわち周波数１０ＧＨzにおける電気長がそれぞれ１２０度以下の範囲で、比較的電気長の短い５０Ω伝送線路と比較的電気長の短い２０〜３０Ωの伝送線路の２素子を用いることにより、整合点(０Ω)にインピーダンス変換できる。このとき両伝送線路のインピーダンス差は２０Ω以上とするのが好ましい。
【００２６】
図６および図７に７.５ＧＨzにおいて完全整合条件を得るのに必要な５０Ω伝送線路２７の電気長および伝送線路８(２０〜３０Ω)の電気長をそれぞれ示す。図６および図７は、特性インピーダンスの低い伝送線路８の特性インピーダンスをパラメータに、変調器素子の容量と、必要な電気長の関係をシミュレーションした結果である。
【００２７】
素子容量０.４pＦ〜０.６pＦの範囲では、図６から５０Ω伝送線路２７の周波数１０ＧＨzにおける電気長を１０度以上、図７から伝送線路８の周波数１０ＧＨzにおける電気長を１５度以上にする必要があることがわかる。さらに、伝送線路２７および伝送線路８の電気長として、図６または図７に示す関係の電気長より若干大きな値を選択することにより、７.５ＧＨzにおける完全整合条件からはずれるものの、緩い整合で広帯域化することができ、７.５ＧＨzを中心として比較的広い範囲でＳ１１の改善を得ることができた。本実施例１では、伝送線路２７(特性インピーダンス５０Ω)と伝送線路８(特性インピーダンス３０Ω)の周波数１０ＧＨzにおける電気長をそれぞれ３５度、３１.３度とすることで、周波数０(ＤＣ)〜１０ＧＨzの広い範囲で反射係数を−１５dB以下に抑圧する効果を得たものである。
【００２８】
次に、図８を用いて、スミスチャートでのインピーダンスを、図２を参照しながら説明する。図２の矢印Ａ部より光変調器素子２１側を見込んだ場合のインピーダンスが、図８のＡ部である。図２の矢印Ｂ部から変調器方向に見込んだインピーダンスは、５０Ω伝送路で電気長３５度なので、スミスチャートの実軸５０Ωを中心にＡ部までの半径を、３５度だけ時計回りに回転した図８のＢ部の値である。また、図２の矢印Ｃ部から変調器方向に見込んだインピーダンスは、３０Ω伝送路で電気長３１.３度なので、スミスチャートの実軸３０Ωを中心に時計回りに回転した図８のＣ部の値である。前述した、伝送路の電気長を周波数７.５ＧＨzにおいてλg/４（電気長９０度）以下としたのは、スミスチャートの１回転は１８０度であるので、２素子の伝送線路の和を１８０度以上とする必要がないためである。
【００２９】
上記実施例１において、抵抗素子２４の抵抗値を５０Ωとしたが、実際のトランシーバに搭載される駆動ＩＣとの相性により４０〜６０Ωの範囲で変更しても良い。また伝送線路８の特性インピーダンスを３０Ωとしたが、これを２０〜３０Ωの範囲で変更しても良い。さらに入力伝送線路２７の特性インピーダンスを５０Ωとしたが、これを４０〜６０Ωの範囲で変更しても良い。この場合伝送線路８との特性インピーダンス差を少なくとも２０Ω以上とした場合、入力反射係数の低減を得るのに好適である。
【００３０】
また、本実施例の回路構成（図２）において、光変調器素子２１のダイオード極性を逆にしてもよい。その場合、正電源でも光変調素子２１に逆バイアスを印加できるようになり、＋５.０Vなどの正電源のみを用いて動作する光送信モジュールを実現できる。
【実施例２】
【００３１】
本発明の実施例２を、図９および図１０を用いて説明する。ここで、図９は、本発明の実施例２の光送信モジュールの主要部分を示す側面図である。また、図１０は、本発明の実施例２の光送信モジュールの主要回路図である。
【００３２】
まず、図９を用いて、光送信モジュールの構成を説明する。光送信モジュール２００は、筐体としてＣＡＮ型のパッケージ筐体を用いる。符号３０がその金属ステム、符号２９が主要部搭載用の金属台座である。金属ステム３０は、円筒状の貫通穴４０、４３を通して円柱状のリードピン３９、４２を、封止ガラス４１により固定する。金属台座２９上には、中継基板３７とキャリア基板２３を搭載する。中継基板３７上には、伝送線路３８を設ける。キャリア基板２３の表面上には、抵抗素子２４、接地金属２５、入力伝送線路２７の各パタンを設ける。接地金属２５は、ビアホール２６によりキャリア基板２３の裏面電極に接続する。キャリア基板２３には、半導体チップ２２およびバイパスコンデンサ２８を搭載する。半導体チップ２２は、その表面に半導体レーザダイオード素子２０および光変調素子２１を設けた変調器集積型半導体レーザチップである。半導体レーザダイオード素子２０から出力される連続レーザ光は、光変調器素子２１を通過した後に結合レンズ(図中省略)を介して光ファイバーへ出射される。変調器素子２１は、外部の駆動用ＩＣからの１０Ｇbit/sの電気変調信号により連続レーザ光を光変調信号に変調する。また、金属ステム３０上には、モニタ用フォトダイオード３６を設け、半導体レーザダイオード素子２０の後方出力光を受光できる位置に固定する。
【００３３】
第一のボンディングワイヤ３１は、入力伝送線路２７と光変調素子２１とを接続する。第二のボンディングワイヤ３２は、光変調素子２１と抵抗素子２４とを接続する。また、キャリア基板２３上の入力伝送線路２７と中継基板３７上の伝送線路３８とは、リボンワイヤ等により、低いインダクタンスで接続する。伝送線路３８とリードピン２９とは、AuＳn合金等により接合する。これらにより、リードピン３９から光変調素子２１への電気信号入力経路が構成される。半導体レーザダイオード素子２０は、給電用ボンディングワイヤ３４,３５を介してリードピン４２に接続し、ここから直流電流を供給する。
【００３４】
ＣＡＮ型のパッケージ筐体としては例えばφ(phi)５.６mmのＴＯ−５６型の筐体等を用いる。金属ステム３０、金属台座２９の材料としては、安価な鉄を用いると低コスト化に好適である。中継基板３７およびキャリア基板２３は、アルミナ、窒化アルミ等の誘電体材料で構成する。キャリア基板２３を熱伝導率の高い窒化アルミとした場合、半導体チップ２２から金属台座２４に至る熱抵抗を低減し、素子温度上昇を抑えるのに好適である。また、キャリア基板２３を窒化アルミなどの誘電体基板と、銅タングステンなどの金属板との貼り合わせ基板で構成してもよい。この構成では、熱抵抗をさらに下げるのに好適である。
【００３５】
抵抗素子２４は、陽極酸化した窒化タンタル膜で構成し、レーザトリミングにより抵抗値を５０Ωとなるよう調整したものである。半導体チップ２２は、n型ＩnP基板を用いその表面に分布帰還型レーザダイオード(DFB−LD)である半導体レーザダイオード素子２０と電界吸収型変調器(EAM)である光変調素子２１を形成したものを用いる。チップ表面には、半導体レーザダイオード素子２０と光変調器素子２１のそれぞれのアノード電極を設ける。光変調器素子２１のアノード電極を中継点として、第一のボンディングワイヤ３１と第二のボンディングワイヤ３２とを一本のワイヤを用いて直線的に形成した場合、光変調器素子２１のアノード電極の面積を最小にでき、素子容量Ｃmodを低減する上で好適である。チップ裏面電極は、半導体レーザダイオード素子２０と光変調器素子２１の共通カソード電極とする。モニタ用フォトダイオード３２の出力は、他のリードピン(図中省略)を通じて出力する。パイパスコンデンサ２８は、単層の高誘電体基板で構成した平行平板型容量とすると、小型化する上で好適である。
【００３６】
次に、図１０を用いて回路構成を説明する。まず駆動用ＩＣ ６１が出力した電気変調信号は、外部伝送線路６０、貫通穴４０とリードピン３９と封止ガラス４１で構成される同軸線路Ｔ３９、中継基板３７上の伝送線路３８を通じてキャリア基板の入力伝送線路２７入力される。伝送線路６０は、駆動用ＩＣ ６１を搭載するプリント基板上の伝送線路とプリント基板とリードピン３９を接続するフレキシブル基板上の伝送線路とで構成し、特性インピーダンスは５０Ωとする。同軸線路Ｔ３９の特性インピーダンスは３０Ω、伝送線路３８および入力伝送線路２７の特性インピーダンスは５０Ωとする。Ｒ２４は抵抗素子２４がなす抵抗、Ｌ３１、Ｌ３２はそれぞれ第一、第二のボンディングワイヤ３１、３２がなすインダクタンスである。電気変調信号は、これらの回路素子を介して光変調素子２１のアノードに入力される。光変調素子２１のカソードは、接地されている。一方半導体レーザダイオード素子２０には、外部よりバイアス電流として順方向直流電流Ｉbiasを供給し、レーザ光を出力させる。通常、電界吸収型変調器には逆バイアスを印加して動作させるため、本実施例では−５.２Vなどの負電源、およびレーザ素子用に＋３.３Vなどの正電源の両方を用いる。
【００３７】
本実施例では、例えばＣmod:０.５pＦ、Ｌ３１:０.２９nＨ、Ｌ３２:０.７５nＨ、Ｒ２４:５０Ωとし、入力伝送線路２７と伝送線路３８(ともに特性インピーダンス５０Ω)の周波数１０ＧＨzにおける電気長の総和を３５度、同軸線路Ｔ３９(特性インピーダンス３０Ω)の周波数１０ＧＨzにおける電気長を３１.３度とした。
【００３８】
本実施例２によれば、光出力特性において上記実施例１と同様の改善効果が得られる。さらにＣＡＮ型パッケージ筐体を用いたことにより、小型化と低コスト化に対しより好適な光送信モジュールを実現することができる。
【００３９】
上記実施例２において、貫通穴４０とリードピン３９と封止ガラス４１で構成される同軸線路Ｔ３９の特性インピーダンスを３０Ωとしたが、その部材形状および封止に適するガラスの材質の選択により同軸線路の特性インピーダンスを例えば２０〜３０Ωの範囲で変更しても良い。また、抵抗素子２４の抵抗値を５０Ωとしたが、実際のトランシーバに搭載される駆動ＩＣとの相性により、これを例えば４０〜６０Ωの範囲で変更しても良い。
【００４０】
また本実施例２の図１０における回路構成において、光変調器素子２１のダイオード極性を逆にしてもよい。その場合正電源でも光変調素子２１に逆バイアスを印加できるようになり、＋５.０Vなどの正電源のみを用いて動作する光送信モジュールを実現できるという新たな効果が生じる。
【実施例３】
【００４１】
本発明の実施例３を、図１１および図１２により説明する。図１１は、本発明の実施例３の光送信モジュールの主要部分を示す構造図である。図１２は、本発明の実施例３の光送信モジュールの主要回路図である。実施例２との主要な違いは中継基板３７上のマイクロストリップ線路形式の伝送線路を特性インピーダンス５０Ωの伝送線路１３８と特性インピーダンス３０Ωの伝送線路１３９とで構成した点にある。また、図１２に示すように、光変調器素子１２１は、ダイオード特性が逆のものを用いた。バイアス端子Ｖbias(図中省略)より、バイアス電圧印加用ボンディングワイヤ１３３、第三のボンディングワイヤ１３２、抵抗素子２４。第二のボンディングワイヤ３２を通じてカソード端子に、正電圧を印加する。符号１２８は、バイパスコンデンサであり、これによりボンディングワイヤ１３２の一端を高周波的に接地する。図１２において、Ｌ１３２、Ｌ１３３はボンディングワイヤ１３２、１３３のインダクタンスである。Ｃ１２８は、バイパスコンデンサ１２８の容量、Ｃ１２９は、入力信号経路に直列に挿入したＤＣブロック用コンデンサの容量である。光変調器素子１２１へのバイアス電圧を外部印加できるようにしたことにより、駆動用ＩＣ １６１は、駆動電圧として高周波信号のみを供給すればよい。このことは、駆動用ＩＣの電源電圧の正電圧化および低電圧化の両方に好適である。
【００４２】
本実施例の光モジュール２００は、例えばＣmod: ０.５ pＦ、Ｌ３１: ０.２９ nＨ, Ｌ３２＋Ｌ１３２: ０.７５ nＨ, Ｒ２４: ５０ Ωとし、入力伝送線路２７と伝送線路１３８(ともに特性インピーダンス５０Ω)の周波数１０ＧＨzにおける電気長の総和を３５度、同軸線路Ｔ３９と伝送線路１３９(特性インピーダンス３０Ω)の周波数１０ＧＨzにおける電気長の総和を３１.３度とした。
【００４３】
本実施例３によれば、光出力特性において上記実施例１と同様の改善効果が得られる。さらにＣＡＮ型パッケージ筐体を用いたことにより、小型化と低コスト化に対し、より好適な光送信モジュールを実現することができる。また、中継基板３７上の配線パタンだけを変更することで、同軸線路Ｔ３９と伝送線路１３９からなる３０Ω伝送線路の電気長を変更することができる。これにより同一のＣＡＮ型パッケージ筐体を用いながら、異なった素子容量を持つ複数の光変調器素子に対応した光送信モジュールをそれぞれ実現できるという効果が生じる。
【００４４】
また本実施例３は、光変調器素子のダイオード極性を逆にした光モジュールの例でもある。これにより、正電源でも光変調素子１２１に逆バイアスを印加できるようになる。したがって、＋３.３Vなどの正電源のみを用いて動作する光送信モジュールを実現できるという効果を有する。
【００４５】
本実施例３ではバイアス端子Ｖbiasから光変調素子１２１へのバイアス電圧を外部印加できるようにしている。しかし、これを省略することもできる。すなわち、図１１において、バイアス電圧印加用ボンディングワイヤ１３３を削除し、ＣＡＮ型筐体のリードピンを１個削減する。この場合リードピン３９よりバイアス電圧を印加できるようにするため、駆動用ＩＣ搭載基板にバイアス電圧印加端子およびチョーク回路を増設必要があるが、ＣＡＮ型筐体のリードピンを１個削減できるため光送信モジュールの小型化には好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明による実施例１の光送信モジュールの主要部分を示す構造図である。
【図２】本発明による実施例１の光送信モジュールの主要回路図である。
【図３】本発明による実施例を説明する周波数と光送信モジュールの入力反射係数Ｓ１１との関係を示す図である。
【図４】本発明による実施例を説明する周波数と光送信モジュールの電気−光通過特性Ｓ２１との関係を示す図である。
【図５】本発明の実施例の効果を説明する光出力波形である。
【図６】本発明の効果を説明するグラフである。
【図７】本発明の効果を説明するグラフである。
【図８】本発明の効果を説明するスミスチャートである。
【図９】本発明による実施例２の光送信モジュールの主要部分を示す構造図である。
【図１０】本発明による実施例２の光送信モジュールの主要回路図である。
【図１１】本発明による実施例３の光送信モジュールの主要部分を示す構造図である。
【図１２】本発明による実施例３の光送信モジュールの主要回路図である。
【符号の説明】
【００４７】
１…筐体、２…ペルチェ素子、３…金属台座、４…モニタフォトダイオード搭載用基板、５…基板支持部、６…同軸コネクタ、７…中継基板、８…伝送線路、９…接続基板、１０…伝送線路、１１…結合レンズ、１２…出射部、１３…サーミスタ、１４…サーミスタ搭載基板、２０…半導体レーザダイオード素子、２１…光変調器素子、２２…半導体チップ、２３…キャリア基板、２４…抵抗素子、２５…接地金属、２６…ビアホール、２７…入力伝送線路、２８…バイパスコンデンサ、２９…金属台座、３０…金属ステム、３１…第一のボンディングワイヤ、３２…第二のボンディングワイヤ、３４、３５…給電用ボンディングワイヤ、３６…モニタ用フォトダイオード、３７…中継基板、３８…伝送線路、３９…リードピン、４０…貫通穴、４１…封止ガラス、４２…リードピン、４３…貫通穴、６０…伝送線路、６１…駆動用ＩＣ、１００…光モジュール、１２１…光変調器素子、１２８…バイパスコンデンサ、１３２…第三のボンディングワイヤ、１３３…バイアス電圧印加用ボンディングワイヤ、１３８、１３９…伝送線路、１６１…駆動用ＩＣ、２００…光モジュール。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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