(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一容量を有する第一光変調器と、
前記第一容量よりも大きな第二容量を有する第二光変調器と、
第一インダクタンスを有し、一端が前記第一光変調器と接続された第一給電路と、
前記第一インダクタンスよりも大きい第二インダクタンスを有し、一端が前記第二光変調器と接続された第二給電路と、
を備え、
前記第一光変調器と前記第二光変調器は電界吸収型光変調器であり、
横軸をインダクタンスとし縦軸を容量値としたグラフにおいて、予め定められた下限直線と予め定められた上限直線との間を予め定められた所定範囲とし、
前記グラフにおいてインダクタンス＝６７０ｎＨかつ容量値＝０．０５ｐＦを第一点とし、
前記グラフにおいてインダクタンス＝１３４０ｎＨかつ容量値＝０．１１ｐＦを第二点とし、
前記グラフにおいてインダクタンス＝２０１０ｎＨかつ容量値＝０．１５５ｐＦを第三点とし、
前記下限直線は、前記グラフにおいて前記第一点および前記第三点を通る直線であり、
前記上限直線は、前記下限直線と同じ傾きを有し且つ前記グラフにおける前記第二点を通る直線であり、
前記第一インダクタンスおよび前記第二インダクタンスは６７０ｎＨ〜２０１０ｎＨであり、
前記第一容量と前記第一インダクタンスとで決まる第一座標および前記第二容量と前記第二インダクタンスとで決まる第二座標が前記所定範囲に収まるように、前記第一容量、前記第一インダクタンス、前記第二容量、および前記第二インダクタンスが定められた光変調装置。
【請求項２】
前記第一給電路の他端に電気信号を供給する第一給電基板と、
前記第二給電路の他端に電気信号を供給する第二給電基板と、
を備え、
前記第一給電基板は第一終端抵抗および第一グランド電極を備え、前記第一終端抵抗の一端は前記第一給電路を介して前記第一光変調器と接続され、前記第一終端抵抗の他端が前記第一グランド電極に接続され、
前記第二給電基板は第二終端抵抗および第二グランド電極を備え、前記第二終端抵抗の一端は前記第二給電路を介して前記第二光変調器と接続され、前記第二終端抵抗の他端が前記第二グランド電極に接続され、
前記第一終端抵抗および前記第二終端抵抗は１２０Ω以上である請求項１に記載の光変調装置。
【請求項３】
前記第一光変調器および前記第二光変調器が集積された半導体基板と、
前記半導体基板の一方の側に配置され、前記第一給電路の他端と接続した第一給電基板と、
前記半導体基板の他方の側に配置され、前記第二給電路の他端と接続した第二給電基板と、
を備える請求項１に記載の光変調装置。
【請求項４】
上面および前記上面の上に設けられたブロックを有するステムと、
前記ブロックの側面に実装され、主面に前記第一光変調器および前記第二光変調器が集積された半導体チップと、
前記ステムに設けられた第一リードピンおよび第二リードピンと、
を備え、
前記第一リードピンが前記第一給電路の他端と接続され、前記第二リードピンが前記第二給電路の他端と接続された請求項１に記載の光変調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光変調装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば日本特開２０１５−１３８１１１号公報に開示されているように、複数の光変調器が集積された光変調装置が知られている。この種の光変調装置は、波長多重送信器として用いられる。波長多重送信器は、波長の異なる複数の電界吸収型変調器集積半導体レーザから出る複数の出力光を合波することにより、光信号を出力する。この公報にかかる光変調装置は、複数の光変調器の素子長を互いに相違させている。具体的には、他の光変調器よりも発振波長が短い特定の光変調器の素子長が、他の光変調器よりも短くされている。これにより、半導体レーザの単位長あたりの電流量を増やすことなく、短波にあるレーンの電界吸収型光変調器による光の損失を補償することができることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】日本特開２０１５−１３８１１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
複数の光変調器それぞれは、給電路を介して給電基板と接続されている。給電基板は、給電路を介して光変調器に電気信号を与える。電気信号によって光変調器に電圧が印加されると、この印加電圧に従って光変調器の光吸収端がシフトされる。その結果、光変調が実現される。光変調器は寄生容量を持っており、給電路はインダクタンスを持っている。光変調器の周波数特性カーブに、この容量とインダクタンスによって生ずる共振が現れる。複数の給電路の長さが互いに同一ではない場合には、複数の給電路のインダクタンスも互いに同一ではない。インダクタンスにばらつきがある複数の給電路が複数の光変調器に接続されると、複数の光変調器の間で周波数特性が大きくばらついてしまう。これにより複数の光変調器の間で消光比ばらつきが生じてしまい、伝送品質が劣化するという問題があった。【０００５】
日本特開２０１５−１３８１１１号公報の段落０００２に記載されているように、次世代の超高速ネットワークを構成する規格の１つとして、１００ギガビットイーサネット（登録商標）の開発が進んでいる。この規格で用いられるＬＡＮ−ＷＤＭでは、互いに波長が異なる４つの光それぞれに２５Ｇｂ／ｓまたは２８Ｇｂ／ｓのデータが乗せられる。データが乗った４つの光が合波されることで、１００Ｇｂ／ｓの信号が生成される。このようなデータ伝送を高品質に行うためには、２８ＧＨｚ以下の周波数領域において、複数の光変調器の間の周波数特性ばらつきを抑制しなければならない。【０００６】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、２８ＧＨｚ以下の周波数領域において複数の光変調器の間の周波数特性ばらつきが抑制された光変調装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、光変調装置は、第一容量を有する第一光変調器と、前記第一容量よりも大きな第二容量を有する第二光変調器と、第一インダクタンスを有し、一端が前記第一光変調器と接続された第一給電路と、前記第一インダクタンスよりも大きい第二インダクタンスを有し、一端が前記第二光変調器と接続された第二給電路と、を備える。前記第一光変調器と前記第二光変調器は電界吸収型光変調器である。横軸をインダクタンスとし縦軸を容量値としたグラフにおいて、予め定められた下限直線と予め定められた上限直線との間を予め定められた所定範囲とする。前記グラフにおいてインダクタンス＝６７０ｎＨかつ容量値＝０．０５ｐＦを第一点とし、前記グラフにおいてインダクタンス＝１３４０ｎＨかつ容量値＝０．１１ｐＦを第二点とし、前記グラフにおいてインダクタンス＝２０１０ｎＨかつ容量値＝０．１５５ｐＦを第三点とし、前記下限直線は、前記グラフにおいて前記第一点および前記第三点を通る直線であり、前記上限直線は、前記下限直線と同じ傾きを有し且つ前記グラフにおける前記第二点を通る直線である。前記第一インダクタンスおよび前記第二インダクタンスは６７０ｎＨ〜２０１０ｎＨであり、前記第一容量と前記第一インダクタンスとで決まる第一座標および前記第二容量と前記第二インダクタンスとで決まる第二座標が前記所定範囲に収まるように、前記第一容量、前記第一インダクタンス、前記第二容量、および前記第二インダクタンスが定められている。
【発明の効果】
【０００８】
上記光変調装置によれば、本願で開示された光変調器の容量と給電路のインダクタンスとの相関条件を満足するように、光変調器と給電路とが設計されている。その結果、２８ＧＨｚ以下の周波数領域において複数の光変調器の間の周波数特性ばらつきが抑制された光変調装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１にかかる光変調装置を示す平面図である。
【図２】実施の形態１にかかる光変調装置の部分拡大図である。
【図３】実施の形態１の変形例にかかる光変調装置を示す平面図である。
【図４】光変調器の素子長および容量と、給電路のワイヤ長と、の関係についての実験結果を示すグラフである。
【図５】光変調器の容量と給電路のインダクタンスとの関係についての実験結果を示す図である。
【図６】光変調器の容量と給電路のインダクタンスとの関係についての実験結果を示す図である。
【図７】光変調器の容量と給電路のインダクタンスとの関係についての実験結果を示す図である。
【図８】光変調器の容量と給電路のインダクタンスとの関係についての実験結果を示す図である。
【図９】光変調器の容量と給電路のインダクタンスとの関係についての実験結果を示す図である。
【図１０】光変調器の容量と給電路のインダクタンスとの関係についての実験結果を示す図である。
【図１１】光変調器の容量と給電路のインダクタンスとの関係についての実験結果を示す図である。
【図１２】光変調器の容量と給電路のインダクタンスとの関係についての実験結果を示す図である。
【図１３】光変調器の容量と給電路のインダクタンスとの関係についての実験結果を示す図である。
【図１４】光変調器の容量と給電路のインダクタンスとの関係についての実験結果および考察結果を示すグラフである。
【図１５】終端抵抗に関する実験結果を示す図である。
【図１６】終端抵抗に関する実験結果を示す図である。
【図１７】終端抵抗に関する実験結果を示す図である。
【図１８】終端抵抗に関する実験結果を示す図である。
【図１９】終端抵抗に関する実験結果を示す図である。
【図２０】終端抵抗に関する実験結果を示す図である。
【図２１】終端抵抗に関する実験結果を示す図である。
【図２２】終端抵抗に関する実験結果を示す図である。
【図２３】終端抵抗に関する実験結果を示す図である。
【図２４】実施の形態２にかかる光変調装置の構成を説明するための図である。
【図２５】実施の形態２にかかる光変調装置の構成を説明するための図である。
【図２６】実施の形態に対する比較例にかかる光変調装置を示す平面図である。
【図２７】実施の形態に対する比較例にかかる光変調装置の周波数特性を示す図である。
【図２８】光変調器の容量と給電路のインダクタンスとの関係についての実験結果を示す図である。
【図２９】光変調器の容量と給電路のインダクタンスとの関係についての実験結果を示す図である。
【図３０】光変調器の容量と給電路のインダクタンスとの関係についての実験結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
［実施の形態にかかる装置の構成］
図１は、実施の形態１にかかる光変調装置２を示す平面図である。実施の形態１にかかる光変調装置２は、基板４と、基板４上に形成された半導体レーザ素子５ａ〜５ｄと、基板４上に形成され半導体レーザ素子５ａ〜５ｄのレーザ光が入力される光変調器６ａ〜６ｄと、光変調器６ａ〜６ｄが出力した光信号を合波する光合波器９と、給電路８ａ〜８ｄを介して光変調器６ａ〜６ｄに接続する給電基板７ａ〜７ｄを備えている。半導体レーザ素子５ａ〜５ｄは、シングルモード発振をするレーザ素子であり、互いに異なる波長のレーザ光を発する。光変調器６ａ〜６ｄそれぞれは、電界吸収型光変調器である。光変調器６ａ〜６ｄは、入力される電気信号に従って、半導体レーザ素子５ａ〜５ｄそれぞれのレーザ光から光信号を作り出すことができる。
【００１１】
光変調器６ａ〜６ｄは、共通の基板４の上に複数の半導体層などを積層することで形成されたものである。光変調器６ａ〜６ｄは、基板４にｎ型クラッド層、多重量子井戸コア層、ｐ型クラッド層、およびｐ型コンタクト層などが順次積層されたものである。図２で後述するように、光変調器６ａ〜６ｄにはアノード電極６１が設けられる。光変調器６ａ〜６ｄの多重量子井戸コア層は、半導体レーザ素子５ａ〜５ｄからのレーザ光を受ける。給電基板７ａ〜７ｄからの電気信号が光変調器６ａ〜６ｄのアノード電極６１に入力される。この電気信号に従って多重量子井戸コア層の光吸収係数が制御される。これにより、光変調器６ａ〜６ｄで光変調を行うことができる。半導体レーザ素子と光変調器とを同一の半導体基板上に集積したモノリシック型光変調レーザは、その具体的構造が既に公知であるので、これ以上の詳細説明は省略する。図１に座標軸を記載したように、「素子長」は光変調器６ａ〜６ｄを通過する半導体レーザ素子５ａ〜５ｄのレーザ光の光軸と平行な方向に見た寸法である。「素子幅」は、「素子長」と直角な方向の寸法である。光変調器６ａ〜６ｄの素子幅は互いに等しいが、素子長には違いがある。図１に示すように、光変調器６ｂ、６ｃは光変調器６ａ、６ｄよりも長い。
【００１２】
光変調器６ａ〜６ｄは、給電路８ａ〜８ｄを介して給電基板７ａ〜７ｄと接続されている。給電路８ａ〜８ｄは、実施の形態１では、同一材料からなり互いに太さが等しいワイヤである。給電路８ａ〜８ｄは互いにワイヤ長が異なっており、給電路８ｂ、８ｃは給電路８ａ、８ｄよりも長い。
【００１３】
光変調装置２においては、素子長が長い光変調器６ｂ、６ｃは、ワイヤ長が長い給電路８ｂ、８ｃを介して給電基板７ｂ、７ｃと接続されている。また、光変調装置２においては、素子長が短い光変調器６ａ、６ｄは、ワイヤ長が短い給電路８ａ、８ｄを介して給電基板７ａ、７ｄと接続されている。
【００１４】
実施の形態１では、光変調器６ａ〜６ｄの容量と給電路８ａ〜８ｄのインダクタンスとが、次のように定められている。光変調器６ａ〜６ｄの各層の組成および各層の厚さは互いに等しい。従って、光変調器６ａ〜６ｄの単位素子長あたりの容量である「単位素子長容量」は、光変調器６ａ〜６ｄで互いに等しい。光変調器６ａ〜６ｄそれぞれの容量は、「単位素子長容量」と光変調器６ａ〜６ｄそれぞれの素子長との積で求められる。従って、素子長が相対的に長い光変調器６ｂ、６ｃの容量は、光変調器６ａ、６ｄの容量よりも大きい。また、給電路８ａ〜８ｄそれぞれのインダクタンスは、「給電路長」と「単位長インダクタンス」の積で求められる。従って、給電路８ａ〜８ｄのうち、相対的に長い給電路８ｂ、８ｃのほうが、相対的に短い給電路８ａ、８ｄよりもインダクタンスが大きい。容量とインダクタンスとの関係では、光変調器６ａ〜６ｄのうち容量が大きい光変調器が、給電路８ａ〜８ｄのうちインダクタンスが大きい給電路を介して、給電基板７ａ〜７ｄと接続される。実施の形態１では、後述する図１４のグラフに予め定めた所定範囲Ｑで定義される設計条件を満たすように、光変調器６ａ〜６ｄの容量と給電路８ａ〜８ｄのインダクタンスとが設定されている。これにより、複数の光変調器６ａ〜６ｄの間の消光比ばらつきが抑制された光変調装置２が提供される。
【００１５】
図２は、実施の形態１にかかる光変調装置２の部分拡大図である。光変調装置２のうち、光変調器６ａのアノード電極６１の近傍と給電基板７ａとを代表的に図示したものである。図示を省略するが、給電基板７ｂ〜７ｄも給電基板７ａと同様の構造を備える。光変調器６ｂ〜６ｄも、図２と同様に給電基板７ｂ〜７ｄに接続されているものとする。給電基板７ａは終端抵抗７２およびグランド電極７３を備えている。終端抵抗７２の一端は、線路７４、ワイヤ７５、電極パッド７１、および給電路８ａを介して、光変調器６ａのアノード電極６１に接続されている。終端抵抗７２の他端がグランド電極７３に接続されている。電極パッド７１は、ワイヤを介してドライバ回路８０に接続している。ドライバ回路８０からアノード電極６１へと電気信号が入力される。
【００１６】
実施の形態１において、光変調器６ａ〜６ｄを駆動する信号のビットレートは、３０Ｇｂ／ｓ以下とする。その理由は次のとおりである、近年、１００Ｇｂ／ｓの超高速光通信の需要が高まっている。現状では、電界吸収型変調器集積半導体レーザを用いた高速光通信において、４０Ｇｂ／ｓ以上のビットレートで２５ｋｍ〜４０ｋｍの長距離伝送を実現することが困難である。その解決策として、波長の異なる４つの２８Ｇｂ／ｓの光信号を多重化して１００Ｇｂ／ｓを実現する波長多重送信技術がある。実施の形態１でもこの波長多重送信技術を用いる。実施の形態１では、２８Ｇｂ／ｓに対してマージンを見込んだ値としてビットレートを３０Ｇｂ／ｓ以下としている。
【００１７】
この点について詳しく説明すると、日本特開２０１５−１３８１１１号公報の段落０００２に記載されているように、次世代の超高速ネットワークを構成する規格の１つとして、１００ギガビットイーサネット（登録商標）の開発が進んでいる。特に１０ｋｍ以下の中・長距離のビル間のデータやり取りあるいは４０ｋｍ以下の遠隔ビル間のデータやり取りをする１００ＧＢＡＳＥ−ＬＲ４・１００ＧＢＡＳＥ−ＥＲ４が有望視されている。上記の規格ではＬＡＮ−ＷＤＭが用いられる。ＬＡＮ−ＷＤＭでは互いに波長が異なる４つの光それぞれに２５Ｇｂ／ｓまたは２８Ｇｂ／ｓのデータが乗せられる。データが乗せられた４つの光が合波されて１００Ｇｂ／ｓの信号が生成される。４つの光の各波長の例としては、第一波長が１２９４．５３〜１２９６．５９ｎｍ、第二波長が１２９９．０２〜１３０１．０９ｎｍ、第三波長が１３０３．５４〜１３０５．６３ｎｍ、第四波長が１３０８．０９〜１３１０．１９ｎｍである。実施の形態１でも、半導体レーザ素子５ａ〜５ｄの各波長が上記第一〜第四波長それぞれとなるように光変調装置２を設計することが好ましい。
【００１８】
（装置構成の他の例）
図３は、実施の形態１の変形例にかかる光変調装置１２を示す平面図である。図３の光変調装置１２では、光変調器１６ａ〜１６ｄの素子長および給電路１８ａ〜１８ｄの長さが図１の構成とは異なる。光変調器１６ａ〜１６ｄの素子長については、光変調器１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄの順に徐々に短く形成されている。給電路１８ａ〜１８ｄの長さについては、給電路１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄの順に徐々に短く形成されている。
【００１９】
容量とインダクタンスとの関係に関しては、光変調装置１２においても光変調装置２と同様の関係が成立している。すなわち、光変調器１６ａ〜１６ｄのうち容量が大きいものほど、給電路１８ａ〜１８ｄのうちインダクタンスが大きいものを介して、給電基板７ａ〜７ｄと接続される。図３の変形例においても、後述する図１４のグラフにおいて光変調器１６ａ〜１６ｄの容量と給電路１８ａ〜１８ｄのインダクタンスとで決まる座標それぞれが、後述する図１４の所定範囲Ｑ内に収められる。
【００２０】
図１と図３とでは、ワイヤボンド構造の違いがある。図１のように基板４の両脇から給電路８ａ〜８ｄを光変調器６ａ〜６ｄに接続すると、給電路８ａ〜８ｄのワイヤ長のばらつきを小さくすることができる。その一方で、図３のように基板４の片側から給電路１８ａ〜１８ｄを接続すると、給電路１８ａ〜１８ｄのワイヤ長に差をつけやすく且つ給電基板７ａ〜７ｄを基板４の片側にそろえて配置することができる。
【００２１】
［実施の形態にかかる設計技術］
（光変調器および給電路の設計条件）
図４は、光変調器６ａ〜６ｄの長さおよび容量と、給電路８ａ〜８ｄのワイヤ長と、の関係についての実験結果を示すグラフである。光変調器６ａ〜６ｄは単位素子長容量が互いに等しいので、光変調器６ａ〜６ｄの素子長に単位素子長容量を乗ずることで図４の容量値の目盛りが得られる。点ＰＥ１は、給電路８ａ〜８ｄのワイヤ長が１００μｍであり、かつ光変調器６ａ〜６ｄの素子長が１００μｍつまり容量が０．０５ｐＦであるときの値である。点ＰＥ２は、給電路８ａ〜８ｄのワイヤ長が２００μｍであり、かつ光変調器６ａ〜６ｄの素子長が２２０μｍつまり容量が０．１１ｐＦであるときの値である。点ＰＥ３は、給電路８ａ〜８ｄのワイヤ長が３００μｍであり、かつ光変調器６ａ〜６ｄの素子長が２８０μｍつまり容量が０．１４ｐＦであるときの値である。点ＰＥ１〜点ＰＥ３に基づいて、最適な光変調器長さ寸法とワイヤ長との関係を近似曲線として求めた特性カーブが得られている。本願発明者の実験によって、点ＰＥ１〜点ＰＥ３においては２８ＧＨｚ以下で平坦な好ましい周波数特性を示すことが確認されている。
【００２２】
点ＰＥ１〜点ＰＥ３を用いて回帰分析を行うことで、図４に示す回帰直線Ｒが得られる。回帰直線Ｒは下記の回帰式（１）で表すことができる。
ｙ＝０．０００４ｘ＋０．０１    ・・・（１）
【００２３】
図５〜図１３、図２８〜図３０は、光変調器６ａ〜６ｄの容量と給電路８ａ〜８ｄのインダクタンスとの関係についての実験結果を示す図である。図４〜図１２は、光変調器６ａ〜６ｄに印加される電力の周波数特性と、給電路８ａ〜８ｄのワイヤ長、および光変調器６ａ〜６ｄの容量との関係を示す。図４における点ＰＥ１は、図５に示すワイヤ長１００μｍおよび容量０．０５ｐＦの特性に対応する。回帰直線Ｒの１００μｍの値は厳密には０．０５ｐＦのやや上方にあるけれども、実施の形態１における回帰式（１）は１００μｍにおける容量の近似値が０．０５ｐＦと算出されるように設定されている。図４における点ＰＲ２は、図９に示すワイヤ長２００μｍおよび容量０．１０ｐＦの特性に対応する。図４における点ＰＲ３は、図１３に示すワイヤ長３００μｍおよび容量０．１５ｐＦの特性に対応する。図５、図９、図１３に示す周波数特性は、それぞれ２８ＧＨｚ以下で平坦な好ましい特性を示している。従って、回帰式（１）は、好ましい周波数特性を得るための容量とワイヤ長との相関関係を表している。
【００２４】
図１４は、光変調器６ａ〜６ｄの容量と給電路８ａ〜８ｄのインダクタンスとの関係についての実験結果および考察結果を示すグラフである。図１４の下限直線Ｘ１および上限直線Ｘ２は、図４に示した実験結果を利用して下記のように設定されている。下限直線Ｘ１は、点ＰＥ１および点ＰＥ３を通る直線である。上限直線Ｘ２は、下限直線と同じ傾きを有し且つ点ＰＥ２を通る直線である。図１４のグラフには所定範囲Ｑが設定されている。所定範囲Ｑは、図１４のグラフにおいて下限直線Ｘ１以上かつ上限直線Ｘ２以下となるように予め定められた範囲である。
【００２５】
図１４の点ＰＥ１２は、下限直線Ｘ１におけるワイヤ長２００μｍの容量値である。点ＰＥ１２の容量値は約０．０９５ｐＦとなる。図１４の点ＰＥ１１および点ＰＥ１３は、上限直線Ｘ２におけるワイヤ長１００μｍ、３００μｍの容量値である。点ＰＥ１１および点ＰＥ１３の容量値は、それぞれ約０．０６５ｐＦ、約０．１５５ｐＦである。点ＰＥ１１および点ＰＥ１２について周波数特性を求めたのが図２８〜図２９である。図２８に示すワイヤ長１００μｍおよび容量０．０６５ｐＦの特性と、図２９に示すワイヤ長２００μｍおよび容量０．０９５ｐＦの特性は、それぞれ２８ＧＨｚ以下で平坦な好ましい周波数特性を示している。一方、図３０はワイヤ長３００μｍかつ容量０．１６５ｐＦの特性を示しており、図１４の点ＰＥ１３´に対応する。図３０に示すワイヤ長３００μｍおよび容量０．１６５ｐＦの特性も同様に平坦な好ましい周波数特性を示している。０．１５５ｐＦおよび３００μｍに対応する点ＰＥ１３は、点ＰＥ１３´と点ＰＥ３との間に存在する。よって、点ＰＥ１３においても点ＰＥ１３´および点ＰＥ３と同様に良好な周波数特性が得られる。
【００２６】
図５、図９、図１３、図２８〜図３０の実験結果によって、点ＰＥ１〜点ＰＥ１３の各周波数特性では、周波数特性カーブの盛り上がりが２８ＧＨｚ以下において十分に小さいことが判明している。そこで、実施の形態１では、これらの点ＰＥ１〜点ＰＥ１３によって所定範囲Ｑを設定している。所定範囲Ｑは、給電路８ａ〜８ｄのワイヤ長が１００μｍ〜３００μｍであり、かつ上限直線Ｘ２と下限直線Ｘ１とで囲まれている。実施の形態１では、この所定範囲Ｑの範囲内に収まるように、光変調器６ａ〜６ｄの容量および給電路８ａ〜８ｄのワイヤ長を組み合わせた設計が行われている。つまり、設計段階において、横軸をワイヤ長とし縦軸を容量値とした図１４のグラフに、光変調器６ａの容量と給電路８ａのワイヤ長とで決まる第一座標と、光変調器６ｂの容量と給電路８ｂのワイヤ長とで決まる第二座標と、光変調器６ｃの容量と給電路８ｃのワイヤ長とで決まる第三座標と、光変調器６ｄの容量と給電路８ｄのワイヤ長とで決まる第四座標とをプロットすることができる。これらの第一座標〜第四座標の全てが、所定範囲Ｑの内側に収まるように、光変調器６ａ〜６ｄそれぞれの容量および給電路８ａ〜８ｄそれぞれのワイヤ長が設定される。その結果、２８ＧＨｚ以下の周波数領域において複数の光変調器６ａ〜６ｄの間の周波数特性ばらつきが抑制される。これにより複数の光変調器６ａ〜６ｄの間の消光比ばらつきが抑制された光変調装置２が提供される。
【００２７】
容量とワイヤ長について考察した内容は、下記のように一般化することができる。これにより、光変調装置２においてワイヤ以外の給電部材を給電路８ａ〜８ｄに用いた場合にも、実施の形態１にかかる設計技術を適用することができる。給電路８ａ〜８ｄとして用いたワイヤの単位長インダクタンスは６．７ｎＨ／μｍである。ワイヤ長の目盛に単位長インダクタンスを乗ずることで図１４の横軸に追記したインダクタンス目盛が得られる。１００μｍのワイヤ長は６７０ｎＨのインダクタンスに対応し、２００μｍのワイヤ長は１３４０ｎＨのインダクタンスに対応し、３００μｍのワイヤ長は２０１０ｎＨのインダクタンスに対応する。横軸をインダクタンスとし縦軸を容量値とした図１４のグラフにおいて、容量とインダクタンスとで決まる座標が所定範囲Ｑの内側に収まるように、光変調器６ａ〜６ｄそれぞれの容量および給電路８ａ〜８ｄそれぞれのインダクタンスを設計すればよい。これにより、本願で開示された光変調器６ａ〜６ｄの容量と給電路８ａ〜８ｄのインダクタンスとの相関条件を満足するように光変調装置２を設計することができる。その結果、２８ＧＨｚ以下の周波数領域において複数の光変調器６ａ〜６ｄの間の周波数特性ばらつきが抑制される。これにより複数の光変調器６ａ〜６ｄの間の消光比ばらつきが抑制された光変調装置２が提供される。
【００２８】
（回帰分析）
上述した回帰式（１）を適用して、下記のような関係で光変調器６ａ〜６ｄおよび給電路８ａ〜８ｄを設計してもよい。
単位素子長容量（ｐＦ／μｍ）×光変調器の素子長（μｍ）＝０．０００４×ワイヤ長（μｍ）    ・・・（２）
上記の式（２）に基づいて、光変調器６ａの容量／給電路８ａのワイヤ長＝光変調器６ｂの容量／給電路８ｂのワイヤ長＝光変調器６ｃの容量／給電路８ｃのワイヤ長＝光変調器６ｄの容量／給電路８ｄのワイヤ長＝０．０００４となるように、光変調器６ａ〜６ｄおよび給電路８ａ〜８ｄを設計すればよい。
【００２９】
さらに単位長インダクタンスを用いて上記の式（２）を一般化することで下記の関係式（３）を求めることができる。この式（３）を用いて光変調器６ａ〜６ｄおよび給電路８ａ〜８ｄを設計してもよい。
｛単位素子長容量（ｐＦ／μｍ）×光変調器の素子長（μｍ）｝／｛単位長さ当りの給電路のインダクタンス（ｎＨ／μｍ）×給電路長さ（μｍ）}＝６．０×１０−５    ・・・（３）
上記の式（３）に基づいて、下記の式（４）を満たすように光変調器６ａ〜６ｄおよび給電路８ａ〜８ｄを設計すればよい。
光変調器６ａの容量／給電路８ａのインダクタンス
＝光変調器６ｂの容量／給電路８ｂのインダクタンス
＝光変調器６ｃの容量／給電路８ｃのインダクタンス
＝光変調器６ｄの容量／給電路８ｄのインダクタンス
＝６．０×１０−５    ・・・（４）
【００３０】
（比較例）
図２６は、実施の形態に対する比較例にかかる光変調装置１０２を示す平面図である。比較例にかかる光変調装置１０２は、光変調器１０６ａ〜１０６ｄが全て同じ素子長である。図２７は、実施の形態に対する比較例にかかる光変調装置１０２の周波数特性を示す図である。光変調装置１０２においては、複数の光変調器１０６ａ〜１０６ｄそれぞれの給電経路の長さの違いに起因し、複数の光変調器１０６ａ〜１０６ｄの間で高周波特性にばらつきが生じる。つまり、給電路８ａ〜８ｄが長くなるほど周波数特性の隆起が大きくなる。その結果、比較例にかかる光変調装置１０２では、複数の光変調器１０６ａ〜１０６ｄで互いに消光特性がばらつくという問題がある。この問題の原因は、図２７に示すように、光変調器１０６ａ〜１０６ｄの寄生容量と給電路８ａ〜８ｄのインダクタンスとによって４８ＧＨｚ近傍に共振が生じるからである。
【００３１】
この点、実施の形態１においては、光変調器６ａ〜６ｄの容量と給電路８ａ〜８ｄのインダクタンスとが上記設計技術で説明した予め定めた条件を有するように、光変調装置２が設計されている。このため、複数の光変調器６ａ〜６ｄの間の消光比ばらつきが抑制された光変調装置２が提供される。
【００３２】
（終端抵抗の設計）
図１５〜図２３は、終端抵抗７２に関する実験結果を示す図である。終端抵抗７２の抵抗値をＲ＝１００〜２６０Ωに変化させつつ周波数特性を調べた結果が示されている。Ｒ＝１００Ωでは、２０ＧＨｚ〜２５ＧＨｚ内において周波数応答が大きく盛り上がっている。このような盛り上がりが大きすぎると変調波形の劣化が問題となる。周波数応答の盛り上がりが１ｄＢ以下に抑制されることが好ましい。終端抵抗７２の抵抗値が１２０Ω以上であればこの周波数応答の盛り上がりが許容範囲内であることが、本願発明者により確認されている。実施の形態１にかかる光変調装置２において終端抵抗を１２０Ω以上にすることで、２８ＧＨｚ以下の周波数領域における周波数特性カーブの盛り上がりを許容範囲内に抑えることができる。
【００３３】
［実施の形態の他の変形例］
上述した図１４のグラフにおける所定範囲Ｑおよび回帰直線Ｒに基づく設計条件では、光変調器６ａ〜６ｄの容量の大きさを設計パラメータとしている。光変調器６ａ〜６ｄの構造は上記の実施の形態１の具体的構造に限定されず、製造方法にも限定はない。光変調器６ａ〜６ｄの構造は、垂直リッジ型、埋め込み型、およびハイメサ型のいずれの構造であってもよい。光変調器６ａ〜６ｄの素子幅が互いに異なるように変形を施したり、光変調器６ａ〜６ｄの半導体積層構造の厚さおよび組成が互いに異なるように変形を施したりした場合にも、光変調器６ａ〜６ｄそれぞれの容量を計算又は測定すれば実施の形態１の設計技術を適用できる。
【００３４】
上述した図１４のグラフおよび回帰直線Ｒに基づく設計条件では、給電路８ａ〜８ｄのインダクタンスの大きさを設計パラメータとしている。給電路８ａ〜８ｄには、ワイヤ以外の給電部材を用いてもよい。例えば給電路８ａ〜８ｄとしてワイヤの代わりにリボンフィーダを用いることもできる。給電路８ａ〜８ｄのインダクタンスは、用いる給電部材の単位長インダクタンスと、用いる給電部材の長さを乗算することで決定できる。例えば給電路８ａ〜８ｄのうち一部をワイヤとして残りをリボンフィーダ等の他の給電部材としてもよい。また、ワイヤ太さを相違させることで、インダクタンスを相違させることもできる。
【００３５】
回帰式（１）を用いて、図１４のグラフにおける所定範囲Ｑを変形することもできる。すなわち、上限直線Ｘ２を上限とし回帰直線Ｒを下限とした他の所定範囲を設定してもよい。あるいは、他の変形として、回帰直線Ｒを上限とし下限直線Ｘ１を下限とした更に他の所定範囲を設定してもよい。これらの二つの変形例では、所定範囲Ｑよりも狭い範囲を設計条件とすることができる。これらの変形例にかかる所定範囲に横軸をインダクタンスとし縦軸を容量値とした図１４のグラフにおいて、容量とインダクタンスとで決まる座標が収まるように、光変調器６ａ〜６ｄそれぞれの容量および給電路８ａ〜８ｄそれぞれのインダクタンスを設計してもよい。
【００３６】
実施の形態１では、半導体レーザ素子および光変調器の組が４つ設けられた４波長集積型の光変調装置２が提供されている。しかし、半導体レーザ素子および光変調器の組が２つ以上備えられている光変調装置に対して、実施の形態１の設計技術を適用することができる。
【００３７】
実施の形態２．
以下の説明では実施の形態１と同一または相当する構成については同一の符号を付して説明を行うとともに、実施の形態１との相違点を中心に説明し、共通事項は説明を簡略化ないしは省略する。図２４は、実施の形態２にかかる光変調装置３０の構成を説明するための図である。図２４に示すように、光変調装置３０は、光変調器集積レーザチップ２２と、給電路２８ａ〜２８ｄと、キャップ３１と、ステム３３と、ブロック３４と、サブマウント３５と、複数のリードピン３６ａ〜３６ｄと、ペルチエ素子４１と、サーミスタ４２と、を備えている。図２４ではキャップ３１を切断して光変調装置３０の内部を図示している。ペルチエ素子４１は、ステム３３の上面に設けられている。ブロック３４は、ペルチエ素子４１の上に設けられている。ブロック３４は、上面、底面および側面を備えており、底面がペルチエ素子４１に載っている。サブマウント３５は、ブロック３４の側面に設けられている。
【００３８】
光変調器集積レーザチップ２２は、サブマウント３５の表面に実装されている。光変調器集積レーザチップ２２の主面２２ａには、実施の形態１と同様に複数の半導体レーザ素子（図示せず）が設けられている。光変調器集積レーザチップ２２の主面２２ａには、複数の光変調器２６ａ〜２６ｄおよび光合波器９が形成されている。図示を省略するが、複数の光変調器２６ａ〜２６ｄは図２に示すアノード電極６１を備えている。図示を省略するが、光変調器集積レーザチップ２２には、半導体レーザ素子それぞれの作動状態をモニタするための複数のモニタフォトダイオードも形成されている。
【００３９】
サーミスタ４２は、サブマウント３５の表面における光変調器集積レーザチップ２２の隣に設けられている。複数のリードピン３６ａ〜３６ｄは、ステム３３の貫通穴に差し込まれている。ステム３３の貫通穴とリードピン３６ａ〜３６ｄとの間にはガラス等の絶縁物が挟まれており、ステム３３とリードピン３６ａ〜３６ｄは電気絶縁されている。キャップ３１は、ステム３３の上面に被せられ、ステム３３の上面に設けられた構造物を覆っている。キャップ３１は、光合波器９からの合波光を通すための窓部３２を備えている。
【００４０】
光変調器２６ｂ、２６ｃの素子長は、光変調器２６ａ、２６ｄの素子長よりも長い。給電路２８ａ〜２８ｄは、リードピン３６ａ〜３６ｄと光変調器集積レーザチップ２２とを接続する。実施の形態２でも、実施の形態１と同様に、給電路２８ａ〜２８ｄを同一材料からなる同じ太さのワイヤとする。リードピン３６ａ〜３６ｄは、実施の形態１と同様の給電基板７ａ〜７ｄとそれぞれ接続されている。
【００４１】
図２５は、実施の形態２にかかる光変調装置３０の構成を説明するための図である。前述した図２４では説明の便宜上、光変調器２６ａ〜２６ｄと給電路２８ａ〜２８ｄを介して接続するリードピン３６ａ〜３６ｄのみを図示しているが、実際には図２５のように合計で１５本のリードピンが設けられている。図２５は、ステム３３の上面を見下ろしたものである。
【００４２】
図２５から明らかなとおり、光変調器２６ｂ、２６ｃと接続する給電路２８ｂ、２８ｃは、光変調器２６ａ、２６ｄと接続する給電路２８ａ、２８ｄよりも長い。実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、図１４のグラフの所定範囲Ｑで定義される設計条件を満たすように、光変調器２６ａ〜２６ｄの容量と給電路２８ａ〜２８ｄのインダクタンスとが設定されている。これにより、複数の光変調器２６ａ〜２６ｄの間の消光比ばらつきが抑制された光変調装置３０が提供される。
【００４３】
光変調装置３０は、リードピン３６ａ〜３６ｄに加えて、リードピン３６ｅ〜３６ｉも備えている。図２５に示すように、ステム３３の上面を平面視した場合において、光変調器集積レーザチップ２２の主面２２ａの上方にリードピン３６ａ〜３６ｄが並んでいる。ステム３３の上面視において、リードピン３６ａ〜３６ｄの外側においてブロック３４を囲むようにリードピン３６ｅ〜３６ｉが並んでいる。
【００４４】
リードピン３６ｉは、共通グランド用のリードピンである。４本のリードピン３６ｅは、光変調器集積レーザチップ２２に形成された４つの半導体レーザ素子（図示せず）それぞれのアノードとワイヤで接続される。４本のリードピン３６ｆは、光変調器集積レーザチップ２２に形成された４つのモニタフォトダイオード（図示せず）それぞれのアノードとワイヤで接続される。リードピン３６ｇは、ペルチエ素子４１とワイヤで接続される。リードピン３６ｈは、サーミスタ４２とワイヤで接続される。
【００４５】
給電路２８ａ〜２８ｄおよびリードピン３６ａ〜３６ｄを介して、給電基板７ａ〜７ｄから光変調器２６ａ〜２６ｄのアノード電極６１へと電気信号が与えられる。実施の形態２では、リードピン３６ａ〜３６ｄが同一材料であり互いに同じ太さおよび長さを有しているので、インダクタンスの差が生ずるほどの構造の違いはない。従って、実施の形態１にかかる光変調装置３０と同様に、給電路２８ａ〜２８ｄのインダクタンスと光変調器２６ａ〜２６ｄの容量との組から決まる各座標が図１４のグラフにおける所定範囲Ｑの内部に納まるように、給電路２８ａ〜２８ｄの長さと光変調器２６ａ〜２６ｄの素子長とを設計すればよい。
【００４６】
なお、実施の形態２においても、実施の形態１で説明したのと同様の様々な変形が可能である。例えば、図３に示すように光変調器２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄの素子長をこの順に徐々に増加または減少させて、光変調器２６ａ〜２６ｄの全てを互いに異なる素子長としてもよい。ステム３３におけるリードピン３６ａ〜３６ｄの配置についても変形が可能である。図２５のごとく光変調器集積レーザチップ２２の主面２２ａの上方にリードピン３６ａ〜３６ｄを整列させた場合には、図１の構造で得られる効果と同様に給電路２８ａ〜２８ｄのワイヤ長のばらつきを小さくする効果がある。しかしリードピン３６ａ〜３６ｄの配置はこれに限られず、変形例として、リードピン３６ａ〜３６ｄを光変調器集積レーザチップ２２の片側に寄せて配置しても良い。この変形例により給電路２８ａ〜２８ｄのワイヤ長に差をつけやすく且つリードピン３６ａ〜３６ｄの位置をまとめることができる。さらに、実施の形態１で述べたように回帰直線Ｒを用いた所定範囲Ｑの変形、および給電路２８ａ〜２８ｄの代わりにリボンフィーダ等を用いる変形も可能である。
【符号の説明】
【００４７】
２、１２、３０、１０２  光変調装置
４  基板
５ａ〜５ｄ  半導体レーザ素子
６ａ〜６ｄ、１６ａ〜１６ｄ、２６ａ〜２６ｄ、１０６ａ〜１０６ｄ  光変調器
７ａ〜７ｄ  給電基板
８ａ〜８ｄ、１８ａ〜１８ｄ、２８ａ〜２８ｄ  給電路
９  光合波器
２２  光変調器集積レーザチップ
３１  キャップ
３２  窓部
３３  ステム
３４  ブロック
３５  サブマウント
３６ａ〜３６ｉ  リードピン
４１  ペルチエ素子
４２  サーミスタ
６１  アノード電極
７１  電極パッド
７２  終端抵抗
７３  グランド電極
７４  線路
７５  ワイヤ
８０  ドライバ回路
【図１】
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【図２】
0006773216.tif 000003
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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