(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子または受光素子が載置されたマウント基板と、
前記マウント基板に形成され、載置された前記発光素子を駆動するための差動信号、または、載置された前記受光素子で生成された差動信号を伝送する第１及び第２の接続パターンと、
を有し、
前記載置された発光素子または受光素子は、一方の電極が前記第１の接続パターンと電気的に接続され、他方の電極がボンディングワイヤで前記第２の接続パターンと電気的に接続され、
いずれかの前記差動信号の信号間の位相差を補正するためのスタブが、前記第２の接続パターンに形成されている
光デバイス。
【請求項２】
前記スタブ上に、当該スタブの容量を可変する容量可変手段を設け、当該容量可変手段によって前記いずれかの差動信号の信号間の位相を調整可能とした
請求項１に記載の光デバイス。
【請求項３】
前記容量可変手段は、微小電気機械システムのデバイスを用いて構成した
請求項２に記載の光デバイス。
【請求項４】
回路が実装された送受信処理基板と、
前記送受信処理基板に接続される光デバイスと、
を備え、
前記光デバイスは、
発光素子または受光素子が載置されたマウント基板と、
前記送受信処理基板と電気的な接続がとられた複数の端子と、
前記複数の端子のうちの２つに対し、前記マウント基板に載置された前記発光素子または受光素子の２つの電極を接続するために当該マウント基板に形成され、載置された前記発光素子を駆動するための差動信号、または、載置された前記受光素子で生成された差動信号を伝送する第１及び第２の接続パターンと、
を有し、
前記載置された発光素子または受光素子は、一方の電極が前記第１の接続パターンと電気的に接続され、他方の電極がボンディングワイヤで前記第２の接続パターンと電気的に接続され、
いずれかの前記差動信号の信号間の位相差を補正するためのスタブが、前記第２の接続パターンに形成されている
光通信装置。
【請求項５】
前記スタブ上に、当該スタブの容量を可変する容量可変手段を設け、当該容量可変手段によって前記いずれかの差動信号の信号間の位相を調整可能とした
請求項４に記載の光通信装置。
【請求項６】
前記マウント基板に、前記第１及び第２の接続パターンと電気的に接続された前記発光素子と、当該発光素子からの光の出射レベルを検出する受光素子とが載置され、
前記発光素子からの光の出射レベルを検出する受光素子の検出結果に応じて、前記容量可変手段を、前記送受信処理基板に実装された回路が制御することにより、前記発光素子に供給される差動信号の信号間の位相差を補正する
請求項５に記載の光通信装置。
【請求項７】
前記検出結果が示す前記発光素子からの光の出射レベルに応じて、周波数に対するフラットな通過特性を得るには前記第１及び第２の接続パターンに対応する電気長をどのように制御するかの制御情報を、前記送受信処理基板に実装された制御回路内に記憶しておき、
前記制御回路は、前記制御情報に基づいて、前記容量可変手段の制御信号を制御することによって、前記発光素子に供給される差動信号の信号間の位相差を補正する
請求項６に記載の光通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光デバイスと光通信装置に関する。詳しくは、発光素子を駆動するための差動信号および／または受光素子で生成された差動信号を伝送する接続パターンに、差動信号の位相差を補正する位相補正手段を設けて、良好な通信特性を得るものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の通信需要の飛躍的な増大に伴い、光通信を用いることでネットワークの高速大容量化がはかられている。このような光通信では、例えばＸＦＰ(10 Gigabit Small Form Factor Pluggable）と呼ばれる規格に対応した光通信モジュールが用いられている。
【０００３】
光通信モジュールでは、ＴＯＳＡ(Transmitter Optical Sub-Assembly)やＲＯＳＡ(Receiver Optical Sub-Assembly)と呼ばれる光サブアセンブリが用いられている。光サブアセンブリでは、例えば特許文献１に記載されているように、受発光素子を搭載したキャンパッケージの光デバイスが用いられており、集積回路等を実装した回路基板と光デバイスがフレキシブル基板で接続されて、１つの筐体に格納されている。さらに、キャンパッケージの光デバイスに対して光ファイバを所定の位置で固定したり、固定されている光ファイバを取り外すことができるように、光コネクタが筐体と一体に設けられる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２４９７１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、発光素子例えば面発光レーザ素子を駆動する場合、ノイズ等の影響を少なくするため差動信号を用いて、面発光レーザ素子を駆動することが行われている。また、差動信号の伝送中に、差動信号の位相差が大きく変動してしまうことが無いように、差動信号の伝送に用いる接続パターンは対称に形成される。
【０００６】
しかし、面発光レーザ素子と接続パターンを接続する場合、図１０に示すように、差動信号の一方の信号を伝送するための接続パターンＰＴb上に、例えば面発光レーザ素子９０を載置して面発光レーザ素子９０のカソードと接続パターンＰＴbを接続すると、面発光レーザ素子９０のアノードは、ボンディングワイヤＢＷを用いて差動信号の他方の信号を伝送するための接続パターンＰＴaと接続することになる。
【０００７】
このため、接続パターンＰＴa，ＰＴbを対称に形成しても、面発光レーザ素子９０のカソードとアノードは、接続パターンとの接続方法が異なることから、差動信号の位相差が変動してしまう。このように位相差が変動してしまうと、通過特性(Ｓ21)は、図１１Ａに示すように、信号レベルが減衰したディップを生じてフラットな特性とならなくなってしまう。なお、図１１Ｂは位相差特性を示している。
【０００８】
ここで、例えば高速シリアル伝送のように周波数成分が広い周波数帯に分布するような方式を用いて通信を行う場合、通過特性はフラットな特性が望ましい。しかし、上述のような光デバイスを用いて通信を行うものとすると、通過特性にディップを生じていることから、通信特性が劣化してしまうおそれがある。
【０００９】
そこで、この発明では、良好な通信特性を得ることができる光デバイスと光通信装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明に係る光デバイスは、発光素子または受光素子が載置されたマウント基板と、前記マウント基板に形成され、前記載置された発光素子を駆動するための差動信号、または、前記載置された受光素子で生成された差動信号を伝送する第１及び第２の接続パターンと、を有し、前記載置された発光素子または受光素子は、一方の電極が前記第１の接続パターンと電気的に接続され、他方の電極がボンディングワイヤで前記第２の接続パターンと電気的に接続され、前記いずれかの差動信号の信号間の位相差を補正するためのスタブが、前記第２の接続パターンに形成されている。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、発光素子を駆動するための差動信号および／または受光素子で生成された差動信号を伝送する接続パターンに、差動信号の位相差を補正する位相補正手段が設けられるので、差動信号の位相差が正しい位相差に保たれて通過特性がフラットとなり、良好な通信特性を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図を参照しながら、この発明の実施の一形態について説明する。図１は、光通信装置の概略構成を示している。光通信装置１０は、例えばＴＯＳＡ(Transmitter Optical Sub-Assembly)と呼ばれている送信用光サブアセンブリ２０や、ＲＯＳＡ(Receiver Optical Sub-Assembly)と呼ばれている受信用光サブアセンブリ３０、および送受信処理基板４０を１つの筐体に格納して構成する。
【００１３】
送受信処理基板４０には、制御回路４２，４３が設けられている。制御回路４２は、送信用光サブアセンブリ２０の動作や送信する信号の処理およびコネクタ端子部４１に接続された機器との通信等を制御するためのものである。制御回路４３は、受信用光サブアセンブリ３０の動作や受信した信号の処理およびコネクタ端子部４１に接続された機器との通信等を制御するためのものである。
【００１４】
送信用光サブアセンブリ２０と送受信処理基板４０は、接続基板すなわち可撓性を有するフレキシブル基板２９で接続する。同様に、受信用光サブアセンブリ３０と送受信処理基板４０は、フレキシブル基板３９で接続する。フレキシブル基板２９，３９は、送受信処理基板４０から送信用光サブアセンブリ２０に供給する信号や、受信用光サブアセンブリ３０から送受信処理基板４０に供給する信号が高い周波数であっても損失が少なくなるように、所定のインピーダンス特性に調整された例えばマイクロストリップライン構造の伝送線路とする。
【００１５】
送受信処理基板４０は、上述のようにコネクタ端子部４１を有しており、このコネクタ端子部４１を、他の装置等に設けられたコネクタに装着することで、光通信装置１０を他の装置等と電気的に接続することができる。なお、図１では、送受信処理基板４０の回路素子とフレキシブル基板２９，３９を接続する接続パターンや回路素子とコネクタ端子部４１を接続する接続パターン等を省略して図示している。
【００１６】
図２は、送信用光サブアセンブリ２０の概略構成を説明するための図であり、図２Ａは、送信用光サブアセンブリ２０の正面図、図２Ｂは、図２ＡにおけるＩ−Ｉ'位置の断面概略図である。
【００１７】
送信用光サブアセンブリ２０は、ホルダ２１と、ホルダ２１に収納されたキャンパッケージの送信用光デバイス２２で構成する。なお、図２Ｂでは、ホルダ２１のみ断面を示している。
【００１８】
ホルダ２１は、送信用光デバイス２２を取り付けるための凹部２１１を有しており、凹部２１１の中央には、光ファイバが挿入される光通過孔２１２が形成されている。
【００１９】
送信用光デバイス２２は、キャップ２２１を円盤状のステム２２２に封着した構成とされている。キャップ２２１は、レーザ光を外部に出射するための窓あるいはレンズ２２１aを有している。このレンズ２２１aは、送信用光デバイス２２の内部に設けられている面発光レーザ素子から出射されたレーザ光を光ファイバのコアに集光させる。なお、送信用光デバイス２２の内部構成については後述する。
【００２０】
送信用光デバイス２２は、レンズ２２１aを介して出射されるレーザ光が、ホルダ２１の光通過孔２１２に挿入された光ファイバのコアに、効率よく入射されるよう位置決めしてホルダ２１に固定する。このようにホルダ２１と送信用光デバイス２２を固定することで、ホルダ２１に光ファイバを挿入するだけで、送信用光デバイス２２から出射されたレーザ光が効率よく光ファイバのコアに入射されるように、光ファイバをホルダ２１によって位置決めすることができる。
【００２１】
受信用光サブアセンブリ３０も、送信用光サブアセンブリ２０と同様に、ホルダにパッケージの受信用光デバイスを固定して構成されており、ホルダに光ファイバを挿入するだけで、光ファイバから出射されたレーザ光が、効率よく受信用光デバイス３２に入射されるように光ファイバがホルダによって位置決めされる。
【００２２】
次に、送信用光デバイス２２について説明する。図３は、送信用光デバイス２２の内部を示す斜視図である。また、図４Ａは送信用光デバイス２２の内部を示す正面図、図４Ｂは図４ＡのＩＩ−ＩＩ'位置の断面概略図である。
【００２３】
円盤状のステム２２２には、端子２３１a〜２３１dを挿通するための貫通孔２２３a〜２２３dを設ける。ステム２２２の上面には、マウント基板２４１を固着する。このマウント基板２４１は、高誘電体であるセラミック基板等を用いる。
【００２４】
マウント基板２４１には、レーザ光を出射する面発光レーザ素子２４２、レーザ光の出射レベルをモニタするための受光素子２４３を設けておく。さらに、円盤状のステム２２２には、面発光レーザ素子２４２や受光素子２４３を端子と接続するための接続パターンを形成しておく。
【００２５】
接続パターンは、面発光レーザ素子２４２のアノードが接続される接続パターン２４４a、面発光レーザ素子２４２のカソード側が載置される接続パターン２４４c、端子２３１aと接続される接続パターン２４４b、端子２３１bと接続される接続パターン２４４d、受光素子２４３のカソード側が載置される接続パターン２４４eで構成し、各接続パターンはマイクロストリップライン構造として、損失が少なくなるように、所定のインピーダンス特性に調整されている。
【００２６】
面発光レーザ素子２４２のアノードと接続パターン２４４aは、ボンディングワイヤで接続する。接続パターン２４４aには、抵抗器２４５aを介して接続パターン２４４bを接続し、接続パターン２４４bと端子２３１aをボンディングワイヤで接続する。
【００２７】
面発光レーザ素子２４２が載置されて面発光レーザ素子２４２のカソードと接続される接続パターン２４４cには、抵抗器２４５bを介して接続パターン２４４dを接続し、接続パターン２４４dと端子２３１bをボンディングワイヤで接続する。また、受光素子２４３のアノードは端子２３１cと接続し、受光素子２４３のカソード側が載置される接続パターン２４４eは端子２３１dと接続する。なお、抵抗器２４５a，２４５bは、面発光レーザ素子２４２をパルス駆動する際の振幅制限等を行うためのものである。
【００２８】
端子２３１a〜２３１dは、貫通孔２２３a〜２２３dに同軸整列させる。その後、例えばガラス材質の封止材を貫通孔２２３a〜２２３dに充填することで、端子２３１a〜２３１dを固定すると同時に貫通孔２２３a〜２２３dを密封する。
【００２９】
ここで、マウント基板２４１として比誘電率の高い基板を用いると、接続パターンを流れる信号の速度は比誘電率が低い基板を用いた場合よりも遅くなる。したがって、比誘電率の高い基板を用いたときの接続パターンの電気長は、物理長よりも短くなる。一方、ボンディングワイヤは、空間に設けられていることから電気長と物理長は等しくなる。このため、接続パターン２４４a，２４４cを対称に形成すると、アノードに供給される信号に比べてカソードに供給される信号の位相遅れが大きくなり、差動信号の位相差が変動してしまう。そこで、カソードが接続されている接続パターン２４４cの物理長を短くしてカソードに供給される信号の位相遅れを少なくする、あるいは、アノードと接続される接続パターン２４４aの物理長を長くしてアノードに供給される信号の位相遅れを大きくすれば、差動信号の位相差を補正して１８０度とすることが可能となる。しかし、接続パターン２４４cの物理長を短くすることは限界がある。また、送信用光デバイス２２を小型化するためには、接続パターン２４４aの物理長を長くすることも限界がある。このため、位相補正手段を例えば接続パターン２４４aに設けて、アノードに供給される信号の位相を遅延させることで、面発光レーザ素子２４２に供給される差動信号の位相差が１８０度となるように補正する。
【００３０】
この位相補正手段としては、接続パターン２４４aに例えばスタブ２４４asを設ける。スタブ２４４asを設けると容量性負荷が増大することになり、アノードに供給される信号の位相遅れが大きくなる。したがって、面発光レーザ素子２４２に供給される差動信号の位相差を補正できる。ここで、スタブ２４４asのサイズは、アノードに供給される信号の位相遅れによって、差動信号の位相差が１８０度となるように設定する。
【００３１】
このように、面発光レーザ素子２４２を差動駆動する際に、位相補正手段を設けることで、面発光レーザ素子２４２のカソードとアノードで、接続パターンとの接続方法が異なる場合であっても、面発光レーザ素子２４２に供給される差動信号の位相差を、最適な位相差に補正してフラットな通過特性を得ることが可能となり、良好な通信特性を得ることができる。
【００３２】
ところで、フレキシブル基板２９やマウント基板２４１の特性バラツキ等によって、差動信号の位相差の変動量が変化する場合、マウント基板２４１にスタブ２４４asのパターンを形成して、一方の信号の位相を所定量だけ遅延させるだけでは、差動信号の位相差を良好な状態に補正することができないおそれがある。そこで、フレキシブル基板２９やマウント基板２４１の特性バラツキ等が生じても、位相遅延量を調整可能とすることで、面発光レーザ素子２４２に供給される差動信号の位相差を、良好な状態に補正できる送信用光デバイスを、図５を用いて説明する。なお、図５では、説明を簡単とするため、抵抗器２４５a，２４５bを省略して、接続パターン２４４aと端子２３１a、接続パターン２４４cと端子２３１bをそれぞれ接続している。
【００３３】
接続パターン２４４aには、スタブ２４４asだけでなく、スタブ２４４atを形成する。また、スタブ２４４at上には、スタブの容量を可変することで位相遅延量を調整可能とする容量可変手段を設ける。容量可変手段としては、微小電気機械システム（MEMS:Micro Electro Mechanical System)のデバイス、例えばＭＥＭＳスイッチ２５を用いることで、広い基板面積を使用することなくスタブの容量を調整できる。
【００３４】
図６は、ＭＥＭＳスイッチ２５の接点部分の概略構成を示している。また、図７は、ＭＥＭＳスイッチ２５の動作を説明するため、図６のIII−III'位置の断面概略図を示している。
【００３５】
ＭＥＭＳスイッチ２５では、スタブ２４４atの両サイドに電極支持部２５０を形成して、この電極支持部２５０上に変形可能な電極板２５１を架設して、Ｓｈｕｎｔ型のスイッチ構成とする。また、スタブ２４４at上には、誘電体層２５５deを形成する。電極板２５１は接地しておき、電極板２５１とスタブ２４４atとの間隔を制御して、電極板２５１とスタブ２４４atで形成されるコンデンサの容量を可変できるようにする。このように、コンデンサの容量を可変できるようにすれば、アノードに供給される信号の位相遅れを調整することが可能となり、差動信号の位相差の変動量が変化しても、差動信号の位相差を精度良く補正することができる。
【００３６】
電極板２５１とスタブ２４４atとの間隔は、静電引力や熱変形を利用して制御する。すなわち、連続する制御電圧を電極（図示せず）に印加して静電引力により電極板２５１をスタブ２４４at側に変形させることで、電極板２５１とスタブ２４４atとの間隔を可変できる。また、熱膨張率の異なる２つの素材を積層して電極板２５１を形成するものとし、制御電流を電極板２５１に供給して電極板２５１を加熱することにより、電極板２５１をスタブ２４４at側に熱変形させて、電極板２５１とスタブ２４４atとの間隔を可変することもできる。
【００３７】
ここで、例えば制御信号（制御電圧や制御電流）を供給していないときには、図７Ａに示すように、電極板２５１とスタブ２４４atとの間隔が広い状態となる。この場合、静電容量が小さいことから位相の遅れは少ない。制御信号を供給して図７Ｂに示すように、電極板２５１とスタブ２４４atとの間隔を狭めるものとすると、静電容量が大きくなり信号の位相遅れは大きくなる。すなわち、制御信号によって電極板２５１とスタブ２４４atとの間隔を制御することで、差動信号の位相差を調整することができる。
【００３８】
ＭＥＭＳスイッチ２５の制御は、例えば送受信処理基板４０に設けた制御回路４２によって行う。すなわち、レーザ光の出射レベルを受光素子２４３で検出して、検出結果を制御回路４２に供給する。制御回路４２には、レーザ光の出射レベルに応じて電気長をどのように制御するか制御情報を記憶させておき、レーザ光の出射レベルに応じた制御情報に基づき制御信号を生成する。さらに、生成した制御信号をフレキシブル基板２９や端子２３１eを介してＭＥＭＳスイッチ２５の一方の端子に供給する。なお、ＭＥＭＳスイッチ２５の他方の端子は、接地されているステム２２２に接続する。このようにすれば、差動信号の位相差が良好な状態となるように自動的に制御することができるので、簡単かつ容易にフラットな通過特性を得ることができる。
【００３９】
また、上述の形態では、送信用光サブアセンブリ２０の送信用光デバイス２２について説明したが、受信用光サブアセンブリ３０の受信用光デバイスについても、上述のように位相補正手段を設けるものとする。すなわち、面発光レーザ素子２４２に代えて受光素子を用いるものとして、受光素子とボンディングワイヤで接続される接続パターンに位相補正手段を設ける。また、レーザ光の出力をモニタするための受光素子２４３を削除する。
【００４０】
このようにすれば、受光素子のアノード側とカソード側で、接続パターンとの接続方法が異なる場合であっても、制御回路４３に供給される差動信号の位相差を最適な状態に補正してフラットな通過特性を得ることが可能となり、良好な通信特性を得ることができる。
【実施例】
【００４１】
次に、スタブ２４４asを設ける場合の実施例について説明する。マウント基板２４１は、図８Ａに示すように、３つの導体層２４４，２４７，２４９の間にセラミック基板２４６，２４８を設けた多層基板として構成する。第１導体層２４４には、図８Ｂに示すように、接続パターン２４４a〜２４４eを形成する。また、接続パターン２４４aには、スタブ２４４asを形成する。
【００４２】
第２導体層２４７には、図８Ｃに示すように接地層２４７aを形成する。第１導体層２４４と第２導体層２４７の間には、誘電体層２４６としてセラミック基板（アルミナ）を設け、第１導体層２４４の接続パターン２４４a，２４４b，２４４dと第２導体層２４７の接地層２４７aとでマイクロストリップラインを構成する。誘電体層２４６の厚さは０．１５ｍｍであり、比誘電率は９．２である。
【００４３】
第３導体層２４９には、図８Ｄに示すように接地層２４９aを形成する。第２導体層２４７と第３導体層２４９の間には、誘電体層２４８としてセラミック基板（アルミナ）を設ける。第２導体層２４７の接地層２４７aと第３導体層２４９の接地層２４９aはビアやスルーホール等で電気的に接続して、第１導体層２４４の接続パターン２４４cと第３導体層２４９の接地層２４９aとでマイクロストリップラインを構成する。誘電体層２４８の厚さは０．２ｍｍであり、比誘電率は９．２である。このように、接続パターン２４４cは、接地層２４９aとでマイクロストリップラインが構成されるので、接地層２４７aとでマイクロストリップラインを構成する場合に比べて誘電体層が厚くなり、接続パターン２４４cのパターン幅が一定であるときには実効比誘電率が小さくなる。したがって、カソードに供給される信号の位相遅れを小さくできる。
【００４４】
図９は、マウント基板２４１を図８のように構成したときの特性を示している。マウント基板２４１の接続パターン２４４aにスタブ２４４asを形成して差動信号の位相差を補正することで、通過特性(Ｓ21)は、図９Ａに示すようにディップの発生が軽減されて、広い周波数範囲でフラットな特性となった。また、位相差特性は図９Ｂに示すものとなり、図１１Ｂに比べて少なくできた。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】光通信装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】送信用光サブアセンブリの構成を示す図である。
【図３】送信用光デバイスの内部を示す斜視図である。
【図４】送信用光デバイスの内部を示す図である。
【図５】送信用光デバイスの他の構成を示す図である。
【図６】ＭＥＭＳスイッチの接点部分の概略構成を示す図である。
【図７】ＭＥＭＳスイッチの動作を説明するための図である。
【図８】実施例の構成を示す図である。
【図９】実施例の特性を示す図である。
【図１０】従来の構成を示す図である。
【図１１】従来の特性を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０・・・光通信装置、２０・・・送信用光サブアセンブリ、２１・・・ホルダ、２２・・・送信用光デバイス、２５・・・ＭＥＭＳスイッチ、２９，３９・・・フレキシブル基板、３０・・・受信用光サブアセンブリ、３２・・・受信用光デバイス、４０・・・送受信処理基板、４１・・・コネクタ端子部、４２，４３・・・制御回路、９０，２４２・・・面発光レーザ素子、２１１・・・凹部、２１２・・・光通過孔、２２１・・・キャップ、２２１a・・・レンズ、２２２・・・ステム、２２３a〜２２３d・・・貫通孔、２３１a〜２３１e・・・端子、２４１・・・マウント基板、２４３・・・受光素子、２４４・・・第１導体層、２４４a〜２４４e・・・接続パターン、２４４as，２４４at・・・スタブ、２４６，２４８，２５５de・・・誘電体層、２４７・・・第２導体層、２４７a，２４９a・・・接地層、２４９・・・第３導体層、２５０・・・電極支持部、２５１・・・電極板
【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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