JP2015061278A - 信号伝送路 - Google Patents

Abstract

【課題】スタブに起因したディップを抑制することおよびリアクタンス回路の小型化すること。
【解決手段】誘電体基体２８と、前記誘電体基体の上面に形成された信号線路２２と、前記誘電体基体の下面に形成され、基準電位を有する第１導電層２６と、前記誘電体基体の上面に形成され、前記信号線路の複数の位置から延出しその先端が前記信号線路と並行して配置された導体部により電気的に共通に接続され、前記導体部と前記信号線路の間に開口３０が設けられたスタブ２４と、を具備する信号伝送路。
【選択図】図６

Description

本発明は、信号伝送路に関し、例えば、信号線路を有する信号伝送路に関する。

高速光通信用の光モジュール等には、信号光を変調する光変調器が用いられる。光変調器は、電気入力信号に応じ出力する光信号を強度変調する。例えば、特許文献１には、ＥＡ（Electro-Absorption）光変調器を用いた光変調装置が記載されている。光変調器は入力された変調信号に基づいて、連続光を強度変調する。この変調信号は１０〜４０ＧＨｚあるいはそれ以上に達する。このため、変調信号の伝送には高周波伝送を考慮した設計を行う。

特開２００５−２５２２５１号公報

光変調器の変調信号は１０〜４０ＧＨｚあるいはそれ以上に達する。このため、変調信号の伝送には高周波伝送を考慮した設計を行なう。例えば、上記光変調装置において、変調信号は、伝送線路を介し光変調器に入力する。しかしながら、伝送線路において、大きなリアクタンスを得るため面積の大きなスタブを形成すると、周波数特性にディップが発生することがある。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、スタブに起因したディップを抑制することおよびリアクタンス回路の小型化することを目的とする。

本発明は、誘電体基体と、前記誘電体基体の上面に形成された信号線路と、前記誘電体基体の下面に形成され、基準電位を有する第１導電層と、前記誘電体基体の上面に形成され、前記信号線路の複数の位置から延出しその先端が前記信号線路と並行して配置された導体部により電気的に共通に接続され、前記導体部と前記信号線路の間に開口が設けられたスタブと、を具備することを特徴とする信号伝送路である。

上記構成において、前記誘電体基体の上面には、前記基準電位と接続され、前記導体部と並行して配置された第２導体層が設けられてなる構成とすることができる。

上記構成において、前記スタブは、複数の開口が設けられてなる構成とすることができる。

上記構成において、前記スタブは、前記信号伝送路の両側の領域に配置されてなる構成とすることができる。

本発明によれば、スタブに起因したディップを抑制することおよびリアクタンス回路の小型化することができる。

図１は、実施例１に係る信号伝送路を含む光部品の回路図である。 図２（ａ）は、実施例１に係る信号伝送路の平面図、図２（ｂ）および図２（ｃ）は、それぞれ図２（ａ）のＡ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図である。 図３（ａ）は、比較例１に係る信号伝送路の平面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 図４（ａ）および図4（ｂ）は、それぞれ比較例１および実施例１における伝送信号の周波数に対する通過特性（Ｓ２１）を模式的に示す図である。 図５は、比較例１における等価回路を示す図である。 図６（ａ）は、実施例２に係る信号伝送路の平面図、図６（ｂ）および図６（ｃ）は、それぞれ図６（ａ）のＡ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図である。 図７（ａ）は、実施例２に係る信号伝送路の平面図、図７（ｂ）は、等価回路を示す図である。 図８（ａ）は、キャップを外した実施例３に係る光変調装置の上面図、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

以下、図面を参照し本発明の実施例について説明する。

図１は、実施例１に係る信号伝送路を含む光部品の回路図である。図１に示すように、入力端子１４は、信号伝送路２０およびインダクタＬ１を介しノードＮ１に電気的に接続されている。光変調器１０のアノードはノードＮ１に電気的に接続し、光変調器１０のカソードは接地される。ノードＮ１は、インダクタＬ２、キャパシタＣおよび抵抗Ｒを直列に介し接地される。インダクタＬ２、キャパシタＣおよび抵抗Ｒは、インピーダンス整合回路１６を形成する。インピーダンス整合回路１６は、光変調器１０の終端インピーダンスを、例えば５０Ωに整合させる。この場合、例えば抵抗Ｒの抵抗値を終端インピーダンスと同じ５０Ωとする。

インダクタＬ１およびＬ２は、例えばボンディングワイヤである。キャパシタＣは例えばチップコンデンサ、抵抗Ｒは例えばチップ抵抗である。光変調器１０は、例えばＥＡ光変調器である。入力端子１４には、例えば変調駆動ＩＣ（Integrated
Circuit）が出力する高周波信号が入力される。

図２（ａ）は、実施例１に係る信号伝送路の平面図、図２（ｂ）および図２（ｃ）は、それぞれ図２（ａ）のＡ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図である。図２（ａ）から図２（ｃ）に示すように、信号伝送路２０は、光変調器１０に入力する高周波信号を伝送する。信号伝送路２０は、誘電体基体２８、信号線路２２、スタブ２４および導電層（第１導電層）２６を備えている。誘電体基体２８は、例えば酸化アルミニウム等の誘電体から形成される。信号線路２２は、誘電体基体２８の上面に形成されている。例えば、信号線路２２は、誘電体基体２８の延伸方向に誘電体基体２８の端部から端部に延伸している。

スタブ２４は、誘電体基体２８の上面に形成され、信号線路２２から延出している。すなわち、スタブ２４は、信号線路２２に接して設けられている。スタブ２４は、開口３０と突起３６とを有している。突起３６は、例えば、信号線路２２の延伸方向に設けられている。スタブ２４は、信号線路２２の延伸方向に交差する方向に延出する複数の線状領域２４ａ（導体部）と、信号線路２２に平行に延伸する線状領域２４ｂとを含むように形成されている。突起３６は、線状領域２４ｂの一部として形成されている。

導電層２６は、誘電体基体２８の下面を覆うように形成されている。導電層２６は、グランド等の基準電位を有している。信号線路２２と導電層２６とはマイクロストリップ線路を形成する。信号線路２２、スタブ２４および導電層２６は、例えばＡｕまたはＣｕ等の金属により形成される。

次に、実施例１と比較する比較例１について説明する。図３（ａ）は、比較例１に係る信号伝送路の平面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、比較例１に係る信号伝送路２０ａのスタブ２４は、開口を有していない。その他の構成は実施例１と同じであり、説明を省略する。

図４（ａ）および図４（ｂ）は、それぞれ比較例１および実施例１における伝送信号の周波数に対する通過特性（Ｓ２１）を模式的に示す図である。図４（ａ）に示すように、比較例１においては、伝送信号の通過特性にディップ４０が発生する。図４（ｂ）に示すように、実施例１においては、伝送信号の通過特性にディップが発生していない。

図５は、比較例１における等価回路を示す図である。図５に示すように、信号線路２２と基準電位との間にキャパシタンス成分Ｃ０とインダクタンス成分Ｌ０が並列に接続される。キャパシタンス成分Ｃ０は、スタブ２４内の小さい領域に形成されるキャパシタンス成分に対応する。インダクタンス成分Ｌ０は、スタブ２４の面積が大きくなることにより生じるインダクタンスの要素である。このインダクタンス成分Ｌ０は、スタブ２４の面内において単位面積あたりのキャパシタンス成分に並列に接続された状態になる。信号伝送路２０ａのリアクタンス成分を大きくするため、スタブ２４の面積を大きくする。そうすると、キャパシタンス成分Ｃ０に加え上記したインダクタンス成分Ｌ０の要素が増加する。このため、図５に示した等価回路による***振回路が形成される。***振回路の***振点により図４（ａ）に示すようにディップ４０が形成される。

実施例１においては、線状領域２４ｂが信号線路２２の複数の位置から延出し、線状領域２４ｂの先端が信号線路２２と並行して配置された線状領域２４ａ（導体部）により電気的に共通に接続されている。これにより、スタブ２４には、線状領域２４ａと信号線路２２の間に開口３０が設けられる。このように、スタブ２４が開口３０を有していることにより、スタブ２４が大きくなることにより生じるインダクタンス成分Ｌ０の要素を少なくできる。これにより、ディップ４０の発生を抑制できる。

スタブ２４が有する開口３０は１つでもよいが、スタブ２４は、複数の開口３０を有することが好ましい。これにより、スタブ２４のインダクタンス成分Ｌ０の要素をより抑制し、ディップ４０をより抑制できる。複数の開口３０の大きさおよび形状は例えば同じである。

スタブ２４は、信号線路２２の片側に設けられていていてもよいが、信号線路２２の両側の領域に配置されていることが好ましい。これにより、信号伝送路２０のリアクタンス成分をより大きくできる。スタブ２４は、信号線路２２の延伸方向に沿って複数設けられていてもよい。

また、開口３０が、信号線路２２の幅が変わらないように形成されていることにより、信号伝送路２０の特性インピーダンスを一定にできる。

さらに、突起３６により、スタブ２４により形成されるリアクタンス成分の大きさを微調整することができる。

スタブ２４の大きさは、信号伝送路２０を伝送する高周波信号の波長をλとしたときλ／４程度以下であることが好ましい。よって、スタブ２４の大きさは、例えばλ／１０以上かつλ／４以下である。

図６（ａ）は、実施例２に係る信号伝送路の平面図、図６（ｂ）および図６（ｃ）は、それぞれ図６（ａ）のＡ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図である。図６（ａ）から図６（ｃ）に示すように、誘電体基体２８の上面であって、スタブ２４の外側に線状領域２４ａに並行して導電層３２（第２導電層）が配置されている。さらに、誘電体基体２８の側面に導電層３４（第３導電層）が形成されている。導電層３２および３４は、例えばＡｕまたはＣｕ等の金属により形成される。その他の構成は、実施例１と同じであり説明を省略する。

図７（ａ）は、実施例２に係る信号伝送路の平面図、図７（ｂ）は、等価回路を示す図である。図７（ａ）には、信号伝送路２０ｂの一部を図示している。図７（ｂ）に示すように、複数のキャパシタンス成分Ｃ０１の一端が分布定数線路Ｌ０１に接続されている。複数のキャパシタンス成分Ｃ０１の他端がノードＮ１に共通に接続されている。キャパシタンス成分Ｃ０２の一端がノードＮ０１に接続されている。キャパシタンス成分Ｃ０２の他端が基準電位に接続されている。

信号伝送路２０ｂにおける信号線路２２は、等価回路における分布定数線路Ｌ０１で表される。信号伝送路２０ｂにおけるスタブ２４のうち信号線路２２に交差するように延出される線状領域２４ａは、等価回路におけるキャパシタンス成分Ｃ０１で表される。信号伝送路２０ｂにおけるスタブ２４のうち線状領域２４ｂは、等価回路におけるノードＮ０１で表される。スタブ２４と導電層３２との間のスペース３８は、等価回路におけるキャパシタンス成分Ｃ０２で表される。

実施例２によれば、基準電位と接続された導電層３２が誘電体基体２８の上面であってスタブ２４の外側に形成されている。これにより、図７（ｂ）に示すように、キャパシタンス成分Ｃ０１に加えキャパシタンス成分Ｃ０２を形成できる。よって、実施例１に比べ、スタブ２４を小さくできる。例えば、スタブ２４をλ／４より小さくできる。これにより、信号伝送路２０ｂを小型化できる。

さらに、基準電位を有する導電層３４が誘電体基体２８の側面に形成されている。これにより、キャパシタンス成分Ｃ０２をより大きくできる。よって、信号伝送路２０ｂをより小型化できる。

さらに、導電層３４が導電層２６と導電層３４と接することにより、導電層２６、３２および３４を同じ基準電位とすることができる。

実施例３は、実施例１または実施例２に係る信号伝送路を含む光変調装置の例である。図８（ａ）は、キャップを外した実施例３に係る光変調装置の上面図、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＡ−Ａ断面図である。なお、レセクタプル９８については断面でなく側面を図示している。図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、光変調装置１０６において、筐体８４内に、光変調器１０、半導体レーザ１２、変調駆動ＩＣ７４（変調ドライバ）等が収納されている。ここでは、光変調器１０と半導体レーザ１２とは１チップに集積化されている。また、半導体レーザ１２に接続される配線・ワイヤなどは省略している。

筐体８４は、例えば金属等からなる。筐体８４の底面にはＴＥＣ（Thermoelectric Cooler）６８が配置されている。ＴＥＣ６８上に、例えば酸化アルミニウムまたはセラミック等の絶縁性からなり、かつ熱伝導率の高いキャリア７０が配置されている。キャリア７０上にサブキャリア７１とレンズホルダ７８とが配置されている。

サブキャリア７１上に、誘電体基体５０、光変調器１０および半導体レーザ１２が一体となったチップ、およびフォトディテクタ７９が配置されている。レンズホルダ７８にはレンズ８０が保持されている。誘電体基体５０の上面には信号線路５２が形成されている。

さらに、筐体８４の底面には銅タングステン（ＣｕＷ）または銅モリブデン（ＣｕＭｏ）等の金属からなるヒートシンク６６が配置されている。ヒートシンク６６上には、変調駆動ＩＣ７４、伝送線路７３を有する基板７２が配置されている。ヒートシンク６６の上面とサブキャリア７１の上面とはほぼ同じ高さである。ヒートシンク６６の上面とサブキャリア７１の上面との間に橋渡しされたブリッジ７６が実施例１または実施例２に係る信号伝送路２０または２０ｂに対応する。

筐体８４の前側壁にはレンズ８２が保持されている。さらに、筐体８４の前面にレセプタクル９８が固定されている。筐体８４の後側壁には、主に絶縁体からなるフィードスルー６０が埋め込まれている。フィードスルー６０内には、筐体８４内の端子６４と筐体８４外の端子６２とを電気的に接続する配線が設けられている。

端子６４と基板７２の伝送線路７３とはボンディングワイヤ９０により電気的に接続されている。伝送線路７３と変調駆動ＩＣ７４とは、ボンディングワイヤ９２により電気的に接続されている。変調駆動ＩＣ７４とブリッジ７６内の信号線路２２とは、ボンディングワイヤ９４により電気的に接続されている。ブリッジ７６内の信号線路２２と誘電体基体５０上の信号線路５２とは、ボンディングワイヤ９６により電気的に接続されている。

高周波信号である入力信号は、端子６２からフィードスルー６０内の配線、端子６４、ボンディングワイヤ９０、伝送線路７３およびボンディングワイヤ９２を介し、変調駆動ＩＣ７４に入力する。変調駆動ＩＣ７４は入力信号を増幅し変調電気信号として出力する。出力された変調信号は、変調駆動ＩＣ７４の出力端子を介し、ボンディングワイヤ９４、ブリッジ７６内の信号線路２２およびボンディングワイヤ９６を介し信号線路５２に入力する。信号線路５２は光変調器１０の電極とボンディングワイヤを介し電気的に接続されている。これにより、変調信号は、光変調器１０の電極に入力する。光変調器１０は、半導体レーザ１２の出力光を強度変調し出射する。このように、変調駆動ＩＣ７４の出力端子と光変調器の電極とはブリッジ７６により電気的に接続しており、変調駆動ＩＣ７４は光変調器を変調する。光変調器１０とレセプタクル９８中に挿入されるファイバ（図示せず）とは、レンズ８０および８２により光結合されている。これにより、光変調器１０から出射された光はファイバ内の導入される。フォトディテクタ７９は、半導体レーザ１２の裏面から出射された光の強度を検出する。図示していない制御回路が、フォトディテクタ７９の出力に応じ、半導体レーザ１２に印加する電流をフィードバック制御する。ＴＥＣ６８は、半導体レーザ１２および光変調器１０の温度を一定に保持する。これにより、光変調器１０から出射される光の波長をロックすることができる。半導体レーザ１２を安定に動作させることができる。

実施例３のように、第１搭載部材としてサブキャリア７１が光変調器１０を搭載する。第２搭載部材としてヒートシンク６６が変調駆動ＩＣ７４を搭載する。変調駆動ＩＣ７４は、信号伝送路２０または２０ｂに高周波信号を出力するアンプとして機能する。信号伝送路２０または２０ｂは、サブキャリア７１の上面にある接続部（第１の接続部）とヒートシンク６６の上面にある接続部（第２の接続部）とで機械的に接続しており、サブキャリア７１とヒートシンク６６とを橋渡すように設けられている。このため、信号伝送路２０または２０ｂの下面には、空間が存在している。このように、第１搭載部材（サブキャリア７１）と第２搭載部材（ヒートシンク６６）とが空間を挟んで離れて配置されており、ブリッジ７６の誘電体基体が第１搭載部材（サブキャリア７１）と第２搭載部材（ヒートシンク６６）との間を空間上で橋渡しして配置されている。

実施例３によれば、変調駆動ＩＣ７４が出力した高周波信号が伝送される信号伝送路のリアクタンス成分を大きくするためにスタブ２４を形成しても、ディップの発生を抑制することができる。

実施例３においては、第１搭載部材と、第２搭載部材と、実施例１または２の伝送線路を含むブリッジ７６と、を備える信号伝送路を、光変調装置１０６に用いる例を説明した。実施例３の信号伝送路は、光変調装置以外の装置に用いてもよい。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ 光変調器
２０ 信号伝送路
２２ 信号線路
２４ スタブ
２６、３２、３４ 導電層
２８ 誘電体基体
３０ 開口
４０ ディップ

Claims (4)

1. 誘電体基体と、
   前記誘電体基体の上面に形成された信号線路と、
   前記誘電体基体の下面に形成され、基準電位を有する第１導電層と、
   前記誘電体基体の上面に形成され、前記信号線路の複数の位置から延出しその先端が前記信号線路と並行して配置された導体部により電気的に共通に接続され、前記導体部と前記信号線路の間に開口が設けられたスタブと、
   を具備することを特徴とする信号伝送路。
2. 前記誘電体基体の上面には、前記基準電位と接続され、前記導体部と並行して配置された第２導体層が設けられてなることを特徴とする請求項１記載の信号伝送路。
3. 前記スタブは、複数の開口が設けられてなることを特徴とする請求項１または２記載の信号伝送路。
4. 前記スタブは、前記信号伝送路の両側の領域に配置されてなることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の信号伝送路。

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