(57)【要約】【課題】クロック信号によるデータ再生に頼らずにジッタ発生を抑えることのできる光送信モジュールを提供する。【解決手段】  光送信モジュール１０は、データ信号入力端子１２、１４と、光変調器ドライバ２０と、イコライザ（周波数特性変更部）１６とを備えている。イコライザ１６は、データ信号入力端子１２、１４と光変調器ドライバ２０の間に設けられている。光変調器ドライバ２０は、データ信号入力端子１２、１４に電気的に接続され、特定の周波数域にリップルを示す。イコライザ１６は、特定の周波数域の信号が、光変調器ドライバ２０におけるリップルの周波数特性とは逆の特性に調節されるように、データ信号入力端子１２、１４からの信号の周波数特性を変更可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
データ信号入力端子と、
光変調器と、
前記データ信号入力端子からの信号に基づいて前記光変調器を駆動し、第１の周波数域にリップルを示す光変調器ドライバと、
前記データ信号入力端子と前記光変調器ドライバとの間に介在して、前記第１の周波数域の信号が前記光変調器ドライバにおける前記第１の周波数域の前記リップルの周波数特性とは逆の特性に調節されるように、前記データ信号入力端子からの信号に対して周波数特性の変更を行う周波数特性変更部と、
を備えることを特徴とする光送信モジュール。
【請求項２】
前記光変調ドライバが示す前記リップルは、前記第１の周波数域で周波数応答特性の値が増大するピーキング特性を含み、
前記周波数特性変更部は、入力される信号のうち前記第１の周波数域の信号の減衰を行う周波数特性を備えたバンドストップフィルタであり、
前記第１の周波数域の信号は、前記周波数特性変更部で前記減衰が行われて前記光変調器ドライバに入力されることを特徴とする請求項１に記載の光送信モジュール。
【請求項３】
前記周波数特性変更部が、コンデンサと抵抗とで構成されたノッチフィルタであることを特徴とする請求項１または２に記載の光送信モジュール。
【請求項４】
前記周波数特性変更部が、
誘電体基板と、
前記誘電体基板上に形成された金属膜のパターンと、
で構成されたノッチフィルタであることを特徴とする請求項１または２記載の光送信モジュール。
【請求項５】
前記周波数特性変更部における前記金属膜のパターンは、
前記データ信号入力端子と接続するマイクロストリップ線路のパターンと、
前記マイクロストリップ線路に接続するスタブのパターンと、
を含み、
前記周波数特性変更部は、前記マイクロストリップ線路のパターンと前記スタブのパターンとの間に設けられた抵抗膜のパターンを、さらに備えることを特徴とする請求項４に記載の光送信モジュール。
【請求項６】
データ信号入力手段と、
光変調器と、
前記データ信号入力手段からの信号に基づいて前記光変調器を駆動し、第１の周波数域にリップルを示す光変調器ドライバと、
前記第１の周波数域の信号が前記光変調器ドライバにおける前記第１の周波数域の前記リップルの周波数特性とは逆の特性に調節されるように、前記データ信号入力手段からの信号に対し周波数特性の変更が可能な周波数特性変更手段と、
を備えることを特徴とする光送信モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光送信モジュールに関し、特に、光通信において、電気的なデータ信号を所望の振幅まで増幅した後に光信号に変換する光送信モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、特開２０１０−１０９７６４号公報に開示されているように、クロック信号出力装置と接続し、このクロック信号によるデータ再生を行う光送信モジュールが知られている。図９は、特開２０１０−１０９７６４号公報に開示された光送信モジュールを示すブロック図である。図において、光送信モジュール１１０は、データ信号線１１１と、クロック信号線１１２と、光変調器ドライバ１０２と、光変調器１０３と、インピーダンス整合回路１１３と、を備えている。
【０００３】
データ信号線１１１は、光変調器ドライバ２０と、光送信モジュール１０外のプリント回路板１１４とを電気的に接続している。クロック信号線１１２は、光変調器ドライバ２０と、光送信モジュール１０外のクロック信号出力装置１１５とを電気的に接続している。なお、クロック信号出力装置１１５がプリント回路板１１４上に設けられていてもよい。上記の構成において、クロック信号出力装置からのクロック信号によるデータ再生が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１０９７６４号公報
【特許文献２】再公表特許２００８−０６５７８４号公報
【特許文献３】特開平８−０１９０８８号公報
【特許文献４】特開平１１−０４１３０１号公報
【特許文献５】特開２０１１−１１４４５８号公報
【特許文献６】特開平７−０８６８７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の技術にかかる光送信モジュール１１０は、ジッタの少ない良質のデジタル信号を得るために、光送信モジュール１１０内部でクロックに基づきデータを再生する必要がある。これにより、光変調器ドライバ１０２の回路規模が増大してしまう。これに付随して、光送信モジュール１１０のコスト、サイズ、消費電力が増加するという問題点もある。
【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、クロック信号によるデータ再生に頼らずにジッタ発生を抑えることのできる光送信モジュール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】
本発明にかかる光送信モジュールは、
データ信号入力端子と、
光変調器と、
前記データ信号入力端子からの信号に基づいて前記光変調器を駆動し、第１の周波数域にリップルを示す光変調器ドライバと、
前記データ信号入力端子と前記光変調器ドライバとの間に介在して、前記第１の周波数域の信号が前記光変調器ドライバにおける前記第１の周波数域の前記リップルの周波数特性とは逆の特性に調節されるように、前記データ信号入力端子からの信号に対して周波数特性の変更を行う周波数特性変更部と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明にかかる光送信モジュールによれば、クロック信号によるデータ再生に頼らずにジッタ発生を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態にかかる光送信モジュールの概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかるイコライザ（周波数特性変更部）の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態にかかる光変調器ドライバ単体の周波数応答特性を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態にかかるイコライザ単体の周波数応答特性を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態にかかる光送信モジュールの周波数応答特性を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態にかかる光送信モジュールの群遅延時間を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態にかかるイコライザ適用前の光出力波形を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態にかかるイコライザ適用後の光出力波形を示す図である。
【図９】従来の光送信モジュールの概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態にかかる光送信モジュール１０の概略構成を示すブロック図である。図１中で、実線の矢印は電気信号の伝達経路を示しており、破線は光信号の出力を表している。
【００１１】
光送信モジュール１０は、正側データ信号入力端子１２と、負側データ信号入力端子１４と、光変調器ドライバ２０と、イコライザ１６と、光変調器２２とを備えている。イコライザ１６は、データ信号入力端子１２、１４と光変調器ドライバ２０の間に設けられており、正側データ信号入力端子１２および負側データ信号入力端子１４は、イコライザ１６ａ及びイコライザ１６ｂを介して、光変調器ドライバ（レーザドライバ）２０と電気的に接続している。以下、イコライザ１６ａ及びイコライザ１６ｂをまとめてイコライザ１６とも称す。
【００１２】
光変調器ドライバ（レーザドライバ）２０は、光変調器２２と電気的に接続している。光変調器ドライバ２０は、データ信号入力端子１２、１４と電気的に接続されたＩｎＰヘテロバイポーラトランジスタを集積回路（ＩＣ）として集積したものである。光変調器２２は、光変調器ドライバ２０からの出力電気信号を受け、強度変調信号を重畳された光信号を出力する。
なお、パッケージ２４によって、データ信号入力端子１２、１４、イコライザ１６、光変調器ドライバ２０、および光変調器２２が気密封止されている。
【００１３】
図２は、実施の形態にかかるイコライザ１６の内部構成（つまり、イコライザ１６ａ及びイコライザ１６ｂのそれぞれの内部構成）を示した上面図である。図１で説明したように、イコライザ１６ａ及びイコライザ１６ｂは、データ信号入力端子１２、１４と光変調器ドライバ２０との間に挿入されている。図２に実線で示す矢印は、それぞれ、データ信号入力端子１２、１４からの電気信号の経路と光変調器ドライバ２０への電気信号の経路とを示している。
【００１４】
実施の形態にかかるイコライザ１６は、図２に示すように誘電体基板３０上に設けられた金属膜パターン３２、抵抗膜パターン３４および金属膜パターン３６によって構成されている。誘電体基板３０は、アルミナセラミック素材を焼き固めて作成した誘電体基板である。金属膜パターン３２は、誘電体基板３０上に蒸着により形成された第１金属膜パターンである。抵抗膜パターン３４は、同じく、誘電体基板３０上に蒸着により形成された抵抗値２０Ωの抵抗膜パターンである。金属膜パターン３６は、金属膜パターン３２と同時に形成された第２金属膜パターンである。これらのパターンが一体となって、実施の形態にかかるイコライザ１６を形成している。
【００１５】
第１金属膜パターン３２は、第１部分３２ａ、第２部分３２ｂ、第３部分３２ｃを備えている。第１部分３２ａは、誘電体基板３０の図２紙面左側の略中央位置から、誘電体基板３０の中央に向かって直線に伸びる部分である。第２部分３２ｂは、第１部分３２ａと接続し、誘電体基板３０を図２紙面下方に直線に延びる部分である。つまり、第１部分３２ａと第２部分３２ｂとの接続部分において、パターンが直角に折れ曲がっている。第３部分３２ｃは、第２部分３２と接続し、誘電体基板３０を紙面横方向に直線に伸びている。第２金属膜パターン３６は、第３部分３２ｃの略中央において、抵抗膜パターン３４を介して、第１金属膜パターン３２と接続している。
【００１６】
実施の形態にかかるイコライザ１６では、第１金属膜パターン３２を伝播するデータ信号の一部は、抵抗膜パターン３４を介して第２金属膜パターン３６に導波される。第２金属膜パターン３６はオープンスタブとなっており、そのスタブ長が１／４波長となるような周波数で共振により伝播損失を極大にすることができ、特定の周波数近傍で「ノッチフィルタ」として作用する。つまり、イコライザ１６の内部構成は、金属膜パターン等で構成されたノッチフィルタである。ノッチフィルタ (notch filter) とは、バンドストップフィルタ（または帯域除去フィルタ）の一種であり、阻止帯域が狭いバンドストップフィルタである。バンドストップフィルタとは、ほとんどの周波数はそのまま通すが、特定の帯域だけを非常に低いレベルに減衰させることができるフィルタ回路である。このようなフィルタ機能を有するイコライザ１６は、データ信号入力端子１２、１４からの電気信号の周波数特性を変更する周波数特性変更部として機能することができる。
【００１７】
以下、上記構成を備える光送信モジュール１０の動作を説明する。
【００１８】
正側データ信号入力端子１２及び負側データ信号入力端子１４には、図示されていないマルチプレクサといった高速ＩＣからの４０Ｇｂｐｓデータ信号が入力される。この信号は、正側データ信号入力端子１２及び負側データ信号入力端子１４に、差動ＣＭＬ（Current mode logic）信号として入力される。信号の振幅は、一般的には、差動５００ｍＶ程度である。
【００１９】
データ信号入力端子１２、１４には、ＳＭＰＭコネクタといった気密封止型の同軸コネクタが対になって用いられる。その理由は、データ信号入力端子で４０Ｇｂｐｓの高速なデータ信号が損なわれることのないようにするためである。
【００２０】
外部からのデータ信号は、データ信号入力端子１２、１４によってパッケージ２４の内部に導入される。導入されたデータ信号は、イコライザ１６ａ及び１６ｂ上に形成された第１金属膜パターン３２を伝播する。第１金属膜パターン３２を伝播するデータ信号は、光変調器ドライバ２０に入力される。第１金属膜パターン３２は、誘電体基板３０との間で特性インピーダンスが５０Ωのマイクロストリップ線路を形成している。第１金属膜パターン３２は、パッケージ内部に導入されたデータ信号を、低損失で光変調器ドライバ２０に入力することができる。光変調器２２は、電界吸収型変調器と半導体レーザとをモノリシックに集積したものである。光変調器ドライバ２０は、電気信号を２．５Ｖまで増幅することができる。光変調器ドライバ２０により増幅された電気信号は、光変調器２２に給電され、光信号に変換されて光送信モジュールから出力される。なお、図１では、光変調器２２の出力（つまり光送信モジュール１０の出力）が光伝送路（光ファイバ）２６に送信されている。
【００２１】
以上の動作において光信号の品質を決定するのは、光変調器ドライバ２０の増幅特性である。この点について以下説明する。図３は、本発明の実施の形態にかかる光変調器ドライバ２０単体の周波数応答特性を示す図である。具体的には、図３は、光変調器ドライバ２０の増幅度の周波数応答特性を示す図であり、光変調器ドライバ２０単体での特性を示している。図３は、横軸上に周波数を表し縦軸に周波数応答特性（ｄＢ）表した直交座標グラフである。４０Ｇｂｐｓの電気信号を増幅するには、ＩＣとして３０ＧＨｚ以上の周波数応答特性を持つ必要がある。このため、ＩＣ内部のインダクタンスやキャパシタンスは、多段のトランジスタを経ても十分な周波数応答特性が得られるように設計されている。
【００２２】
しかしながら、実際のＩＣは必ずしも最適な状態で動作するとは限らず、しばしば特定の周波数（具体的には、例えば３０ＧＨｚ周辺）で過度に応答特性を持ち上げたピーキング特性を示すことがある。図３は、このようなピーキング特性が生じている場合の一例を表した図であり、３０ＧＨｚ近傍の一部の周波数域で周波数応答特性の値（ｄＢ）が増大している。図３に示す周波数特性は、３０ＧＨｚにおいて約３ｄＢのピーキングを持っており、３０ＧＨｚ近傍の周波数域にリップル（紙面上向きの凸）が生じている。このような帯域内におけるピーキングはジッタの原因となり、このジッタがデジタル信号の符号誤りに劣化をもたらしてしまう。
【００２３】
そこで、実施の形態にかかる光送信モジュール１０においては、ＩＣ（光変調器ドライバ２０）の前段に配置したイコライザ１６を用いて、ＩＣ（光変調器ドライバ２０）の内部回路に起因して生ずる上記のリップルを平坦化（イコライズ）することとした。すなわち、実施の形態にかかるイコライザ１６においては、前述したように、第２金属膜パターン３６はオープンスタブとなっており、そのスタブ長が１／４波長となるような周波数で共振により伝播損失を極大にすることができる。これにより、イコライザ１６は、特定の周波数近傍で「ノッチフィルタ」として作用する。さらに、実施の形態にかかる光送信モジュール１０では、イコライザ１６に抵抗膜パターン３４が設けられている。この抵抗膜パターン３４により、フィルタの効き具合を所望の程度に調節することができる。このようにして、実施の形態では、第２金属膜パターン３６がノッチフィルタとして作用する場合におけるフィルタの効き具合は、抵抗膜パターン３４の抵抗値によって最適な値に作りこまれている。
【００２４】
図４は、本発明の実施の形態にかかるイコライザ１６単体の周波数応答特性を示したものである。より具体的には、図４は、第２金属膜パターン３６をスタブ長１ｍｍとし、抵抗膜パターン３４を抵抗２０Ω程度にした場合におけるイコライザ１６単体の周波数応答特性を示したものである。図４も、図３と同様に、横軸上に周波数を表し縦軸に周波数応答特性（ｄＢ）表した直交座標グラフである。図４によれば、３０ＧＨｚ近傍にディップ（紙面下向きの凸）を持つノッチフィルタ特性を示していることがわかる。
【００２５】
図５は、本発明の実施の形態にかかる光送信モジュール１０の周波数応答特性を示す図である。図５は、平坦な周波数応答特性を有する光送信モジュール１０が得られていることがわかる。上記のイコライザ１６と図３に示した周波数応答特性の光変調器ドライバ２０とを組み合わせることにより、周波数応答特性を図５のように平坦化することができる。
【００２６】
デジタル通信においては、時間領域の揺らぎであるジッタが、信号品質を決める重要な要素である。ジッタは、周波数領域における解析においては、群遅延偏差として評価される。図６に群遅延偏差の周波数依存性を示す。３０ＧＨｚ近傍で１８ｐｓ程度発生していた群遅延偏差が、イコライザ１６の挿入により、概ね１ｐｓ以下のレベルまで平坦化されていることがわかる。このようなイコライザ１６による群遅延時間の補償効果は、時間領域の評価でもジッタの低減という形で確認することができる。
【００２７】
図７はイコライザ１６の挿入前のアイパターン計算結果である。２．３ｐｓｐ−ｐのジッタが発生していることがわかる。図８はイコライザ１６の挿入後のアイパターン計算結果である。ｐ−ｐジッタがイコライザの挿入により２．３ｐｓから０．２ｐｓまで抑制されていることがわかる。
【００２８】
以上説明したように、実施の形態にかかる光送信モジュール１０によれば、データ信号入力端子１２、１４と光変調器ドライバ２０との間に、光変調器ドライバ２０のリップルとは逆の特性を持つイコライザ１６が挿入される。つまり、イコライザ１６はリップルと対応するディップを持つ周波数特性を有しており、このイコライザ１６が光送信モジュール１０内で周波数特性変更部として働き、データ信号入力端子１２、１４からの電気信号の周波数特性を変更することができる。このような構成によれば、クロック信号によるデータ再生に頼らずに、ジッタ発生を抑えることができる。
【００２９】
すなわち、光変調器ドライバ２０単体では図３に示すように３０ＧＨｚにおいて約３ｄＢのピーキングを持っている一方で、これに対して、イコライザ１６は図4に示すように３０ＧＨｚ近傍にディップを持つノッチフィルタ特性を有するものである。このような特性を持つイコライザ１６が挿入されることで、データ信号入力端子１２、１４からの信号の周波数特性を、３０ＧＨｚ周波数域に対応する周波数域の信号が光変調器ドライバ２０における３０ＧＨｚのピーキング（リップル）の周波数特性と逆の特性に調節される。
なお、「逆の特性」とは、図３と図４に示すように一方の周波数特性の値（周波数応答特性値（ｄＢ））に対して反対の変化を有するような特性を意味し、「逆の特性に調節」とは、そのような逆の特性の関係が成立するように、電気信号の周波数特性を調節（変更）することである。
上記実施形態では、これを実現するため、イコライザ１６の周波数応答特性が、光変調器ドライバ２０におけるリップルとは逆の特性（３０ＧＨｚ付近のディップ）を有している。このようなイコライザ１６と、図３に示した周波数応答特性の光変調器ドライバ２０とが組み合わせされることで、周波数応答特性を図５のように平坦化することができる。その結果、光変調器ドライバ２０からの出力電気信号の群遅延特性を平坦化し、ジッタを削減する効果を奏する。
【００３０】
さらに、実施の形態にかかる光送信モジュール１０によれば、誘電体基板３０上に形成された抵抗膜及び金属膜のパターン（第１金属膜パターン３２、抵抗膜パターン３４、および第２金属膜パターン３６）によって、イコライザ１６が形成されている。パターンの形成精度が、イコライザ１６の周波数応答特性を決定する。金属膜、抵抗膜についての既に公知の各種パターニング技術により十分に高い精度でのパターニングを行うことにより、光送信モジュール１０のジッタ特性の製造個体間ばらつきを十分に小さくすることができる。
【００３１】
なお、実施の形態にかかる光送信モジュール１０として抵抗膜パターン３４（抵抗値２０Ωの抵抗膜パターン）を有するものを示したが、本発明はこれに限られるものではない。抵抗膜パターン３４を省略した単純なスタブの構成（金属膜パターン３２および金属膜パターン３６のみの構成）でもよく、その場合でもイコライザ１６によるジッタ低減の効果を奏する。
【００３２】
なお、実施の形態にかかる光送信モジュール１０では、第２金属膜パターン３６をスタブ長１ｍｍとし、抵抗膜パターン３４を抵抗２０Ω程度にすることにより、イコライザ１６単体の周波数応答特性を、図４のごとく３０ＧＨｚ近傍にディップを持つノッチフィルタ特性としている。このようなイコライザ１６と図３に示した周波数応答特性の光変調器ドライバ２０とを組み合わせることで、図５のごとく、リップルの凸が十分に平坦化された良好な周波数応答特性を実現できる。
しかしながら、上記実施の形態は本発明の好ましい形態の１つであり、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。実際の製品の仕様に応じた所望の平坦化を実現する観点から、光変調器ドライバ２０においてリップルが表れる周波数域の信号が、リップルの周波数特性とは逆の特性（リップルに応じてディップを有する特性）に調節されるように、イコライザ１６のフィルタリング周波数域を決定すればよい。実際の製品において周波数応答特性がどの程度平坦される必要があるかを考慮したうえで、イコライザ１６として、リップルの表れる周波数域の信号を所望の平坦化効果が得られる程度に減衰する特性を備えたバンドストップフィルタ、ノッチフィルタを用いればよい。
【００３３】
なお、イコライザ１６の内部構成を、コンデンサと抵抗とで構成されたノッチフィルタとしてもよい。温度依存性や経時変化が少ないコンデンサ及び抵抗をイコライザ１６の回路構成要素として用いることにより、耐環境性能や長期信頼性に優れた光送受信モジュールを得ることができる。
【００３４】
なお、本明細書の先行技術文献の一つとして記載した再公表特許２００８−０６５７８４号公報には、入力部、電気イコライザ回路および光変調器ドライバ回路が接続された回路構成が記載されている（当該公報の図８および段落００８２参照）。しかしながら、当該公報の段落００８７乃至００８９にあるように、この公報には、光変調器ドライバ回路は電気イコライザ回路の出力信号をもとに光変調器を制御する等の記載があるにすぎない。上記説明した本願発明にかかる、光変調器ドライバの周波数特性をデータ信号入力端子と光変調器ドライバとの間に設けたイコライザにより補償するという技術は、先行技術文献には記載も示唆もされていない。
【符号の説明】
【００３５】
１０  光送信モジュール
１２  データ信号入力端子
１６  イコライザ
２０  光変調器ドライバ
２２  光変調器
２４  パッケージ
３０  誘電体基板
３２  金属膜パターン
３４  抵抗膜パターン
３６  金属膜パターン
１１０  光送信モジュール
１１１  データ信号線
１１２  クロック信号線
１１３  インピーダンス整合回路
１１４  プリント回路板
１１５  クロック信号出力装置
【図１】
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【図２】
2013066033.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2013066033.tif 000007
【図６】
2013066033.tif 000008
【図７】
2013066033.tif 000009
【図８】
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【図９】
2013066033.tif 000011