JP2004226769A - Optical transmitter - Google Patents
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Abstract
【課題】40Gbit/sより高速動作する進行波型電極を持つ電界吸収型光変調器において、帯域内にディップのない、滑らかな光応答をもつチップキャリアを提供することである。
【解決手段】解決方法は、以下に挙げる4つ方法のいずれか、または組み合わせである。
(1)電界吸収型光変調器チップ内で、チップ表面の接地導体とチップ裏面の金属ベース基板を電気的に接続する。
(2)終端抵抗を形成した誘電体基板表面の接地導体と金属ベース基板を誘電体基板内で電気的に接続しない。
(3)電界吸収型光変調器チップ内に終端抵抗を形成する。
(4)入力高周波線路と終端用抵抗に接続するための高周波線路とが、光変調器チップ表面において光導波路に対し同じ側に形成する。
【選択図】 図11An object of the present invention is to provide a chip carrier having a smooth optical response without a dip in a band in an electro-absorption optical modulator having a traveling wave type electrode operating at a speed higher than 40 Gbit / s.
The solution is any one or a combination of the following four methods.
(1) The ground conductor on the front surface of the chip and the metal base substrate on the back surface of the chip are electrically connected in the electroabsorption type optical modulator chip.
(2) The ground conductor on the surface of the dielectric substrate on which the terminating resistor is formed and the metal base substrate are not electrically connected in the dielectric substrate.
(3) Form a terminating resistor in the electro-absorption optical modulator chip.
(4) The input high-frequency line and the high-frequency line for connecting to the terminating resistor are formed on the same side of the optical modulator chip with respect to the optical waveguide.
[Selection diagram] FIG.
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は光伝送装置に係り、更に詳しくいえば、半導体レーザの出力光を外部変調する光学チップまたは前記光学チップの出力を伝送光ファイバに結合する出力部をもつ光伝送装置に関連し、特に毎秒40ギガビット以上の超高速光通信システムに適した光送信装置に組み込まれる、光変調器チップキャリアと変調器駆動回路の電気実装に関する。
【0002】
【従来の技術】
光通信に用いられる、光変調器の電極構造は、集中定数型、進行波型と大きく分類される。この内、集中定数型の素子では、いわゆるCR時定数(素子容量C、素子抵抗R)による動作速度の制限があり、高速化を実現するためには素子長を低減するなどしてCを低減する必要がある。このため、高速性と高光耐性、低電圧駆動性の両立には限界がある。
【0003】
一方、進行波型素子は集中定数型素子の改良版である。光導波路近傍に形成された電極は伝送路として取り扱われ、高周波電気信号は電極上を進行波の形で伝搬する。このため、CR時定数に依存しない高速動作を実現することが可能となる(IEEE Journal of Quantum Electronics、第27号、第3冊、頁654、1991年3月、またはIEEE Electronics Letters、第18号、第33冊、頁1580、1997年8月28日)。特に、変調速度40Gbit/sを越える超高速通信の場合、進行波型電極をもつ光変調器が必須になると考えられる。
【0004】
一般に、進行波型光変調器の導波路材料としては、ニオブ酸リチウムやInP系、GaAs系などの化合物半導体が検討されている。ニオブ酸リチウムを基板とする光変調器では、基板の強度が十分であるために、高周波入力信号線が形成された誘電体基板を用いない。直接高周波信号を光変調器が形成された基板上の高周波線路に入力することができる(特開平10−221664)。
【0005】
一方、半導体光変調器では、基板の厚さが高々100μmと薄いため、強度が不十分であり、高周波信号の入力や信号を終端するための抵抗への接続のためには、光変調器チップとは別に高周波信号線が形成された誘電体基板を実装する必要がある。
【0006】
図1に進行波型電極をもつ電界吸収型光変調器チップと高周波信号線が形成された誘電体基板を実装して構成した光変調器チップキャリアの例を示す。図1(a)は上面図、図1(b)はA‐A’の断面図である。金属ベース基板101上に、高周波信号入力用誘電体基板111と進行波型電極をもつ電界吸収型光変調器チップ131と終端抵抗形成誘電体基板141が固定されている。高周波信号入力用誘電体基板111は、誘電体基板115上に形成された、中心導体112、接地導体113、ビアホール114からなっている。進行波型電極をもつ電界吸収型光変調器チップ131は、半絶縁性半導体基板138上に形成された、変調器電極132、接地導体133、光導波路134、光電界吸収部135、高周波信号入力導体136、高周波信号出力接続導体137からなっている。終端抵抗形成誘電体基板141は、誘電体基板146上に形成された、中心導体142、接地導体143、ビアホール144、終端抵抗145からなっている。信号を導波するための中心導体112、132、142と接地導体113、133、143はそれぞれ、金リボン121により電気的に接続されているが、中心導体と接地導体との間は絶縁されている。光電界吸収部135上に形成された変調器電極132に入力された信号が、光導波路134中を伝播する光を変調することになる。
【0007】
この光変調器チップキャリアの光応答を測定したところ、図2に示すように周波数17GHzにディップが観測された。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
例えば変調速度40Gbit/sの信号を伝送する場合を考えると、このディップは信号を大きく劣化させる原因となる。40Gbit/sの信号を伝送するためには、少なくとも40GHzより小さい周波数領域においてはディップのない、滑らかな光応答が必要となる。
【0009】
よって、本発明の目的は、40Gbit/sより高速動作する光変調器において、帯域内にディップのない、滑らかな光応答をもつ光変調器、特に電界吸収型光変調器のチップキャリアを提供することである。変調器の対象を電界吸収型に限定した理由は、後に述べる。
【0010】
【課題を解決するための手段】
我々はディップの原因を次のように考えた。
【0011】
ビアホールが形成された誘電体基板に形成された高周波信号線は、いわゆるグランディットコプレーナ構造となる。一方一般に、電界吸収型光変調器チップ部分では、チップ表面側の接地導体と裏面側のベース基板が電気的に接続されないコプレーナ構造である。このように電極構造が異なるために、それぞれの高周波線路内に発生する電気力線の基本モードは一致しない。このため、誘電体基板に形成された高周波信号線から光変調器チップに高周波信号が入力されると、光変調器チップ内には、通常のコプレーナモード(第1のモード)の電気信号に加え、チップ表面側の接地金属とベース基板間に発生する第2のモードが誘起される。
図3に、高周波信号の電気力線のモードの概念図を示す。121は電気力線である。(a)は誘電体基板に形成された高周波信号線のモード(図1中断面B−B’)、(b)は半導体光変調器内で発生する第1のモード(図1中断面C−C’)、(c)は第2のモード(図1中断面C−C’)である。なお、図3中の符号のうち図1と同じ符号は、同じものを指すものとする。
【0012】
光変調器チップ内に発生した第1のモードは光変調器チップ表面に形成された高周波線路に沿って伝播する。一方、第2のモードは、高周波線路に影響されず直進する。そして、2つのモードは終端抵抗が形成された誘電体基板で結合する。このとき、第1のモードの有効誘電率は約50であるのに対し、第2のモードの有効誘電率は約12と、大きく異なるために、両モードは伝播速度が異なる。このためある周波数では、逆位相の第1のモードと第2のモードが結合し、ディップが発生するのである。
【0013】
この原理によれば、特に、マッハツェンダ型変調器に比べ変調器長が約100から200μmと短い電界吸収型光変調器でディップが発生すると考えられる。なぜなら、変調器長が短いと、光変調器チップ上の入力導体(図1中136)と終端抵抗接続導体(図1中137)が対向する形となり、第2のモードの終端抵抗形成誘電体基板(図1中141)上の高周波導体142への結合が強くなるのである。よって、本発明は、電界吸収型光変調器を電気実装する際に特に有効である。
【0014】
この原理によれば、次に挙げる3つの方法により、ディップは解消される。
【0015】
1つ目は、第2モードを発生させないことである。これを実現するためには、光変調器チップ内で表面の接地導体と金属ベースとを電気的に接続すればよい。
1つの例としては、光変調器チップ内にビアホールを形成することが考えられる。
【0016】
2つ目は、第2のモードを終端しないことである。図1に示した従来例では、終端抵抗が形成された誘電体基板にビアホールがあるために、第1のモードのみならず、第2のモードも終端される。第2のモードを終端しない方法としては、終端抵抗を形成した誘電体基板においてビアホールが無い構成にすること、及び光変調器チップ上に終端抵抗を形成することが考えられる。この様な構成にすると、終端抵抗部分において表面側の接地導体と裏面導体間に終端抵抗が存在せず、第2のモードは終端されない。
【0017】
3つ目は、第2のモードを終端抵抗に接続する高周波線路に結合しないことである。第2のモードは、高周波線路に影響されず直進するため、終端抵抗を入力信号直進方向に形成しなければよい。この具体的方法を図4に示す。図4(a)は上面図、図4(b)はA‐A’の断面図である。金属ベース基板101上に、高周波信号入力用誘電体基板111と進行波型電極をもつ電界吸収型光変調器チップ131が固定されている。なお、図4中の符号のうち図1と同じ符号は、同じものを指すものとする。
【0018】
光変調器チップ上の終端抵抗への接続導体137を、光導波路134に対し高周波入力導体136と同じ側に形成した。このチップキャリアの光応答を測定したところ、図5のように、周波数50GHz以下の範囲において、ディップの無い滑らかな周波数特性を得ることに成功した。
【0019】
また、光変調器チップ上の終端抵抗への接続線路を、光導波路に対し高周波入力線路と同じ側に形成する構造にすることにより、次に示す3つの利点がある。
【0020】
1つ目は、チップ面積の点である。図1に示した従来構造をもつ光変調器チップ131に比べ、図4に示した本発明の光変調器チップ131では約半分のチップ面積となり、製造コストは面積に比例して約半分になる。
【0021】
2つ目は、誘電体基板数を減らせる点である。図1に示した従来構造をもつチップキャリアに比べ、図4に示した本発明のチップキャリアでは、終端抵抗形成誘電体基板141が不要となり、チップキャリアの小型化、及びチップキャリアの製造コストの低減が可能となる。
【0022】
3つ目は、光変調器駆動回路をハイブリッド実装する場合に終端抵抗形成工程を省略できる点である。図6に光変調器駆動回路303と進行波型電極を持つ電界吸収型光変調器301の等価回路図を示す。光変調器301、接続高周波線路302、変調器駆動回路303、終端抵抗311、進行波型電極を持つ光変調器312、抵抗321,322,323、トランジスタ324,325、電流源326からなっている。図に示すように、光変調器駆動回路には必ず抵抗321、322、323が形成される。この抵抗形成と同時に、光変調器用の終端抵抗311を形成すれば、図4に示した誘電体基板上の抵抗145を形成する必要がなくなり、製造コスト低減に寄与する。
【0023】
ここまで述べたことは、電界吸収型光変調器にレーザ光源をモノリシック集積したチップ場合にも同様である。特に、図7に示すようにレーザ電極802を、電界吸収型光変調器表面で光導波路134に対し高周波入力導体136と同じ側に形成することによりチップ面積低減が図られる。
【0024】
【発明の実施の形態】
(実施例1)
図8は本発明による光送信器主要部の構成を示した図である。具体的には、波長1.55μmのレーザ光源501と進行波型電極を持つ電界吸収型光変調器131と変調器駆動回路601から構成される光送信装置の構成を示した図である。(a)は上面図、(b)は図(a)中A−A‘断面図、(c)は光電界吸収部135の断面図である。なお、図8中の符号のうち図1−7と同じ符号は、同じものを指すものとする。変調器駆動回路601で発生された高周波信号が光変調器チップ131に、高周波入力導体136から入力される。高周波信号は光電界吸収部135に到達し、レーザ光源501から発せられたレーザ光502を強度変調し、変調光503を発生する。その後高周波信号は、終端抵抗接続導体137を伝播、金リボン121を通過し、終端抵抗形成誘電体基板141に到達し、終端抵抗145で終端される。具体的には、次のように形成した。
【0025】
銅タングテンからなる金属ベース基板101上に、電界吸収型光変調器チップ131と終端抵抗形成高周波基板141が固定されている。電界吸収型光変調器131は半絶縁性半導体基板上138上に形成されている。チップ表面には、光導波路134、高周波線路を形成する中心導体132と接地導体133が形成されている。吸収層構造は図8(c)のようにした。まず鉄をドープした半絶縁性InP基板138上に5x1018/cm−3の濃度でSiをドーピングしたInP層703を2.5μm積層し、その上に井戸層、バリア層ともにInGaAsPからなる多重量子井戸層702を厚さ0.23μm成長する。この上にp−InPクラッド層701を1.7μm成長した。この層のドーピングレベルは2×1017〜8×1018cm−3に変化させた0.7μmの層の上に8×1018cm−3の層が0.9μmさらに0.2μmのInGaAsの層を積層し、ドーピング濃度は1×1019cm−3の濃度とした。このような多層基板に光導波路となるメサストライプを形成し、導波路以外の部分は平坦化と容量低減のためにポリイミド層704とした。メサストライプのは幅1.6μm、高さ2.2μmとした。この上に配置した伝送路を構成する導体132の幅は4μmで、厚さは850nmの金を蒸着した。接地導体133は300nm厚さの金を蒸着した。また、中心導体132と接地導体133の間隔は12μmとした。終端抵抗形成誘電体基板141は、窒化アルミニウム上146にTi、Mo、Ni、金の多層膜よりなる中心導体142と接地導体143から形成されている。また、基板表面の接地導体143の電位を安定するために、ビアホール144が4つ形成され、金属ベース基板101と電気的に接続されている。電界吸収型光変調器チップ131内の接地導体133と終端抵抗形成高周波基板141内の接地導体143、及び電界吸収型光変調器チップ131内の中心導体132と終端抵抗形成高周波基板141内の中心導体142は幅50μmの金リボン121により電気的に接続されている。光変調器駆動回路は半絶縁性InP基板605上に形成され、ヘテロバイポーラトランジスタで構成されている。
【0026】
光変調器チップ内には、高周波入力導体136、及び終端抵抗接続導体137近傍の接地導体133内に、ビアホール139を計4つ形成した。
【0027】
この結果、光応答の3dB減衰周波数帯域40GHzを達成し、かつ周波数50GHz以下でディップの無い良好な光応答を得た。
【0028】
上には、導波路構造として、ポリイミド平坦化した例を挙げたが、半導体による埋め込み構造にしても、同様の効果が得られる。また、基板としてInPをあげたが、GaAs基板でもよい。光変調器の吸収層としてInGaAsP多重量子井戸を挙げたが、InGaAlAs多重量子井戸としてもよい。レーザ光波長としては1.55μmとしたが、1.3μmから1.6μmの範囲でもよい。
(実施例2)
図9は本発明による光送信器主要部の構成を示した図である。具体的には、波長1.55μmのレーザ光源501と電界吸収型光変調器131と変調器駆動回路601から構成される光送信装置の構成を示した図である。なお、図9中の符号のうち図1−8と同じ符号は、同じものを指すものとする。
【0029】
実施例1とほぼ同じ形態であり、相違点は、電界吸収型光変調器131と終端抵抗形成誘電体基板141にビアホールを形成していない、という点である。
【0030】
この結果、光応答の3dB減衰周波数帯域40GHzを達成し、かつ周波数50GHz以下でディップの無い良好な光応答を得た。
(実施例3)
図10は本発明による光送信器主要部の構成を示した図である。具体的には、波長1.55μmのレーザ光源501と電界吸収型光変調器131と変調器駆動回路601から構成される光送信装置の構成を示した図である。なお、図10中の符号のうち図1−9と同じ符号は、同じものを指すものとする。変調器駆動回路601で発生された高周波信号が光変調器チップ131に、高周波入力線路136から入力される。高周波信号は光電界吸収部135に到達し、レーザ光源501から発せられたレーザ光502を強度変調し、変調光503を発生する。その後高周波信号は、終端抵抗接続線路137を伝播し、光変調器チップ上に形成された終端抵抗140で終端される。具体的には、次のように形成した。
【0031】
銅タングテンからなる金属ベース基板101上に、電界吸収型光変調器チップ131が固定されている。電界吸収型光変調器チップ131の構成は、チップ上に終端抵抗145が形成されている他は実施例1と同一である。終端抵抗145は、中心導体132と両側に形成されている接地導体133間を、それぞれ100Ωのシリコン−窒化−タングステンで接続することにより、合計の抵抗値50Ωとした。その他の光変調器チップ131の形態は、実施例1に示した方法と同様である。
【0032】
この結果、光応答の3dB減衰周波数帯域40GHzを達成し、かつ周波数50GHz以下でディップの無い良好な光応答を得た。
【0033】
図10には、光変調器チップ131にビアホール139を形成した例を示したが、ビアホールがない場合にも、同様の結果となる。
(実施例4)
図11は本発明による光送信器主要部の構成を示した図である。具体的には、波長1.55μmのレーザ光源501と電界吸収型光変調器131と変調器駆動回路601から構成される光送信装置の構成を示した図である。なお、図11中の符号のうち図1−10と同じ符号は、同じものを指すものとする。実施例1とほぼ同じ形態であり、相違点は、電界吸収型光変調器131の高周波入力線路136と終端抵抗接続線路137を光導波路134に関して同じ側に形成されている点である。変調器駆動回路601で発生された高周波信号が、変調器駆動信号出力部602から高周波入力線路136へ入力される。高周波信号は光電界吸収部135に到達し、レーザ光源501から発せられたレーザ光502を強度変調し、変調光503を発生する。その後高周波信号は、終端抵抗接続線路137を伝播し、光変調器駆動回路上に形成された終端抵抗603に到達し、終端される。
【0034】
光変調器チップ131は、電極構造、及びビアホール139が無い点以外は、実施例1と同じ形態である。実施例1との主な違いは、電界吸収型光変調器131の高周波入力線路136と終端抵抗接続線路137を光導波路134に関して同じ側に形成した点である。
【0035】
この結果、光応答の3dB減衰周波数帯域40GHzを達成し、かつ周波数50GHz以下でディップの無い良好な光応答を得た。
【0036】
図11には、光変調器チップ131にビアホールを形成しない例を示したが、ビアホールを形成する場合にも、同様の結果となる。また、終端抵抗を光変調器駆動回路内に形成した例を示したが、光変調器チップ131内に形成してもよい。
(実施例5)
図12は本発明による光送信器主要部の構成を示した図である。具体的には、波長1.55μmのレーザ光源501と電界吸収型光変調器131と高周波信号入力用誘電体基板111と変調器駆動回路601から構成される光送信装置の構成を示した図である。なお、図12中の符号のうち図1−11と同じ符号は、同じものを指すものとする。実施例4との違いは、電界吸収型光変調器131と光変調器駆動回路601との間に高周波信号入力用誘電体基板111を挿入した点である。この結果、光変調器駆動回路601で発生する熱の光変調器特性への影響を最小限に留めることができるようになる。
【0037】
誘電体基板111の高周波線路の特性インピーダンスは、光変調器駆動回路と同じ50Ωとなっている。具体的には、誘電体基板115の厚さが250μm、中心導体112の幅を90μm、中心導体112と接地導体113の間隔を34μmとした。
【0038】
この結果、光応答の3dB減衰周波数帯域40GHzを達成し、かつ周波数50GHz以下でディップの無い良好な光応答を得た。
【0039】
光変調器駆動回路、及び誘電体基板111の高周波線路の特性インピーダンスを50Ωとしたが、それらは一致していればよく、50Ωに限定するわけではない。
(実施例6)
図13は本発明による光送信器主要部の構成を示した図である。具体的には、波長1.55μmのレーザ光源501と電界吸収型光変調器131と高周波信号入力用誘電体基板111と変調器駆動回路601から構成される光送信装置の構成を示した図である。なお、図13中の符号のうち図1−12と同じ符号は、同じものを指すものとする。
【0040】
誘電体基板111上の一部に特性インピーダンスが99.2Ωである高インピーダンス線路部117を設けた。具体的には、中心導体の幅を16μm、中心導体と接地導体の間隔を71μm、長さを150μmとした。その他の形態は、実施例5と同じである。
【0041】
特性インピーダンスが99.2Ωである高周波線路を設けた理由を記述する。現構造の光変調器部の特性インピーダンスは25Ωであり、通常用いられる50Ω系に接続すると、電気高周波信号が反射され、変調波形を劣化させる原因となる。進行波型電極中の光変調器部の両側に50Ωよりインピーダンスの高い線路をつけると、高インピーダンス線路、光変調部、高インピーダンス線路と連続する構造のインピーダンスは平均的に50Ωとなり、電気高周波信号の反射が抑制されるのである。
【0042】
この結果、光応答の3dB減衰周波数帯域40GHzを達成し、かつ周波数50GHz以下でディップの無い良好な光応答を得た。また、周波数20GHzにおける電気反射係数S11は−20dBを達成した。
(実施例7)
図14は本発明による光送信器主要部の構成を示した図である。具体的には、波長1.55μmのレーザ光源501と電界吸収型光変調器131と高周波信号入力用誘電体基板111と変調器駆動回路601から構成される光送信装置の構成を示した図である。なお、図14中の符号のうち図1−13と同じ符号は、同じものを指すものとする。実施例5との違いは、終端抵抗603を高周波入力信号用誘電体基板111上に形成した点である。
【0043】
この結果、光応答の3dB減衰周波数帯域40GHzを達成し、かつ周波数50GHz以下でディップの無い良好な光応答を得た。
【0044】
また、高周波信号入力用誘電体基板111上の入力、出力線路の途中に50Ωよりインピーダンスの高い線路を挿入することにより、電気反射特性を改善することができる。
(実施例8)
図15は本発明による光送信装置主要部の構成を示した図である。具体的には、波長1.55μmのレーザ光源501と電界吸収型光変調器131と高周波信号入力用誘電体基板111と変調器駆動回路601から構成される光送信装置の構成を示した図である。なお、図15中の符号のうち図1−14と同じ符号は、同じものを指すものとする。実施例4との違いは、電界吸収型光変調器131にレーザ801をモノリシック集積した点である。レーザをモノリシック集積することにより、光送信装置の小型化が図られる。
【0045】
レーザ電流は、レーザ電源805からチップコンデンサ804、リボンボンディング803を介して、レーザ電極802に供給される。
【0046】
この結果、光応答の3dB減衰周波数帯域40GHzを達成し、かつ周波数50GHz以下でディップの無い良好な光応答を得た。
【0047】
レーザ集積する本形態は、実施例1−7の電界吸収型光変調器チップ131に適用可能なことは、言うまでも無い。
【0048】
また、レーザ電極用ボンディングワイア803とレーザ電極802のチップ上での接触点を、光導波路134に対して、高周波入力線路136と同じ側にすることにより、電界吸収型光変調器チップ131のより一層の小型化が図られる。
付記:
1.電界吸収型光変調器と、前記光変調器の一部を構成する光導波路上の一部に設けられた進行波型電極と、第1の高周波信号入力線路と、第1の高周波信号出力線路とがその表面に設けられた第1の基板が設けられ、
前記変調器はレーザ光源からの出力光を変調するためのものであり、前記第1の高周波信号入力線路には変調器駆動回路の出力が接続され、
直線状の前記光導波路で前記第1の基板を第1および第2の側に区分したとき、第1の側に前記第1の高周波信号入力線路と前記第1の高周波信号出力線路と終端抵抗とが配置されており、前記第1の高周波信号入力線路と前記第1の高周波信号出力線路および前記終端抵抗は前記電極を介して電気的に接続されていることを特徴とする光送信装置。
2.前記第1の高周波信号入力線路、前記電極、前記第1の高周波信号出力線路および前記終端抵抗を経由する信号経路の幾何学的形状はU字形であることを特徴とする請求項1記載の光送信装置。
3.半導体レーザ光源と前記変調器とは前記第1の基板上にモノリシック集積されていることを特徴とする請求項1記載の光送信装置。
4.前記第1の側に前記レーザ光源の電気的接点が配置されていることを特徴とする請求項3記載の光送信装置。
5.第2の高周波信号入力線路がその表面に設けられた第1の誘電体基板と、電界吸収型光変調器と前記光変調器の一部を構成する光導波路上の一部に設けられた進行波型電極とがその表面に設けられた第1の基板と、前記第1の誘電体基板と前記第1の基板がその表面に設けられた金属ベースとを有し、
前記変調器はレーザ光源からの出力光を変調するためのものであり、前記第2の高周波信号入力線路は変調器駆動回路の出力が接続され、
前記電極に電気的に接続された第1の高周波信号出力線路を介して前記電極に終端抵抗が電気的に接続されることにより、前記光導波路上の前記電極を通過した前記高周波信号が前記終端抵抗で終端するように構成され、
その平面形状が長方形状である前記第1の誘電体基板の第1の辺からそれに対向する第3の辺に至るような直線状に前記第1の高周波信号入力線路がその基板表面に設けられ、
その平面形状が長方形状である前記第1の基板上の第2の辺からそれに対向する第4の辺に至るような直線状に前記光導波路が設けられ、前記光導波路上の一部に設けられた前記電極の一端と前記第2の高周波信号入力線路との間で電気的接続をとるために第1の高周波信号入力線路が前記第1の基板上に設けられ、前記電極の他端と前記終端抵抗との間で電気的接続をとるために第1の高周波信号出力線路が前記第1の基板上に設けられ、
前記第1の高周波信号入力線路および前記第1の高周波信号出力線路の周囲には接地導体が設けられ、前記第1の高周波信号入力線路および前記第1の高周波信号出力線路は前記接地導体に対して電気的に絶縁され、前記接地導体と前記金属ベース基板とを電気的に接続する手段が設けられ、
前記第1および第2の高周波信号入力線路、前記電極および前記第1の高周波信号出力線路の間は電気的に接続されていることを特徴とする光送信装置。
6.前記手段はビアホールであることを特徴とする請求項5記載の光送信装置。
7.前記第1の基板上に前記終端抵抗が設けられていることを特徴とする請求項5記載の光送信装置。
8.前記直線状の前記光導波路で前記第1の基板を第1および第2の側に区分したとき、前記第1の高周波信号入力線路、および前記終端抵抗は前記第1の側に配置されていることを特徴とする請求項7記載の光送信装置。
9.前記直線状に前記光導波路で前記第1の基板を第1および第2の側に区分したとき、前記第1の高周波信号入力線路、および前記終端抵抗は前記第1の側に配置されていることを特徴とする請求項5記載の光送信装置。
10.前記終端抵抗は前記第1の基板上に設けられていることを特徴とする請求項9記載の光送信装置。
11.前記終端抵抗は前記第1の誘電体基板上に設けられていることを特徴とする請求項9記載の光送信装置。
12.半導体レーザ光源と前記変調器とが前記第1の基板上にモノリシック集積されていることを特徴とする請求項5記載の光送信装置。
13.前記レーザ光源から前記光変調器へ至る前記光導波路で前記第1の基板を第1および第2の側に区分したとき、第1の側に前記レーザ光源の電気的接点および前記第1の高周波信号入力線路が配置されていることを特徴とする請求項12記載の光送信装置。
14.第2の高周波信号入力線路がその表面に設けられた第1の誘電体基板と、電界吸収型光変調器と前記光変調器の一部を構成する光導波路上の一部に設けられた進行波型電極とがその表面に設けられた第1の基板と、第2の高周波信号出力線路がその表面に設けられ、かつ、その線路の一端には終端抵抗が設けられた第2の誘電体基板と、、前記第1の誘電体基板、および前記第1の基板、および前記第2の誘電体基板がその表面に設けられた金属ベースとを有し、
前記変調器はレーザ光源からの出力光を変調するためのものであり、前記第2の高周波信号入力線路は変調器駆動回路の出力が接続され、
前記電極にはその電極に電気的に接続された第1の高周波信号出力線路および前記第2の高周波信号出力線路を介して終端抵抗が電気的に接続されることにより、前記光導波路上の前記電極を通過した前記高周波信号が前記終端抵抗で終端するように構成され、
その平面形状が長方形状である前記第1の誘電体基板の第1の辺からそれに対向する第3の辺に至るような直線状に前記第2の高周波信号入力線路がその基板表面に設けられ、
その平面形状が長方形状である前記第1の基板上の第2の辺からそれに対向する第4の辺に至るような直線状に前記光導波路が設けられ、
前記電極の一端と前記第2の高周波信号入力線路との間で電気的接続をとるために第1の高周波信号入力線路が前記第1の基板上に設けられ、
その平面形状が長方形状である前記第2の誘電体基板の第1の辺からそれに対向する第3の辺に至るような直線状に前記第2の高周波信号入力線路がその基板表面に設けられ、
前記第1の高周波信号出力線路が前記第1の基板上に設けられ、前記第2の高周波信号出力線路は前記第1の高周波信号出力線路と前記終端抵抗との間に設けられ、
前記第2の高周波信号出力線路の周囲には接地導体が設けられ、前記第2の高周波信号出力線路は前記接地導体に対して電気的に絶縁され、前記金属ベースと前記第2の誘電体基板との間は電気的に絶縁され、
前記第1および第2の高周波信号入力線路、前記電極、前記第1および第2の高周波信号出力線路の間は電気的に接続されていることを特徴とする光送信装置。
15.半導体レーザ光源と前記変調器とが前記第1の基板上にモノリシック集積されていることを特徴とする請求項14記載の光送信装置。
16.第2の高周波信号入力線路がその表面に設けられた第1の誘電体基板と、電界吸収型光変調器と,
前記光変調器の一部を構成する光導波路上の一部に設けられた進行波型電極とがその表面に設けられた第1の基板とを有し、
前記変調器はレーザ光源からの出力光を変調するためのものであり、前記第2の高周波信号入力線路は変調器駆動回路の出力が接続され、
前記電極と前記第1の基板上に設けられた終端抵抗との間にはその両者間を電気的に接続するための第1の高周波信号出力線路が設けられることにより、前記電極を通過した前記高周波信号が前記終端抵抗で終端するように構成され、
その平面形状が長方形状である前記第1の誘電体基板の第1の辺からそれに対向する第3の辺に至るような直線状に前記第1の高周波信号入力線路がその基板表面に設けられ、
その平面形状が長方形状である前記第1の基板上の第2の辺からそれに対向する第4の辺に至るような直線状に前記光導波路が設けられ、
前記電極の一端と前記第1の高周波信号入力線路との間で電気的接続をとるために第2の高周波信号入力線路が前記第1の基板上に設けられ、
前記第1の高周波信号出力線路と前記終端抵抗が前記第1の基板上に設けられていることを特徴とする光送信装置。
17.半導体レーザ光源と前記変調器とが前記第1の基板上にモノリシック集積されていることを特徴とする請求項16記載の光送信装置。
【0049】
【発明の効果】
本発明により、40Gbit/s、またはそれ以上の伝送速度における伝送が可能となる、良好な周波数応答をもつ電界吸収型光変調器チップキャリアを提供することができる。同時に、誘電体基板数の低減、チップサイズの低減、終端抵抗形成プロセスの省略を実現し、光伝送装置の小型化、低コスト化へも寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来型である、進行波型電極を持つ電界吸収型光変調器のチップキャリア図。(a)平面図 (b)平面図中に示したA−A’線に沿った断面図。
【図2】図1に示した従来型チップキャリアで測定した光応答の一例。
【図3】高周波信号の電気力線のモードの概念図。 (a)誘電体基板に形成された高周波信号線のモード(図1中断面B−B’) (b)半導体光変調器内で発生する第1のモード(図1中断面C−C’) (c)第2のモード(図1中断面C−C’)。
【図4】本発明に関するチップキャリア形態。 (a)上面図 (b)平面図中に示したA−A’線に沿った断面図。
【図5】図4に示した本発明のチップキャリアで測定した光応答の一例。
【図6】光変調器駆動回路と進行波型電極を持つ電界吸収型光変調器の等価回路図。
【図7】本発明の内、レーザをモノリシック集積した光変調器チップの上面図。
【図8】本発明による光送信装置の一実施例を示す。 (a)上面図 (b)上面図中に示したA−A’線に沿った断面図 (c)上面図中に示したD−D’線に沿った断面図、光導波路部分を拡大した。
【図9】本発明による光送信装置の一実施例を示す。
【図10】本発明による光送信装置の一実施例を示す。
【図11】本発明による光送信装置の一実施例を示す。
【図12】本発明による光送信装置の一実施例を示す。
【図13】本発明による光送信装置の一実施例を示す。
【図14】本発明による光送信装置の一実施例を示す。
【図15】本発明による光送信装置の一実施例を示す。
【符号の説明】
101‥金属ベース基板、111‥高周波信号入力用誘電体基板、112‥中心導体、113‥接地導体、114‥ビアホール、115‥誘電体基板、 116‥終端抵抗、117‥高インピーダンス線路部、121‥金リボン、131‥電界吸収型光変調器チップ、132‥変調器電極、133‥接地導体、134‥光導波路、135‥光電界吸収部、136‥高周波信号入力導体、 137‥高周波信号出力接続導体、 138‥半絶縁性半導体基板、139‥ビアホール、140‥終端抵抗、141‥終端抵抗形成誘電体基板、142‥中心導体、143‥接地導体、144‥ビアホール、145‥終端抵抗、146‥誘電体基板、147‥終端抵抗接続中心導体、
201‥電気力線、
301‥光変調器、302‥接続高周波線路、303‥変調器駆動回路、311‥終端抵抗、312‥進行波型電極を持つ光変調器、321,322,323‥抵抗、324,325‥トランジスタ、326‥電流源、
401‥レーザ電極、
501‥レーザ光源、502‥レーザ光、503‥変調光、
601‥変調器駆動回路、602‥変調器駆動信号出力部、603‥終端抵抗、604‥光変調器駆動回路用ベース基板、605‥半絶縁性半導体基板、
701‥ pInPクラッド層、702‥ MQW層、703‥ n−InP層、704‥ポリイミド層、
801‥レーザ、802‥レーザ電極、803‥レーザ電極用ボンディングワイア、804‥チップコンデンサ、 805‥レーザ電流源。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical transmission device, and more particularly, to an optical transmission device having an optical chip that externally modulates output light of a semiconductor laser or an output unit that couples an output of the optical chip to a transmission optical fiber. The present invention relates to an electrical mounting of an optical modulator chip carrier and a modulator driving circuit incorporated in an optical transmission device suitable for an ultra-high-speed optical communication system of 40 gigabits per second or more.
[0002]
[Prior art]
The electrode structure of an optical modulator used for optical communication is roughly classified into a lumped constant type and a traveling wave type. Among them, the lumped-constant type element has an operation speed limitation due to a so-called CR time constant (element capacitance C, element resistance R), and in order to realize a high speed, the element length is reduced to reduce C. There is a need to. For this reason, there is a limit in achieving high speed, high light resistance, and low voltage driveability at the same time.
[0003]
On the other hand, the traveling wave type element is an improved version of the lumped element type element. The electrode formed near the optical waveguide is treated as a transmission line, and the high-frequency electric signal propagates on the electrode in the form of a traveling wave. For this reason, it is possible to realize a high-speed operation that does not depend on the CR time constant (IEEE Journal of Quantum Electronics, No. 27, Third Volume, page 654, March 1991, or IEEE Electronics Letters, No. 18). 33, p. 1580, August 28, 1997). In particular, in the case of ultra-high-speed communication exceeding a modulation speed of 40 Gbit / s, an optical modulator having a traveling-wave-type electrode is considered to be essential.
[0004]
In general, as a waveguide material of a traveling wave optical modulator, lithium niobate, an InP-based compound, a GaAs-based compound semiconductor, or the like has been studied. In an optical modulator using lithium niobate as a substrate, a dielectric substrate on which a high-frequency input signal line is formed is not used because the substrate has sufficient strength. A high-frequency signal can be directly input to a high-frequency line on a substrate on which an optical modulator is formed (Japanese Patent Laid-Open No. Hei 10-221664).
[0005]
On the other hand, the semiconductor optical modulator has insufficient strength because the thickness of the substrate is as thin as 100 μm at most, and an optical modulator chip is required for inputting a high-frequency signal and connecting to a resistor for terminating the signal. Separately, it is necessary to mount a dielectric substrate on which a high-frequency signal line is formed.
[0006]
FIG. 1 shows an example of an optical modulator chip carrier configured by mounting an electro-absorption optical modulator chip having a traveling wave type electrode and a dielectric substrate on which a high-frequency signal line is formed. FIG. 1A is a top view, and FIG. 1B is a cross-sectional view along AA ′. On a
[0007]
When the optical response of the optical modulator chip carrier was measured, a dip was observed at a frequency of 17 GHz as shown in FIG.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
For example, when a signal having a modulation speed of 40 Gbit / s is transmitted, this dip causes a significant deterioration of the signal. In order to transmit a signal of 40 Gbit / s, a smooth optical response without a dip is required at least in a frequency region smaller than 40 GHz.
[0009]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a chip carrier for an optical modulator which operates at a speed higher than 40 Gbit / s and has a smooth optical response without a dip in a band, particularly an electroabsorption optical modulator. That is. The reason why the target of the modulator is limited to the electroabsorption type will be described later.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
We considered the cause of the dip as follows.
[0011]
The high-frequency signal line formed on the dielectric substrate in which the via hole is formed has a so-called grand coplanar structure. On the other hand, the electroabsorption optical modulator chip generally has a coplanar structure in which the ground conductor on the front surface of the chip and the base substrate on the rear surface are not electrically connected. Because of the different electrode structures, the fundamental modes of the lines of electric force generated in the respective high-frequency lines do not match. For this reason, when a high-frequency signal is input to the optical modulator chip from the high-frequency signal line formed on the dielectric substrate, the optical modulator chip includes, in addition to a normal coplanar mode (first mode) electric signal, Then, a second mode generated between the ground metal on the chip surface side and the base substrate is induced.
FIG. 3 shows a conceptual diagram of the mode of the electric flux lines of the high-frequency signal. 121 is a line of electric force. (A) is the mode of the high-frequency signal line formed on the dielectric substrate (cross section BB 'in FIG. 1), and (b) is the first mode (cross section C- in FIG. 1) generated in the semiconductor optical modulator. C ′) and (c) are the second mode (cross-section CC ′ in FIG. 1). Note that among the reference numerals in FIG. 3, the same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same components.
[0012]
The first mode generated in the optical modulator chip propagates along a high-frequency line formed on the surface of the optical modulator chip. On the other hand, the second mode travels straight without being affected by the high-frequency line. Then, the two modes are coupled by the dielectric substrate on which the terminating resistor is formed. At this time, the effective permittivity of the first mode is about 50, whereas the effective permittivity of the second mode is about 12, which is greatly different, so that the two modes have different propagation speeds. Therefore, at a certain frequency, the first mode and the second mode having opposite phases are combined, and a dip occurs.
[0013]
According to this principle, it is considered that a dip occurs particularly in an electroabsorption optical modulator having a modulator length as short as about 100 to 200 μm as compared with a Mach-Zehnder modulator. This is because, when the modulator length is short, the input conductor (136 in FIG. 1) on the optical modulator chip and the termination resistance connection conductor (137 in FIG. 1) face each other, and the termination resistance forming dielectric of the second mode is formed. The coupling to the high-
[0014]
According to this principle, the dip is eliminated by the following three methods.
[0015]
First, the second mode is not generated. To realize this, the ground conductor on the surface and the metal base may be electrically connected in the optical modulator chip.
One example is to form a via hole in the optical modulator chip.
[0016]
Second, it does not terminate the second mode. In the conventional example shown in FIG. 1, not only the first mode but also the second mode is terminated because the dielectric substrate having the terminating resistor has a via hole. As a method of not terminating the second mode, it is conceivable that the dielectric substrate on which the terminating resistor is formed has no via hole, and that the terminating resistor is formed on the optical modulator chip. With such a configuration, the termination resistance does not exist between the ground conductor on the front surface side and the back conductor in the termination resistance portion, and the second mode is not terminated.
[0017]
Third, the second mode is not coupled to the high-frequency line connecting to the terminating resistor. Since the second mode travels straight without being affected by the high-frequency line, the terminating resistor need not be formed in the direction in which the input signal travels straight. This specific method is shown in FIG. FIG. 4A is a top view, and FIG. 4B is a cross-sectional view along AA ′. On a
[0018]
The
[0019]
Further, by forming the connection line to the terminating resistor on the optical modulator chip on the same side as the high-frequency input line with respect to the optical waveguide, there are the following three advantages.
[0020]
The first is in terms of chip area. Compared to the
[0021]
Second, the number of dielectric substrates can be reduced. Compared with the chip carrier having the conventional structure shown in FIG. 1, the chip carrier of the present invention shown in FIG. 4 does not require the termination resistor forming
[0022]
Third, when the optical modulator drive circuit is hybrid-mounted, the terminating resistor forming step can be omitted. FIG. 6 shows an equivalent circuit diagram of the optical
[0023]
The above description also applies to a case where a laser light source is monolithically integrated with an electroabsorption optical modulator. In particular, as shown in FIG. 7, the chip area is reduced by forming the
[0024]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(Example 1)
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a main part of an optical transmitter according to the present invention. Specifically, it is a diagram illustrating a configuration of an optical transmission device including a
[0025]
An electro-absorption type
[0026]
In the optical modulator chip, a total of four via
[0027]
As a result, a 3 dB attenuation frequency band of 40 GHz of the optical response was achieved, and a good optical response with no dip at a frequency of 50 GHz or less was obtained.
[0028]
Although an example in which polyimide is flattened as the waveguide structure has been described above, a similar effect can be obtained by using a buried structure using a semiconductor. In addition, although InP is used as the substrate, a GaAs substrate may be used. Although the InGaAsP multiple quantum well has been described as the absorption layer of the optical modulator, it may be an InGaAlAs multiple quantum well. The wavelength of the laser beam is 1.55 μm, but may be in the range of 1.3 μm to 1.6 μm.
(Example 2)
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a main part of an optical transmitter according to the present invention. Specifically, FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of an optical transmission device including a
[0029]
This embodiment is almost the same as the first embodiment, except that no via hole is formed in the electro-absorption
[0030]
As a result, a 3 dB attenuation frequency band of 40 GHz of the optical response was achieved, and a good optical response with no dip at a frequency of 50 GHz or less was obtained.
(Example 3)
FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a main part of an optical transmitter according to the present invention. Specifically, FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of an optical transmission device including a
[0031]
An electro-absorption type
[0032]
As a result, a 3 dB attenuation frequency band of 40 GHz of the optical response was achieved, and a good optical response with no dip at a frequency of 50 GHz or less was obtained.
[0033]
FIG. 10 shows an example in which the via
(Example 4)
FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a main part of an optical transmitter according to the present invention. Specifically, FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of an optical transmission device including a
[0034]
The
[0035]
As a result, a 3 dB attenuation frequency band of 40 GHz of the optical response was achieved, and a good optical response with no dip at a frequency of 50 GHz or less was obtained.
[0036]
FIG. 11 shows an example in which a via hole is not formed in the
(Example 5)
FIG. 12 is a diagram showing a configuration of a main part of an optical transmitter according to the present invention. Specifically, the figure shows the configuration of an optical transmission device including a
[0037]
The characteristic impedance of the high-frequency line of the
[0038]
As a result, a 3 dB attenuation frequency band of 40 GHz of the optical response was achieved, and a good optical response with no dip at a frequency of 50 GHz or less was obtained.
[0039]
Although the characteristic impedances of the optical modulator drive circuit and the high-frequency line of the
(Example 6)
FIG. 13 is a diagram showing a configuration of a main part of an optical transmitter according to the present invention. Specifically, the figure shows the configuration of an optical transmission device including a
[0040]
A high-
[0041]
The reason why the high-frequency line having the characteristic impedance of 99.2Ω is provided will be described. The characteristic impedance of the optical modulator unit having the current structure is 25Ω, and when it is connected to a commonly used 50Ω system, an electric high-frequency signal is reflected, which causes deterioration of a modulation waveform. If a line having a higher impedance than 50Ω is provided on both sides of the optical modulator section in the traveling wave type electrode, the impedance of the structure connected to the high impedance line, the light modulation section and the high impedance line becomes 50Ω on average, and the electric high frequency signal Is suppressed.
[0042]
As a result, a 3 dB attenuation frequency band of 40 GHz of the optical response was achieved, and a good optical response with no dip at a frequency of 50 GHz or less was obtained. Further, the electric reflection coefficient S11 at a frequency of 20 GHz achieved −20 dB.
(Example 7)
FIG. 14 is a diagram showing a configuration of a main part of an optical transmitter according to the present invention. Specifically, the figure shows the configuration of an optical transmission device including a
[0043]
As a result, a 3 dB attenuation frequency band of 40 GHz of the optical response was achieved, and a good optical response with no dip at a frequency of 50 GHz or less was obtained.
[0044]
Further, by inserting a line having an impedance higher than 50Ω in the middle of the input and output lines on the high-frequency signal input
(Example 8)
FIG. 15 is a diagram showing a configuration of a main part of the optical transmission device according to the present invention. More specifically, FIG. 4 is a diagram showing a configuration of an optical transmission device including a
[0045]
The laser current is supplied from a
[0046]
As a result, a 3 dB attenuation frequency band of 40 GHz of the optical response was achieved, and a good optical response with no dip at a frequency of 50 GHz or less was obtained.
[0047]
It is needless to say that this embodiment in which the laser is integrated is applicable to the electroabsorption
[0048]
Further, the contact point between the
Note:
1. An electroabsorption optical modulator, a traveling-wave electrode provided on a part of an optical waveguide constituting a part of the optical modulator, a first high-frequency signal input line, and a first high-frequency signal output line And a first substrate provided on the surface thereof,
The modulator is for modulating output light from a laser light source, the output of a modulator drive circuit is connected to the first high-frequency signal input line,
When the first substrate is divided into first and second sides by the linear optical waveguide, the first high-frequency signal input line, the first high-frequency signal output line, and the terminating resistor are provided on the first side. Wherein the first high-frequency signal input line, the first high-frequency signal output line, and the terminating resistor are electrically connected through the electrode.
2. 2. The light according to claim 1, wherein a geometric shape of a signal path passing through the first high-frequency signal input line, the electrode, the first high-frequency signal output line, and the terminating resistor is U-shaped. Transmission device.
3. 2. The optical transmitter according to claim 1, wherein the semiconductor laser light source and the modulator are monolithically integrated on the first substrate.
4. The optical transmission device according to
5. A first dielectric substrate having a second high-frequency signal input line provided on a surface thereof; an electroabsorption type optical modulator; and a light guide provided on a part of an optical waveguide constituting a part of the optical modulator. A first substrate having a corrugated electrode provided on its surface, a first dielectric substrate and a metal base having the first substrate provided on its surface,
The modulator is for modulating output light from a laser light source, the second high-frequency signal input line is connected to an output of a modulator driving circuit,
A terminating resistor is electrically connected to the electrode via a first high-frequency signal output line electrically connected to the electrode, whereby the high-frequency signal passing through the electrode on the optical waveguide is terminated at the terminal. Configured to terminate with a resistor,
The first high-frequency signal input line is provided on a surface of the first dielectric substrate having a rectangular shape in a straight line from a first side of the first dielectric substrate to a third side facing the first dielectric substrate. ,
The optical waveguide is provided in a straight line from the second side on the first substrate, the planar shape of which is rectangular, to a fourth side opposed thereto, and provided on a part of the optical waveguide. A first high-frequency signal input line is provided on the first substrate to establish electrical connection between one end of the electrode and the second high-frequency signal input line; A first high-frequency signal output line is provided on the first substrate for making electrical connection with the terminating resistor;
A ground conductor is provided around the first high-frequency signal input line and the first high-frequency signal output line, and the first high-frequency signal input line and the first high-frequency signal output line are connected to the ground conductor. Means for electrically connecting the ground conductor and the metal base substrate are provided,
The optical transmission device, wherein the first and second high-frequency signal input lines, the electrode, and the first high-frequency signal output line are electrically connected.
6. The optical transmission device according to claim 5, wherein the means is a via hole.
7. The optical transmission device according to claim 5, wherein the terminating resistor is provided on the first substrate.
8. When the first substrate is divided into the first and second sides by the linear optical waveguide, the first high-frequency signal input line and the terminating resistor are arranged on the first side. The optical transmission device according to claim 7, wherein:
9. When the first substrate is divided into the first and second sides by the optical waveguide in the straight line, the first high-frequency signal input line and the terminating resistor are arranged on the first side. The optical transmission device according to claim 5, wherein:
10. The optical transmission device according to
11. The optical transmission device according to
12. The optical transmitter according to claim 5, wherein the semiconductor laser light source and the modulator are monolithically integrated on the first substrate.
13. When the first substrate is divided into first and second sides by the optical waveguide from the laser light source to the optical modulator, an electric contact of the laser light source and the first high-frequency wave are provided on the first side. 13. The optical transmission device according to
14. A first dielectric substrate having a second high-frequency signal input line provided on a surface thereof; an electroabsorption type optical modulator; and a light guide provided on a part of an optical waveguide constituting a part of the optical modulator. A first substrate having a corrugated electrode provided on the surface thereof; and a second dielectric member having a second high-frequency signal output line provided on the surface thereof and a terminating resistor provided at one end of the line. A substrate, a metal base having the first dielectric substrate, the first substrate, and the second dielectric substrate provided on a surface thereof;
The modulator is for modulating output light from a laser light source, the second high-frequency signal input line is connected to an output of a modulator driving circuit,
A terminating resistor is electrically connected to the electrode via a first high-frequency signal output line and the second high-frequency signal output line electrically connected to the electrode. The high-frequency signal passing through the electrode is configured to be terminated by the terminating resistor,
The second high-frequency signal input line is provided on the surface of the first dielectric substrate having a rectangular shape in a straight line from a first side to a third side opposite to the first dielectric substrate. ,
The optical waveguide is provided in a linear shape from a second side on the first substrate, the planar shape of which is rectangular, to a fourth side opposed thereto,
A first high-frequency signal input line is provided on the first substrate for establishing electrical connection between one end of the electrode and the second high-frequency signal input line;
The second high-frequency signal input line is provided on a surface of the second dielectric substrate having a rectangular shape in a straight line from a first side to a third side opposite to the second dielectric substrate. ,
The first high-frequency signal output line is provided on the first substrate, the second high-frequency signal output line is provided between the first high-frequency signal output line and the terminating resistor,
A ground conductor is provided around the second high-frequency signal output line, the second high-frequency signal output line is electrically insulated from the ground conductor, and the metal base and the second dielectric substrate are provided. Is electrically insulated between
The optical transmission device, wherein the first and second high-frequency signal input lines, the electrodes, and the first and second high-frequency signal output lines are electrically connected.
15. The optical transmitter according to
16. A first dielectric substrate having a second high-frequency signal input line provided on a surface thereof, an electro-absorption optical modulator,
A traveling-wave-type electrode provided on a part of an optical waveguide constituting a part of the optical modulator, and a first substrate provided on a surface thereof;
The modulator is for modulating output light from a laser light source, the second high-frequency signal input line is connected to an output of a modulator driving circuit,
By providing a first high-frequency signal output line for electrically connecting between the electrode and the terminating resistor provided on the first substrate, the electrode has passed the electrode. A high-frequency signal is configured to terminate at the terminating resistor,
The first high-frequency signal input line is provided on a surface of the first dielectric substrate having a rectangular shape in a straight line from a first side of the first dielectric substrate to a third side facing the first dielectric substrate. ,
The optical waveguide is provided in a linear shape from a second side on the first substrate, the planar shape of which is rectangular, to a fourth side opposed thereto,
A second high-frequency signal input line is provided on the first substrate for establishing electrical connection between one end of the electrode and the first high-frequency signal input line;
The optical transmission device, wherein the first high-frequency signal output line and the terminating resistor are provided on the first substrate.
17. 17. The optical transmitter according to claim 16, wherein the semiconductor laser light source and the modulator are monolithically integrated on the first substrate.
[0049]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to provide an electro-absorption optical modulator chip carrier having a good frequency response, which enables transmission at a transmission rate of 40 Gbit / s or more. At the same time, the number of dielectric substrates can be reduced, the chip size can be reduced, and the terminating resistor forming process can be omitted.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a chip carrier diagram of a conventional electro-absorption optical modulator having a traveling-wave electrode. (A) Plan view (b) Sectional view along the AA 'line shown in the plan view.
FIG. 2 shows an example of an optical response measured by the conventional chip carrier shown in FIG.
FIG. 3 is a conceptual diagram of a mode of an electric flux line of a high-frequency signal. (A) Mode of high-frequency signal line formed on dielectric substrate (cross section BB 'in FIG. 1) (b) First mode generated in semiconductor optical modulator (cross section CC' in FIG. 1) (C) Second mode (cross-section CC ′ in FIG. 1).
FIG. 4 shows a chip carrier configuration according to the present invention. (A) Top view (b) Sectional drawing along the AA 'line shown in the plan view.
FIG. 5 is an example of an optical response measured by the chip carrier of the present invention shown in FIG.
FIG. 6 is an equivalent circuit diagram of an optical modulator driving circuit and an electro-absorption optical modulator having a traveling wave electrode.
FIG. 7 is a top view of an optical modulator chip in which a laser is monolithically integrated according to the present invention.
FIG. 8 shows an embodiment of the optical transmission device according to the present invention. (A) Top view (b) Cross-sectional view along line AA 'shown in top view (c) Cross-sectional view along line DD' shown in top view, enlarged optical waveguide portion .
FIG. 9 shows an embodiment of an optical transmission device according to the present invention.
FIG. 10 shows an embodiment of an optical transmission device according to the present invention.
FIG. 11 shows an embodiment of an optical transmission device according to the present invention.
FIG. 12 shows an embodiment of an optical transmission device according to the present invention.
FIG. 13 shows an embodiment of the optical transmission device according to the present invention.
FIG. 14 shows an embodiment of the optical transmission device according to the present invention.
FIG. 15 shows an embodiment of the optical transmission device according to the present invention.
[Explanation of symbols]
101 {metal base substrate, 111} dielectric substrate for high frequency signal input, 112} center conductor, 113} ground conductor, 114 via hole, 115 dielectric substrate, 116 termination resistance, 117 high impedance line section, 121} Gold ribbon, 131 ‥ electroabsorption type optical modulator chip, 132 ‥ modulator electrode, 133 ‥ ground conductor, 134 ‥ optical waveguide, 135 ‥ optical electric absorption part, 136 ‥ high-frequency signal input conductor, 137 ‥ high-frequency signal
201 ‥ line of electric force,
301 optical modulator, 302 connected high-frequency line, 303 modulator driving circuit, 311 terminating resistor, 312 optical modulator having traveling-wave type electrode, 321,322,323 resistor, 324,325 transistor, 326 ° current source,
401 ‥ laser electrode,
501 ° laser light source, 502 ° laser light, 503 ° modulated light,
601 modulator drive circuit, 602 modulator drive signal output unit, 603 termination resistor, 604 base substrate for optical modulator drive circuit, 605 semi-insulating semiconductor substrate,
701 ‥ pInP cladding layer, 702 ‥ MQW layer, 703 ‥ n-InP layer, 704 ‥ polyimide layer,
801 laser, 802 laser electrode, 803 bonding wire for laser electrode, 804 chip capacitor, 805 laser current source.
Claims (15)
前記変調器はレーザ光源からの出力光を変調するためのものであり、前記第1の高周波信号入力線路には変調器駆動回路の出力が接続され、
直線状の前記光導波路で前記第1の基板を第1および第2の側に区分したとき、第1の側に前記第1の高周波信号入力線路と前記第1の高周波信号出力線路と終端抵抗とが配置されており、前記第1の高周波信号入力線路と前記第1の高周波信号出力線路および前記終端抵抗は前記電極を介して電気的に接続されていることを特徴とする光送信装置。An electroabsorption optical modulator, a traveling-wave electrode provided on a part of an optical waveguide constituting a part of the optical modulator, a first high-frequency signal input line, and a first high-frequency signal output line And a first substrate provided on the surface thereof,
The modulator is for modulating output light from a laser light source, the output of a modulator drive circuit is connected to the first high-frequency signal input line,
When the first substrate is divided into first and second sides by the linear optical waveguide, the first high-frequency signal input line, the first high-frequency signal output line, and the terminating resistor are provided on the first side. Wherein the first high-frequency signal input line, the first high-frequency signal output line, and the terminating resistor are electrically connected through the electrode.
前記変調器はレーザ光源からの出力光を変調するためのものであり、前記第2の高周波信号入力線路は変調器駆動回路の出力が接続され、
前記電極に電気的に接続された第1の高周波信号出力線路を介して前記電極に終端抵抗が電気的に接続されることにより、前記光導波路上の前記電極を通過した前記高周波信号が前記終端抵抗で終端するように構成され、
その平面形状が長方形状である前記第1の誘電体基板の第1の辺からそれに対向する第3の辺に至るような直線状に前記第1の高周波信号入力線路がその基板表面に設けられ、
その平面形状が長方形状である前記第1の基板上の第2の辺からそれに対向する第4の辺に至るような直線状に前記光導波路が設けられ、前記光導波路上の一部に設けられた前記電極の一端と前記第2の高周波信号入力線路との間で電気的接続をとるために第1の高周波信号入力線路が前記第1の基板上に設けられ、前記電極の他端と前記終端抵抗との間で電気的接続をとるために第1の高周波信号出力線路が前記第1の基板上に設けられ、
前記第1の高周波信号入力線路および前記第1の高周波信号出力線路の周囲には接地導体が設けられ、前記第1の高周波信号入力線路および前記第1の高周波信号出力線路は前記接地導体に対して電気的に絶縁され、前記接地導体と前記金属ベース基板とを電気的に接続する手段が設けられ、
前記第1および第2の高周波信号入力線路、前記電極および前記第1の高周波信号出力線路の間は電気的に接続されていることを特徴とする光送信装置。A first dielectric substrate having a second high-frequency signal input line provided on a surface thereof; an electroabsorption type optical modulator; and a light guide provided on a part of an optical waveguide constituting a part of the optical modulator. A first substrate having a corrugated electrode provided on its surface, a first dielectric substrate and a metal base having the first substrate provided on its surface,
The modulator is for modulating output light from a laser light source, the second high-frequency signal input line is connected to an output of a modulator driving circuit,
A terminating resistor is electrically connected to the electrode via a first high-frequency signal output line electrically connected to the electrode, whereby the high-frequency signal passing through the electrode on the optical waveguide is terminated at the terminal. Configured to terminate with a resistor,
The first high-frequency signal input line is provided on a surface of the first dielectric substrate having a rectangular shape in a straight line from a first side of the first dielectric substrate to a third side facing the first dielectric substrate. ,
The optical waveguide is provided in a straight line from the second side on the first substrate, the planar shape of which is rectangular, to a fourth side opposed thereto, and provided on a part of the optical waveguide. A first high-frequency signal input line is provided on the first substrate to establish electrical connection between one end of the electrode and the second high-frequency signal input line; A first high-frequency signal output line is provided on the first substrate for making electrical connection with the terminating resistor;
A ground conductor is provided around the first high-frequency signal input line and the first high-frequency signal output line, and the first high-frequency signal input line and the first high-frequency signal output line are connected to the ground conductor. Means for electrically connecting the ground conductor and the metal base substrate are provided,
The optical transmission device, wherein the first and second high-frequency signal input lines, the electrode, and the first high-frequency signal output line are electrically connected.
前記変調器はレーザ光源からの出力光を変調するためのものであり、前記第2の高周波信号入力線路は変調器駆動回路の出力が接続され、
前記電極にはその電極に電気的に接続された第1の高周波信号出力線路および前記第2の高周波信号出力線路を介して終端抵抗が電気的に接続されることにより、前記光導波路上の前記電極を通過した前記高周波信号が前記終端抵抗で終端するように構成され、
その平面形状が長方形状である前記第1の誘電体基板の第1の辺からそれに対向する第3の辺に至るような直線状に前記第2の高周波信号入力線路がその基板表面に設けられ、
その平面形状が長方形状である前記第1の基板上の第2の辺からそれに対向する第4の辺に至るような直線状に前記光導波路が設けられ、
前記電極の一端と前記第2の高周波信号入力線路との間で電気的接続をとるために第1の高周波信号入力線路が前記第1の基板上に設けられ、
その平面形状が長方形状である前記第2の誘電体基板の第1の辺からそれに対向する第3の辺に至るような直線状に前記第2の高周波信号入力線路がその基板表面に設けられ、
前記第1の高周波信号出力線路が前記第1の基板上に設けられ、前記第2の高周波信号出力線路は前記第1の高周波信号出力線路と前記終端抵抗との間に設けられ、
前記第2の高周波信号出力線路の周囲には接地導体が設けられ、前記第2の高周波信号出力線路は前記接地導体に対して電気的に絶縁され、前記金属ベースと前記第2の誘電体基板との間は電気的に絶縁され、
前記第1および第2の高周波信号入力線路、前記電極、前記第1および第2の高周波信号出力線路の間は電気的に接続されていることを特徴とする光送信装置。A first dielectric substrate having a second high-frequency signal input line provided on a surface thereof; an electroabsorption type optical modulator; and a light guide provided on a part of an optical waveguide constituting a part of the optical modulator. A first substrate having a corrugated electrode provided on the surface thereof; and a second dielectric member having a second high-frequency signal output line provided on the surface thereof and a terminating resistor provided at one end of the line. A substrate, a metal base having the first dielectric substrate, the first substrate, and the second dielectric substrate provided on a surface thereof;
The modulator is for modulating output light from a laser light source, the second high-frequency signal input line is connected to an output of a modulator driving circuit,
A terminating resistor is electrically connected to the electrode via a first high-frequency signal output line and the second high-frequency signal output line electrically connected to the electrode. The high-frequency signal passing through the electrode is configured to be terminated by the terminating resistor,
The second high-frequency signal input line is provided on the surface of the first dielectric substrate having a rectangular shape in a straight line from a first side to a third side opposite to the first dielectric substrate. ,
The optical waveguide is provided in a linear shape from a second side on the first substrate, the planar shape of which is rectangular, to a fourth side opposed thereto,
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A ground conductor is provided around the second high-frequency signal output line, the second high-frequency signal output line is electrically insulated from the ground conductor, and the metal base and the second dielectric substrate are provided. Is electrically insulated between
The optical transmission device, wherein the first and second high-frequency signal input lines, the electrodes, and the first and second high-frequency signal output lines are electrically connected.
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