(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に複数のマッハツェンダー導波路を組み合わせたネスト型構造を備えた光導波路が形成され、各マッハツェンダー導波路に光変調するため高周波信号を印加する変調電極と、各マッハツェンダー導波路を含むネスト型構造の光導波路の各所に配置され、バイアス制御のための低周波信号を印加するバイアス制御用電極と、光モニタからの電気信号を出力する光モニタ用信号線路とを有する光変調器において、
該バイアス制御用電極又は光モニタ用信号線路と外部電気回路との間で電気信号を中継するマイクロストリップ構造又はストリップ構造の複数の信号線路が形成された低周波信号用中継基板を備え、
該低周波信号用中継基板は、該バイアス制御用電極又は光モニタ用信号線路に該信号線路の各々を電気的に接続するための複数の接続用パッドを有し、
隣接する該信号線路の線路間隔は、該接続用パッドのパッド間隔よりも広くなるように設定され、かつ、全ての該信号線路の長さが同じとならないように設定されていることを特徴とする光変調器。
【請求項２】
請求項１に記載の光変調器において、
該パッド間隔は、該中継基板の厚さ以上であることを特徴とする光変調器。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の光変調器において、
該中継基板は、マイクロストリップ構造の該信号線路とストリップ構造の該信号線路とが交互に形成されたことを特徴とする光変調器。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の光変調器において、
該信号配線は、差動ペア配線であることを特徴とする光変調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光変調器に関し、特に、光導波路素子、中継基板（高周波信号用中継基板、低周波信号用中継基板）、その他光学部品などが金属筐体内に収容された光変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光通信システムの高速化、大容量化が進む中で、それに使用される光変調器の高性能化、高密度化が進んでいる。図１及び図２に、現在主流となっている１００Ｇ光通信システムに適用されている光変調器の概略を示す。
図１に示すように、光変調器の金属筐体に内蔵される光導波路素子は、電気光学効果を有する基板上に形成された複数のマッハツェンダー導波路を有し、各マッハツェンダー導波路には、光変調するための電極（変調部）や、バイアス制御用の電極（バイアス制御部１，２）が配置されている。また、それら電極に高周波信号や低周波信号を供給するための信号線路や、あるいは光モニタ用ＰＤ（光モニタ出力部）で変換された電気信号を外部出力するための信号線路が、光導波路素子上に配置されている。
【０００３】
また、図２に示すように、光変調器の金属筐体内部には、光導波路素子の他に、光導波路素子上の信号線路（電極）と光変調器外部の電気回路とを電気的に接続するための中継基板が複数内蔵されている。
中継基板には、光変調のための高周波信号を伝送するための高周波信号用中継基板と、バイアス制御のための低周波信号や光モニタ用ＰＤで変換された低周波信号を伝送するための低周波用中継基板がある。高周波信号用中継基板は、外部電気回路に高周波コネクタなどで接続され、外部電気回路との間で高周波信号の入出力を行う。また、低周波用中継基板は、外部電気回路にリードピンなどで接続され、外部電気回路との間で低周波信号の入出力を行う。
【０００４】
光導波路素子と中継基板の接続部分に関し、特許文献１には以下のような構成が開示されている。
複数のマッハツェンダー導波路を持つ光導波路素子上には、（高周波）信号を伝送するための信号線路が複数配置されており、また各信号線路の両側にはグランド（接地電極）のパターン（以下、「グランドパターン」という。）が配置されている。それと同様に、中継基板にも同数の信号線路が配置されており、またその両側にはグランドパターンが配置されている。光導波路素子上の信号線路と中継基板上の信号線路、また光導波路素子上のグランドパターンと中継基板上のグランドパターンは、金線などの導電性ワイヤーで電気的に各々接続されている。このように、電気接続部の信号線路とグランドパターンの関係を合わせることで、電気接続部における電界分布が大きく変化しないため、電気的な反射が生じ難い。しかしながら、隣接する信号線路間にグランドパターンが存在するため、信号線路から両側のグランドパターンに向かう電界分布が生じ、隣接する信号線路に影響を及ぼしてしまう。
上記の例は、光導波路素子と高周波信号用中継基板との接続部分の接続例であるが、光導波路素子と低周波信号用中継基板との接続部分についても、同様の構成である。
【０００５】
図３は、従来技術における低周波信号用中継基板の一例を示す平面図である。また、図４は、従来技術における低周波信号用中継基板の他の例を示す平面図である。また、図５は、図３及び図４におけるＡ−Ａ部断面図である。
図３、図４のいずれにおいても、光導波路素子側に並べて配置された複数の接続用パッドＰ１〜Ｐ３の各々から平行に信号線路Ｓ１〜Ｓ３が延びている。すなわち、信号線路Ｓ１とＳ２の線路間隔Ｗ（Ｓ１，Ｓ２）は接続用パッドＰ１とＰ２のパッド間隔Ｗ（Ｐ１，Ｐ２）と一致しており、信号線路Ｓ２とＳ３の線路間隔Ｗ（Ｓ２，Ｓ３）も接続用パッドＰ１とＰ２のパッド間隔Ｗ（Ｐ２，Ｐ３）と一致している。
なお、図３では、信号線路Ｓ１〜Ｓ３及び接続用パッドＰ１〜Ｐ３を比較的広い間隔で配置してあり、図４では、信号線路Ｓ１〜Ｓ３及び接続用パッドＰ１〜Ｐ３を比較的狭い間隔で配置してある。
【０００６】
図４のように、両側にグランドパターンＧＮＤのある信号線路Ｓ１〜Ｓ３を近接して（狭い間隔で）複数並べると、信号線路Ｓ１〜Ｓ３の各々から両側のグランドパターンＧＮＤに向かって電界分布が生じるため、他の信号線路の影響を受けるクロストークが生じ易いという課題がある。これを回避するためには、図３のように、隣接する信号線路の間隔、すなわち、信号線路Ｓ１と信号線路Ｓ２の間隔Ｗ（Ｓ１，Ｓ２）、および、信号線路Ｓ２と信号線路Ｓ３の間隔Ｗ（Ｓ２，Ｓ３）をクロストークの影響を受けない範囲まで広げ、それに合わせて隣接する信号線路の間に配置されたグランドパターンＧＮＤの幅を広げる必要がある。
【０００７】
しかしながら、並べる信号線路の数が多くなると、その分だけ信号線路及びグランドパターンを配置するためのスペースが必要となり、その結果、中継基板のサイズが非常に大きくなってしまう。基板サイズが大きくなると、基板のコストが高くなる。また、金属筐体内の限られたスペースの中に光導波路素子や中継基板、その他光学部品など複数の部品を収容する必要があるため、中継基板のサイズアップは問題となる。
【０００８】
また、光変調器は、金属筐体（ＳＵＳ３０４，１７．３×１０-6／Ｋ）、光導波路素子（ＬｉＮｂＯ３，Ｚ軸７．５×１０-6／Ｋ，Ｘ軸１５．４×１０-6／Ｋ）、中継基板（アルミナ、７１．×１０-6／Ｋ）といった、線膨張の大きく異なる複数の部品で構成されている。特に、金属筐体と中継基板との線膨張差が大きいため、中継基板のサイズが大きくなると、光変調器組立時の温度変化（加熱・冷却）や、光変調器を使用する環境下での温度変化（−５℃〜７５℃）により中継基板に熱応力が加わり、中継基板にクラックや割れが生じることがある。その結果、中継基板上に配置された信号線路が断線し、電気信号（高周波信号、低周波信号）の入出力ができなくなり、信頼性上で問題となる。
【０００９】
また、光変調器の構造上、光変調のために入力する高周波用の信号線路の本数よりも、バイアス点制御や光モニタ出力のための低周波用の信号線路の本数の方が多くなるため、高周波用の信号線路が配置された高周波用中継基板よりも低周波用の信号線路が配置された低周波用中継基板の方が、より基板サイズが大きくなりやすい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第５３２６６２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明が解決しようとする課題は、上述した問題を解決し、隣接する信号線路間のクロストークを低減することが可能な光変調器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明の光変調器は以下のような技術的特徴を有する。
（１）  基板上に複数のマッハツェンダー導波路を組み合わせたネスト型構造を備えた光導波路が形成され、各マッハツェンダー導波路に光変調するため高周波信号を印加する変調電極と、各マッハツェンダー導波路を含むネスト型構造の光導波路の各所に配置され、バイアス制御のための低周波信号を印加するバイアス制御用電極と、光モニタからの電気信号を出力する光モニタ用信号線路とを有する光変調器において、該バイアス制御用電極又は該光モニタ用信号線路と外部電気回路との間で電気信号を中継するマイクロストリップ構造又はストリップ構造の複数の信号線路が形成された低周波信号用中継基板を備え、該低周波信号用中継基板は、該バイアス制御用電極又は該光モニタ用信号線路に該信号線路の各々を電気的に接続するための複数の接続用パッドを有し、隣接する該信号線路の線路間隔は、該接続用パッドのパッド間隔よりも広くなるように設定され、かつ、全ての該信号線路の長さが同じとならないように設定されていることを特徴とする。
【００１３】
（２）  上記（１）に記載の光変調器において、該パッド間隔は、該中継基板の厚さ以上であることを特徴とする。
【００１４】
（３）  上記（１）又は（２）に記載の光変調器において、該中継基板は、マイクロストリップ構造の該信号線路とストリップ構造の該信号線路とが交互に形成されたことを特徴とする。
（４）  上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の光変調器において、該信号配線は、差動ペア配線であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明により、光変調器の中継基板に形成される複数の信号線路の線路間隔が、信号線路の全ての区間において、導波路基板に信号線路の各々を電気的に接続する複数の接続用パッドのパッド間隔よりも広くなるように設定されているので、隣接する信号線路間での電界分布の広がりによる影響を受けにくくなり、隣接する信号線路間のクロストークを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】光変調器の概略を示す図である。
【図２】光変調器の概略を示す図である。
【図３】従来技術における中継基板の配線パターンの一例を示す平面図である。
【図４】従来技術における中継基板の配線パターンの他の例を示す平面図である。
【図５】図３及び図４におけるＡ−Ａ部断面図である。
【図６】本発明の第１実施例に係る光変調器の中継基板の配線パターンの一例を示す平面図である。
【図７】本発明の第１実施例に係る光変調器の中継基板の配線パターンの他の例を示す平面図である。
【図８】図６及び図７におけるＡ−Ａ部断面図である。
【図９】本発明の第２実施例に係る光変調器の中継基板の例を示す断面図である。
【図１０】本発明の第３実施例に係る光変調器の中継基板の例を示す断面図である。
【図１１】本発明の第４実施例に係る光変調器の中継基板の配線パターンの例を示す平面図である。
【図１２】図１１におけるＡ−Ａ部断面図である。
【図１３】本発明の第５実施例に係る光変調器の中継基板の例を示す断面図である。
【図１４】本発明の第６実施例に係る光変調器の中継基板の例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る光変調器について、詳細に説明する。
本発明に係る光変調器は、基板上に光導波路が形成された光導波路素子を有する光変調器において、該光導波路素子と外部電気回路との間で電気信号を中継するマイクロストリップ構造又はストリップ構造の複数の信号線路Ｓ１〜ＳＮ（但し、Ｎは２以上の整数）が形成された中継基板を備え、該中継基板は、該光導波路素子に該信号線路の各々を電気的に接続するための複数の接続用パッドＰ１〜ＰＮを有し、隣接する該信号線路の線路間隔Ｗ（Ｓｎ，Ｓｎ＋１）（但し、１≦ｎ＜Ｎ）は、該接続用パッドのパッド間隔Ｗ（Ｐｎ，Ｐｎ＋１）よりも広くなるように設定されていることを特徴とする。
【００１８】
なお、本発明に係る光変調器の基本的な構成については、図１，２を参照して既に説明してあるので、説明を省略する。また、第１実施例〜第３実施例では、信号線路として差動ペア配線以外の配線を用いる例を説明し、第４実施例〜第６実施例では、信号線路として差動ペア配線を用いる例を説明する。
【００１９】
図６は、本発明の第１実施例に係る光変調器の低周波信号用中継基板の一例（以下、「第１配線パターン」という。）を示す平面図である。また、図７は、本発明の第１実施例に係る光変調器の低周波信号用中継基板の他の例（以下、「第２配線パターン」という。）を示す平面図である。また、図８は、図６及び図７におけるＡ−Ａ部断面図である。
第１実施例に係る中継基板は、表層（表面）に、光導波路素子と外部の電気回路との間で電気信号を中継する３本の信号線路Ｓ１〜Ｓ３（差動ペア配線を除く）が配置されると共に、各信号線路Ｓ１〜Ｓ３の間にはグランドパターンを配置せずに下層（裏面）にグランドパターンＧＮＤを配置したマイクロストリップ構造となっている。
信号線路Ｓ１〜Ｓ３の光導波路素子側の端部には、光導波路素子側とワイヤボンディングにより電気的に接続するための接続用パッドＰ１〜Ｐ３がそれぞれ設けられている。また、信号線路Ｓ１〜Ｓ３の外部電気回路側の端部にも、外部電気回路側とワイヤボンディングによりに電気的に接続するための接続用パッドがそれぞれ設けられている。
【００２０】
図６に示す第１配線パターンでは、信号線路Ｓ１とＳ２の線路間隔Ｗ（Ｓ１，Ｓ２）は、接続用パッド側から延びる一部の区間を除き、接続用パッドＰ１とＰ２のパッド間隔Ｗ（Ｐ１，Ｐ２）よりも広くなるように設定されており、信号線路Ｓ２とＳ３の線路間隔Ｗ（Ｓ２，Ｓ３）も同様に、接続用パッド側から延びる一部の区間を除き、接続用パッドＰ２とＰ２のパッド間隔Ｗ（Ｐ２，Ｐ３）よりも広くなるように設定されている。
第１配線パターンは、図４に示した従来例よりもパッド間隔を狭くした構造であるが、線路間隔をパッド間隔よりも広くなるようにしているので、従来例に比べて隣接する信号線路間での電界分布の広がりによる影響を受けにくい。
【００２１】
図７に示す第２配線パターンでは、信号線路Ｓ１とＳ２の線路間隔Ｗ（Ｓ１，Ｓ２）は、全ての区間において、接続用パッドＰ１とＰ２のパッド間隔Ｗ（Ｐ１，Ｐ２）よりも広くなるように設定されており、信号線路Ｓ２とＳ３の線路間隔Ｗ（Ｓ２，Ｓ３）も同様に、全ての区間において、接続用パッドＰ２とＰ２のパッド間隔Ｗ（Ｐ２，Ｐ３）よりも広くなるように設定されている。
第２配線パターンは、図４に示した従来例とパッド間隔を同じにした構造であるが、線路間隔をパッド間隔よりも広くなるようにしているので、従来例に比べて隣接する信号線路間での電界分布の広がりによる影響を受けにくい。
【００２２】
このように、隣接する信号線路の線路間隔を、これらの接続用パッドのパッド間隔より広くなるように設定することで、隣接する信号線路間での電界分布の広がりによる影響を受けにくくなり、隣接する信号線路間のクロストークを低減することができる。
なお、中継基板における配線の制約上、図６のように、一部の区間でパッド間隔と同じ線路間隔で信号線路を配置する必要性が生じることがあるが、それ以外の区間において接続用パッドのパッド間隔より広い線路間隔で信号線路を配置することで、クロストークの低減効果を得ることができる。
【００２３】
また、本例では、隣接する接続用パッドＰ１とＰ２のパッド間隔Ｗ（Ｐ１，Ｐ２）、及び、接続用パッドＰ２とＰ３のパッド間隔Ｗ（Ｐ２，Ｐ３）を中継基板の厚さｔ以上としている。更に、隣接する信号線路Ｓ１とＳ２の間、及び、信号線路Ｓ２とＳ３の間にはグランドパターンを配置せず、裏面にグランドパターンＧＮＤを配置したマイクロストリップ構造としている。
これにより、表面の信号線路と裏面のグランドパターン間の電気結合が強くなる一方で、隣接する信号線路間の電界分布の広がりが小さくなるため、隣接する信号線路間のクロストークを更に低減する効果が得られる。
【００２４】
図９は、本発明の第２実施例に係る光変調器の低周波信号用中継基板の例を示す断面図である。
第１実施例は、低周波信号用中継基板の表層（表面）に信号線路を配置した単層基板構造であったが、第２実施例では、低周波信号用中継基板の中間層に信号線路Ｓ１〜Ｓ３を配置し、表層（表面）及び下層（裏面）にグランドパターンＧＮＤを配置したストリップ構造となっている。
第２実施例でも、信号線路を配置する中間層について、第１実施例と同様に、隣接する信号線路の線路間隔を、これらの接続用パッドのパッド間隔より広くなるように設定することで、隣接する信号線路間での電界分布の広がりによる影響を受けにくくなる。
また、本例のようなストリップ構造とすることで、中間層の信号線路と表面及び裏面のグランドパターン間の電気結合が強くなる一方で、隣接する信号線路間の電界分布の広がりが小さくなるため、更にノイズ特性及びクロストーク特性が良くなり、安定したバイアス制御が可能となる。
【００２５】
図１０は、本発明の第３実施例に係る光変調器の低周波信号用中継基板の例を示す断面図である。
第３実施例では、信号線路Ｓ１とＳ３をマイクロストリップ構造とし、その間の信号線路Ｓ２をストリップ構造としている。すなわち、中継基板にマイクロストリップ構造の信号線路とストリップ構造の信号線路とを交互に設けている。
第３実施例でも、第１実施例や第２実施例と同様に、隣接する信号線路の線路間隔を、これらの接続用パッドのパッド間隔より広くなるように設定することで、隣接する信号線路間での電界分布の広がりによる影響を受けにくくなる。また、本例のようにマイクロストリップ構造とストリップ構造を交互に設ける場合にも、隣接する信号線路間にグランドパターンが存在しないので、隣接する信号線路間の電界分布の広がりが小さくなるため、隣接する信号線路間のクロストークを更に低減する効果が得られる。
【００２６】
なお、中継基板に、マイクロストリップ構造の信号線路とストリップ構造の信号線路とを１本ずつ交互に配置してもよく、複数本ずつ交互に配置してもよい。あるいは、中継基板に、１本のマイクロストリップ構造の信号線路と複数本のストリップ構造の信号線路とを交互に配置してもよく、複数本のマイクロストリップ構造の信号線路と１本のストリップ構造の信号線路とを交互に配置してもよい。
【００２７】
図１１は、本発明の第４実施例に係る光変調器の低周波信号用中継基板の一例を示す平面図である。また、図１２は、図１１におけるＡ−Ａ部断面図である。
第４実施例は、基本的な配線パターンは第１実施例の第１配線パターン（図６）と同様であるが、各信号配線が、極性を反転させた２つの信号を２本のペア線で伝送する差動ペア配線となっている点で異なる。
第４実施例でも、第１実施例と同様に、隣接する信号線路の線路間隔を、これらの接続用パッドのパッド間隔より広くなるように設定することで、隣接する信号線路間での電界分布の広がりによる影響を受けにくくなる。
また、本例のようなマイクロストリップ構造とすることで、表面の信号線路と裏面のグランドパターン間の電気結合が強くなる一方で、隣接する信号線路間の電界分布の広がりが小さくなるため、隣接する信号線路間のクロストークを更に低減する効果が得られる。
【００２８】
なお、差動ペア配線における隣接する信号線路の線路間隔としては、差動ペア配線を構成する２本のペア線のうち、他方の差動ペア配線に近いもの同士の間隔が用いられる。また、差動ペア配線における隣接する接続用パッドのパッド間隔としては、差動ペア配線の２本のペア線の各接続用パッドのうち、他方の差動ペア配線の接続用パッドに近いもの同士の間隔が用いられる。
【００２９】
図１３は、本発明の第５実施例に係る光変調器の低周波信号用中継基板の例を示す断面図である。
第４実施例は、低周波信号用中継基板の表層（表面）に差動ペア配線の信号線路を配置した単層基板構造であったが、第５実施例では、低周波信号用中継基板の中間層に差動ペア配線の信号線路Ｓ１〜Ｓ３を配置し、表層（表面）及び下層（裏面）にグランドパターンＧＮＤを配置したストリップ構造となっている。
第４実施例でも、差動ペア配線の信号線路を配置する中間層について、第５実施例と同様に、隣接する信号線路の線路間隔を、これらの接続用パッドのパッド間隔より広くなるように設定することで、隣接する信号線路間での電界分布の広がりによる影響を受けにくくなる。
また、本例のようなストリップ構造とすることで、中間層の信号線路と表面及び裏面のグランドパターン間の電気結合が強くなる一方で、隣接する信号線路間の電界分布の広がりが小さくなるため、更にノイズ特性及びクロストーク特性が良くなり、安定したバイアス制御が可能となる。
【００３０】
図１４は、本発明の第６実施例に係る光変調器の低周波信号用中継基板の例を示す断面図である。
第６実施例では、差動ペア配線の信号線路Ｓ１とＳ３をマイクロストリップ構造とし、その間の差動ペア配線の信号線路Ｓ２をストリップ構造としている。すなわち、中継基板にマイクロストリップ構造の差動ペア配線の信号線路とストリップ構造の差動ペア配線の信号線路とを交互に設けている。
第６実施例でも、第４実施例や第５実施例と同様に、隣接する信号線路の線路間隔を、これらの接続用パッドのパッド間隔より広くなるように設定することで、隣接する信号線路間での電界分布の広がりによる影響を受けにくくなる。また、本例のようにマイクロストリップ構造とストリップ構造を交互に設ける場合にも、隣接する信号線路間にグランドパターンが存在しないので、隣接する信号線路間の電界分布の広がりが小さくなるため、隣接する信号線路間のクロストークを更に低減する効果が得られる。
【００３１】
なお、中継基板に、マイクロストリップ構造の差動ペア配線の信号線路とストリップ構造の差動ペア配線の信号線路とを１対ずつ交互に配置してもよく、複数対ずつ交互に配置してもよい。あるいは、中継基板に、１対のマイクロストリップ構造の差動ペア配線の信号線路と複数対のストリップ構造の差動ペア配線の信号線路とを交互に配置してもよく、複数対のマイクロストリップ構造の差動ペア配線の信号線路と１対のストリップ構造の差動ペア配線の信号線路とを交互に配置してもよい。
【００３２】
以上のように、本発明に係る光変調器の低周波信号用中継基板では、隣接する信号線路の線路間隔を、これらを光導波路素子側に電気的に接続するための接続用パッドのパッド間隔より広くなるように設定し、更に、信号線路としてマイクロストリップ構造又はストリップ構造の信号線路を用いるようにしたので、隣接する信号線路間で影響を受けにくくなり、隣接する信号線路間のクロストークを低減することができる。その結果、各信号線路にノイズの少ない低周波信号を伝送することができ、安定した制御が可能な光変調器を提供することができる。
なお、以上では、低周波信号用中継基板の信号線路の配線について説明したが、本発明は、高周波信号用中継基板の信号線路の配線に適用しても構わない。
また、中継基板内の信号線路が増加、複雑化する構成に特に有効であるため、１００Ｇ光通信システムに限らず、２００Ｇ、４００Ｇ光通信システムに利用される光変調器において更に効果が高い。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
以上、説明したように、本発明によれば、隣接する信号線路間のクロストークを低減することが可能な光変調器を提供することができる。
【符号の説明】
【００３４】
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３  信号線路
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３  接続用パッド
ＧＮＤ  グランドパターン
【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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【図１３】
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【図１４】
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