JP4382064B2 - 光導波路モジュール - Google Patents

Description

本発明は、一般的に、導波路上にＡｕ電極を形成した光変調器モジュール、偏波スクランブラモジュール等の光導波路モジュールに関し、特に、良好な高周波特性を有する光導波路モジュールに関する。

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。

また、高速光伝送システムが実用化されているが、長距離大容量の高速光伝送システムにおいては、偏波のホールバーニング等による偏向依存性利得や損失が符号誤り率劣化を引き起こしている。この問題を解決する手段として、伝送光の偏波状態を高速で変化させ無偏波化する偏波スクランブラが有効である。

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。

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。

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。

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が例えば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。

ＬＮ変調器で変調速度の高速化を実現するには、良好な高周波特性（マイクロ波の減衰特性や電気反射のマイクロ波特性）を得ることが必須である。

従来のＬＮ変調器モジュールでは、変調器チップの接地（グランド）が完全に取りきれていないために、高周波においてマイクロ波特性のディップが発生し、十分な広帯域性を実現するのが困難であるという問題があった。この問題は、偏波スクランブラモジュール又は光位相変調器モジュール等の他の光導波路モジュールでも同様に発生する。

よって本発明の目的は、良好な高周波特性を発揮することのできる光導波路モジュールを提供することである。

本発明によると、底面と、該底面に形成されたチップ挿入溝を有する金属パッケージと、電気光学効果を有す基板と、該基板上に形成された光導波路と、前記基板の端部において駆動信号を入力され第１曲がり部と第２曲がり部との間の領域で前記光導波路を伝搬する信号に位相差を与える位置に形成された信号電極と、前記基板上に形成された接地電極と、前記基板、前記光導波路、前記信号電極、前記接地電極を含み、前記金属パッケージの前記チップ挿入溝中に挿入固定された導波路チップとを備え、前記接地電極は、前記信号電極の前記第１及び第２曲がり部近傍、および、前記信号電極に前記駆動信号を入力される前記端部近傍においてのみ、前記金属パッケージにそれぞれ金リボンによりボンディング接続されたことを特徴とする光導波路モジュールが提供される。

本発明は、接地電極を信号電極の第１及び第２曲がり部近傍で第１及び第２リボンを介して金属パッケージにそれぞれボンディング接続したため、高周波におけるマイクロ波特性のディップを有効に低減させることができ、光導波路モジュールの広帯域性を実現することができる。

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。

この光変調器モジュールは、後述する変調器チップ（導波路チップ）が内蔵される金属パッケージ６を有している。金属パッケージ６は例えばステンレス鋼から形成されている。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。

パッケージ６の一方の側面には、高速信号用の同軸コネクタ１２及び１４が設けられている。パッケージ６を図示しないケーシング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。

図２を参照すると、本発明実施形態の光変調器モジュールの平面図が示されている。この図においては、図１に示した光コネクタ２，４及びファイバアセンブリ８，１０等は省略されている。

図４及び図５に最もよく示されるように、金属パッケージ６の底面２０にはチップ挿入溝２２がパッケージの長手方向に渡り形成されている。チップ挿入溝２２中に変調器チップ２４が挿入され、接着剤６６により固定されている（図５参照）。

図２及び図４に示すように、金属パッケージ６の底面２０には変調器チップ２４固定時に接着剤を逃がすための切欠き６２が形成されている。更に、図５に示すように、チップ挿入溝２２の１つのコーナー部に接着剤逃がし用の細い溝６４が形成されている。

変調器チップ２４は電気光学効果を有する誘電体から形成されており、本実施形態においてはリチウムナイオベート（ＬｉＮｂＯ₃）から形成されている。変調器チップ２４は図２で点線で示されたマッハツェンダ型光導波路構造２６を有している。

光導波路構造２６は、入力光導波路２８と、出力光導波路３０と、入力光導波路２８と出力光導波路３０の間に伸長する第１及び第２光導波路３２，３４から構成されている。

第１及び第２光導波路３２，３４はＹ分岐３６により入力光導波路２８に接続され、Ｙ分岐３８により出力光導波路３０にそれぞれ接続されている。光導波路構造２６はＬｉＮｂＯ₃基板にチタン（Ｔｉ）を熱拡散することにより形成されている。

入力光導波路２８に供給された信号光は、Ｙ分岐３６で光パワーが実質的に二等分されて第１及び第２光導波路３２，３４で導波される。この導波光はＹ分岐３８で出力光導波路３０に結合される。

第１及び第２光導波路３２，３４を導波する光の位相差に応じて、出力光導波路３０を光が導波する結合モードと、Ｙ分岐３８から変調器チップ２４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。

分岐された信号光の間の位相を変化させるために、第１光導波路３２上には信号電極（進行波電極）４０が設けられており、第２光導波路３４上には接地電極４２が設けられている。更に、第１光導波路３２に対して接地電極４２の反対側の基板上には他の接地電極４４が形成されている。

信号電極４０は概略直角の２つの曲がり部４０ａ，４０ｂを有している。信号電極４０及び接地電極４２，４４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、電極４０，４２，４４の下にはＳｉＯ₂バッファ層が形成されている。

信号電極４０は金リボン４６により同軸コネクタ１２の内部導体に接続された端子パターン１２ａにボンディング接続され、金リボン４８により同軸コネクタ１４の内部導体に接続された端子パターン１４ａにボンディング接続されている。

一方、接地電極４２は２つの金リボン５０，５２により金属パッケージ６の底面２０にボンディング接続されており、接地電極４４は４つの金リボン５４，５６，５８，６０により金属パッケージ６の底面２０にボンディング接続されている。

本発明では、信号電極４０の曲がり部４０ａ，４０ｂに対する金リボン５８，６０の位置関係が殊に重要である。即ち、光変調器モジュールの高速化を実現するためには、変調器チップ２４の接地を完全にとることが重要であり、これを実現するためには金リボン５８，６０の信号電極４０の曲がり部４０ａ，４０ｂに対する位置関係が重要であることが判明した。

本発明者が種々実験した結果、高周波におけるマイクロ波特性のディップを低減させるためには、図８に示すように信号電極４０の曲がり部４０ａを中心として変調器チップ２４の長手方向±０．５ｍｍの範囲内（範囲Ａ）に金リボン５８をボンディングし、同様に、曲がり部４０ｂを中心として変調器チップ２４の長手方向±０．５ｍｍの範囲内に金リボン６０をボンディングするのが望ましい。

図６は本発明実施形態のマイクロ波特性を示している。即ち、図６は図８のＡの範囲内に金リボン５８をボンディングしたときの光変調器モジュールのマイクロ波特性を示している。図６から明らかなように、高周波におけるマイクロ波特性のディップが効果的に低減されている。

図７は信号電極の曲がり部から所定距離離れて金リボンをボンディングした場合の光変調器モジュールのマイクロ波特性を示している。即ち、図７は図８のＢ及びＣの範囲内に金リボン５８をボンディングした場合のマイクロ波特性を示している。

図７を観察すると明らかなように、高周波においてマイクロ波特性の大きなディップが発生している。図６と図７を比較すると明らかなように、図６に示した本発明実施形態では高周波のマイクロ特性が図７に比較して顕著に改善されている。

本実施形態で使用した金リボンは０．４〜０．５ｍｍの幅を有している。変調器チップ２４は約１ｍｍ×１ｍｍの断面形状を有しており、その長さは約４〜５ｃｍである。

また、変調器チップ２４の十分な接地を実現するためには、図５に示すように変調器チップ２４がチップ挿入溝２２内に挿入されたとき、変調器チップ２４の側面とチップ挿入溝２２を画成する金属パッケージ６の壁面との間の距離Ｇを０．５ｍｍ以下にする必要がある。この距離Ｇが大き過ぎると、複数の金リボンのボンディングにより変調器チップ２４の十分なアースを取ることが困難となる。

高周波においてマイクロ波特性のディップが発生する問題は、光変調器モジュールに限られるものではなく、偏波スクランブラモジュール又は光位相変調器モジュール等の他の光導波路モジュールでも同様に発生する。

図９は本発明の他の実施形態の概略平面図である。この実施形態は、偏波スクランブラ又は光位相変調器に本発明を適用した場合の実施形態である。図２に示した第１実施形態と同一構成部分については同一符号を付して説明する。

光位相変調器モジュールは、誘電体基板上に形成された直線状の光導波路３００と、光導波路３００上又は光導波路に隣接して形成された信号電極４０を有している。

光ファイバ７０からの信号光は光導波路３００に入射され、信号電極４０に対して所定の駆動信号を入力することにより、光導波路３００の屈折率を変化させ、信号光の位相変調を行う。位相変調された信号光は光ファイバ７１に結合される。

偏波スクランブラモジュールも、誘電体基板上に形成された直線状の光導波路３００と、光導波路３００上又は光導波路３００に隣接して形成された信号電極４０を有している。更に、偏波スクランブラモジュールでは、図示しない偏光子が光導波路３００の入力側に光導波路３００に対して４５°傾けて配置されている。

光ファイバ７０からの信号光は図示しない偏光子を介して光導波路３００に入射され、信号電極４０に対して所定の駆動信号を入力することにより、光導波路３００内で偏波を回転させ、信号光の偏波をスクランブルする。スクランブルされた信号光は光ファイバ７１に結合される。

これらの光導波路モジュールでも、信号電極４０の第１及び第２の曲がり部近傍に接地電極４４と金属パッケージ６とを接続するリボン５８，６０を設けることにより、図２に示した実施形態と同様な良好な特性を得ることができる。

変調器モジュールの外観を示す平面図である。 本発明実施形態の平面図である。 本発明実施形態の要部拡大図である。 本発明実施形態の要部斜視図である。 本発明実施形態の横断面図である。 本発明実施形態のマイクロ波特性を示す図である。 信号電極の曲がり部近傍から離れてリボンをボンディングした場合の光変調器モジュールのマイクロ特性を示す図である。 図６及び図７の特性測定時のリボンのボンディング位置を示す図である。 本発明の他の実施形態の平面図である。

符号の説明

６ 金属パッケージ
２０ 底面
２２ チップ挿入溝
２４ 変調器チップ
２６ マッハツェンダ型導波路構造
２８ 入力光導波路
３０ 出力光導波路
３２ 第１光導波路
３４ 第２光導波路
４０ 信号電極
４２，４４ 接地電極
４６，４８，５０，５２，５４，５６，５８，６０ 金リボン

Claims (6)

1. 
   底面と、
   該底面に形成されたチップ挿入溝を有する金属パッケージと、
   電気光学効果を有す基板と、
   該基板上に形成された光導波路と、
   前記基板の端部において駆動信号を入力され第１曲がり部と第２曲がり部との間の領域で前記光導波路を伝搬する信号に位相差を与える位置に形成された信号電極と、
   前記基板上に形成された接地電極と、
   前記基板、前記光導波路、前記信号電極、前記接地電極を含み、前記金属パッケージの前記チップ挿入溝中に挿入固定された導波路チップとを備え、
   前記接地電極は、前記信号電極の前記第１及び第２曲がり部近傍、および、前記信号電極に前記駆動信号を入力される前記端部近傍においてのみ、前記金属パッケージにそれぞれ金リボンによりボンディング接続されたことを特徴とする光導波路モジュール。
2. 底面と、
   該底面に形成されたチップ挿入溝を有する金属パッケージと、
   電気光学効果を有す基板と、
   該基板上に形成された入力導波路、出力導波路、及び前記入力及び出力導波路の間に伸長しそれぞれ前記入力及び出力導波路に接続された第１及び第２導波路を有する光導波路構造と、
   前記基板の端部において駆動信号を入力され、第１曲がり部と第２曲がり部との間の領域で前記第１導波路上を伝搬する信号に位相差を与える位置に形成された信号電極と、
   前記第２導波路上に形成された第１接地電極と、
   前記信号電極に対して前記第１接地電極と反対側の前記基板上に形成された第２接地電極と、
   前記基板、前記光導波路構造、前記信号電極、前記第１接地電極、前記第２接地電極を含み、前記金属パッケージの前記チップ挿入溝中に挿入固定された変調器チップとを備え、
   前記第２接地電極は、前記信号電極の前記第１及び第２曲がり部近傍、および、前記信号電極に前記駆動信号を入力される前記端部近傍においてのみ、前記金属パッケージにそれぞれ金リボンによりボンディング接続されたことを特徴とする光変調器モジュール。
3. 前記信号電極の前記第１及び第２曲がり部近傍におけるボンディング接続はそれぞれ、前記信号電極の前記第１及び第２曲がり部を中心として前記導波路チップの長手方向の±０．５ｍｍの範囲内に設けられている請求項１記載の光導波路モジュール又は請求項２記載の光変調器モジュール。
4. 前記金属パッケージの底面と前記導波路チップの上面は実質上同一高さにある請求項１記載の光導波路モジュール又は請求項２記載の光変調器モジュール。
5. 前記基板はＬｉＮｂＯ3から形成されており、前記光導波路は前記ＬｉＮｂＯ3基板にＴｉを熱拡散することにより形成されている請求項１記載の光導波路モジュール又は請求項２記載の光変調器モジュール。
6. 前記チップ挿入溝中に挿入固定された前記導波路チップと前記チップ挿入溝を画成する前記金属パッケージの壁面との間の距離は、０．５ｍｍ以下である請求項１記載の光導波路モジュール又は請求項２記載の光変調器モジュール。

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