JPH0714102B2 - 光結合装置 - Google Patents

光結合装置

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JPH0714102B2
JPH0714102B2 JP63018082A JP1808288A JPH0714102B2 JP H0714102 B2 JPH0714102 B2 JP H0714102B2 JP 63018082 A JP63018082 A JP 63018082A JP 1808288 A JP1808288 A JP 1808288A JP H0714102 B2 JPH0714102 B2 JP H0714102B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、光通信に用いられる発光半導体素子の出射
光を光ファイバに結合する光結合装置、あるいは逆に光
ファイバの出射光を受光半導体素子に結合する光結合装
置に関するものである。
[従来の技術] 以下、光半導体素子として半導体レーザ素子(以後、LD
と略記する)を用いた光結合装置の場合について説明す
る。
第4図は例えば文献“Dual−In−Line Laser Diode Mod
ule for Fiber−Optic Transmission Up to 4Gbit/s",N
AKANO et.al.,JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY,VOL.L
T−5,NO.10,pp1403−1411,OCTOBER 1987に記載の従来の
光結合装置の構成を示す一部断面図である。図に示すよ
うに、LD1とレンズ2が金属製のキャリア3に搭載され
ている。キャリア3は電子冷却素子4を介して気密の容
器5に固定されている。LD1を駆動する信号を入力する
ための一方の入力端子(A)6aは絶縁材料のガラス材8
を介して容器5に固定されており、入力端子(A)6aと
容器5は電気的に絶縁されている。また、他方の入力端
子(B)6bは直接容器5に固定されており、入力端子
(B)6bと容器5は電気的に接続されている。LD1の電
気配線は、一方が入力端子(A)6a、金細線(A)7a、
LD1の経路でなされ、他方が入力端子(B)6b、金細線
(B)7b、キャリア3、LD1の経路でなされている。な
お、LD1を高速信号で駆動する場合には、入力端子
(B)6b、容器5、電子冷却素子4、キャリア3、LD1
の経路も考慮する必要がある。LD1の出射光9はレンズ
2によって集光され、窓10を通じて外部に取り出され
る。窓10は低融点のガラス材11によって容器5に取り付
けられている。
上記のように構成された従来の光結合装置12は、一般に
光ファイバ13と組み合わされて用いられる。LD1の出射
光9が光ファイバ13に入射するように、この光ファイバ
13の位置が調整され、ホルダ14によって光結合装置12と
光ファイバ13の間が固定される。電子冷却素子4はキャ
リア3を搭載した面と容器5に取り付けられた面の間に
温度差が生じる構造であり、容器5の温度が変化した場
合でも、キャリア3及びLD1の温度を一定に保つ冷却能
力を有している。
[発明が解決しようとする課題] 第5図は第4図の光結合装置の簡単な電気的等価回路を
示す図である。図に示すように、入力端子(A)6aとLD
1の間には金細線(A)7aのインダクタンス(LA)15が
ある。また、入射端子(B)6bとLD1の間には金細線
(B)7bのインダクタンス(LB)16及び電子冷却素子4
のキャパシタンス(CP)17がある。なお、キャリア3の
インダクタンスは無視てきる程度に小さい。第5図に示
すような電気的等価回路は一種のフィルタ回路であり、
インダクタンス(LB)16とキャパシタンス(CP)17によ
って、 で高インピーダンスになる並列共振を生じる。このた
め、従来の光結合装置12においては、LD1に伝えられる
信号の振幅や位相が共振周波数frの近傍で大きく変化し
てしまうため、忠実な信号伝送ができないという問題点
があった。
このような問題点を軽減するためには、インダクタンス
(LB)16もしくはキャパシタンス(CP)17を小さくし
て、上記フィルタ回路の影響が大きく現れる周波数帯を
より高くして、通信で使用する周波数帯での影響を小さ
くすれば良い。しかるに、キャパシタンス(CP)17は電
子冷却素子4に固有のものであるため小さくすることが
できない。一方、インダクタンス(LB)16を小さくする
方法として上記文献に、金細線(A)7a及び金細線
(B)7bの径を太くする手段が記載されている。しか
し、径の太い金属線は熱抵抗が小さいため、容器5から
キャリア3への熱流入量が増加して電子冷却素子4によ
る冷却能力が低下してしまうという新たな問題点を生じ
る。また、インダクタンス(LB)16を小さくする別の方
法として上記文献に、金細線(A)7a及び金細線(B)
7bをそれぞれマイクロストリップ線路に代える手段が示
されているが、インダクタンスが低減が十分でなく、効
果が小さいことが記載されている。
この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、電子冷却素子のキャパシタンスの影響を除去
し、LDを高速駆動できると共に、冷却能力の低下しない
光結合装置を得ることを目的とする。
[課題を解決するための手段] この発明に係る光結合装置は、電子冷却素子のLDを搭載
した側の面と容器に取り付けられた入力端子の間を、同
軸線路やストリップ線路等の電気的等価回路が分布定数
回路で表わされる伝送線路接続したものである。
[作用] この発明の光結合装置においては、電子冷却素子のLDを
搭載した側の面と容器に取り付けられた入力端子の間
を、電気的等価回路が分布定数回路で表わされる伝送線
路で接続したため、電子冷却素子のキャパシタンスの影
響が無視できるようになり、不要な共振が生じないの
で、光結合装置におけるLDの高速駆動が可能となる。ま
た、分布定数線路の熱伝導が小さいため、電子冷却素子
による冷却能力の低下は小さい。
[実施例] 第1図はこの発明の一実施例である光結合装置の構成を
示す一部断面図である。図において、1はLD、2はレン
ズ、3は金属製のキャリア、うは電子冷却素子、5は気
密の容器、6a及び6bはLD1を駆動するための電気信号の
入力端子(A)及び入力端子(B)、7aは金細線
(A)、8は入力端子(A)6aと入力端子(B)6bを絶
縁するための絶縁材料のガラス材、9はLD1の出射光、1
0は出射光9を外部に取り出すための窓、11は窓10と容
器5の間を気密固定するガラス材、18は分布定数線路と
してのマイクロストリップ線路である。
上記マイクロストリップ線路18は誘電体セラミック(誘
電体基板材料)19の両面に厚さ数μm程度の薄膜の金パ
ターンを施した構造を備えており、その上面金パターン
20は入力端子(A)6a及び金細線(A)7aに接続され、
また、下面金パターン21は入力端子(B)6b及びキャリ
ア3に接続されている。
第2図は第1図の光結合装置の簡単な電気的等価回路を
示す図である。図において、15は金細線(A)7aのイン
ダクタンス(LA)、17は電子冷却素子4のキャパシタン
ス(CP)である。LD1と入力端子(A)6aの間はインダ
クタンス(LA)15とマイクロストリップ線路18の上面金
パターン20が直列に接続され、また、LD1と入力端子
(B)6bの間はキャパシタンス(CP)17とマイクロスト
リップ線路18の下面金パターン21が並列に接続されてい
る。
そして、入力端子(B)6bとLD1の間を流れる電流は、
ほとんどすべてが下面金パターン21を通って流れキャパ
シタンス(CP)17には流れにくい。これは、キャパシタ
ンス(CP)17に比べて、下面金パターン21の方が広い周
波数帯での電気伝導性の良さと、マイクロストリップ線
路18の上面金パターン20との電磁界結合の強さにおいて
優れているためである。このため、キャパシタンス
(CP)17は無視することができ、第2図に示す電気的等
価回路は第3図に示す電気的等価回路に書き換えること
ができる。しかして、第3図に示す電気的等価回路では
上述のような有害な共振は生じない。
この発明においては、上面金パターン20と下面金パター
ン21から構成されたマイクロストリップ線路18が電気的
に1本の線路として扱えることに着目しており、従来例
の金細線(A)7a及び金細線(B)7bの材料あるいは形
状を変えたものとは本質的に異なる。
以上述べたように、上記したこの発明による実施例は有
害な共振を生じないため、LD1を高い周波数帯で駆動し
た場合でも忠実に信号を伝送することができる。
ところで、マイクロストリップ線路18の熱伝導によっ
て、容器5からキャリア3への熱流入量が増加する。し
かるに、マイクロストリップ線路18の上面金パターン20
及び下面金パターン21は厚さ数μm程度に金を蒸着した
薄膜であるので、上記のような熱伝導は無視できる程度
に少ない。また、マイクロストリップ線路18の大きさは
厚さ0.4mm程度、幅1mm程度で実現でき、このため誘電体
セラミック19による熱流入量の増加は大きくない。従っ
て、電子冷却素子4による冷却能力の低下は小さい。
さらに、マイクロストリップ線路18の誘電体セラミック
19として、フォルステライト、ステアタイト、ジルコン
等の熱伝導率が極めて小さいセラミックを用いることに
より、電子冷却素子4の冷却能力の低下を無視できる程
度に小さくできる。
なお、上記実施例では、分布定数線路としてマイクロス
トリップ線路18を用いた場合について説明したが、同軸
線路等の他の分布定数線路を用いた場合でも良く、上記
実施例と同様な効果を奏する。
また、上記実施例では、光半導体素子としてLD1を用い
た場合について説明したが、他の発光半導体素子もしく
は受光半導体素子を用いた場合でも良く、上記実施例と
同様の効果を奏する。
[発明の効果] この発明は以上説明したとおり、電気信号が入力される
信号端子を有する容器と、この容器内に設けられ、上記
信号端子に入力された電気信号が入力される光半導体素
子と、上記容器内に設けられ、上記光半導体素子に熱的
に結合された電子冷却素子と、上記信号端子に入力され
た電気信号を上記光半導体素子に導くように、上記容器
内において、一端が上記信号端子に、他端が上記光半導
体素子にそれぞれ接続され、上記電子冷却素子の静電容
量による電気的共振の影響を軽減する分布定数線路とを
備えた光結合装置において、電子冷却素子のLDを搭載し
た側の面と容器に取り付けられた入力端子の間を、同軸
線路やストリップ線路等の電気的等価回路が分布定数回
路で表わされる伝送線路で接続した構成としたので、電
子冷却素子のキャパシタンスによる影響が除去でき、高
速駆動が可能となる効果がある。また、ストリップ線路
等の分布定数線路は熱伝導率が大きくないため、容器か
らキャリアへの熱流入量の増加を小さくすることがで
き、これにより電子冷却素子の冷却能力の低下を小さく
できる効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例である光結合装置の構成を
示す一部断面図、第2図及び第3図は第1図の光結合装
置の簡単な電気的等価回路を示す図、第4図は従来の光
結合装置の構成を示す一部断面図、第5図は第4図の光
結合装置の簡単な電気的等価回路を示す図である。 図において、1…LD(半導体レーザ素子)、2…レン
ズ、3…キャリア、4…電子冷却素子、5…容器、6a…
入力端子(A)、6b…入力端子(B)、7a…金細線
(A)、7b…金細線(B)、8,11…ガラス材、9…LD1
の出射光、10…窓、12…従来の光結合装置、13…光ファ
イバ、14…ホルダ、15…金細線(A)7aのインダクタン
ス(LA)、16…金細線(B)7bのインダクタンス
(LB)、17…電子冷却素子4のキャパシタンス(CP)、
18…マイクロストリップ線路、19…誘電体セラミック、
20…上面金パターン、21…下面金パターンである。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電気信号が入力される信号端子を有する容
    器と、この容器内に設けられ、上記信号端子に入力され
    た電気信号が入力される光半導体素子と、上記容器内に
    設けられ、上記光半導体素子に熱的に結合された電子冷
    却素子と、上記信号端子に入力された電気信号を上記光
    半導体素子に導くように、上記容器内において、一端が
    上記信号端子に、他端が上記光半導体素子にそれぞれ接
    続され、上記電子冷却素子の静電容量による電気的共振
    の影響を軽減する分布定数線路とを備えたことを特徴と
    する光結合装置。
  2. 【請求項2】分布定数線路を、誘電体基板の両面に金属
    薄膜のパターンを施し、上記金属薄膜の両面間の電磁結
    合によって電気信号を伝送するマイクロストリップ線路
    としたことを特徴とする請求項1記載の光結合装置。
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