(57)【要約】【課題】  光変調器モジュールの筐体内の半田から錫が発生して電極間に気相輸送され、電極間に析出成長し、バイアス安定の劣化を引き起こす問題を軽減する。【解決手段】  光導波路２１と、該光導波路２１を伝搬する光波を制御するための制御電極（信号電極２５、ＤＣバイアス電極２６，２７など）とが形成された導波路基板２と、該導波路基板２の近傍に配置され、該制御電極（ＤＣバイアス電極２６，２７）に対してＤＣバイアス電圧を供給するＤＣバイアス配線４２が形成された中継基板４と、該導波路基板２と該中継基板４とを収容する筐体１とを備えた光変調器モジュールにおいて、該ＤＣバイアス配線４２の一部に、該中継基板４から該導波路基板２の上面より高い位置に立ち上がる空中線６が設けられ、該空中線６は、該筐体１内のいずれかの半田の使用箇所から１０ｍｍ以内の位置に配置されていることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波路と、該光導波路を伝搬する光波を制御するための制御電極とが形成された導波路基板と、
該導波路基板の近傍に配置され、該制御電極に対してＤＣバイアス電圧を供給するＤＣバイアス配線が形成された中継基板と、
該導波路基板と該中継基板とを収容する筐体とを備えた光変調器モジュールにおいて、
該ＤＣバイアス配線の一部に、該中継基板から該導波路基板の上面より高い位置に立ち上がる空中線が設けられ、
該空中線は、該筐体内のいずれかの半田の使用箇所から１０ｍｍ以内の位置に配置されていることを特徴とする光変調器モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の光変調器モジュールにおいて、
該空中線は、該ＤＣバイアス配線と該導波路基板上の該制御電極の配線とを電気的に接続する空中配線を兼用することを特徴とする光変調器モジュール。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の光変調器モジュールにおいて、
該空中線は、該ＤＣバイアス配線のプラス線とマイナス線の両方に設けられることを特徴とする光変調器モジュール。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光変調器モジュールにおいて、
該空中線の表面積が、９４００μｍ2以上であることを特徴とする光変調器モジュール。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の光変調器モジュールにおいて、
該空中線は、被覆されていないことを特徴とする光変調器モジュール。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の光変調器モジュールにおいて、
該ＤＣバイアス電圧は、２０Ｖ以上であることを特徴とする光変調器モジュール。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の光変調器モジュールにおいて、
該導波路基板と該中継基板の少なくとも一方に、気相輸送物質を吸着するゲッター材が半田接続されたことを特徴とする光変調器モジュール。
【請求項８】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の光変調器モジュールにおいて、
該ＤＣバイアス配線は、枝分かれ線を有することを特徴とする光変調器モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光変調器モジュールに関し、特に、導波路基板と、該導波路基板の近傍に配置され中継基板と、該導波路基板と該中継基板とを収容する筐体とを備えた光変調器モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子配線を用いる業界では、錫（スズ）ウィスカが時間とともにゆっくり成長し、やがてプリント配線基板上の端子に接触して短絡事故を起こすことが知られている。２０００年代前半まで錫に鉛を添加し、ウィスカの発生を抑えていたが、現在は、ＲｏＨＳ（Restriction on Hazardous Substances）など電子機器の環境対応により、鉛フリーの半田をはじめとする鉛フリーの素材が使用されるようになり、再びウィスカによる短絡が問題視されるようになった。
【０００３】
ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）を導波路基板に用いたＬＮ光変調器においては、金錫半田に含まれる錫に起因する別の問題が起こっている。コネクタと筐体の接続部、光ファイバと筐体の封止接続部などの半田から、錫がＬＮ光変調器の電極間に気相輸送され、電極間に析出成長し、バイアス安定の劣化を引き起こす。鉛フリー化に加えて、ＤＰ−ＢＰＳＫ（Dual Polarization - Binary Phase Shift Keying）変調器やＤＰ−ＱＰＳＫ（Dual Polarization - Quadrature Phase Shift Keying）変調器などの電気配線部が増大したこと、筐体内部の自由空間が狭まったこと、変調器内部の集積密度の上昇等が原因である。更に、２波長対応ＤＰ−ＱＰＳＫにおいては、電気配線数のほか、光ファイバとの接続数も倍増するため、特にその問題が顕著となっている。
【０００４】
また、ＤＰ−ＢＰＳＫ変調器やＤＰ−ＱＰＳＫ変調器などの偏波多重方式の光変調器モジュールでは、各変調器の光導波路出力ポートと光ファイバとの接続において、バットジョイントではなくレンズ結合を行うことが一般的である。また、偏波多重に使用される光学部品やレンズ結合の構造のモジュールにおいては、パーティクルによる光軸遮りによって起こるエラーバーストを防止するために、クリーンな環境でのモジュール組み立てが行われる。また、ミスト、ゾルなどの気相輸送される物質の光導波路端面への付着や焼き付きによって起こる光透過特性の経年劣化（光損失の増大）を防止するために、各部品が徹底して洗浄され、また乾燥窒素を封止した筐体構造が用いられる。本明細書では、パーティクル、ミスト、ゾルなどの、気体の状態にある物質や空間内に浮遊して輸送される物質を総称して、「気相輸送物質」という。
【０００５】
また、近年では、下記（１）〜（３）が進んでいる。
（１）筐体の小型化による筐体内部空間の大幅な減少
（２）高度集積化による部品点数の増大による気相輸送物質の源となる材料・部材の増大
（３）伝送距離延長、ＯＳＮＲ（Optical Signal to Noise Ratio；光信号雑音比）改善のための光量の増大
【０００６】
そのため、パーティクルが光軸と会合する確率が劇的に増大しており、光軸遮りによって起こるエラーバーストが深刻な問題になっている。また、気相輸送物質の劇的な増大のために、それらの付着や焼き付きによって起こる光透過特性の経年劣化（光損失の増大）も顕著となった。更に、光量が増大したことにより、気相輸送物質が光導波路端に近付かなくとも光軸上をよぎるだけでレーザートラップされ、光軸上に固定されたり、導波路端面に付着や焼き付けを起こしたりすることも顕著になった。
【０００７】
また、ＬＮ結晶自体が強い焦電効果を有し、温度変化により結晶表面が強く帯電する。つまり、帯電した気相輸送物質がＬＮ結晶表面に引き付けられやすい特性がある。ＬＮ光変調器の基板には、動作安定性確保のため、光導波路の端部を有する面（導波路端部面）を除き、帯電防止膜や金属膜などの導電膜を形成するのが一般的である（例えば、特許文献１，２参照）。一方、導波路端部面には、反射防止膜を形成することはあるが、多くの場合は裸のままであり、導電膜は形成されない。そのため、帯電したパーティクルなどは、導波路端部面に引き付けられやすい。特に、温度環境変化が激しい環境で使用される場合（例えば、ＲｏＦ（Radio over Fiber）システム、車載ＮＷ（ネットワーク）など）では、ＬＮ結晶が帯電するため深刻な問題である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭６２−１７３４２８号公報
【特許文献２】特開２００３−１７２８３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、光変調器モジュールの筐体内の半田（コネクタと筐体の接続部、光ファイバと筐体の封止接続部などの半田）から錫が発生して電極間に気相輸送され、電極間に析出成長し、バイアス安定の劣化を引き起こす問題を軽減することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明の光変調器モジュールは、以下のような技術的特徴を有する。
（１）  光導波路と、該光導波路を伝搬する光波を制御するための制御電極とが形成された導波路基板と、該導波路基板の近傍に配置され、該制御電極に対してＤＣバイアス電圧を供給するＤＣバイアス配線が形成された中継基板と、該導波路基板と該中継基板とを収容する筐体とを備えた光変調器モジュールにおいて、該ＤＣバイアス配線の一部に、該中継基板から該導波路基板の上面より高い位置に立ち上がる空中線が設けられ、該空中線は、該筐体内のいずれかの半田の使用箇所から１０ｍｍ以内の位置に配置されていることを特徴とする。
【００１１】
（２）  上記（１）に記載の光変調器モジュールにおいて、該空中線は、該ＤＣバイアス配線と該導波路基板上の該制御電極の配線とを電気的に接続する空中配線を兼用することを特徴とする。
【００１２】
（３）  上記（１）又は（２）に記載の光変調器モジュールにおいて、該空中線は、該ＤＣバイアス配線のプラス線とマイナス線の両方に設けられることを特徴とする。
【００１３】
（４）  上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の光変調器モジュールにおいて、該空中線の表面積が、９４００μｍ2以上であることを特徴とする。
【００１４】
（５）  上記（１）乃至（４）のいずれかに記載の光変調器モジュールにおいて、該空中線は、被覆されていないことを特徴とする。
【００１５】
（６）  上記（１）乃至（５）のいずれかに記載の光変調器モジュールにおいて、該ＤＣバイアス電圧は、２０Ｖ以上であることを特徴とする。
【００１６】
（７）  上記（１）乃至（６）のいずれかに記載の光変調器モジュールにおいて、該導波路基板と該中継基板の少なくとも一方に、気相輸送物質を吸着するゲッター材が半田接続されたことを特徴とする。
【００１７】
（８）  （１）乃至（６）のいずれかに記載の光変調器モジュールにおいて、該ＤＣバイアス配線は、枝分かれ線を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の光変調器モジュールは、光導波路と、該光導波路を伝搬する光波を制御するための制御電極とが形成された導波路基板と、該導波路基板の近傍に配置され、該制御電極に対してＤＣバイアス電圧を供給するＤＣバイアス配線が形成された中継基板と、該導波路基板と該中継基板とを収容する筐体とを備えた光変調器モジュールにおいて、該ＤＣバイアス配線の一部に、該中継基板から該導波路基板の上面より高い位置に立ち上がる空中線が設けられ、該空中線は、該筐体内のいずれかの半田の使用箇所から１０ｍｍ以内の位置に配置されているため、光変調器モジュールの筐体内の半田から錫が発生して電極間に気相輸送され、電極間に析出成長し、バイアス安定の劣化を引き起こす問題を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る光変調器モジュールの実施例を示す平面図である。
【図２】導波路基板と中継基板の接続部分の拡大図である。
【図３】ＤＣバイアス配線の一部に設ける空中線の例を示す図である。
【図４】ＤＣバイアス配線の一部に設ける空中線の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る光変調器モジュールについて詳細に説明する。
本発明に係る光変調器モジュールは、図１、図２に示すように、光導波路２１と、該光導波路２１を伝搬する光波を制御するための制御電極（信号電極２５、ＤＣバイアス電極２６，２７など）とが形成された導波路基板２と、該導波路基板２の近傍に配置され、該制御電極（ＤＣバイアス電極２６，２７）に対してＤＣバイアス電圧を供給するＤＣバイアス配線４２が形成された中継基板４と、該導波路基板２と該中継基板４とを収容する筐体１とを備えた光変調器モジュールにおいて、該ＤＣバイアス配線４２の一部に、該中継基板４から該導波路基板２の上面より高い位置に立ち上がる空中線６が設けられ、該空中線６は、該筐体１内のいずれかの半田の使用箇所から１０ｍｍ以内の位置に配置されていることを特徴とする。
【００２１】
図１は、本発明に係る光変調器モジュールの実施例を示す平面図である。
光変調器モジュールは、光導波路や制御電極が形成された基板２と、該基板の近傍に配置される中継基板３，４とを筐体１内に収容した構造となっている。
導波路基板２としては、石英、半導体など光導波路を形成できる基板であれば良く、特に、電気光学効果を有する基板である、ＬｉＮｂＯ３（ニオブ酸リチウム），ＬｉＴａＯ３（タンタル酸リチウム）又はＰＬＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛ランタン）のいずれかの単結晶が好適に利用可能である。
【００２２】
導波路基板２に形成する光導波路２１は、例えば、ＬｉＮｂＯ３基板（ＬＮ基板）上にチタン（Ｔｉ）などの高屈折率物質を熱拡散することにより形成される。また、光導波路となる部分の両側に溝を形成したリブ型光導波路や光導波路部分を凸状としたリッジ型導波路も利用可能である。また、ＰＬＣ等の異なる導波路基板に光導波路を形成し、これらの導波路基板を貼り合せ集積した光回路にも、本発明を適用することが可能である。
【００２３】
導波路基板２には、光導波路２を伝搬する光波を制御するための制御電極が設けられる。制御電極としては、変調電極を構成する信号電極２５やこれを取り巻く接地電極（不図示）、並びにＤＣバイアスを印加するＤＣバイアス電極２６，２７などがある。これら制御電極は、基板表面に、Ｔｉ・Ａｕの電極パターンを形成し、金メッキ方法などにより形成することが可能である。さらに、必要に応じて光導波路形成後の基板表面に誘電体ＳｉＯ２等のバッファ層を設けることも可能である。
【００２４】
中継基板３は、信号電極２５に印加する変調信号（高周波信号）を中継するための高周波信号用中継基板である。
中継基板４は、ＤＣバイアス電極２６，２７に印加するＤＣバイアス電圧（低周波信号）を中継するための低周波信号用中継基板である。
【００２５】
図２は、導波路基板２と中継基板４の接続部分の拡大図である。
導波路基板２には、ＤＣバイアス電極２６や２７にＤＣバイアス電圧を供給するためのＤＣバイアス配線２２（ａ），２２（ｂ）が形成されている。ＤＣバイアス配線２２（ａ）はプラス用の配線であり、中継基板４に形成されたＤＣバイアス配線４２（ａ）にワイヤー６（ａ）で接続される。ＤＣバイアス配線２２（ｂ）はマイナス用の配線であり、中継基板４に形成されたＤＣバイアス配線４２（ｂ）にワイヤー６（ｂ）で接続される。筐体１には、外部の電気回路からＤＣバイアス電圧の供給を受けるためのコネクタ（接続端子）１１（ａ），１１（ｂ）が設けられており、コネクタ１１（ａ），１１（ｂ）を介してＤＣバイアス配線４２（ａ），４２（ｂ）と外部の電気回路が電気的に接続される。
なお、以下の説明では、ＤＣバイアスのプラスとマイナスを区別しない限り、（ａ）、（ｂ）の表記を省略する。
【００２６】
ＤＣバイアス配線４２とコネクタ１１は半田を使用して接続されており、この半田から錫が発生して電極間に気相輸送され、電極間に析出成長して、バイアス安定の劣化を引き起こす懸念がある。そこで、半田の使用箇所であるコネクタ接続部（ＤＣバイアス配線４２とコネクタ１１の接続部分）の近傍において、ＤＣバイアス配線４２の一部に、中継基板４から導波路基板２の上面より高い位置に立ち上がる空中線を設ける。
【００２７】
図３の例では、ＤＣバイアス配線２２とＤＣバイアス配線４２とをワイヤー６で電気的に接続した空中配線の構造となっており、このワイヤー６を空中線に兼用している。なお、ＤＣバイアス配線２２とＤＣバイアス配線４２とを電気的に接続するために、ワイヤー以外の空中配線（例えばリボン）を用いる場合にも、その空中配線を空中線に兼用できることは言うまでもない。
【００２８】
ここで、空中線（ワイヤー６）は、図３のように、中継基板４から導波路基板２の上面より高い位置に立ち上がるように形成される。すなわち、空中線が、導波路基板２の電極形成面の上方に張り出す形状となる。これにより、コネクタ接続部に使用された半田から発生した錫は、導波路基板２上の電極に向かう途中にある空中線で捕集されるので、導波路基板２の電極間に析出成長することを抑制できる。
なお、半田から発生した錫を効率よく捕集するには、半田の使用箇所から１０ｍｍ以内の位置に空中線を配置することが好ましい。また、空中線は被覆されていないことが好ましく、特に、錫（Ｓｎ）を捕集しやすい裸の金（Ａｕ）であることが好ましい。
【００２９】
本例では、ＤＣバイアスのプラス側のワイヤー６（ａ）とマイナス側のワイヤー６（ｂ）の両方を、導波路基板２の電極形成面の上方に張り出す形状の空中線としている。これにより、プラスのコネクタ接続部（コネクタ１１（ａ）側）から発生する錫と、マイナスのコネクタ接続部（コネクタ１１（ｂ）側）から発生する錫を効率的に捕集できるようになる。
【００３０】
また、本例では、錫（Ｓｎ）の捕集について着目しているが、光変調器モジュール内部に含まれる他の含有物質についても効果が得られる。例えば、光導波路基板や偏波多重部に使用される光学部品に含まれる、亜鉛（Ｚｎ）、アルミ（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、石英（ＳｉＯ2）等の成分が余剰に析出されることがある。更には、中継基板と筐体との接続に多用される導電性接着剤（銀ペースト）や外部の光ファイバと筐体との接続の為に、半田によるフラックス（ハロゲン化合物：フッ素（Ｆ）、ヨウ素（I）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ））、が含まれることがある。これらの物質は元素毎に電気陰性度特性を持ち、一般的には元素周期表の族番号が大きく、属番号が小さい元素ほど電子を引き付ける強さが大きくなる。一例をいうと、上記物質では、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）などは、ＤＣバイアスのプラス側に引き寄せられ、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、Ａｇ（銀）、フッ素（Ｆ）などは、ＤＣバイアスのマイナス側に引き寄せられる特性をもつ。よって、本実施例において、錫（Ｓｎ）のみならず、他のパーティクル物質の捕集についても効果があることがわかる。
【００３１】
実験・研究の結果により、空中線の表面積（合計）を９４００μｍ2以上にした方が好ましいことが分かった。また、空中線に印加するＤＣバイアス電圧を２０Ｖ以上にした方が好ましいことが分かった。例えば、図２のように、断面形状が円形の空中線を２本用いる場合は、各々の空中線を直径３０μｍ以上、長さ５０μｍ以上にすることが好ましく、また、ワイヤー６（ａ）には＋２０Ｖ以上、ワイヤー６（ｂ）には−２０Ｖ以下の電圧を印加することが好ましい。この例の場合には、空中線の表面積は、下記式より９４２０μｍ2となる。
空中線の表面積＝空中線の直径×π×空中線の長さ×空中線の本数
＝３０μｍ×３．１４×５０μｍ×２本
＝９４２０μｍ2
【００３２】
また、変調器内部の実装条件においては、空中線の長さを２００μｍ以上にすることで、より信頼性を高めることが可能となり、この場合には、空中線の表面積（合計）を４４０００μｍ2以上にすることが望ましい。具体例を挙げると、導波路基板と中継基板と変調器筐体の線膨張係数を考慮すれば、基板間隔が２００μｍの場合は空中線の長さを２３６μｍとすることが好ましく、この場合の空中線の表面積は、下記式より４４４６２．４μｍ2となる。
空中線の表面積＝３０μｍ×３．１４×２３６μｍ×２本
＝４４４６２．４μｍ2
【００３３】
なお、空中線は、ＤＣバイアス配線２２とＤＣバイアス配線４２とを接続する空中配線を兼用する構成に限定されない。すなわち、図４に他の例を示すように、ＤＣバイアス配線４１の一部から導波路基板２の電極形成面の上方に張り出し、且つＤＣバイアス配線２１に接続されないワイヤー７を用いてもよい。
【００３４】
また、図２の例では、導波路基板２に、気相輸送物質を吸着するゲッター材２４が半田接続されており、中継基板４にも、同様のゲッター材４４が半田接続されている。そして、これらゲッター材２４，４４の近傍（１０ｍｍ以内）の位置に空中線（ワイヤー６（ａ））を設けることで、錫の捕集効果を高めている。なお、ゲッター材は、導波路基板又は中継基板の一方だけに設けてもよい。
【００３５】
また、図２の例では、中継基板４上のＤＣバイアス配線４２（ａ），４２（ｂ）のそれぞれに枝分かれ線４３（ａ）、４３（ｂ）を設けてある。このような枝分かれ線４３をＤＣバイアス配線４２に設けることで、筐体１内のダストを枝分かれ線４３に集める効果が得られる。
【００３６】
以上、実施例に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した内容に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
以上、説明したように、本発明によれば、筐体内の半田から錫が発生して電極間に気相輸送され、電極間に析出成長し、バイアス安定の劣化を引き起こす問題を軽減することが可能な光変調器モジュールを提供することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１  筐体
２  導波路基板
３，４  中継基板
６，７  ワイヤー
２１  光導波路
２２  ＤＣバイアス配線
２４  ゲッター材
２５  信号電極
２６，２７  ＤＣバイアス電極
４２  ＤＣバイアス配線
４３  枝分かれ線
４４  ゲッター材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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