(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電界吸収型の半導体光変調器素子と、入力された変調信号である電気信号を前記半導体光変調器素子に給電する伝送路基板と、前記電気信号の給電に伴うインピーダンス整合を行う終端抵抗基板と、連続入力された被変調信号である光信号を前記半導体光変調器素子に光結合入力する入力側結合光学系と、前記半導体光変調器素子によって変調された光変調信号を光結合出力する出力側結合光学系と、を有した光モジュールにおいて、
前記半導体光変調器素子に差動信号を印加するための伝送線路が第１の結合線路であり、かつ、該第１の結合線路の奇モードに対する特性インピーダンスが該半導体光変調器素子の内部インピーダンスに等しくなるように構成したことを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
前記半導体光変調器素子を構成する一方および他方の端子がそれぞれ接続される電極を同一基板上に形成したことを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
【請求項３】
前記第１の結合線路を成す一対の伝送線路を、同一の前記伝送路基板上に形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の光モジュール。
【請求項４】
前記第１の結合線路が、高周波特性を有する結合線路であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の光モジュール。
【請求項５】
前記終端抵抗基板上には、前記半導体光変調器素子の一方および他方の端子に電気的に接続される一対の伝送線路が設けられ、該一対の伝送線路間には第１の抵抗体が接続されていることを特徴とする請求項４に記載の光モジュール。
【請求項６】
前記差動信号を生成出力する駆動回路を当該光モジュール内に内蔵したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の光モジュール。
【請求項７】
前記伝送線路基板上に、前記第１の結合線路にＤＣバイアスを供給するＤＣバイアス回路を設けたことを特徴とする請求項６に記載の光モジュール。
【請求項８】
前記駆動回路内に、前記ＤＣバイアス回路を設けたことを特徴とする請求項７に記載の光モジュール。
【請求項９】
前記終端抵抗基板上に設けられる前記一対の伝送線路が第２の結合線路を成すとともに、
前記終端抵抗基板上には、前記第１の抵抗体に接続されるグランドパッドと、該グランドパッドと該抵抗基板のグランド端との間に接続される第２の抵抗体と、が設けられ、
前記第１の抵抗体の抵抗値が、前記第２の結合線路の奇モードの特性インピーダンスに対してインピーダンス整合がとれるように設定されているとともに、前記第２の抵抗体の抵抗値が、前記第２の結合線路の偶モードの特性インピーダンスに対してインピーダンス整合がとれるように設定されていることを特徴とする請求項６〜８のいずれか一つに記載の光モジュール。
【請求項１０】
前記半導体光変調器素子は、前記伝送線路基板上および前記終端抵抗基板上にフリップチップ実装されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の光モジュール。
【請求項１１】
前記半導体光変調器素子は、
一方の端子が前記第１の結合線路の一方側に電気的に接続されるとともに、他方の端子が前記第２の結合線路の一方側に電気的に接続される第１の半導体光変調器素子と、
一方の端子が前記第１の結合線路の他方側に電気的に接続されるとともに、他方の端子が前記第２の結合線路の他方側に電気的に接続される第２の半導体光変調器素子と、
からなることを特徴とする請求項９または１０に記載の光モジュール。
【請求項１２】
前記伝送線路基板上に、前記差動信号を同相信号に変換する変換回路を設けたことを特徴とする請求項１１に記載の光モジュール。
【請求項１３】
前記第１または第２の半導体光変調器素子が、被変調光であるレーザ光を発振出力する半導体レーザ素子であることを特徴とする請求項１１または１２のいずれか一つに記載の光モジュール。
【請求項１４】
前記第１、第２の半導体光変調器素子を同一基板上に集積化したことを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか一つに記載の光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電界吸収型の半導体光変調器素子を用い、連続光を高周波電気信号によって変調出力することができる光モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、光通信システムでは、電界吸収型の半導体光変調器素子を用いて光信号を電気信号によって変調出力する光モジュールを用いる場合がある。図１５は、従来の光モジュールの構成を示す図である。図１５において、この光モジュール７は、電界吸収型の半導体光変調器素子１と、変調信号である高周波の電気信号を半導体光変調器素子１に給電する伝送線路基板２と、インピーダンス整合を行う抵抗体３ａとスルーホール３ｂとこれらを接続する伝送線路とを有する終端抵抗基板３と、被変調信号である連続光を半導体光変調器素子１に伝搬する入力用結合光学系４ａと、半導体光変調器素子１から出力される変調光を伝搬して外部に出力する出力用結合光学系４ｂとを有し、ワイヤ５が、伝送線路基板２と半導体光変調器素子１上の入力電極６との間および入力電極６と終端抵抗基板３との間をそれぞれ接続している。
【０００３】
終端抵抗基板３の裏面は、接地電極となっており、スルーホール３ｂを介して抵抗体３ａが、この接地電極と電気的に接続される。また、半導体光変調器素子１の裏面も接地電極となっている。このため、半導体光変調器素子１と抵抗体３ａとは電気的に並列に接続されることになり、半導体光変調器素子１は、ハイインピーダンスとなり、抵抗体３ａの抵抗値が、光モジュール７の内部インピーダンスとなる。また、伝送線路基板２には、上述した高周波電気信号を伝送する伝送線路２ａが形成されている。
【０００４】
ここで、電界吸収型の半導体光変調器素子１に、入力用結合光学系４ａを介して連続レーザ光が効率良く入射される。この状態で、半導体光変調器素子１には、伝送線路基板２を介して変調信号である高周波の電気信号が印加され、この印加される電圧に応じて連続レーザ光の吸収量が変化することによって、半導体光変調器素子１の出射端面から出射されたレーザ光には、この電気信号の信号電圧に対応した強度変調が施され、出力用結合光学系４ｂに効率良く結合され、光変調信号として外部に出力される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の光モジュールでは、通常、位相のみが１８０度異なる差動出力の駆動回路によって駆動されるが、正相もしくは逆相のいずれか一方の駆動回路の出力信号のみによって駆動され、他方の駆動回路の出力信号は用いられていないのが現状であり、差動出力が有効利用されていないという問題点があった。
【０００６】
一方、電界吸収型の半導体光変調器素子１におけるレーザ光の吸収量は、伝送線路基板２を介して印加される電圧に応じて変化することから、光モジュール７の駆動回路の駆動能力が不十分である場合、すなわち駆動回路の出力電圧振幅が小さい場合には、レーザ光が十分に吸収されず、光モジュール７から出力される光信号の消光比が小さくなり、結果として良好な変調光波形が得られず、この光モジュール７を光通信システムにおける光送信器として用いた場合、通信品質が劣化するという問題点があった。
【０００７】
この発明は上記に鑑みてなされたもので、光モジュールに入力される変調信号である電気信号の駆動能力が不十分である場合であっても、消光比が大きく、良好な変調光波形を形成でき、通信品質の劣化を防ぐことができる光モジュールを得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明にかかる光モジュールは、電界吸収型の半導体光変調器素子と、入力された変調信号である電気信号を前記半導体光変調器素子に給電する伝送路基板と、前記電気信号の給電に伴うインピーダンス整合を行う終端抵抗基板と、連続入力された被変調信号である光信号を前記半導体光変調器素子に光結合入力する入力側結合光学系と、前記半導体光変調器素子によって変調された光変調信号を光結合出力する出力側結合光学系と、を有した光モジュールにおいて、前記半導体光変調器素子に差動信号を印加するための伝送線路が第１の結合線路であり、かつ、該第１の結合線路の奇モードに対する特性インピーダンスが該半導体光変調器素子の内部インピーダンスに等しくなるように構成したことを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、半導体光変調器素子に差動信号を印加するための伝送線路が第１の結合線路であり、この第１の結合線路に供給された差動信号が半導体光変調器素子に印加され、この差動信号の信号振幅によって被変調信号である光信号が変調される。また、第１の結合線路の奇モードに対する特性インピーダンスが半導体光変調器素子の内部インピーダンスに等しくなるように構成しているので、差動駆動時のインピーダンス不整合が解消される。
【００１０】
つぎの発明にかかる光モジュールは、上記の発明において、前記半導体光変調器素子を構成する一方および他方の端子がそれぞれ接続される電極を同一基板上に形成したことを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、半導体光変調器素子を構成する一方および他方の端子がそれぞれ接続される電極を同一基板上に形成し、各電極に接続されるワイヤなどの接続を容易にしている。
【００１２】
つぎの発明にかかる光モジュールは、上記の発明において、前記第１の結合線路を成す一対の伝送線路を、同一の前記伝送路基板上に形成したことを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、第１の結合線路を成す一対の伝送線路を、同一の前記伝送路基板上に形成し、部品数や組立工程数を削減するようにしている。
【００１４】
つぎの発明にかかる光モジュールは、上記の発明において、前記第１の結合線路が、高周波特性を有する結合線路であることを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、第１の結合線路を高周波特性を有する結合線路とし、外的雑音のようなコモンノイズに対して高耐性をもたせるようにしている。
【００１６】
つぎの発明にかかる光モジュールは、上記の発明において、前記半導体光変調器素子に対して逆相の差動信号が印加される奇モードに対して、前記２本の伝送線路の特性インピーダンスが当該光モジュールの内部インピーダンスに等しくなるように構成したことを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、前記半導体光変調器素子に対して逆相の差動信号が印加される奇モードに対して、前記２本の伝送線路の特性インピーダンスが当該光モジュールの内部インピーダンスに等しくなるように構成し、差動駆動時のインピーダンス不整合をなくすようにしている。
【００１８】
つぎの発明にかかる光モジュールは、上記の発明において、前記終端抵抗基板上には、前記半導体光変調器素子の一方および他方の端子に電気的に接続される一対の伝送線路が設けられ、該一対の伝送線路間には第１の抵抗体が接続されていることを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、終端抵抗基板上には、半導体光変調器素子の一方および他方の端子に電気的に接続される一対の伝送線路が設けられ、この一対の伝送線路間には第１の抵抗体が接続されることで、伝送線路のインダクタンス成分やキャパシタンス成分の悪影響を受けないようにしている。
【００２０】
つぎの発明にかかる光モジュールは、上記の発明において、前記差動信号を生成出力する駆動回路を当該光モジュール内に内蔵したことを特徴とする。
【００２１】
この発明によれば、前記差動信号を生成出力する駆動回路を当該光モジュール内に内蔵し、光モジュールの部品点数を削減するようにしている。
【００２２】
つぎの発明にかかる光モジュールは、上記の発明において、前記伝送線路基板上に、前記第１の結合線路にＤＣバイアスを供給するＤＣバイアス回路を設けたことを特徴とする。
【００２３】
この発明によれば、伝送線路基板上に、第１の結合線路にＤＣバイアスを供給するＤＣバイアス回路を設け、電界吸収型の半導体光変調器素子の消光特性の最適点で動作するようにしている。
【００２４】
つぎの発明にかかる光モジュールは、上記の発明において、前記駆動回路内に前記ＤＣバイアス回路を設けたことを特徴とする。
【００２５】
この発明によれば、前記駆動回路内に前記ＤＣバイアス回路を設け、部品数や組立工程数を削減するようにしている。
【００２６】
つぎの発明にかかる光モジュールは、上記の発明において、前記終端抵抗基板上に設けられる前記一対の伝送線路が第２の結合線路を成すとともに、前記終端抵抗基板上には、前記第１の抵抗体に接続されるグランドパッドと、該グランドパッドと該抵抗基板のグランド端との間に接続される第２の抵抗体と、が設けられ、前記第１の抵抗体の抵抗値が、前記第２の結合線路の奇モードの特性インピーダンスに対してインピーダンス整合がとれるように設定されているとともに、前記第２の抵抗体の抵抗値が、前記第２の結合線路の偶モードの特性インピーダンスに対してインピーダンス整合がとれるように設定されていることを特徴とする。
【００２７】
この発明によれば、終端抵抗基板上に設けられる一対の伝送線路が第２の結合線路を成すとともに、終端抵抗基板上には、第１の抵抗体に接続されるグランドパッドと、該グランドパッドと該抵抗基板のグランド端との間に接続される第２の抵抗体と、が設けられ、第１の抵抗体の抵抗値を第２の結合線路の奇モードの特性インピーダンスに対してインピーダンス整合がとれるように設定し、第２の抵抗体の抵抗値を第２の結合線路の偶モードの特性インピーダンスに対してインピーダンス整合がとれるように設定することで、逆相および同相のどちらの差動信号に対してもインピーダンス不整合がないようにしている。
【００２８】
つぎの発明にかかる光モジュールは、上記の発明において、前記半導体光変調器素子は、前記伝送線路基板上および終端抵抗基板上にフリップチップ実装されることを特徴とする。
【００２９】
この発明によれば、金や半田などのバンプによって、半導体光変調器素子を、前記伝送線路基板上および終端抵抗基板上にフリップチップ実装するようにし、インピーダンスの不整合がなくすようにしている。
【００３０】
つぎの発明にかかる光モジュールは、上記の発明において、前記半導体光変調器素子は、一方の端子が前記第１の結合線路の一方側に電気的に接続されるとともに、他方の端子が前記第２の結合線路の一方側に電気的に接続される第１の半導体光変調器素子と、一方の端子が前記第１の結合線路の他方側に電気的に接続されるとともに、他方の端子が前記第２の結合線路の他方側に電気的に接続される第２の半導体光変調器素子と、からなることを特徴とする。
【００３１】
この発明によれば、一方の端子が第１の結合線路の一方側に電気的に接続されるとともに、他方の端子が第２の結合線路の一方側に電気的に接続される第１の半導体光変調器素子と、一方の端子が第１の結合線路の他方側に電気的に接続されるとともに、他方の端子が第２の結合線路の他方側に電気的に接続される第２の半導体光変調器素子とを具備し、これらの各半導体光変調器素子の最適消光特性に合致した印加電圧を印加することによって、最終的に得られる光変調波形の消光比を大きくすることができるようにしている。
【００３２】
つぎの発明にかかる光モジュールは、上記の発明において、前記伝送線路基板上に、前記差動信号を同相信号に変換する変換回路を設けたことを特徴とする。
【００３３】
この発明によれば、伝送線路基板上に設けられた変換回路が、差動信号を同相信号に変換し、半導体光変調器素子と伝送線路基板との間を接続するワイヤなどの各ワイヤ長がほぼ同じ長さになるようにしている。
【００３４】
つぎの発明にかかる光モジュールは、上記の発明において、前記第１または第２の半導体光変調器素子が、被変調光であるレーザ光を発振出力する半導体レーザ素子であることを特徴とする。
【００３５】
この発明によれば、被変調光であるレーザ光を発振出力する半導体レーザ素子と半導体光変調器素子とを集積化するようにしている。
【００３６】
つぎの発明にかかる光モジュールは、上記の発明において、前記第１、第２の半導体光変調器素子を同一基板上に集積化したことを特徴とする。
【００３７】
この発明によれば、複数の半導体光変調器素子をモノリシックに集積化し、結合光学系の部品数や組立工程数を削減するとともに、入射されるレーザ光をほぼ無損失で伝搬できるようにしている。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる光モジュールの好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００３９】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１である光モジュールの構成を示す図である。図１において、この光モジュール７は、量子閉じ込めシュタルク効果およびフランツケルディッシュ効果を有する電界吸収型の半導体光変調器素子１と、変調信号である高周波の電気信号を半導体光変調器素子１に給電する伝送線路基板２と、インピーダンス整合を行う抵抗体３ａとこの抵抗体３ａを接続する伝送線路１３ａ，１３ｂとを有する終端抵抗基板３と、被変調信号である連続光を半導体光変調器素子１に伝搬する入力用結合光学系４ａと、半導体光変調器素子１から出力される変調光を伝搬して外部に出力する出力用結合光学系４ｂとを有し、ワイヤ５が、伝送線路基板２の伝送線路２ａと半導体光変調器素子１上の電極６ａとの間、伝送線路２ｂと半導体光変調器素子１上の電極６ｂとの間、電極６ａと終端抵抗基板３の伝送線路１３ａとの間および電極６ｂと伝送線路１３ｂとの間を接続している。
【００４０】
ここで、半導体光変調器素子１には、カソード側電極あるいはアノード側電極となる電極６ａ，６ｂとが同一面上に形成され、半導体光変調器素子１の裏面は、接地電極を形成していない。また、伝送線路基板２には、振幅が等しく、位相のみが１８０度異なる差動信号を各々伝達する伝送線路２ａ，２ｂが形成される。このシールドされていない２本の伝送線路２ａ，２ｂが近接しているとき、各伝送線路２ａ，２ｂの電磁界の相互作用によって伝送線路２ａ，２ｂ間の電力結合が可能となり、高周波回路における結合線路を形成する。
【００４１】
また、この結合線路には、伝送線路２ａ，２ｂの導体内の電流が等しく、方向が同じである場合、すなわち偶モードの場合と、伝送線路２ａ，２ｂの導体内の電流が等しく、方向が反対である場合、すなわち奇モードの場合との２種類の特別な励振モードが存在する。この実施の形態１では、振幅が等しく、位相のみが１８０度異なる差動信号によって光モジュール７を駆動するため、奇モードに対する特性インピーダンスが、光モジュール７の内部インピーダンスと等しくなるように、伝送線路２ａ，２ｂが形成される。さらに、終端抵抗基板３上の抵抗体３ａは、伝送線路基板２上に形成されている伝送線路２ａ，２ｂと同様に終端抵抗基板３上の伝送線路１３ａ，１３ｂ間に直結されている。
【００４２】
図１において、電界吸収型の半導体光変調器素子１には、入力用結合光学系４ａから連続レーザ光が効率良く入射される。また、半導体光変調器素子１では、伝送線路基板２を介して印加されるアノード側電圧およびカソード側電圧に応じて、入射されたレーザ光の吸収量を変化させるため、伝送線路基板２上の伝送線路２ａ，２ｂに差動の変調信号の信号電圧を印加すると、半導体光変調器素子１の出射端面から出射されるレーザ光には、信号電圧に対応した強度変調が施されることになり、強度変調された変調光は、出力用結合光学系４ｂに効率良く結合される。
【００４３】
この光モジュール７は、振幅が等しく、位相のみが１８０度異なる差動出力信号によって駆動できるようにしているため、電界吸収型の半導体光変調器素子１に印加する電圧を大きくすることができる。この差動出力信号によって駆動できるように構成することによって、電界吸収型の半導体光変調器素子１に印加する電圧を大きくすることができることを次に説明する。
【００４４】
図２は、光モジュール７を駆動する差動信号の電圧波形と、電界吸収型の半導体光変調器素子１に印加される電圧波形との関係を示した波形図である。また、図３は、電界吸収型の半導体光変調器素子１に印加する電圧と半導体光変調器素子１における光の吸収量との関係、すなわち消光特性の一例を示した図である。図２（ａ）において、伝送線路２ａに印加される信号電圧と伝送線路２ｂに印加される信号電圧とはそれぞれ逆相となる差動信号を形成する。ここで、差動信号は、伝送線路２ａ，２ｂにおいて流れる電流の方向が逆であるため、半導体光変調器素子１においては、図２（ｂ）に示すように、入力される一方の差動信号の振幅の２倍の振幅をもつ電圧が印加される。
【００４５】
この結果、図３に示すように、電界吸収型の半導体光変調器素子１におけるレーザ光の吸収量も大きくなる。従って、光モジュール７から出力される変調光の消光比が大きくなり、良好な変調光波形が得られる。特に、この光モジュール７を、光通信システムにおける光送信器として用いた場合、通信品質に優れた変調光を出力することができる。
【００４６】
また、電界吸収型の半導体光変調器素子１の電極６ａ，６ｂは、図１に示すように、半導体光変調器素子１上の同一面上に形成されているため、それぞれ異なる面上に形成されている場合と比較して、ワイヤ５による接続が容易であり、実装性に優れ、安価、かつ高消光比をもつ良好な変調光波形を得ることができる光モジュールが実現される。
【００４７】
さらに、差動信号を各々伝達する伝送線路２ａ，２ｂとが同一の伝送線路基板２上に形成されているため、部品数や組立工程数を削減することが可能であり、実装性に優れ、安価、かつ高消光比で良好な変調光波形を得ることができる光モジュールが実現される。
【００４８】
また、差動信号を各々伝達する伝送線路２ａ，２ｂとが同一の伝送線路基板２上に、結合線路として形成されているため、外的雑音のようなコモンノイズに対して高耐性をもち、雑音耐性や高周波特性に優れ、かつ高消光比で良好な変調光波形を得ることができる光モジュールが実現される。
【００４９】
さらに、差動信号を各々伝達する伝送線路２ａ，２ｂとが同一の伝送線路基板２上に、結合線路として形成され、かつ奇モードに対する特性インピーダンスが光モジュール７の内部インピーダンスに等しくなるように伝送線路２ａ，２ｂが形成されているため、差動駆動時のインピーダンス不整合がなく、高周波特性に優れ、かつ高消光比をもつ良好な変調光波形を得ることができる光モジュールが実現される。
【００５０】
また、終端抵抗基板３上の抵抗体３ａは、伝送線路基板２上に形成されている伝送線路２ａ，２ｂと同じようにして形成された終端抵抗基板３上の伝送線路１３ａ，１３ｂ間に直結されているため、伝送線路等を中継して接続されている場合と比較して、伝送線路のインダクタンス成分やキャパシタンス成分の悪影響を受けることなく、高周波特性に優れ、かつ高消光比をもつ良好な変調光波形を得ることができる光モジュールが実現される。
【００５１】
実施の形態２．
つぎに、この発明の実施の形態２について説明する。図４は、この発明の実施の形態２である光モジュールの構成を示す図である。図４において、光モジュール７は、差動信号を出力する差動信号駆動回路８を内蔵している。その他の構成は、図１に示した実施の形態１である光モジュールと同じであり、同一構成部分には同一符号を付している。
【００５２】
光モジュール７内に差動信号駆動回路８を内蔵した場合、差動信号駆動回路８と電界吸収型の半導体光変調器素子１との間の電気長を短くすることができる。差動信号駆動回路８の反射係数であるＳ２２特性および電界吸収型の半導体光変調器素子１の反射係数であるＳ１１特性が不十分である場合、伝送線路基板２を介して差動信号駆動回路８と電界吸収型半導体光変調器素子１との間で高周波電気信号が多重反射し、高周波特性が劣化する恐れがある。しかしながら、上述したように光モジュール７内に差動信号駆動回路８を内蔵して電気長を短くした場合、所望の周波数帯域よりも高周波側に、上述した多重反射の影響を追いやることが可能である。
【００５３】
したがって、この実施の形態２では、高周波特性に優れ、かつ高消光比が良好な変調光波形をもつ変調光を出力することができる光モジュールを実現できるとともに、この光モジュールを光通信システムにおける光送信器内の一部品として用いる場合、光送信器の部品点数を削減することができ、小型で安価、かつ高消光比で良好な変調光波形を出力する光送信器を得ることができる。
【００５４】
実施の形態３．
つぎに、この発明の実施の形態３について説明する。図５は、この発明の実施の形態３である光モジュールの構成を示す図である。図５において、この光モジュール７は、差動信号を伝送する伝送線路基板２上に、ＤＣバイアス回路９を備えている。その他の構成は、図４に示した実施の形態２である光モジュール７の構成と同じであり、同一構成部分には同一符号を付している。
【００５５】
伝送線路基板２上に、ＤＣバイアス回路９を備えている場合、電界吸収型の半導体光変調器素子１に印加する電圧波形のバイアスを調整することができる。図６は、伝送線路基板２上の伝送線路２ａに、差動信号の振幅と等しいバイアス電圧を印加した場合における差動信号のＤＣバイアス印加前後の電圧波形（図６（ａ），（ｂ））と、電界吸収型の半導体光変調器素子１に印加される電圧波形（図６（ｃ））との関係を示した図である。
【００５６】
図６では、伝送線路２ａ上に、−２ＶのＤＣバイアスを印加している。この結果、半導体光変調器素子１に印加される電圧は、−４Ｖ〜０Ｖの範囲となる。これに対し、実施の形態１で示した半導体光変調器素子１に印加される電圧は、−２Ｖ〜＋２Ｖの範囲である。このように、伝送線路２ａあるいは伝送線路２ｂにＤＣバイアス回路９を設け、ＤＣバイアスを印加することによって半導体光変調器素子１に印加される電圧位置を変化させることができる。
【００５７】
ここで、電界吸収型の半導体光変調器素子１の消光特性は、図３に示したように、印加電圧に対して非線形であり、良好な変調光波形や伝送特性を得るための最適点が存在するため、差動信号を伝送する伝送線路基板２上にＤＣバイアス回路９を備えることによって、伝送特性に優れ、また汎用性があり、かつ高消光比が良好な変調光波形を出力することができる光モジュールを得ることができる。
【００５８】
実施の形態４．
つぎに、この発明の実施の形態４について説明する。図７は、この発明の実施の形態４である光モジュールの構成を示す図である。図７において、この光モジュールは、差動信号駆動回路８内にＤＣバイアス回路９を備えている。その他の構成は、実施の形態３と同じであり、同一構成部分には同一符号を付している。
【００５９】
通常、差動信号駆動回路８は集積回路で構成され、ＤＣバイアス回路９も集積回路で構成することができる。ＤＣバイアス回路９が差動信号駆動回路８内に内蔵された一つの集積回路素子として構成される場合、光モジュール７の部品数や組立工程数を削減することができ、実装性に優れ、小型で安価、かつ高消光比をもつ良好な変調光波形を出力することができる光モジュールを得ることができる。
【００６０】
実施の形態５．つぎに、この発明の実施の形態５について説明する。図８は、この発明の実施の形態５である光モジュールの構成を示す図である。図８において、この光モジュールでは、終端抵抗基板３の抵抗値が、結合線路における奇モードのインピーダンスおよび偶モードのインピーダンスに対してそれぞれ整合がとれるように抵抗体３ａおよび抵抗体３ａに接するグランドパッド３ｃを備えている。その他の構成は、図１に示した実施の形態１と同じであり、同一構成部分には同一符号を付している。なお、図８に示したグランドパッド３ｃは、スルーホールによって終端抵抗基板３裏面と接地させているが、このグランドパッド３ｃの接地はこのスルーホールを用いた例に限定されるものではない。また、接地させる手段はこれに限定されるものではない。
【００６１】
通常、逆相の差動信号によって光モジュール７を駆動する場合、結合線路としては奇モードの特性インピーダンスが、光モジュール７の内部インピーダンスと等しくなるように設計される。しかし、同相の差動信号をも伝送する場合には、偶モードの特性インピーダンスについても、光モジュール７の内部インピーダンスと等しくなるように整合をとる必要がある。
【００６２】
一般に、結合線路における奇モードの終端抵抗は、伝送線路間に配し、偶モードの終端抵抗は、各々の伝送線路と接地グランドとの間に配する。図８に示すように、抵抗体３ａに接するグランドパッド３ｃを有する場合、抵抗体３ａとグランドパッド３ｃとが接している長さによって、偶モードの終端抵抗値が決まる。また、奇モードの終端抵抗値は、グランドパッド３ｃの存在によって若干影響を受けるものの、伝送線路間の抵抗値によってほぼ決まる。
【００６３】
したがって、終端抵抗基板３上において、抵抗体３ａに接するグランドパッド３ｃが形成されている場合、奇モードのインピーダンスおよび偶モードのインピーダンスに対してそれぞれ整合がとれるように構成することができる。
【００６４】
この結果、この光モジュールでは、逆相および同相のどちらの差動信号に対してもインピーダンス不整合がなく、高周波特性に優れ、かつ高消光比を有する良好な変調光波形を出力することができる光モジュールを得ることができる。
【００６５】
実施の形態６．
つぎに、この発明の実施の形態６について説明する。図９は、この発明の実施の形態６である光モジュールの構成を示す図である。また、図１０は、図９に示した光モジュールの要部断面図である。図９および図１０において、この光モジュール７は、伝送線路基板２と終端抵抗基板３とが一体物となった終端抵抗付伝送線路基板１１を有し、電界吸収型の半導体光変調器素子１が、この終端抵抗付伝送線路基板１１上にフリップチップ実装されている。その他の構成は、実施の形態１と同じであり、同一構成部分には同一符号を付している。
【００６６】
ここで、たとえば上述した実施の形態１では、伝送線路基板２と電界吸収型の半導体光変調器素子１と終端抵抗基板３とが、それぞれワイヤ５によって接続されていたが、このワイヤ５のインダクタンス成分によって、伝送線路基板２，電界吸収型の半導体光変調器素子１，終端抵抗基板３と、ワイヤ５とを接続する接続部にインピーダンス不整合が生じ、高周波特性が劣化する可能性がある。
【００６７】
これに対し、この実施の形態６に示した光モジュール７では、これらワイヤ５の代わりに、金や半田などのバンプ１０によって半導体光変調器素子１をフリップチップ実装しているため、インピーダンスの不整合がほとんど生じず、高周波特性に優れ、かつ高消光比をもつ良好な変調光波形を出力することができる光モジュールを得ることができる。また、伝送線路基板２と終端抵抗基板３とが一体物で構成されているため、光モジュール全体として、部品数や組立工程数を削減することが可能であり、安価な光モジュールを得ることができる。
【００６８】
実施の形態７．
つぎに、この発明の実施の形態７について説明する。図１１は、この発明の実施の形態７である光モジュールの構成を示す図である。図１１において、この光モジュール７は、光モジュール７内に、２つの電界吸収型の半導体光変調器素子１ａ，１ｂを備えている。半導体光変調器素子１ａは、アノード側の電極６ａａとカソード側の電極６ａｂとを有し、アノード側の電極６ａａは、ワイヤ５を介して伝送線路２ａ，１３ａに接続され、カソード側の電極６ａｂは、ワイヤ１５ａを介してグランドパッド１３ｃに接続されて接地される。同様にして、半導体光変調器素子１ｂは、アノード側の電極６ｂａは、ワイヤ１５ｂを介してグランドパッド１３ｃに接続されて接地され、カソード側の電極６ｂｂは、ワイヤ５を介して伝送線路２ｂ，１３ｂに接続される。すなわち、半導体光変調器素子１ａ，１ｂには、それぞれ振幅および位相が等しい同相の信号が印加されることになる。その他の構成は、図１に示した実施の形態１と同じであり、同一構成部分には同一符号を付している。
【００６９】
つぎに、この光モジュール７の動作について説明する。図１１において、電界吸収型の半導体光変調器素子１には、入力用結合光学系４ａから連続レーザ光が効率良く入射される。また、電界吸収型の半導体光変調器素子１ａでは、伝送線路基板２上の伝送線路２ａを介して印加される一方の信号電圧に応じて、入射されたレーザ光の吸収量が変化するため、電界吸収型の半導体光変調器素子１ａの出射端面から出射されるレーザ光には、この信号電圧に対応した強度変調が施される。さらに、電界吸収型の半導体光変調器素子１ａの出射端面から出射されるレーザ光は、電界吸収型の半導体光変調器素子１ｂの入射端面から半導体光変調器素子１ｂ内に入射される。
【００７０】
電界吸収型の半導体光変調器素子１ｂでは、伝送線路基板２上の伝送線路２ｂを介して印加される他方の信号電圧に応じてレーザ光の吸収量が変化するため、電界吸収型の半導体光変調器素子１ｂの出射端面から出射されるレーザ光には、半導体光変調器素子１ａから出射される強度変調が施された光信号に加えて、さらに半導体光変調器素子１ｂに印加された信号電圧に対応した強度変調が施され、出力用結合光学系４ｂに効率良く結合される。
【００７１】
この実施の形態７に示した光モジュール７内の各半導体光変調器素子１ａ，１ｂは、それぞれ図３に示した電界吸収型半導体光変調器素子の消光特性を有する。この消光特性は、非線形であり、逆バイアス時には、印加電圧の低い方が光の吸収量の変化量が大きいため、各半導体光変調器素子１ａ，１ｂの動作点を印加電圧が低い方にシフトさせておくことによって、１つの電界吸収型半導体光変調器素子に対して２倍の振幅を有する電圧を印加する場合に比較し、全体として大きな消光比を得ることができ、一層良好な変調光波形を出力することができる光モジュールを実現することができる。
【００７２】
なお、図１１に示した光モジュールでは、ワイヤ５を用いて接続するワイヤ実装の場合について示しているが、実施の形態６に示した光モジュール７と同様にしてフリップチップ実装を行うようにしてもよい。また、図１１に示した光モジュール７では、２つの半導体光変調器素子１ａ，１ｂを用いているが、これに限らず３つ以上の半導体光変調器素子を設けて光変調するようにしてもよい。
【００７３】
実施の形態８．
つぎに、この発明の実施の形態８について説明する。図１２は、この発明の実施の形態８である光モジュールの構成を示す図である。図１２において、電界吸収型の半導体光変調器素子１ａ，１ｂは、モノリシックに集積化した電界吸収型の半導体光変調器素子１ｃを備えている。その他の構成は、実施の形態７を同じであり、同一構成部分には同一符号を付している。なお、この光モジュール７では、ワイヤ実装した一例を示しているが、これに限らず、実施の形態６と同様に、フリップチップ実装によって実現するようにしてもよい。
【００７４】
ここで、上述した実施の形態７に示した光モジュール７では、半導体光変調器素子１ａから出射されたレーザ光を、効率良く半導体光変調器素子１ｂに入射するために、半導体光変調器素子１ａ，１ｂ間に配置された結合光学系を必要とするが、この実施の形態８では、モノリシックに集積化された半導体光変調器素子１ｃを用いているため、結合光学系の部品数や、組立工程数を削減することが可能である。さらに、入射されたレーザ光をほぼ無損失で伝搬することが可能となるため、安価で小型、高光出力、かつ高消光比をもつ良好な変調光波形を出力することができるモジュールを得ることができる。
【００７５】
実施の形態９．
つぎに、この発明の実施の形態９について説明する。図１３は、この発明の実施の形態９である光モジュールの構成を示す図である。図１３において、この光モジュール７は、伝送線路基板２上に逆相信号を同相信号に変換する変換回路１２を備えている。また、アノード側の電極６ｂａは、ワイヤ５を介して伝送線路２ｂ，１３ｂに接続され、カソード側の電極６ｂｂは、ワイヤ１５ｃを介してグランドパッド１３ｃに接続される。その他の構成は、実施の形態８と同じであり、同一構成部分には同一符号を付している。
【００７６】
ここで、たとえば実施の形態８では、半導体光変調器素子１ａのアノード側の電極６ａａがワイヤ５を介して伝送線路２ａ，１３ａに接続され、カソード側の電極６ａｂは、ワイヤ１５ａを介してグランドパッド１３ｃに接続されて接地される。また、半導体光変調器素子１ｂのアノード側の電極６ｂａは、ワイヤ１５ｂを介してグランドパッド１３ｃに接続され、カソード側の電極６ｂｂは、ワイヤ５を介して伝送線路２ｂ，１３ｂに接続することによって、電界吸収型の半導体光変調器素子１ａ，１ｂには、振幅および位相が等しい同相の信号が印加されるよう構成したが、この場合、伝送線路基板２とアノード側の電極６ａａとを接続するワイヤ５の長さと、伝送線路基板２とアノード側の電極６ｂａとを接続するワイヤ５の長さが異なり、このワイヤ長の違いによって同相信号の位相がずれてしまい、変調光波形が劣化する可能性がある。
【００７７】
これに対して、この実施の形態９では、伝送線路基板２上に設けられた変換回路１２が、入力される逆相信号を同相信号に変換するため、各伝送線路２ａ，２ｂに同相信号を印加することができるとともに、伝送線路基板２と半導体光変調器素子１ａ，１ｂとの間のワイヤ長および半導体光集積素子１ａ，１ｂとグランドパッド１３ｃとの間のワイヤ長をそれぞれ、ほぼ等しくすることができ、変調光波形の劣化を抑圧でき、この結果、高消光比の実現する良好な変調光波形を出力する光モジュールを得ることができる。
【００７８】
実施の形態１０．
つぎに、この発明の実施の形態１０について説明する。図１４は、この発明の実施の形態１０である光モジュールの構成を示す図である。図１４において、この光モジュール７では、電界吸収型の半導体光変調器素子１の代わりに、電界吸収型の半導体光変調器素子１と半導体レーザ素子１６とをモノリシックに集積化した光変調器集積化半導体レーザ素子１ｄを備える。その他の構成は、実施の形１と同じであり、同一構成部分には同一符号を付している。
【００７９】
ここで、たとえば、図１に示した実施の形態１では、連続レーザ光を半導体光変調器素子１に効率良く入射するために、入射側に入力用結合光学系４ａを必要とする上に、連続レーザ光を生成する半導体レーザ素子を含む半導体レーザモジュールを別途必要とする。
【００８０】
これに対して、この実施の形態１０では、光変調器集積化半導体レーザ素子１ｄを用いることによって、入射側の入力用結合光学系４ａなどの部品数や、組立工程数を削減することが可能である。また、安価で小型、高光出力、かつ高消光比を実現し、良好な変調光波形を出力することができる光モジュールを得ることができる。さらに、この光モジュール７を光通信システムにおける光送信器内の一部品として用いる場合には、光送信器の部品点数を削減することができ、小型で安価、かつ高消光比をもつ良好な変調光波形を出力する光送信器を得ることができる。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、半導体光変調器素子に差動信号を印加するための伝送線路が第１の結合線路であり、この第１の結合線路に供給された差動信号が半導体光変調器素子に印加され、この差動信号の信号振幅によって被変調信号である光信号が変調されるので、各差動信号が同じ振幅を有する場合、半導体光変調器素子に、各差動信号の２倍の振幅をもつ電圧を印加することができ、消光比が大きい波形をもった変調光を出力することができ、光通信システムにおける光送信器として用いた場合、通信品質に優れた変調光を出力することができるという効果を奏する。また、第１の結合線路の奇モードに対する特性インピーダンスが半導体光変調器素子の内部インピーダンスに等しくなるように構成することで、差動駆動時のインピーダンス不整合をなくすようにしているので、高周波特性に優れ、かつ高消光比をもつ良好な変調光波形を得ることができるという効果を奏する。
【００８２】
つぎの発明によれば、半導体光変調器素子を構成する一方および他方の端子がそれぞれ接続される電極を同一基板上に形成し、各電極に接続されるワイヤなどの接続を容易にしているので、一対の電極がそれぞれ異なる面上に形成されている場合と比較して、実装性に優れ、安価、かつ高消光比をもつ良好な変調光波形を得ることができるという効果を奏する。
【００８３】
つぎの発明によれば、第１の結合線路を成す一対の伝送線路を、同一の前記伝送路基板上に形成し、部品数や組立工程数を削減するようにしているので、実装性に優れ、安価、かつ高消光比で良好な変調光波形を得ることができるという効果を奏する。
【００８４】
つぎの発明によれば、第１の結合線路を高周波特性を有する結合線路とし、外的雑音のようなコモンノイズに対して高耐性をもたせるようにしているので、雑音耐性や高周波特性に優れ、かつ高消光比で良好な変調光波形を得ることができるという効果を奏する。
【００８５】
つぎの発明によれば、前記半導体光変調器素子に対して逆相の差動信号が印加される奇モードに対して、前記２本の伝送線路の特性インピーダンスが当該光モジュールの内部インピーダンスに等しくなるように構成し、差動駆動時のインピーダンス不整合をなくすようにしているので、高周波特性に優れ、かつ高消光比をもつ良好な変調光波形を得ることができるという効果を奏する。
【００８６】
つぎの発明によれば、終端抵抗基板上には、半導体光変調器素子の一方および他方の端子に電気的に接続される一対の伝送線路が設けられ、この一対の伝送線路間には第１の抵抗体が接続されるように構成しているので、伝送線路等を中継して接続されている場合と比較して、高周波特性に優れ、かつ高消光比をもつ良好な変調光波形を得るという効果を奏する。
【００８７】
つぎの発明によれば、前記差動信号を生成出力する駆動回路を当該光モジュール内に内蔵し、光モジュールの部品点数を削減するようにしているので、光モジュールを光通信システムにおける光送信器内の一部品として用いる場合、光送信器の部品点数を削減することができ、小型で安価、かつ高消光比で良好な変調光波形を出力する光送信器を得ることができるという効果を奏する。
【００８８】
つぎの発明によれば、伝送線路基板上に、第１の結合線路にＤＣバイアスを供給するＤＣバイアス回路を設け、電界吸収型の半導体光変調器素子の消光特性の最適点で動作するようにしているので、伝送特性に優れ、また汎用性があり、かつ高消光比が良好な変調光波形を出力することができる光モジュールを得ることができるという効果を奏する。
【００８９】
つぎの発明によれば、前記駆動回路内に前記ＤＣバイアス回路を設け、部品数や組立工程数を削減するようにしているので、ＤＣバイアス回路が差動信号駆動回路内に内蔵された一つの集積回路素子として構成される場合、さらに光モジュールの部品数や組立工程数を削減することができ、実装性に優れ、小型で安価、かつ高消光比をもつ良好な変調光波形を出力することができるという効果を奏する。
【００９０】
つぎの発明によれば、終端抵抗基板上に設けられる一対の伝送線路が第２の結合線路を成すとともに、終端抵抗基板上には、第１の抵抗体に接続されるグランドパッドと、該グランドパッドと該抵抗基板のグランド端との間に接続される第２の抵抗体と、が設けられ、第１の抵抗体の抵抗値を第２の結合線路の奇モードの特性インピーダンスに対してインピーダンス整合がとれるように設定し、第２の抵抗体の抵抗値を第２の結合線路の偶モードの特性インピーダンスに対してインピーダンス整合がとれるように設定することで、逆相および同相のどちらの差動信号に対してもインピーダンス不整合がないようにしているので、高周波特性に優れ、かつ高消光比を有する良好な変調光波形を出力することができる光モジュールを得ることができるという効果を奏する。
【００９１】
つぎの発明によれば、金や半田などのバンプによって、半導体光変調器素子を、前記伝送線路基板上および終端抵抗基板上にフリップチップ実装するようにし、インピーダンスの不整合がなくすようにしているので、高周波特性に優れ、かつ高消光比をもつ良好な変調光波形を出力することができる光モジュールを得ることができるとともに、伝送線路基板と終端抵抗基板とが一体物で構成されているため、光モジュール全体として、部品数や組立工程数を削減することが可能であり、安価な光モジュールを得ることができるという効果を奏する。
【００９２】
つぎの発明によれば、一方の端子が第１の結合線路の一方側に電気的に接続されるとともに、他方の端子が第２の結合線路の一方側に電気的に接続される第１の半導体光変調器素子と、一方の端子が第１の結合線路の他方側に電気的に接続されるとともに、他方の端子が第２の結合線路の他方側に電気的に接続される第２の半導体光変調器素子とを具備し、これらの各半導体光変調器素子の最適消光特性に合致した印加電圧を印加することによって、最終的に得られる光変調波形の消光比を大きくすることができるようにしているので、１つの半導体光変調器素子によって得られる消光比に比して大きな消光比を得ることができ、一層良好な変調光波形を出力することができるという効果を奏する。
【００９３】
つぎの発明によれば、伝送線路基板上に設けられた変換回路が、差動信号を同相信号に変換し、半導体光変調器素子と伝送線路基板との間を接続するワイヤなどの各ワイヤ長がほぼ同じ長さになるようにしているので、変調光波形の劣化を抑圧でき、この結果、高消光比の実現する良好な変調光波形を出力する光モジュールを得ることができるという効果を奏する。
【００９４】
つぎの発明によれば、被変調光であるレーザ光を発振出力する半導体レーザ素子と半導体光変調器素子とを集積化するようにしているので、結合光学系の部品数や、組立工程数を削減することができ、安価で小型、高光出力、かつ高消光比を実現し、良好な変調光波形を出力することができる光モジュールを得ることができるとともに、当該光モジュールを光通信システムにおける光送信器内の一部品として用いる場合には、光送信器の部品点数を削減することができ、小型で安価、かつ高消光比をもつ良好な変調光波形を出力する光送信器を得ることができるという効果を奏する。
【００９５】
つぎの発明によれば、複数の半導体光変調器素子をモノリシックに集積化し、結合光学系の部品数や組立工程数を削減するとともに、入射されるレーザ光をほぼ無損失で伝搬できるようにしているので、結合光学系の部品数や組立工程数を削減するとともに、入射されるレーザ光をほぼ無損失で伝搬できるようにしているので、安価で小型、高光出力、かつ高消光比をもつ良好な変調光波形を出力することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１である光モジュールの構成を示す図である。
【図２】  光モジュールを駆動する差動信号の電圧波形と電界吸収型の半導体光変調器素子に印加される電圧波形との関係を示した波形図である。
【図３】  図１に示した電界吸収型の半導体光変調器素子の消光特性を示す図である。
【図４】  この発明の実施の形態２である光モジュールの構成を示す図である。
【図５】  この発明の実施の形態３である光モジュールの構成を示す図である。
【図６】  伝送線路基板上の伝送線路に、差動信号の振幅と等しいバイアス電圧を印加した場合における差動信号のＤＣバイアス印加前後の電圧波形と、電界吸収型の半導体光変調器素子に印加される電圧波形との関係を示した図である。
【図７】  この発明の実施の形態４である光モジュールの構成を示す図である。
【図８】  この発明の実施の形態５である光モジュールの構成を示す図である。
【図９】  この発明の実施の形態６である光モジュールの構成を示す図である。
【図１０】  図９に示した光モジュールの要部断面図である。
【図１１】  この発明の実施の形態７である光モジュールの構成を示す図である。
【図１２】  この発明の実施の形態８である光モジュールの構成を示す図である。
【図１３】  この発明の実施の形態９である光モジュールの構成を示す図である。
【図１４】  この発明の実施の形態１０である光モジュールの構成を示す図である。
【図１５】  従来の光モジュールの構成を示す図である。
【符号の説明】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ  半導体光変調器素子、１ｄ  光変調器集積化半導体レーザ素子、２  伝送線路基板、２ａ，２ｂ，１３ａ，１３ｂ  伝送線路、３  終端抵抗基板、３ａ  抵抗体、３ｂ  スルーホール、３ｃ，１３ｃ  グランドパッド、４ａ  入力用結合光学系、４ｂ  出力用結合光学系、５，１５ａ〜１５ｃ  ワイヤ、６ａ，６ｂ，６ａａ，６ａｂ，６ｂａ，６ｂｂ  電極、７  光モジュール、８  差動信号駆動回路、９  バイアス回路、１０  バンプ、１１  終端抵抗付伝送線路基板、１２  変換回路。
【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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【図１５】
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