JP3717639B2 - 光変調器モジュール - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に、光源からの光を変調するための光変調器モジュールに関し、更に詳しくは、光パワーのモニタリングを行うための光変調器モジュールの構造に関する。
【0002】
最近の光ファイバ通信システムにおいては、伝送速度の増大に伴い変調速度も増大している。レーザダイオードの直接強度変調では、波長チャーピングにより波形歪みを引き起こす。この問題を避けるために、外部変調器として使用される光変調器モジュールに対する期待が高まっている。
【0003】
【従来の技術】
実用的な外部変調器として、リチウムナイオベート(LiNbO3 )等の誘電体結晶基板を用いたマッハツェンダ型の光変調器(LN変調器)が開発されている。光源からの一定強度のキャリア光がLN変調器に供給され、光の干渉を用いたスイッチング動作によって強度変調された光信号が得られる。
【0004】
LN変調器チップは、Zカットされたリチウムナイオベート結晶からなる誘電体基板の表面に、チタンを熱拡散させて屈折率を高めることによりその両端部近傍でそれぞれ結合された一対の光導波路を形成し、その上にSiO2 からなるバッファ層を形成し、更にバッファ層の上に光導波路に対応して信号電極(進行波電極)及び接地電極を形成して構成される。
【0005】
光導波路の一端から入射された信号光は分岐されて一対の光導波路を伝搬する。一方の光導波路上に形成された信号電極に駆動電圧を印加すると、電気光学効果により分岐された双方の信号光に位相差が生じる。
【0006】
LN変調器では、これらの信号光を再び結合させて光信号出力として取り出す。一対の光導波路を伝搬する信号光の位相差を例えば0又はπになるように駆動電圧を印加すれば、オン/オフのパルス信号を得ることができる。
【0007】
しばしば指摘されるLN変調器の欠点は、温度ドリフト、DCドリフトに起因する動作点シフトが生じることである。この動作点シフトに対処するために、LN変調器から出力される光のパワーがモニタされ、その結果得られる電気信号に基づいて動作点安定化のための制御が行われる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
光変調器が出力する光のパワーをモニタするためには、その一部を光カプラにより分岐し、分岐光を光検出器で受ければよい。しかしこの場合、光変調器から出力される光信号のパワーが小さくなり、また、部品点数が多くなって装置が大型化するという問題がある。
【0009】
このような点に鑑み、導波路の結合部から放射される放射光(漏洩光)を導波路端面で光検出器を用いてモニタし、光検出器から出力される電気信号の変化に応じて、進行波電極(信号電極)に印加する入力電気信号の直流バイアスを変化させ、光変調器の動作点制御を行う技術が、例えば特開平3−145623号公報で提案されている。
【0010】
しかし従来技術では、導波路端面に設けたフォトダイオードを搭載するチップキャリアにより、主信号光の一部が遮られることによる信号光の損失、及びフォトダイオードを搭載するチップキャリアのアライメントに多大の工数が発生していた。
【0011】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、主信号光に損失を発生させることがなく、又モニタ用チップキャリアのアライメントの工数低減を実現することのできる光変調器モジュールを提供することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、パッケージと;該パッケージ内に実装された変調器チップであって、電気光学効果を有する基板上に形成されたY分岐部及びY結合部を含むマッハツェンダ型光導波路と、該Y結合部の下流側に該光導波路の両側に設けられ該Y結合部から放射された放射光を該変調器チップの下方に導くTi高ドープ領域と、該光導波路上に形成された進行波電極及び接地電極とを有する変調器チップと;該変調器チップの端面より放射された該放射光を受光する光検出器を搭載し、該Ti高ドープ領域により下方に導かれた該放射光に応じて該光検出器が該光導波路より下方の位置となるように前記パッケージ内に実装されたキャリアを備え、前記キャリアは、前記パッケージの底面及び2側面で位置決めされるとともに、前記基板の前記端面内である前記光導波路端面から放射される主信号光の光路を遮らないように切り欠いた構成であることを特徴とする光変調器モジュールが提供される。
【0013】
光検知器を搭載するキャリアをパッケージの底面及び2側面で位置決めすることにより、キャリアのアライメントの工数低減を図ることができる。また、キャリアに切り欠きを設けたことにより、キャリアが主信号光の一部を遮ることによる主信号光の損失を防止することができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
図1を参照すると、本発明が適用される光変調器モジュールの外観が示されている。この光変調器モジュールは、入力ポート2で受けた光を変調して、変調された光を出力ポート4から出力する。この実施形態では、ポート2及び4はそれぞれ光コネクタである。
【0016】
この光変調器モジュールは、後述する変調器チップが内蔵されるパッケージ6を有している。パッケージ6の両端には、ポート2及び4をそれぞれパッケージ6と接続するためのピッグテール型のファイバアセンブリ8及び10が設けられている。符号3,5は光ファイバを示している。
【0017】
パッケージ6の一方の側面には、高速信号用のコネクタ12及び14が設けられており、他方の側面には低速信号用のコネクタ16が設けられている。パッケージ6を図示しないケース等に固定するために、パッケージ6の底部には金具18が固定されている。
【0018】
図2を参照すると、パッケージ6内に内蔵される変調器チップ20の平面図が示されている。変調器チップ20は、誘電体チップ22により提供されるマッハツェンダ型光導波路24を有している。
【0019】
誘電体チップ22は例えばリチウムナイオベート(LiNbO3 )からなり、チタン(Ti)の熱拡散によって光導波路24を形成している。光導波路24はY分岐部26と、Y結合部28を有している。Y分岐部26とY結合部28の間で光導波路24は一対の光導波路に分岐されている。
【0020】
入力端36に供給された信号光は、Y分岐部26で光パワーが実質的に二等分されてそれぞれの光導波路で導波される。この導波光はY結合部28で結合されて、出射端38から出射する。
【0021】
一対の分岐光導波路を導波する光の位相差に応じて、出力端38において出力ビームが得られる結合モードと、Y結合部28から誘電体チップ22内に光が放射される放射モード(漏洩モード)とが切り換えられる。
【0022】
分岐された信号光の間の位相を変化させるために、一方の光導波路上には信号電極30が設けられており、他方の光導波路上及び誘電体チップ22上には接地電極32,34が設けられている。
【0023】
信号電極30は進行波型に構成されており、その入力端はコネクタ12の内部導体に接続され、出力端はコネクタ14の内部導体に接続されている。また、コネクタ12及び14のシールド並びに接地電極32,34はパッケージ6を介して接地されている。
【0024】
電極30,32,34は、例えば金(Au)の蒸着により形成されている。図示はしないが、誘電体チップ22と電極30,32,34との間に温度安定化用のSiO2 バッファ層が設けられている。
【0025】
Y結合部28の下流側には、Tiドープ領域40,42が設けられている。Tiドープ領域40,42は図3に示されるようにY結合部28から放射された放射光を誘電体チップ22の下方に導くために設けられている。
【0026】
図3を参照すると、光ファイバ3からの信号光は非球面レンズ7により光導波路24の入力端36に結合される。一方、光導波路24の出力端38からの信号光ビーム48は非球面レンズ9により光ファイバ5に結合される。
【0027】
Y結合部28から放射された放射光はTiドープ領域40により誘電体チップ22の下方に導かれ、チップ端面から放射光ビーム50として放射される。この放射光ビーム50はチップキャリア46上に搭載されたモニタ用フォトダイオード(PD)44により受光される。
【0028】
フォトダイオード44から出力される電気信号の変化に応じて、図示しない信号制御回路により信号電極(進行波電極)30に印加する電気信号の直流バイアスを変化させ、変調器チップ20の動作点を制御する。
【0029】
図4を参照すると、放射光分布に対するモニタ用フォトダイオード44の受光領域45の位置関係が示されている。図4において、24は光導波路を、50は放射光分布をそれぞれ示している。更に、46はチップキャリアであり、45はモニタ用フォトダイオード44による受光領域を示している。
【0030】
この図から明らかなように、放射光のモニタ領域45は変調器チップ20に対して相対的に下方に配置することができ、この位置で十分な受光感度を得ることができる。
【0031】
次に、図5及び図6を参照して、本発明の光変調器モジュールの第1実施形態について説明する。パッケージ6の底面上には図2に示した変調器チップ20が搭載されている。パッケージ6には変調器チップ20からの出力光を取り出すための開口52と、チップキャリア46を搭載する凹部54が形成されている。
【0032】
パッケージ6の底面に凹部54を形成したのは、取り扱い性の観点からチップキャリア46にはある程度の大きさが必要であるが、このチップキャリア46に搭載されたフォトダイオードチップ(PDチップ)44の高さを変調器チップ20から出力される放射光の受光可能位置に一致させるためである。
【0033】
チップキャリア46はセラミックから形成されており、図5に見られるようにその表面上には金パターン56が蒸着されている。PDチップ44と金パターン56は金ワイヤ58によりボンディング接続され、端子60と金パターン56とは金ワイヤ62でボンディング接続されている。端子60はコネクタ16に接続される。
【0034】
本実施形態では、チップキャリア46の一部が断面概略台形状となるように、チップキャリア46に切り欠き46aが形成されている。この切り欠き46aが形成されているために、変調器チップ20から出力される主信号光をチップキャリア46が遮ることがなく、チップキャリアに起因する主信号光の損失が防止される。切り欠き46aは主信号光を遮らないような形状であればどのような形状の切り欠きであってもよい。
【0035】
また、パッケージ6の形状及びサイズに対するチップキャリア46の形状及びサイズが予め選択されているため、チップキャリア46はパッケージ6の底面及び2つの側面で位置決めすることができ、チップキャリア46のアライメント工数を大幅に低減することができる。
【0036】
図7を参照すると、本発明第2実施形態の平面図が示されている。図8は図7の8−8線断面図である。本実施形態はチップキャリア46Aを薄く形成し、変調器チップ20の実装面とチップキャリア46Aの実装面を同一高さに設定した場合にも、チップキャリア46Aが変調器チップ20から出力される主信号光を遮らないようにしたものである。
【0037】
例えば、変調器チップ20の高さを約1mmとすると、チップキャリア46Aの厚さを約500μm以下にするのが望ましい。チップキャリア46Aをこのように薄くすると取り扱い性がある程度阻害されるが、第1実施形態のようにパッケージ6に凹部54を形成する必要がないので、パッケージ6の構造が簡略化される。
【0038】
本実施形態においても、チップキャリア46Aが変調器チップ20から出力される主信号光を遮ることがないのに加えて、チップキャリア46Aはパッケージ6の底面と2側面で位置決めされるため、チップキャリア46Aのアライメント工数を大幅に低減することができる。
【0039】
図9を参照すると、本発明第3実施形態の平面図が示されている。図10は図9の10−10線断面図である。本実施形態は、開口52を画成するパッケージ6の側壁6aを厚く形成し、チップキャリア46Bの幅を約500μm以下としたものである。
【0040】
このように、パッケージの側壁6aを厚く形成し、チップキャリア46Bの幅を狭くした場合にも、上述した第1及び第2実施形態と同様な効果を得ることができる。
【0041】
【発明の効果】
本発明によれば、モニタ用フォトダイオードを搭載するキャリアの形状に起因する信号光の損失を防止することができ、キャリアをパッケージに搭載するときのアライメント工数の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】光変調器モジュールの外観を示す平面図である。
【図2】変調器チップの平面図である。
【図3】光変調器モジュールの概略構成を示す図である。
【図4】放射光分布に対するモニタ用PDの位置関係を示す図である。
【図5】本発明第1実施形態の平面図である。
【図6】図5の6−6線断面図である。
【図7】本発明第2実施形態の平面図である。
【図8】図7の8−8線断面図である。
【図9】本発明第3実施形態の平面図である。
【図10】図9の10−10線断面図である。
【符号の説明】
6 パッケージ
20 変調器チップ
24 光導波路
26 光分岐部
28 光結合部
30 信号電極
32,34 接地電極
40,42 Tiドープ領域
44 モニタ用PDチップ
46 チップキャリア
46a 切り欠き
Claims (3)
- パッケージと;
該パッケージ内に実装された変調器チップであって、電気光学効果を有する基板上に形成されたY分岐部及びY結合部を含むマッハツェンダ型光導波路と、該Y結合部の下流側に該光導波路の両側に設けられ該Y結合部から放射された放射光を該変調器チップの下方に導くTi高ドープ領域と、該光導波路上に形成された進行波電極及び接地電極とを有する変調器チップと;
該変調器チップの端面より放射された該放射光を受光する光検出器を搭載し、該Ti高ドープ領域により下方に導かれた該放射光に応じて該光検出器が該光導波路より下方の位置となるように前記パッケージ内に実装されたキャリアを備え、
前記キャリアは、前記パッケージの底面及び2側面で位置決めされるとともに、前記基板の前記端面内である前記光導波路端面から放射される主信号光の光路を遮らないように切り欠いた構成であることを特徴とする光変調器モジュール。 - 前記パッケージの底面は所定深さの凹部を有しており、前記キャリアは該凹部上に実装されていることを特徴とする請求項1記載の光変調器モジュール。
- 前記キャリアはセラミックから形成されていることを特徴とする請求項1〜2のいずれかに記載の光変調器モジュール。
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