(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【背景技術】
【0002】
従来、光源において発生する光を変調する光変調器には、マッハツェンダ干渉計が用いられることがある。このような光変調器においては、平行な光導波路に沿って信号電極及び接地電極が設けられる。近年では、光変調方式が多様化しているため、光変調器は、複数のマッハツェンダ干渉計を備えることが多くなっている。この場合、複数のマッハツェンダ干渉計を1チップに集積することにより、光変調器のサイズを小さくすることが可能である。
【0003】
複数のマッハツェンダ干渉計を備える光変調器は、複数の異なる電気信号が入力されることで多値変調信号を生成することができる。すなわち、それぞれのマッハツェンダ干渉計に対応する信号電極に、異なる電気信号が外部から入力されることにより、例えばDQPSK(Differential Quadrature Phase Shift Keying)方式などの多値変調方式による光変調が可能となる。
【0004】
光変調器への電気信号の入力部には、コネクタが設けられることがある。しかしながら、複数の電気信号それぞれに関してコネクタが設けられると、光変調器のサイズが大きくなり、実装面積が増大する。そこで、電気信号の入力部に可撓性を有するフレキシブルプリント回路板(FPC:Flexible Printed Circuits)を用いることにより、装置の小型化が図られることがある。
【0005】
具体的には、FPCには、光変調器の複数の信号電極に対応する複数の配線パターンがプリントされており、ドライバから出力される電気信号が、FPCにプリントされた配線パターンを介して光変調器へ入力される。FPCのドライバ側の一端は、各配線パターンが例えばドライバからの電気信号を出力する電極にはんだ付けされることにより、ドライバと電気的に接続される。また、FPCの光変調器側の一端は、光変調器に形成される切欠部に挿入され、各配線パターンが例えば切欠部の上面から下方に突出する同軸端子にはんだ付けされることにより、光変調器と電気的に接続される。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本願が開示する光モジュールの実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。
【0014】
(実施の形態1)
図1は、実施の形態1に係る光モジュール100の構成を示す平面模式図である。
図1に示す光モジュール100は、プリント回路板(PCB:Printed Circuits Board)110、光変調器120、FPC130、電極140及びドライバ150を有する。
【0015】
PCB110は、例えばガラスエポキシ基板などであり、光モジュール100を構成する各種の部品を搭載する。
【0016】
光変調器120は、図示しない光源において発生する光を変調して出力する。このとき、光変調器120は、ドライバ150から出力される電気信号に基づいて光変調を行う。具体的には、光変調器120は、変調器チップ121及び中継基板122を有する。
【0017】
変調器チップ121は、平行な光導波路と信号電極及び接地電極とから構成され、光源からの光を光導波路によって伝搬しつつ、信号電極に供給される電気信号に基づく光変調を行う。具体的には、光導波路は、例えばニオブ酸リチウム(LiNbO
3(LN))やタンタル酸リチウム(LiTaO
2)などの電気光学結晶を用いた結晶基板上の一部に、チタン(Ti)などの金属膜を形成し熱拡散することによって形成される。また、光導波路は、パターニング後に安息香酸中でプロトン交換することによって形成されても良い。一方、信号電極及び接地電極は、平行な光導波路に沿って形成されるコプレーナ電極である。
図1においては、変調器チップ121に4組の平行な光導波路が形成されているため、それぞれの光導波路の組に対応する信号電極及び接地電極が形成されている。信号電極及び接地電極は、例えばそれぞれの光導波路の上にパターニングされる。そして、光導波路中を伝搬する光が信号電極及び接地電極によって吸収されるのを防ぐために、結晶基板と信号電極及び接地電極との間にバッファ層が設けられる。バッファ層としては、例えば厚さ0.2〜2μm程度の二酸化ケイ素(SiO
2)等を用いることができる。
【0018】
中継基板122は、ドライバ150から出力された電気信号を変調器チップ121へ中継し、変調器チップ121の信号電極へ入力する。
図1においては、中継基板122は、変調器チップ121に形成される4つの信号電極に対応する4つの配線パターンを有する。変調器チップ121に形成された複数の信号電極に電気信号を入力する場合、すべての電気信号の入力部が光変調器120の片側に並んでいれば、実装が容易となり、実装面積が小さくてすむ。そこで、本実施の形態においては、光変調器120に中継基板122を配置し、光変調器120の片側から入力される電気信号を中継基板122が変調器チップ121へ中継する構成としている。
【0019】
FPC130は、可撓性を有するフレキシブル基板であり、ドライバ150から出力される電気信号を光変調器120へ供給する。すなわち、FPC130の一端は、光変調器120の中継基板122と電気的に接続され、FPC130の他端は、ドライバ150と電気的に接続される。FPC130のPCB110側の面には、電気信号を伝搬する配線パターンが形成される。本実施の形態においては、中継基板122が有する4つの配線パターンに接続される4つの配線パターンがFPC130に形成される。これらの配線パターンは、FPC130上でピッチ変換されており、ドライバ150側では配線パターン間のピッチが大きいが光変調器120側ではピッチが小さくなっている。このように、ドライバ150側で配線パターン間のピッチを大きくすることにより、はんだ付けの作業性を向上し、配線パターン間のクロストークを低減することができる。
【0020】
電極140は、PCB110上にプリントされた電極であり、ドライバ150から出力される電気信号をFPC130へ伝搬する。電極140とFPC130の配線パターンとは、はんだ付けされている。
【0021】
ドライバ150は、光源からの光を変調するための電気信号を生成する。すなわち、ドライバ150は、送信データに応じた振幅・位相の高周波な電気信号を生成し、この電気信号によって光変調器120を駆動する。
【0022】
次に、
図2を参照して光変調器120、FPC130及びドライバ150の電気的な接続について説明する。
図2は、実施の形態1に係る光モジュール100の構成を示す側面模式図である。
【0023】
図2に示すように、光変調器120のPCB110近傍には、切欠部が形成されており、FPC130の一端は、光変調器120に形成された切欠部に挿入され、切欠部の内部で光変調器120と接続される。すなわち、切欠部の上面から下方へ突出する同軸端子201とFPC130の配線パターンとがはんだ付けされることにより、FPC130と光変調器120とが電気的に接続される。
【0024】
また、FPC130のドライバ150側の一端は、電極140にはんだ付けされる。すなわち、FPC130の配線パターンと電極140とがはんだ202によって電気的に接続される。後述するように、本実施の形態においては、FPC130のドライバ150側の一端が反ることなく、PCB110の面に対して平行であるため、FPC130の各配線パターンと電極140との間のはんだ202の厚さは均一である。このため、各配線パターンにおいて等しくインピーダンス整合を取ることができる。
【0025】
ドライバ150と電極140は、ドライバ150から突出するリードピン203が電極140にはんだ付けされることにより、電気的に接続される。すなわち、ドライバ150のリードピン203は、はんだ204を介して電極140に接続される。
【0026】
次いで、光変調器120とFPC130の接続部について、詳細に説明する。
図3は、光変調器120とFPC130の接続部の構成を示す図である。
図3に示すように、光変調器120のPCB110近傍には、切欠部301が形成されている。そして、FPC130の一端は切欠部301に挿入され、FPC130の配線パターンが同軸端子201にはんだ付けされる。
【0027】
同軸端子201は、光変調器120内の中継基板122と切欠部301の上面とを貫通し、光変調器120から下方へ突出する。そして、同軸端子201は、さらにFPC130に形成されたスルーホールを貫通し、FPC130のPCB110側の面において、はんだ302によって配線パターンと接続される。これにより、光変調器120とFPC130が電気的に接続される。このように、複数の配線パターンが設けられるFPC130の一端が光変調器120の下部に形成された切欠部301へ挿入され、光変調器120と接続されるため、光変調器120とドライバ150を接続するFPC130の長さを最小限とすることができる。また、切欠部301の上面から下方へ突出する同軸端子201とFPC130の複数の配線パターンとがはんだ付けされるため、コネクタなどを不要として光変調器120の実装面積を小さくすることができる。
【0028】
図4は、
図3のAから見た切欠部301の構成を示す図である。
図4に示すように、切欠部301は、周囲に、FPC130の幅方向の位置を規定する側面401と、FPC130の長さ方向の位置を規定する突当面402とを有する。すなわち、切欠部301は、FPC130が挿入される入口に、FPC130の幅に対応する距離だけ離れて対向する側面401を有し、FPC130が切欠部301へ挿入される際の幅方向の位置決めをしている。また、切欠部301にFPC130が挿入されて、FPC130の先端が突当面402に当接すると、同軸端子201の位置とFPC130のスルーホールの位置とが重なるようになっている。このように、側面401及び突当面402によってFPC130の位置決めをすることにより、容易に同軸端子201をFPC130のスルーホールに通すことができる。
【0029】
さらに、切欠部301の上面には、段差が設けられる。すなわち、FPC130の幅方向の中央部分に対向する面403の両側には、FPC130へ向かって隆起する隆起面404が形成される。隆起面404は、複数の配線パターンが形成される中央部分の両側においてFPC130に当接し、FPC130の幅方向の両端をPCB110の方向へ押し下げる。この結果、FPC130の電極140に接続される一端においても、FPC130の幅方向の中央部分がPCB110の方向へ下がることがない。したがって、FPC130の各配線パターンと電極140との間のはんだ202の厚さを等しく揃えることができる。
【0030】
図5は、
図4におけるI−I線断面を示す図である。
図5に示すように、面403から突出する同軸端子201は、FPC130のスルーホールを貫通してはんだ付けされることにより、FPC130が光変調器120に固定される。そして、隆起面404は、FPC130の幅方向の中央部分を挟む両側に当接し、FPC130の両端を押し下げる。これにより、光変調器120に接続される一端においては、FPC130が逆U字形になる。このように隆起面404によってFPC130の幅方向の両端を変形させても、同軸端子201とFPC130がはんだ付けにより固定されているため、面403とFPC130の間の距離は固定されている。したがって、FPC130の配線パターンごとに中継基板122までの距離が異なることはなく、配線パターンごとにインピーダンスが異なることはない。
【0031】
そして、
図6に示すように、FPC130の光変調器120に接続される一端601が逆U字形になることにより、PCB110上の電極140に接続される一端602は、PCB110の面と平行になる。すなわち、FPC130の一端602においては、複数の配線パターンとPCB110の面との間の距離が等しく、配線パターンが電極140にはんだ付けされる際にも、すべての配線パターンに関するはんだの厚さを等しくすることができる。結果として、配線パターンごとにインピーダンスが異なることはなく、容易にすべての配線パターンに関して特性インピーダンスを50Ωとし、インピーダンス整合を取ることができる。
【0032】
以上のように、本実施の形態によれば、光変調器の下部に形成される切欠部の上面に隆起面を設け、切欠部に挿入されるFPCの幅方向の両端をPCB方向へ押し下げる。このため、FPCのドライバに接続される一端においても、FPCの幅方向の中央付近がPCB方向へ下がることがなく、各配線パターンとPCBの面との間の距離を等しくすることができる。結果として、各配線パターンとPCB上の電極とを接続するはんだの厚さを等しくすることができ、各配線パターンにおいて等しくインピーダンス整合を取ることができる。
【0033】
(実施の形態2)
実施の形態2の特徴は、光変調器に形成される切欠部の上面の突起を設け、突起によってFPCの幅方向の両端を押し下げることである。
【0034】
実施の形態2に係る光モジュール100の構成は、実施の形態1と同様であるため、その説明を省略する。実施の形態2においては、光変調器120の下部に形成される切欠部301の形状が実施の形態1とは異なる。
【0035】
図7は、実施の形態2に係る切欠部301の構成を示す図である。
図7において、
図1〜4と同じ部分には同じ符号を付す。また、
図7は、
図3のAから見た切欠部301の構成を示している。
【0036】
図7に示すように、切欠部301の上面701には、側面401に隣接する位置をFPC130へ向かって隆起させた突起702が設けられる。突起702は、複数の配線パターンが形成される領域の両側においてFPC130に当接し、FPC130の幅方向の両端をPCB110の方向へ押し下げる。この結果、FPC130の電極140に接続される一端においても、FPC130の幅方向の中央部分がPCB110の方向へ下がることがない。したがって、FPC130の各配線パターンと電極140との間のはんだ202の厚さを等しく揃えることができる。
【0037】
また、本実施の形態においては、突起702は、切欠部301の側面401に隣接して設けられる。換言すれば、FPC130の同軸端子201が貫通するスルーホール付近には突起702が存在せず、切欠部301のFPC130が挿入される入口付近で突起702がFPC130の幅方向の両端を押し下げる。このため、同軸端子201とFPC130の各配線パターンとが接続する接続部付近ではFPC130の変形を抑制し、同軸端子201と配線パターンとの接触不良を防止することができる。
【0038】
以上のように、本実施の形態によれば、光変調器の下部に形成される切欠部の上面に突起を設け、切欠部に挿入されるFPCの幅方向の両端をPCB方向へ押し下げる。このため、FPCのドライバに接続される一端においても、FPCの幅方向の中央部分がPCB方向へ下がることがなく、各配線パターンとPCBの面との間の距離を等しくすることができる。結果として、各配線パターンとPCB上の電極とを接続するはんだの厚さを等しくすることができ、各配線パターンにおいて等しくインピーダンス整合を取ることができる。
【0039】
また、突起が光変調器と各配線パターンとの接続部から離れた位置においてFPCの幅方向の両端を押し下げるため、接続部付近におけるFPCの変形を抑制することができ、光変調器と配線パターンとの接触不良を防止することができる。
【0040】
(実施の形態3)
実施の形態3の特徴は、光変調器に形成される切欠部の上面の突起を設けるとともに、FPCに幅広部を設け、FPCの幅方向の両端を押し下げる部位とFPCの位置決めをする部位とを離して配置することである。
【0041】
実施の形態3に係る光モジュール100の構成は、実施の形態1と同様であるため、その説明を省略する。実施の形態3においては、光変調器120の下部に形成される切欠部301の形状と、FPC130の形状とが実施の形態1とは異なる。
【0042】
図8は、実施の形態3に係る切欠部301の構成を示す図である。
図8において、
図1〜4と同じ部分には同じ符号を付す。また、
図8は、
図3のAから見た切欠部301の構成を示している。
【0043】
図8に示すように、実施の形態3に係るFPC130は、切欠部301に挿入される先端に幅広部130aを有する。そして、切欠部301は、FPC130が挿入される入口に、FPC130の幅広部130aの幅に対応する距離だけ離れて対向する側面801を有し、FPC130が幅広部130aから切欠部301へ挿入される際の幅方向の位置決めをしている。また、切欠部301にFPC130が挿入されて、幅広部130aの先端が突当面802に当接すると、同軸端子201の位置とFPC130のスルーホールの位置とが重なるようになっている。このように、FPC130の先端に設けられた幅広部130aと切欠部301の側面801及び突当面802とによってFPC130の位置決めをすることにより、容易に同軸端子201をFPC130のスルーホールに通すことができる。
【0044】
また、切欠部301の上面803には、側面801及び突当面802から離れた位置をFPC130へ向かって隆起させた突起804が設けられる。突起804は、複数の配線パターンが形成される領域の両側においてFPC130に当接し、FPC130の幅方向の両端をPCB110の方向へ押し下げる。この結果、FPC130の電極140に接続される一端においても、FPC130の幅方向の中央部分がPCB110の方向へ下がることがない。したがって、FPC130の各配線パターンと電極140との間のはんだ202の厚さを等しく揃えることができる。
【0045】
また、本実施の形態においては、突起804は、FPC130の位置決めをする側面801及び突当面802から離れた位置に設けられる。このため、光変調器120の外形を加工する際に、寸法の精度が要求されるFPC130の位置決めのための部位とFPC130の幅方向の両端を押し下げる部位とを独立して加工することができる。すなわち、光変調器120に切欠部301を形成する際の作業効率を向上することができる。
【0046】
以上のように、本実施の形態によれば、光変調器の下部に形成される切欠部の上面に突起を設け、切欠部に挿入されるFPCの幅方向の両端をPCB方向へ押し下げる。このため、FPCのドライバに接続される一端においても、FPCの幅方向の中央付近がPCB方向へ下がることがなく、各配線パターンとPCBの面との間の距離を等しくすることができる。結果として、各配線パターンとPCB上の電極とを接続するはんだの厚さを等しくすることができ、各配線パターンにおいて等しくインピーダンス整合を取ることができる。
【0047】
また、突起がFPCの位置決めのための部位から離れた位置に設けられるため、寸法の誤差を小さくすることが求められる突起と位置決めのための部位とを独立して加工することができ、光変調器製造時の作業効率を高めることができる。
【0048】
なお、上記各実施の形態においては、FPC130の一端が光変調器120の切欠部301へ挿入され、切欠部301の上面においてFPC130と光変調器120が接続されるものとした。しかし、光変調器120には、必ずしも切欠部が形成されていなくても良い。すなわち、例えば支持部材などにより光変調器120全体をPCB110から浮かせて支持する場合には、PCB110と光変調器120の間にFPC130が挿入され、光変調器120の下面においてFPC130と光変調器120が接続されても良い。また、光変調器120の側面や上面においてFPC130と光変調器120を接続することも可能である。
【0049】
上記各実施の形態において説明した光モジュール100は、例えば光信号を送信する送信装置などに配置することができる。
図9は、このような送信装置900の構成例を示すブロック図である。
図9に示すように、送信装置900は、光モジュール100、光源910及びデータ生成回路920を有する。
【0050】
光源910は、例えばレーザダイオード(Laser Diode:LD)などを備え、光を発生させる。そして、光源910において発生した光は、光モジュール100内の光変調器120へ入力される。
【0051】
データ生成回路920は、送信データを生成する。送信データは、光モジュール100内のドライバ150へ入力され、ドライバ150によって、送信データに応じた波形の電気信号が生成される。そして、電気信号がドライバ150から光変調器120へ供給され、電気信号に基づく光変調が行われる。そして、光変調器120における光変調によって得られた光信号が、例えば光ファイバなどにより送信される。
【0052】
ここで、上記各実施の形態において説明したように、光変調器120とドライバ150は、複数の配線パターンを有するFPC130によって接続されており、各配線パターンにおいて等しくインピーダンス整合が取られている。このため、ドライバ150から光変調器120へ供給される電気信号の波形の劣化が抑制され、送信装置900は、送信データを精度良く送信することができる。