WO2023053406A1 - 光変調器 - Google Patents

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housing
optical
multiplexer
electro
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利夫 片岡
徳一 宮崎
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住友大阪セメント株式会社
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    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
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    • G02F1/0305—Constructional arrangements

Definitions

  • the present invention relates to an optical modulator, and more particularly to an optical modulator in which an electro-optic conversion element and a driver circuit for driving the electro-optic conversion element are housed in the same housing.
  • optical modulators using materials with an electro-optical effect such as lithium niobate and semiconductors
  • optical amplifiers are used to drive optical modulators, such as high-bandwidth coherent driver modulators (HB-CDM).
  • HB-CDM high-bandwidth coherent driver modulators
  • An optical modulator to be mounted inside the modulator has been proposed.
  • DSP digital signal processor
  • the length of the transmission line is long in the electrical signal connection with the outside, so low-speed signals are used, and the inside of the DSP installed in the equipment is It is common to have a parallel/serial conversion function, such as a multiplexer (MUX), that converts low-speed signals to high speed (see Patent Documents 1 and 2).
  • MUX multiplexer
  • the power consumption of DSPs will further increase, and since MUX accommodates multi-channel signals, it is considered unsuitable for reducing the power consumption and miniaturization of DSPs. It is also required to suppress signal deterioration (electrical reflection/transmission loss reduction) by reducing the number of parts such as connectors in the optical transmission device and shortening the length of the transmission line.
  • FIG. 1 is a plan view showing an example of a conventional optical transmission device OT.
  • the DSP generates modulation signals (XI, XQ, YI, YQ) based on the input electric signal ESin to drive the optical modulator OM.
  • the signal processing unit SP of the DSP Based on the electrical signal ESin, the signal processing unit SP of the DSP generates a plurality of modulation signals, and the multiplexer MUX performs parallel/serial conversion to multiplex the signals.
  • the modulated signal output from the DSP has a higher frequency, causing an increase in loss in the transmission line between the DSP and the optical modulator OM.
  • the transmission line has a complicated structure, resulting in extremely large transmission loss.
  • the modulated signal is transmitted to the driver circuit DRV via the relay board RB and amplified. Further, the output signal of the driver circuit DRV is input to an electro-optic conversion element such as an optical modulation element, modulates the light wave input from the light source LS, and is output from the optical transmission device OT as an optical signal LSout.
  • an electro-optic conversion element such as an optical modulation element
  • the optical modulator OM plays the role of an optical transmitter.
  • the lower half of the optical transmission device in FIG. 1 is the optical transmitter side, and the upper half is the optical receiver side.
  • the optical receiver OR receives an optical signal LSin from the outside of the optical transmission device OT, demodulates the optical signal using the light wave from the light source LS as reference light, and generates electrical signals (XI, XQ, YI, YQ). These electrical signals are processed by a DSP and converted into electrical signals for output. In the DSP, serial/parallel conversion processing is performed by a demultiplexer (DEMUX), and demultiplexing processing is also performed.
  • DEMUX demultiplexer
  • the problem to be solved by the present invention is to solve the problems described above and to provide an optical modulator that reduces the propagation loss associated with the transmission of high-frequency signals.
  • the optical modulator of the present invention has the following technical features. (1) In an optical modulator housing an electro-optical conversion element and a driver circuit for driving the electro-optical conversion element in the same housing, an input modulation signal input from outside the housing is and a multiplexer for converting the modulation signal to an output modulation signal having a higher frequency than the modulation signal for output and supplying the modulation signal for output to the driver circuit, wherein the multiplexer is housed in the housing.
  • the multiplexer is parallel/serial conversion means.
  • the multiplexer and the driver circuit are arranged on a flip-chip substrate.
  • An optical transmission device comprising the optical transmitter described in (7) above and an optical receiver.
  • the present invention provides an optical modulator in which an electro-optic conversion element and a driver circuit for driving the electro-optic conversion element are housed in the same housing, wherein an input modulation signal input from outside the housing is A multiplexer that converts an input modulated signal into an output modulated signal having a higher frequency and supplies the output modulated signal to the driver circuit, and the multiplexer is accommodated in the housing.
  • a low-frequency signal can be used as the input modulation signal to be input to, and propagation loss due to the signal transmission path can be reduced.
  • the multiplexer, the driver circuit, and the electro-optical conversion element are housed in the same housing, it is possible to shorten the wiring of each member to the utmost limit, further suppressing the propagation loss of the modulated signal. becomes.
  • FIG. 1 is a plan view showing an example of a conventional optical transmission device;
  • FIG. 1 is a plan view showing an example of an optical transmission device according to the present invention;
  • FIG. 1A and 1B are a plan view and a side view showing a first embodiment of an optical modulator according to the present invention;
  • FIG. 4A is a plan view and a side view showing a second embodiment of the optical modulator according to the present invention;
  • 3A and 3B are a plan view and a side view showing a third embodiment of an optical modulator according to the present invention;
  • FIG. It is the top view, the side view, and the back view which show the 4th Example of the optical modulator which concerns on this invention.
  • the optical modulator of the present invention is an optical modulator in which an electro-optic conversion element E/OC and a driver circuit DRV for driving the electro-optic conversion element are housed in the same housing CA.
  • a multiplexer that converts an input modulated signal input from outside the housing into an output modulated signal having a higher frequency than the input modulated signal and supplies the output modulated signal to the driver circuit.
  • a MUX is provided, and the multiplexer is housed in the housing CA.
  • Substrates constituting electro-optic conversion elements particularly materials for forming optical waveguides include lithium niobate (LN), lithium tantalate (LiTaO 3 ), lanthanum zirconate titanate (PLZT), and indium phosphide compounds (InP).
  • LN lithium niobate
  • LiTaO 3 lithium tantalate
  • PZT lanthanum zirconate titanate
  • InP indium phosphide compounds
  • Si silicon-based
  • EO electro-optic
  • a feature of the present invention is that, as shown in FIG. 2, a multiplexer MUX (parallel/serial conversion unit), which has conventionally been arranged in a DSP, is accommodated (incorporated) inside the casing CA of the optical modulator OM. be.
  • the electrical signal to the external connection of the optical modulator operates with low-frequency (low-speed) signals and multiple channels, and the optical modulator internally operates with high-frequency (high-speed) signals and fewer channels (equal to the number of external channels). 1), and it is possible to realize a modulation operation exceeding 100 GHz per channel.
  • the symbols used in FIG. 2 that are the same as those in FIG. 1 mean the same contents as in the configuration of FIG. 1 described above.
  • This configuration replaces the electrical signal transmitted between the DSP and the optical modulator with a low speed signal.
  • the channel ratio of the multiplexer MUX is 2:1
  • the frequency of the external electrical signal is 1/2.
  • the channel ratio is not limited to 2:1, but can be 4:1, 8:1, etc. In that case, the speed of electrical signals transmitted between the DSP and the optical modulator can be made slower.
  • the multiplexer MUX when the multiplexer MUX is housed inside the housing of the optical modulator, the number of electrical signal transmission lines connecting the inside and outside of the housing doubles.
  • the connector such as conventional connector pins
  • FPC flexible printed circuit boards
  • BGA ball grid array
  • the interface of the optical modulator accommodates multi-channel signals compared to the conventional one, so the number of signal connection points increases. Therefore, as described above, it is possible to realize multi-channel signal connection in a limited space by using a plurality of flexible substrates and multi-point connection of BGA. Further, in FIG. 2 and each drawing described later, the width of the multiplexer MUX (the height in the vertical direction of the drawing) is wider than the width of the driver circuit DRV. For this reason, the size of the housing also becomes slightly larger due to the multiplexer MUX.
  • the optical modulator of the present invention for example, it is important to reduce the transmission loss from the multiplexer MUX to the driver circuit and from the driver circuit to the electro-optic conversion element, which is a high-speed signal wiring of 128 Gbaud (signal band over 100 GHz). It is a feature. For this reason, as will be described later, a multiplexer MUX is mounted on a substrate, and electrical connection with a relay substrate and an electro-optic conversion element mounted inside the optical modulator is realized by flip-chip bonding. ing.
  • 3A and 3B are a plan view and a side view showing the first embodiment of the optical modulator, and a multiplexer MUX is built in the housing CA.
  • This multiplexer can reduce the frequency of the input modulation signal MSin by using parallel/serial conversion means.
  • Input modulation signal MSin is introduced into the housing via connector CN.
  • the lead-in line is a high frequency line (RFL) through which microwaves propagate.
  • the relay board RB, the multiplexer MUX, the driver circuit DRV, and the electro-optic conversion element E/OC are linearly arranged. This is to cope with the speeding up of electric signals and to reduce propagation loss.
  • Wire bonding connections WB are provided between the relay board RB and the multiplexer MUX, between the multiplexer MUX and the driver circuit DRV, and further between the driver circuit DRV and the electro-optic conversion element.
  • the driver circuit used in HB-CDM consumes several watts of power, and the multiplexer MUX mounted on the DSP also consumes the same. Since these electric powers are converted into heat, a structure for heat dissipation is required. For example, it is possible to enhance the heat dissipation effect by using a metal with good thermal conductivity for the housing, the pedestal PD1 that supports the multiplexer, the pedestal PD2 that supports the driver circuit, and the pedestal PD3 that supports the electro-optic conversion element. .
  • LE is a lens that collects light waves entering and exiting the electro-optic conversion element
  • CO is a collimator lens barrel
  • FB is an optical fiber. 4 and subsequent figures, the same reference numerals as those in FIG. 3 denote the same configurations, unless otherwise specified.
  • FIG. 4 is a plan view and a side view showing a second embodiment of the optical modulator.
  • the multiplexer MUX is arranged on the flip chip board FCB, and the connection between the flip chip board FCB and the relay board RB and the connection between the flip chip board FCB and the driver circuit DRV are electrically connected by flip chip bond connection. .
  • Symbol PA means a pad portion used for flip-chip bond connection.
  • FIG. 5 is a plan view and a side view showing a third embodiment of the optical modulator.
  • the connector CN for receiving the input modulated signal from the outside is modified.
  • the high-frequency interface wiring portion which is the transmission line of the modulated signal, is arranged on both the front side and the back side of the insulating substrate that constitutes the connector. With this configuration, it is possible to separate the adjacent transmission lines and suppress the crosstalk of the modulated signal.
  • the third embodiment can increase the number of wires without increasing the size of the connector CN.
  • FIG. 6 is a plan view, a side view and a bottom view showing a fourth embodiment of the optical modulator.
  • the multiplexer MUX is fixed to the flip-chip substrate, and each member is flip-chip bonded.
  • BGA ball grid array terminal
  • FIG. 7 is a plan view and a side view showing a fifth embodiment of the optical modulator.
  • a feature of the fifth embodiment is that the multiplexer MUX and the driver circuit DRV are incorporated into one chip circuit CP.
  • this one-chip design realizes high-speed signal wiring with reduced electrical reflection and line loss. Due to the one-chip design, elements that consume a lot of power are concentrated in a small area. Therefore, the pedestal PD4 that supports the chip circuit CP must have a configuration that enhances conductivity.
  • FIG. 8 is a plan view and a side view showing a sixth embodiment of the optical modulator.
  • the chip circuit CP is arranged and fixed on the flip chip substrate FCB, and the electrical connection with the relay substrate RB and the electro-optic conversion element E/OC is made by flip chip bond connection. By doing so, high-speed signal wiring with reduced electrical reflection and line loss is realized.
  • FIG. 9 is a plan view and a side view showing a seventh embodiment of the optical modulator
  • FIG. 10 is a plan view and a side view showing the eighth embodiment of the optical modulator.
  • a feature of these embodiments is that the input modulation signal MSin is transmitted using a flexible printed circuit board FPC (also referred to as a "flexible cable") provided outside the housing CA.
  • FPC flexible printed circuit board
  • the flexible substrate FPC is electrically connected to the bottom surface of the housing CA. properly connected.
  • the flexible printed circuit board FPC is arranged using only one side surface of the housing CA. Not limited to this, it is also possible to arrange a plurality of flexible substrates FPC on a plurality of side surfaces of the housing to increase the number of wirings or increase the spacing between wirings.
  • FIG. 11 is a plan view and a side view showing a ninth embodiment of the optical modulator.
  • a feature of the ninth embodiment is that the relay board and the electro-optic conversion element are electrically connected using a flip-chip board FCB on which the one-chip chip circuit CP is mounted. This configuration enables simplification of manufacturing and assembly.
  • a terminating resistor TR for terminating the modulated signal applied to the electro-optic conversion element is provided on the flip-chip substrate FCB to simplify the electro-optic conversion element E/OC. Since the heat generated by the terminating resistor cannot be ignored, it also contributes to separating the terminating resistor and the electro-optic conversion element.
  • FIG. 12 is a plan view and a side view showing the tenth embodiment of the optical modulator.
  • a feature of the tenth embodiment is that the contact area between the flip chip substrate FCB and the base PD is increased to efficiently dissipate the heat generated by the chip circuit CP. With this configuration, the electro-optic conversion element E/OC is arranged on the flip-chip substrate FCB.
  • an optical modulator with reduced propagation loss associated with transmission of high frequency signals. It is also possible to provide an optical transmitter using the optical modulator, and an optical transmission apparatus using the optical transmitter.

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Abstract

高周波信号の伝送に係る伝搬損失を低減した光変調器を提供することを目的とする。　電気光学変換素子Ｅ／ＯＣと、該電気光学変換素子を駆動するドライバ回路ＤＲＶとを同一の筐体ＣＡに収容する光変調器において、該筐体の外部から入力される入力用変調信号を、該入力用変調信号より高い周波数を有する出力用変調信号に変換すると共に、該出力用変調信号を該ドライバ回路に供給するマルチプレクサＭＵＸを備え、該マルチプレクサは該筐体ＣＡ内に収容されていることを特徴とする。

Description

光変調器
　本発明は、光変調器に関し、特に、電気光学変換素子と、該電気光学変換素子を駆動するドライバ回路とを同一の筐体に収容する光変調器に関する。
　光計測技術分野や光通信技術分野において、ニオブ酸リチウムや半導体などの電気光学効果を有する材料を用いた光変調器が多用されている。特に、コヒーレント光伝送装置の小型化／高速化を実現するため、例えば、高帯域幅コヒーレントドライバ変調器（ＨＢ－ＣＤＭ）のように、光変調器を駆動するための増幅器（ドライバ回路）を光変調器内部に搭載する光変調器が提案されている。しかも、高周波信号の伝送損失を低減するため、デジタル信号処理装置（ＤＳＰ）と光変調器間の伝送線路長を短尺化させることも行われている。
　光変調器を利用した光送信機や光受信機を組み込んだ光伝送装置では、外部との電気信号接続において伝送線路長が長くなるため、低速信号を使用し、装置に搭載されるＤＳＰの内部にマルチプレクサ（ＭＵＸ）などの、低速信号を高速に変換するパラレル／シリアル変換機能を有することが一般的である（特許文献１及び２参照）。
　１２８Ｇｂａｕｄ（信号帯域１００ＧＨｚ超）以上の高速化では、ＤＳＰの消費電力はさらに増加し、ＭＵＸは多チャンネルの信号を収容するため、ＤＳＰの低消費電力化と小型化には不向きと考えられる。また、光伝送装置内でのコネクタ等の部品点数低減、伝送線路長の短尺化により、信号劣化（電気反射／伝送損失低減）を抑えることも求められている。
　図１は従来の光伝送装置ＯＴの一例を示す平面図である。ＤＳＰでは入力される電気信号ＥＳｉｎに基づき、変調信号（ＸＩ，ＸＱ，ＹＩ，ＹＱ）を生成し、光変調器ＯＭが駆動される。ＤＳＰは、電気信号ＥＳｉｎに基づき、信号処理部ＳＰで複数の変調用信号の信号を生成すると共に、マルチプレクサＭＵＸでパラレル／シリアル変換を行い信号の多重化を実施する。このため、ＤＳＰから出力される変調信号は、より高い周波数となり、ＤＳＰから光変調器ＯＭまでの間の伝送線路で損失が増大する原因になっている。特に、光変調器の外部からの電気信号を入力する入力用コネクタのような高周波インターフェースでは、伝送線路が複雑な構造をしているため、伝送損失が極めて大きくなる。
　光変調器ＯＭ内では、中継基板ＲＢを介して変調信号がドライバ回路ＤＲＶに伝送され増幅される。さらにドライバ回路ＤＲＶの出力信号は、光変調素子などの電気光学変換素子に入力され、光源ＬＳから入力される光波を変調し、光信号ＬＳｏｕｔとして光伝送装置ＯＴから出力される。このように、光変調器ＯＭは光送信機の役割を担っている。
　図１の光伝送装置の下半分が光送信機側であり、上半分が光受信機側となっている。光受信機ＯＲでは、光伝送装置ＯＴの外部から光信号ＬＳｉｎが入力され、光源ＬＳの光波を参照光として光信号を復調し、電気信号（ＸＩ，ＸＱ，ＹＩ，ＹＱ）を生成する。これらの電気信号は、ＤＳＰで信号処理され出力用の電気信号に変換される。ＤＳＰ内では、デマルチプレクサ（ＤＥＭＵＸ）でシリアル／パラレル変換処理が行われ、逆多重化処理も行われる。
特開２０１７－０８５４７５号公報 特開２０１３－２３９８３０号公報
　本発明が解決しようとする課題は、上述したような問題を解決し、高周波信号の伝送に係る伝搬損失を低減した光変調器を提供することである。
　上記課題を解決するため、本発明の光変調器は、以下の技術的特徴を有する。
（１）　電気光学変換素子と、該電気光学変換素子を駆動するドライバ回路とを同一の筐体に収容する光変調器において、該筐体の外部から入力される入力用変調信号を、該入力用変調信号より高い周波数を有する出力用変調信号に変換すると共に、該出力用変調信号を該ドライバ回路に供給するマルチプレクサを備え、該マルチプレクサは該筐体内に収容されていることを特徴とする。
（２）　上記（１）に記載の光変調器において、該マルチプレクサと該ドライバ回路とは一つのチップ回路に組み込まれていることを特徴とする。
（３）　上記（１）又は（２）に記載の光変調器において、該マルチプレクサは、パラレル／シリアル変換手段であることを特徴とする。
（４）　上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の光変調器において、該マルチプレクサと該ドライバ回路は、フリップチップ基板上に配置されていることを特徴とする。
（５）　上記（４）に記載の光変調器において、該電気光変換素子と該フリップチップ基板とはフリップチップ接続で電気的に接続されていることを特徴とする。
（６）　上記（１）乃至（５）のいずれかに記載の光変調器において、該筐体の外側に設けられたフレキシブル基板を用いて該入力用変調信号を伝送することを特徴とする。
（７）　上記（１）乃至（６）のいずれかに記載の光変調器と、該光変調器に変調動作を行わせる該入力用変調信号を出力する電子回路とを有することを特徴とする光送信機である。
（８）　上記（７）に記載の光送信機と、光受信機とを備えた光伝送装置である。
　本発明は、電気光学変換素子と、該電気光学変換素子を駆動するドライバ回路とを同一の筐体に収容する光変調器において、該筐体の外部から入力される入力用変調信号を、該入力用変調信号より高い周波数を有する出力用変調信号に変換すると共に、該出力用変調信号を該ドライバ回路に供給するマルチプレクサを備え、該マルチプレクサは該筐体内に収容されているため、光変調器に入力する入力用変調信号を低周波信号とすることができ、信号伝送経路による伝搬損失を低減することができる。しかも、マルチプレクサ、ドライバ回路、電気光学変換素子を同一の筐体内に収容するため、各部材の配線を極限まで短尺化することも可能となり、より一層の変調信号の伝搬損失を抑制することが可能となる。
従来の光伝送装置の一例を示す平面図である。 本発明に係る光伝送装置の一例を示す平面図である。 本発明に係る光変調器の第１実施例を示す平面図と側面図である。 本発明に係る光変調器の第２実施例を示す平面図と側面図である。 本発明に係る光変調器の第３実施例を示す平面図と側面図である。 本発明に係る光変調器の第４実施例を示す平面図と側面図と裏面図である。 本発明に係る光変調器の第５実施例を示す平面図と側面図である。 本発明に係る光変調器の第６実施例を示す平面図と側面図である。 本発明に係る光変調器の第７実施例を示す平面図と側面図である。 本発明に係る光変調器の第８実施例を示す平面図と側面図である。 本発明に係る光変調器の第９実施例を示す平面図と側面図である。 本発明に係る光変調器の第１０実施例を示す平面図と側面図である。
　以下、本発明の光変調器について、好適例を用いて詳細に説明する。
　本発明の光変調器は、図２乃至１２に示すように、電気光学変換素子Ｅ／ＯＣと、該電気光学変換素子を駆動するドライバ回路ＤＲＶとを同一の筐体ＣＡに収容する光変調器ＯＭにおいて、該筐体の外部から入力される入力用変調信号を、該入力用変調信号より高い周波数を有する出力用変調信号に変換すると共に、該出力用変調信号を該ドライバ回路に供給するマルチプレクサＭＵＸを備え、該マルチプレクサは該筐体ＣＡ内に収容されていることを特徴とする。
　電気光学変換素子を構成する基板、特に、光導波路を形成する材料としては、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）ジルコン酸チタン酸ランタン（ＰＬＺＴ）、インジウムリン系化合物（ＩｎＰ）、ガリウムヒ素系（ＧａＡｓ）、シリコン系（Ｓｉ）材料、電気光学（ＥＯ）ポリマー等が利用可能である。
　本発明の特徴は、図２に示すように、従来、ＤＳＰ内に配置されていたマルチプレクサＭＵＸ（パラレル／シリアル変換部）を光変調器ＯＭの筐体ＣＡの内部に収容（内蔵）したことである。これにより、光変調器の外部接続との電気信号は低周波（低速）信号かつ多チャンネルで動作し、光変調器内部では、高周波（高速）信号かつ少ないチャンネル（外部の多チャンネルの数分の１）で動作し、１チャンネルあたり１００ＧＨｚを超える変調動作を実現することが可能となる。なお、図２で使用する符号で、図１と同様のものは、上述した図１の構成と同じ内容を意味する。
　この構成により、ＤＳＰと光変調器との間で伝送される電気信号は低速信号に置き換える。具体的には、マルチプレクサＭＵＸのチャンネル比率が２：１の場合には、外部の電気信号の周波数は１／２となる。このため、ＤＳＰから光変調器との間の伝送線路だけでなく、信号劣化が発生しやすい光変調器の信号入力部（高周波インタフェース部）を低速化する。チャンネル比率は２：１に限らず、４：１や８：１などとすることも可能であり、その場合はＤＳＰと光変調器間で伝送される電気信号の速度をより低速にできる。
　一方で光変調器内部は、内蔵したマルチプレクサＭＵＸ以降の信号配線部を短くすることで高周波（高速）信号の劣化を抑制する。また、光変調器の外部の電気信号を低速化することにより、光変調器とＤＳＰ線路間の線路設計自由度を確保できるなどの多くの利点もある。
　ただし、マルチプレクサＭＵＸを光変調器の筐体内に収容する場合には、筐体の内外とを繋ぐ電気信号の伝送線路の数は、倍増することとなる。多チャンネルの伝送線路を確保するため、従来のコネクタピンなどのコネクタ（ＣＮ）内の配線数を増加するだけでなく、面実装が可能なフレキシブル基板（ＦＰＣ）を用いたケーブルを複数配置したり、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）による多点接続を利用することも可能である。
　ＭＵＸを光変調器内に内蔵する場合、光変調器のインターフェースは、従来に比べて多チャンネルの信号を収容するため、信号接続箇所が増える。このため、上述したように、フレキシブル基板の複数化やＢＧＡの多点接続により、限られたスペースで多チャンネルの信号接続を実現することが可能となる。
　また、図２や後述する各図面では、マルチプレクサＭＵＸの幅（図面の上下方向の高さ）はドライバ回路ＤＲＶの幅より広い。このため、筐体のサイズもマルチプレクサＭＵＸにより少し大きくなる。
　本発明の光変調器では、例えば、１２８Ｇｂａｕｄ（信号帯域１００ＧＨｚ超）の高速信号配線となる、マルチプレクサＭＵＸからドライバ回路まで、ドライバ回路から電気光学変換素子までの伝送損失を低減させることも、重要な特徴である。このために、後述のように、マルチプレクサＭＵＸを基板上に実装し、光変調器内部に実装される中継基板や電気光学変換素子との電気的接続をフリップチップボンド接続により実現することなども行っている。
　以下では、本発明の光変調器について、各実施例を用いて詳細に説明する。
　図３は、光変調器の第１実施例を示す平面図と側面図であり、筐体ＣＡの内部には、マルチプレクサＭＵＸが内蔵されている。このマルチプレクサは、パラレル／シリアル変換手段を用いることで、入力用変調信号ＭＳｉｎの周波数を低下させることが可能となる。
　入力用変調信号ＭＳｉｎはコネクタＣＮを介して筐体内に導入される。導入線路はマイクロ波が伝搬する高周波線路（ＲＦＬ）となっている。筐体ＣＡ内では、中継基板ＲＢ、マルチプレクサＭＵＸ、ドライバ回路ＤＲＶ、電気光学変換素子Ｅ／ＯＣを直線状に配置している。これは、電気信号の高速化に対応し、伝搬損失を低減するためである。中継基板ＲＢとマルチプレクサＭＵＸとの間、マルチプレクサＭＵＸとドライバ回路ＤＲＶとの間、さらには、ドライバ回路ＤＲＶと電気光学変換素子との間は、ワイヤボンディング接続ＷＢで各々接続されている。
　近年、ＨＢ－ＣＤＭで使用されるドライバ回路は数Ｗの電力を消費し、ＤＳＰに搭載されるマルチプレクサＭＵＸについても同様に消費する。これらの電力は熱に転換されるため、放熱のための構成が必要となる。例えば、筐体や、マルチプレクサを支持する台座ＰＤ１，ドライバ回路を支持する台座ＰＤ２、電気光学変換素子を支持する台座ＰＤ３に熱伝導性がよい金属を使用し、放熱効果を高めることも可能である。
　図３で使用する各符号の意味は、ＬＥは電気光学変換素子に出入りする光波を集光するレンズであり、ＣＯはコリメータレンズの鏡筒、ＦＢは光ファイバを意味する。図４以降についても特に説明がない限り、図３と同じ符号のものは、同じ構成を意味する。
　図４は、光変調器の第２実施例を示す平面図と側面図である。
　マルチプレクサＭＵＸをフリップチップ基板ＦＣＢ上に配置し、フリップチップ基板ＦＣＢと中継基板ＲＢとの接続や、フリップチップ基板ＦＣＢとドライバ回路ＤＲＶとの接続は、フリップチップボンド接続で電気的に接続されている。これにより、電気反射と線路損失を低減させた高速信号配線を実現することが可能となる。符号ＰＡはフリップチップボンド接続に使用されるパッド部を意味している。
　図５は、光変調器の第３実施例を示す平面図と側面図である。図４で示した第２実施例に加え、外部からの入力用変調信号を受け入れるコネクタＣＮに変更を加えている。具体的には、変調信号の伝送線路である高周波インタフェース配線部を、コネクタを構成する絶縁基板の表面側と裏面側の両方に配置している。この構成で、隣接する伝送線路を離間させ、変調信号がクロストークするのを抑制することが可能となる。マルチプレクサＭＵＸを筐体内に収容することで、外部接続端子の数が増加するが、第３実施例は、コネクタＣＮのサイズを大きくすることなく配線数を増加できる。
　図６は、光変調器の第４実施例を示す平面図、側面図及び底面図である。第２実施例と同様に、マルチプレクサＭＵＸをフリップチップ基板に固定すると共に、各部材をフリップチップボンド接続している。さらに、外部との高周波インタフェース接続は、ボールグリッドアレイ端子（ＢＧＡ）とすることで、ＤＳＰとの信号接続の短尺化を実現できる。また、これらの構成により、電気反射と線路損失を低減させた高速信号配線を実現することが可能となる。
　図７は、光変調器の第５実施例を示す平面図と側面図である。第５実施例の特徴は、マルチプレクサＭＵＸとドライバ回路ＤＲＶとを、一つのチップ回路ＣＰに組み込むことである。この１チップ化により、信号配線部の接続点を減らすことで、電気反射と線路損失を低減させた高速信号配線を実現する。１チップ化により、電力を多く消費する素子が小さい領域に集中することになる。このため、チップ回路ＣＰを支持する台座ＰＤ４には、導電性を高める構成が不可欠である。
　図８は、光変調器の第６実施例を示す平面図と側面図である。第５実施例の１チップ化の構成に加え、チップ回路ＣＰをフリップチップ基板ＦＣＢ上に配置固定し、中継基板ＲＢや電気光学変換素子Ｅ／ＯＣとの電気的接続を、フリップチップボンド接続で行うことで、電気反射と線路損失を低減させた高速信号配線を実現する。
　図９は、光変調器の第７実施例を示す平面図と側面図であり、図１０は、光変調器の第８実施例を示す平面図と側面図である。
　これらの実施例の特徴は、筐体ＣＡの外側に設けられたフレキシブル基板ＦＰＣ（「フレキシブルケーブル」とも言う。）を用いて入力用変調信号ＭＳｉｎを伝送することである。フレキシブル基板ＦＰＣを用いることで、信号線路の短尺化の実現することが可能となる。
　図９では、フレキシブル基板ＦＰＣは筐体ＣＡの底面で電気的接続が行われ、図１０では、筐体ＣＡの側面壁を貫通するリードピンＬＰを介して、フレキシブル基板ＦＰＣと中継基板ＲＢとを電気的に接続している。
　また、図１０では筐体ＣＡの一側面のみを利用してフレキシブル基板ＦＰＣを配置している。これに限らず、筐体の複数の側面にフレキシブル基板ＦＰＣを複数配置し、配線数を増加、又は配線間の間隔の増加を行うことも可能である。
　図１１は、光変調器の第９実施例を示す平面図と側面図である。第９実施例の特徴は、１チップ化したチップ回路ＣＰを載置するフリップチップ基板ＦＣＢを用いて、中継基板、電気光学変換素子を電気接続することである。この構成により、製造及び組み立ての簡素化を図ることが可能となる。
　さらに、図１１では、電気光学変換素子に印加された変調信号を終端する終端抵抗ＴＲをフリップチップ基板ＦＣＢ上に設け、電気光学変換素子Ｅ／ＯＣの簡素化も図っている。終端抵抗の発熱も無視できないため、終端抵抗と電気光学変換素子とを離間させることにも寄与している。
　図１２は、光変調器の第１０実施例を示す平面図と側面図である。第１０実施例の特徴は、フリップチップ基板ＦＣＢと台座ＰＤとの接触面積を増加し、チップ回路ＣＰの発熱を効率よく放熱することである。この構成に伴い、電気光学変換素子Ｅ／ＯＣをフリップチップ基板ＦＣＢの上に配置している。
　以上説明したように、本発明によれば、高周波信号の伝送に係る伝搬損失を低減した光変調器を提供することが可能となる。また、その光変調器を用いた光送信機、さらには、該光送信機を用いた光伝送装置を提供することも可能となる。
　ＣＡ　筐体
　ＣＮ　コネクタ
　ＤＲＶ　ドライバ回路
　Ｅ／ＯＣ　電気光学変換素子
　ＭＵＸ　マルチプレクサ（パラレル／シリアル変換）

 

Claims (6)

  1. 　電気光学変換素子と、該電気光学変換素子を駆動するドライバ回路とを同一の筐体に収容する光変調器において、
    　該筐体の外部から入力される入力用変調信号を、該入力用変調信号より高い周波数を有する出力用変調信号に変換すると共に、該出力用変調信号を該ドライバ回路に供給するマルチプレクサを備え、
    　該マルチプレクサは該筐体内に収容されていることを特徴とする光変調器。
  2. 　請求項１に記載の光変調器において、該マルチプレクサと該ドライバ回路とは一つのチップ回路に組み込まれていることを特徴とする光変調器。
  3. 　請求項１又は２に記載の光変調器において、該マルチプレクサは、パラレル／シリアル変換手段であることを特徴とする光変調器。
  4. 　請求項１乃至３のいずれかに記載の光変調器において、該マルチプレクサと該ドライバ回路は、フリップチップ基板上に配置されていることを特徴とする光変調器。
  5. 　請求項４に記載の光変調器において、該電気光変換素子と該フリップチップ基板とはフリップチップ接続で電気的に接続されていることを特徴とする光変調器。
  6. 　請求項１乃至５のいずれかに記載の光変調器において、該筐体の外側に設けられたフレキシブル基板を用いて該入力用変調信号を伝送することを特徴とする光変調器。

     
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