(57)【要約】【課題】波長多重化された波長の異なる複数の信号光を集積一体化された光部品で受信すると共に、プリアンプ回路の収容と配線が容易な小型化された光受信モジュールを提供する。【解決手段】パッケージ部１２には、波長多重化された信号光を異なる波長の複数の信号光に分波する光分波器２６と、該光分波器により分波された分波信号光をそれぞれ集光する複数のレンズ２８と、該レンズからの分波信号光をそれぞれ受光する複数の受光素子２９とが収容される。また、複数の受光素子２９に近接して受光素子からの出力信号を増幅するプリアンプ回路３２が配され、該プリアンプ回路の上方に配線基板３７を配置し、受光素子またはプリアンプ回路と端子部との電気接続のうち、少なくともひとつが上記の配線基板を介して形成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバが接続されるレセプタクル部と、受光素子と光学部品を収容する矩形状のパッケージ部と、外部回路との電気接続を行う端子部とを備え、波長多重化された異なる波長の複数の信号光を受光して、それぞれの信号光に分波して電気信号に変換する光受信モジュールであって、
前記パッケージ部には、波長多重化された信号光を異なる波長の複数の信号光に分波する光分波器と、該分波器で分波された前記分波信号光をそれぞれ集光する複数のレンズと、該レンズからの前記分波信号光をそれぞれ受光する複数の受光素子とが収容され、
前記複数の受光素子に近接して前記受光素子からの出力信号を増幅するプリアンプ回路が配され、該プリアンプ回路の上方に配線基板を配置し、前記受光素子または前記プリアンプ回路と前記端子部との電気接続のうち、少なくともひとつが前記配線基板を介して形成されていることを特徴とする光受信モジュール。
【請求項２】
前記分波器と前記複数のレンズとの間に、反射器が配されていることを特徴とする請求項１に記載の光受信モジュール。
【請求項３】
前記配線基板は、前記パッケージ部の内側壁に設けた段部、若しくは、ポストにより支持されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光受信モジュール。
【請求項４】
前記配線基板は、矩形状に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光受信モジュール。
【請求項５】
前記配線基板は、コ字状に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光受信モジュール。
【請求項６】
前記配線基板は、多層基板で形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光受信モジュール。
【請求項７】
前記配線基板上に、電子部品が実装されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の光受信モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光トランシーバ等の光受信に用いられる光受信モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ネットワーク上を流れる情報量の増加と通信速度の高速化が進んでいる。これに伴い、光伝送機器に搭載される光トランシーバ等に用いられる光送受信モジュールも高速化が進み、現在では４０Ｇｂｐｓや１００Ｇｂｐｓの伝送速度が要求されている。かかる高速の伝送速度は、単一の光デバイスでは追従することが難しく、波長多重による通信方法が用いられる。
【０００３】
例えば、特許文献１には、４０Ｇｂｐｓの高速伝送を実現するために、速度１０Ｇｂｐｓで動作する４セットの光送信サブアセンブリ（ＴＯＳＡ：Transmitter Optical Sub-Assembly）と光マルチプレクサ（ＭＵＸ）で送信部とし、速度１０Ｇｂｐｓで動作する４セットの光受信サブアセンブリ（ＲＯＳＡ：Receiver Optical Sub-Assembly）と光デマルチプレクサ（Ｄｅ−ＭＵＸ）で受信部とした光トランシーバが開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、波長多重化された異なる波長の複数の信号光を、波長分離部（光Ｄｅ−ＭＵＸ）を用いてそれぞれの波長に分離し、それぞれの受光素子で受光する光受信モジュールが開示されている。この光受信モジュールは、光学ベース上に、光ファイバから出射された信号光を集光する第１のレンズ、波長多重化された信号光を異なる波長の信号光に分波する波長分離部、分波された信号光を集光する第２のレンズ、分波された信号光を受光する受光素子、等を集積一体化して実装している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１１８３３７号公報
【特許文献２】特開２００９−１９８９５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年は、光通信の高速伝送の要求に答える一方で、光トランシーバの小型化への要求も強く、業界標準のＣＦＰ−ＭＳＡの外形を小さくしたＣＦＰ２、ＣＦＰ４、ＱＳＦＰ＋などの標準化が検討されている。この場合、ＴＯＳＡまたはＲＯＳＡに割り当てられる収容面積は縮小され、例えば、ＲＯＳＡは幅７ｍｍ以下のパッケージ内に、上記の光学部品等を収容する必要がある。これに対応するには、特許文献１のように複数のＴＯＳＡ、ＲＯＳＡを並べる構造では、パッケージの外形寸法が大きくなって対応することが難しい。このため、特許文献２のように複数の光学部品等を集積一体化する形態とする必要がある。
【０００７】
この場合、ＲＯＳＡを構成する受光素子の出力は微弱で、周囲のノイズを受けやすいことから受光素子とその信号を増幅する前置増幅器（プリアンプ回路）も、同じパッケージ内に組み込み至近距離に配置することが好ましい。しかしながら、プリアンプ回路は、複数の信号ラインの他に、電源端子、制御端子、モニタ端子を有し、外部接続のためのパッケージ端子部等にワイヤ接続する必要があり、パッケージ内での配線を狭いスペースで効率よく行う必要がある。
【０００８】
本発明は、上述した実状に鑑みてなされたもので、波長多重化された波長の異なる複数の信号光を集積一体化された光部品で受信すると共に、プリアンプ回路の収容と配線が容易な小型化された光受信モジュールの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による光受信モジュールは、光ファイバが接続されるレセプタクル部と、受光素子と光学部品を収容する矩形状のパッケージ部と、外部回路との電気接続を行う端子部とを備え、波長多重化された異なる波長の複数の信号光を受光して、それぞれの信号光に分波して電気信号に変換する光受信モジュールである。
【００１０】
前記のパッケージ部には、波長多重化された信号光を異なる波長の複数の信号光に分波する光分波器と、該光分波器により分波された分波信号光をそれぞれ集光する複数のレンズと、該レンズからの分波信号光をそれぞれ受光する複数の受光素子とが収容される。また、複数の受光素子に近接して受光素子からの出力信号を増幅するプリアンプ回路が配され、該プリアンプ回路の上方に配線基板を配置し、受光素子またはプリアンプ回路と端子部との電気接続のうち、少なくともひとつが上記の配線基板を介して形成される。
上記の構成で、分波器とレンズとの間に、反射器が配されていてもよい。配線基板は、矩形状またはコ字状に形成され、パッケージ部の内側壁に設けた段部、若しくは、ポストにより支持される。また、配線基板は、多層基板で形成されていてもよく、配線基板上に電子部品が実装されていてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、光受信モジュールの狭いスペースのパッケージ部内に、波長多重化された信号光を異なる波長の複数の信号光に分波して受光するのに必要な光学部品と、プリアンプ回路とを収容して、配線基板を用いてワイヤ接続を容易に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明による光受信モジュールの一例を示す破断斜視図である。
【図２】図１の光受信モジュールを補完する断面図と上面図である。
【図３】本発明における配線基板の例を示す図である。
【図４】本発明における配線基板の他の例を示す図である。
【図５】本発明で用いる第２のレンズと受光素子の一例を示す図である。
【図６】本発明で用いる光分波器の例とその分波動作を説明する図である。
【図７】本発明による光受信モジュールの他の実施形態の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１，２により本発明の実施の形態を説明する。図１は、光トランシーバのＲＯＳＡとして用いる光受信モジュールの一例で、説明を容易にするためにパッケージ蓋体を外し、パッケージ筐体の一部を破断した状態で示している。図２（Ａ）は、図１の光受信モジュールの説明を補完するための断面図、図２（Ｂ）は、上面図である。
【００１４】
図において、１０は光受信モジュール、１１はレセプタクル部、１２はパッケージ部、１３は端子部、１３ａは内部電極、１３ｂは外部電極、１４はスリーブ、１５はジョイントスリーブ、１６はホルダ、１７はスタブ、１８は第１のレンズ、１９は光学窓、２０はパッケージ筺体、２１はパッケージ底壁、２２はパッケージ蓋体、２３はスリーブ取付部、２５は支持基板、２６は光分波器、２７は反射器、２８は第２のレンズ、２９は受光素子、３０はサブマウント、３１は基板、３２はプリアンプ回路、３７は配線基板、３８は配線ライン、３９はワイヤ配線である。
【００１５】
光受信モジュール１０は、シングルモードの光ファイバが接続されるレセプタクル部１１と、受光素子や光学部品等が収容されるパッケージ部１２と、外部回路との電気接続のための端子部１３を備えている。レセプタクル部１１は、例えば、光コネクタのフェルールが挿入されるスリーブ１４と、調芯可能に結合するためのジョイントスリーブ１５と、パッケージ部１２との結合を形成するホルダ１６とから成る。
【００１６】
パッケージ部１２は、矩形状の箱型に形成され、例えば、金属製のパッケージ筺体２０と、金属製のパッケージ底壁２１とパッケージ蓋体２２からなる収容部に、後述する受光素子や光学部品等を搭載して構成される。なお、パッケージ底壁２１は、銅モリブテンや銅タングステン等の材料を用いることができ、また、熱伝導性のよい材料を用いることにより放熱性を高めることができる。パッケージ蓋体２２（図２参照）は、搭載部品の収容と配線後に密封形状で固定される。
【００１７】
端子部１３は、例えば、複数のセラミック基板を積層して形成され、パッケージ筐体２０の後部側に嵌め込むような形態で組み付けられる。端子部１３は、パッケージ部内に露出して、受光素子やプリアンプ回路との電気接続をおこなう内部電極１３ａと、パッケージ外部に露出して、外部回路との電気接続を行う外部電極１３ｂとを有している。
【００１８】
図２に示すように、ホルダ１６は、パッケージ筺体２０の前面側に設けたスリーブ取付部２３を介してパッケージ部１２に固定される。ホルダ１６には、ジョイントスリーブ１５を介してスリーブ１４が結合され、ジョイントスリーブ１５により軸方向と径方向に対する調芯が行われる。スリーブ１４内には、光結合を形成するスタブ１７が配され、ホルダ１６にはスタブ１７内の光ファイバから出射された信号光を集光して平行光にする第１のレンズ１８が配される。第１のレンズ１８からの信号光は、スリーブ取付部２３内に密封形状で設けられた光学窓１９を経て、パッケージ部１２内に出射される。
【００１９】
パッケージ部１２内には、第１のレンズ１８から出射された波長多重化された信号光を異なる波長の複数の信号光に分波する光分波器２６（光ＤｅＭＵＸともいう）と、この分波された信号光（以下、分波信号光という）を、それぞれパッケージ底壁側に反射させるプリズム等で形成された反射器２７とが収容される。光分波器２６と反射器２７は、パッケージ底壁２１から平行に離間して配置された支持基板２５上に実装させて、パッケージ底壁２１に向き合うようにして収容される。
【００２０】
また、パッケージ部１２内には、反射器２７で反射された分波信号光をそれぞれ集光する複数の第２のレンズ２８と、この第２のレンズ２８からの分波信号光をそれぞれ受光する複数の受光素子２９とが収容される。第２のレンズ２８と受光素子２９は、例えば、セラミック等のサブマウント３０、基板３１等を介してパッケージ底壁２１上に実装され収容される。
【００２１】
上述の構成による光受信モジュールは、図２（Ａ）に示すように、光分波器２６と反射器２７は、パッケージ底壁２１の平面から高さ方向に平行に離間した支持基板２５の実装面に実装される。そして、第２のレンズ２８と受光素子２９は、パッケー底壁２１の平面から高さ方向に離間した空間を利用して、上下方向に配列して実装される。すなわち、反射器２７と第２のレンズ２８と受光素子２９は、パッケージ部内の上下方向に重なるように配列され、平面方向の配列スペースが軽減される。なお、これにより空いたスぺースには受光素子２９の信号を増幅するプリアンプ回路３２を実装される。
【００２２】
プリアンプ回路３２の上方には、本発明の特徴とする配線基板３７が、パッケージ筺体２０の内側壁に設けた段部２４、若しくは、ポスト（図示省略）で支持固定して搭載される。配線基板３７は、次に説明するように、基板上に複数の配線ライン３８を有し、例えば、プリアンプ回路３２の電源端子、制御端子、モニタ端子や受光素子２９のカソード端子へのバイアス電圧印加のためのワイヤ配線３９による電気接続が可能とされている。すなわち、受光素子２９またはプリアンプ回路３２と端子部１３との電気接続のうち、少なくともひとつが上記の配線基板３７を介して形成される。
【００２３】
図３は、上述した配線基板の実施形態を示す図で、図３（Ａ）は矩形状の配線基板３７ａの例を示し、図３（Ｂ）はコ字状の配線基板３７ｂの例を示している。
これらの配線基板３７ａ，３７ｂは、パッケージ筺体２０の内側壁に段部２４等の支持部を形成して載置し、半田材や樹脂接着材等を用いて固定することにより、プリアンプ回路の上方の空間に位置するように配される。なお、段部２４は、パッケージ筺体２０の一部を形成する端子部１３で、積層されるセラミック基板の内壁側を張り出させるなどにより形成することができる。また、配線基板３７ａ，３７ｂを支持させるためのポストを、別に設けるようにしてもよい。
【００２４】
図３（Ａ）の配線基板３７ａは、単純な長方形状で形成する例で、例えば、配線基板３７ａの前方側（受光素子２９の側）から後方側（端子部１３の側）に向けて引き回す配線ライン３８ａが形成されている。そして、例えば、プリアンプ回路３２（図示されず）の端子がセラミック絶縁体からなるサブマウント３０上に形成され、受光素子２９の手前側に位置しているとする。この場合、配線ライン３８ａの前方側で、プリアンプ回路とワイヤボンディング等によりワイヤ配線３９を行い、後方側で、端子部１３の内部電極１３ａにワイヤ配線で接続することで、配線の引き回しを容易に行うことができる。
【００２５】
図３（Ｂ）の配線基板３７ｂは、平面がパッケージ筺体２０の内側壁に沿うコ字形状に形成する例で、例えば、配線基板３７ｂのコ字状の両側脚部の内側から、コ字状の連結部の外側に向けて引き回す配線ライン３８ｂが形成されている。例えば、プリアンプ回路３２の端子が、図に示すように、配線基板３７ｂのコ字状の内部側に位置しているとする。この場合、配線ライン３８ｂのコ字状の脚部の内側で、プリアンプ回路３２にワイヤボンディング等によりワイヤ配線３９を行い、コ字状の連結部で、端子部１３の内部電極１３ａにワイヤ配線で接続することで、配線の引き回しを容易に行うことができる。
【００２６】
図４は、配線基板の他の実施形態を示す図で、図４（Ａ）は多層の配線基板３７ｃの例を示し、図４（Ｂ）は電子部品が実装された配線基板３７ｄの例を示している。
図４（Ａ）の多層の配線基板３７ｃは、１層で形成する配線数には限りがあることから、配線基板を多層に形成して、多くの引き回し配線ができるようにした例である。また、回路構成に、チップコンデンサ、チップインダクタ、チップ抵抗等の電子部品４０が必要な場合は、図４（Ｂ）に示すように、配線基板３７ｄを利用して実装させ、配線基板３７ｄ上で直接配線することができる。
なお、図４の配線基板３７ｃ，３７ｄにおいても、図３で示した矩形状、若しくは、コ字状に形成して、同様な方法で引き回し配線を行うことができる。
【００２７】
上述した配線基板３７ａ〜３７ｄは、アルミナ等のセラミック基板、若しくは、絶縁樹脂を用いた基板で形成することができる。特に、アルミナ純度の高い（９９％以上）のアルミナ基板を用いれば、電子ビーム蒸着等による蒸着膜（Ｔｉ／Ｐｄ／Ａｕ）、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ等）で配線ラインを形成することができる。また、フォトリソ工程でパターン形成もできるため、数十μｍ程度の導体幅と導体間隔で配線ラインを形成することが可能で、より多くの引き回し配線が可能となる。
【００２８】
図５は、上述した第２のレンズ２８と受光素子２９を一体的に組み付けて搭載する例を示す図である。
図５（Ａ）は、分波された複数の分波信号光をそれぞれ集光する複数の第２のレンズ２８ａを個別に形成し、透明なガラス基板３３ａ等に配列させた例である。また、第２のレンズ２８ａで集光した分波信号光を受光する複数の受光素子２９ａを個別に形成し、サブマウント３０上に配列させて例である。
【００２９】
そして、サブマウント３０の両側にスペーサブロック３４を配して、第２のレンズ２８ａが配列されたガラス基板３３ａを接合し、それぞれ対応する第２のレンズ２８ａと受光素子２９ａを、所定の間隔をあけて一体化する。この構成により、複数の第２のレンズ２８ａと複数の受光素子２９ａは、１つの部品として扱うことが可能となり、図２の基板３１等を介してパッケージ部１２内に組み付けるのが容易で、作業性を向上させることができる。
【００３０】
図５（Ｂ）は、複数の第２のレンズ２８ａを、透明なガラス基板３３ｂと一体に形成して、レンズアレイとした例である。また、図５（Ｃ）は、複数の受光素子２９ｂを一体に形成して受光素子アレイとした例である。なお、複数の第２のレンズ２８ａおよび複数の受光素子２９ａをアレイ状とするか否かは適宜選択することができ、また、個別配列のレンズまたはアレイ状のレンズと、個別配列の受光素子とアレイ状の受光素子との組み合わせも適宜選択して、スペーサブロック３４で一体化することができる。
【００３１】
図６は、本発明で用いる上述した光分波器２６と反射器２７を、支持基板２５上に一体的に組み付けた例を示す図である。
図６（Ａ−ａ）と図６（Ａ−ｂ）に示す光分波器２６ａは、個別の反射部材３５ａと波長フィルタ３５ｂを支持基板２５上に実装させた例である。反射部材３５ａは、全ての波長の光を反射させる反射面を有し、波長フィルタ３５ｂは、透過する波長が波長フィルタ毎に異なる光学素子で形成される。
【００３２】
図６（Ａ−ｂ）に示すように、多重化された異なる波長（λ１、λ２、λ３、λ４）の信号光が、まず１番目に配列された波長フィルタ３５ｂに当てられて、波長λ１の信号光は透過するが、その他の波長の信号光（λ２、λ３、λ４）は、反射される。この反射された信号光は、反射部材３５ａにより２番目の波長フィルタ３５ｂに当てられて、波長λ２の信号光は透過し、その他の波長の信号光（λ３、λ４）が反射される。以下、同様に透過と反射を繰り返して、波長多重化された信号光は、波長が異なる複数の信号光に分波される。
【００３３】
反射器２７は、例えば、プリズムで形成され、その反射面２７ａは４５度の角度で、光分波器２６ａの方向に向くようにして、支持基板２５の端部に実装される。分波された波長の異なるそれぞれの信号光は、反射器２７の反射面２７ａにより直交する方向に反射されて上述したように、第２のレンズを経て受光素子で受光される。
【００３４】
図６（Ｂ−ａ）と図６（Ｂ−ｂ）に示す光分波器２６ｂは、単一の反射部材３６ａと透過する波長が異なる複数の波長フィルタ３６ｂとを、透明光学部材３６ｃにより一体化した例である。この構成の光分波器２６ｂも、前記の光分波器２６ａと同様に、波長多重化された異なる波長（λ１、λ２、λ３、λ４）の信号光は、波長が異なる複数の信号光に分波され、反射器２７で反射されて第２のレンズを経て受光素子で受光される。
【００３５】
なお、光分波器２６（２６ａ，２６ｂ）と反射器２７が実装された支持基板２５は、図２に示したように、支持基板２５の実装面がパッケージ底壁２１に対向するように、パッケージ底壁２１の実装面から平行に離間されて配される。これにより、光分波器および反射器は、第２のレンズ２８と受光素子２９が実装されるパッケージ底壁２１の実装面とは異なる面で搭載されることになり、パッケージ部１２の部品搭載平面積を実質的に増加させることができる。
【００３６】
図７は、上述した光受信モジュールの他の実施形態を示す図である。図１〜６においては、光分波器と第２のレンズとの間に反射器を配した例で説明したが、図７に示すように、分波器２６からの分波信号光を、直接第２のレンズ２８で集光し、受光素子２９で受光するように構成することもできる。
この場合、第２のレンズ２８と受光素子２９は、分光器２６とが光軸方向の同一平面で並ぶ形態となるが、反射器を有しないので平面方向の配列スペースに余裕ができる。これにより、図１〜図６の場合と同様に、受光素子２９の信号を増幅するプリアンプ回路を３２を実装させることができる。
【００３７】
受光素子２９は、例えば、セラミックのサブマウント３０を介して、第２のレンズ２８と共に基板３１等を介在させてパッケージ底壁に２１に実装される。プリアンプ回路３２は、受光素子２９に近接した位置に実装され、プリアンプ回路３２の上方には、前述した配線基板３７が、パッケージ筺体２０の内側壁に設けた段部２４等で支持固定して搭載される。基板上に複数の配線ライン３８を有し、プリアンプ回路３２の電源端子、制御端子、モニタ端子や受光素子２９のカソード端子へのバイアス電圧印加のためのワイヤ配線３９による電気接続が可能とされている。
【００３８】
図７では、図３（Ｂ）で説明したコ字状の配線基板３７ｂの例を示しているが、図３（Ａ）で説明した矩形状の配線基板３７ａ、図４（Ａ）で説明した多層の配線基板３７ｃ、図４（Ｂ）で説明した部品実装型の配線基板３７ｄを用いることができる。
これらの配線基板は、図３、４で説明したのと同様に、パッケージ筺体２０の内側壁に段部２４等の支持部を形成して載置し、半田材や樹脂接着材等を用いて固定することにより、プリアンプ回路３２の上方の空間に位置するように配される。なお、段部２４は、パッケージ筺体２０の一部を形成する端子部１３で、積層されるセラミック基板の内壁側を張り出させるなどにより形成することができる。また、配線基板３７を支持させるためのポストを、別に設けるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１０…光受信モジュール、１１…レセプタクル部、１２…パッケージ部、１３…端子部、１４…スリーブ、１５…ジョイントスリーブ、１６…ホルダ、１７…スタブ、１８…第１のレンズ、１９…光学窓、２０…パッケージ筺体、２１…パッケージ底壁、２２…パッケージ蓋体、２３…スリーブ取付部、２４…段部、２５…支持基板、２５ａ…実装面、２６…光分波器、２７…反射器、２８，２８ａ，２８ｂ…第２のレンズ、２９，２９ａ，２９ｂ…受光素子、３０…サブマウント、３１…基板、３２…プリアンプ回路、３３ａ，３３ｂ…ガラス基板、３４…スペーサブロック、３５ａ，３６ａ…反射部材、３５ｂ，３６ｂ…波長フィルタ、３６ｃ…透明光学部材、３７，３７ａ〜３７ｃ…配線基板、３８，３８ａ，３８ｂ…配線ライン、３９…ワイヤ配線、４０…電子部品。
【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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