JP7484464B2

JP7484464B2 - 光モジュール

Info

Publication number: JP7484464B2
Application number: JP2020102362A
Authority: JP
Inventors: 孝俊八木澤; 剛蒲生
Original assignee: Fujitsu Optical Components Ltd
Current assignee: Fujitsu Optical Components Ltd
Priority date: 2020-06-12
Filing date: 2020-06-12
Publication date: 2024-05-16
Anticipated expiration: 2040-06-12
Also published as: US20210389535A1; JP2021196476A; US11372181B2

Description

本発明は、光モジュールに関する。

近年、ラック型の光伝送装置に挿抜可能であるプラガブル（pluggable）な光モジュールの開発が盛んである。このような光モジュールは、光ファイバが接続された状態で、光伝送装置の前面に開口する差込口に挿入されることにより、光伝送装置による光通信を可能にする。

一般に、光モジュールは、電波障害（ＥＭＩ：Electromagnetic Interference）に関する規格に準拠しており、光モジュール内部の高周波で動作する高速部品から発生する電磁波が光伝送装置外へ漏れるのを抑制する構造を有する。具体的には、光モジュールは、例えば図５に示す構造を有する。図５は、光伝送装置の前面に開口するケージ２０に光モジュール１０が挿入された状態を側方から見た図である。

図５に示すように、光モジュール１０は、下側筐体１１及び上側筐体１２によって外郭が形成され、内部の基板１３に高速部品１４を含む各種の部品が搭載された構造を有する。基板１３の先端は、光伝送装置の基板に配置されたコネクタに差し込まれて光伝送装置に接続する。主に高速部品１４から発生する電磁波は、下側筐体１１及び上側筐体１２の境界にある隙間から光モジュール１０の外部へ漏れ出す。そこで、ケージ２０の開口部よりも光伝送装置の内部に相当する位置で、光モジュール１０内部に電波吸収体１５が充填され、高速部品１４から発生する電磁波が光モジュール１０から直接光伝送装置外部へ漏れ出すことを抑制する。さらに、ケージ２０の開口部の内面及び外面には、複数のガスケット２１が配置されており、光モジュール１０から光伝送装置の内部へ漏れ出た電磁波がさらに光伝送装置の外部へ漏れ出すことを抑制する。

特開２０１３－１４２８１５号公報米国特許第７０１３０８８号明細書特開２００８－２４９８５６号公報

ところで、最近では、光モジュールを構成する部品の小型化及び高密度化が進んでいるため、高速かつ長距離の光通信をプラガブルな光モジュールを用いて実現することが検討されている。しかしながら、光通信の高速化及び長距離化のためには、光モジュールに実装される部品点数が増加し、部品実装面積が増大して基板が大型化する傾向がある。

この結果、光モジュールが光伝送装置に挿入された状態において、光伝送装置の外部に伸びる部分が長くなり、光伝送装置の内部に相当する位置で、光モジュール内部に電波吸収体を充填することが困難となる。このため、光伝送装置の外部において、光モジュールの下側筐体及び上側筐体の境界にある隙間から直接光伝送装置外部へ電磁波が漏洩する恐れがある。

開示の技術は、かかる点に鑑みてなされたものであって、装置外部への電磁波の漏洩を抑制することができる光モジュールを提供することを目的とする。

本願が開示する光モジュールは、１つの態様において、他の装置の開口部に挿抜可能な導電体からなる筐体と、前記筐体の内部の空間に配置される基板と、前記基板が配置される空間を２つの空間に区画する遮断部とを有し、前記遮断部は、前記基板の一方の面に形成される第１導電体パタンと、前記基板の他方の面に形成される第２導電体パタンと、前記基板を貫通し、前記第１導電体パタン及び前記第２導電体パタンを接続する複数のビアと、前記第１導電体パタン及び前記筐体に当接する導電体の第１補助部材と、前記第２導電体パタン及び前記筐体に当接する導電体の第２補助部材とを有する。

本願が開示する光モジュールの１つの態様によれば、装置外部への電磁波の漏洩を抑制することができるという効果を奏する。

図１は、一実施の形態に係る光モジュールの構成を示す斜視図である。図２は、一実施の形態に係る光モジュールの要部構成を示す図である。図３は、図２のＩ－Ｉ線断面を示す模式図である。図４は、光モジュールが運用される状態を示す図である。図５は、光モジュールの構成の一例を示す図である。

以下、本願が開示する光モジュールの一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。

図１は、一実施の形態に係る光モジュール１００の構成を示す斜視図である。光モジュール１００は、導電性の下側筐体１１０及び上側筐体１２０からなる筐体を有するプラガブルな光モジュールである。上側筐体１２０の先端１２０ａは、下側筐体１１０よりも突出しており、光モジュール１００は、この先端１２０ａ側から光伝送装置の例えば前面に開口するケージへ挿入される。なお、以下においては、先端１２０ａが突出する方向を光モジュール１００の前方といい、先端１２０ａが突出する方向と反対の方向を光モジュール１００の後方という。

先端１２０ａの下方には、基板１３０が下側筐体１１０よりも前方に突出しており、光モジュール１００が光伝送装置のケージへ挿入されると、基板１３０の先端が光伝送装置内部のコネクタに接続される。

下側筐体１１０及び上側筐体１２０は、互いに嵌合して光モジュール１００の外郭を構成するが、下側筐体１１０及び上側筐体１２０の境界には、微小な隙間が形成される。このため、基板１３０に搭載される例えばＤＳＰ（Digital Signal Processor）などの高周波で動作する高速部品から放射される電磁波は、下側筐体１１０及び上側筐体１２０の境界の隙間から光モジュール１００の外部へ漏洩し得る。

図２は、光モジュール１００の要部構成を示す図である。すなわち、図２（ａ）は、光モジュール１００の内部を上方から見た平面図、図２（ｂ）は、光モジュール１００の内部を側方から見た側方断面図である。図２（ａ）、（ｂ）においては、光モジュール１００の前方の構成の図示を省略している。

光モジュール１００の後端には、光ファイバを接続可能な接続部１１５が形成されている。接続部１１５に光ファイバが接続されると、光モジュール１００は、光ファイバから光信号を受信したり、光ファイバへ光信号を送信したりする。

光モジュール１００の内部では、基板１３０に種々の部品が搭載される。具体的には、例えばＤＳＰ２１０及びＣＯＳＡ（Coherent Optical Subassembly）２２０などの部品が基板１３０に実装される。ＤＳＰ２１０及びＣＯＳＡ２２０は、比較的高周波で動作する高速部品であり、電磁波を放射する。これらの高速部品は、光モジュール１００の内部の空間を区画する遮断部２４０よりも前方に配置される。

一方、遮断部２４０よりも後方には、例えばレーザダイオードなどの光源やフォトダイオードなどの光検出素子を含む光学部品２３０が実装される。光学部品２３０は、比較的低周波で動作する低速部品であり、ほとんど電磁波を放射することはない。このような光学部品２３０は、接続部１１５に近い光モジュール１００の後方に配置される。なお、遮断部２４０よりも後方には、光学部品２３０の他に、電磁波を放射しない低速の電気部品が配置されても良い。これらの電気部品は、遮断部２４０よりも後方に伸びる基板１３０上に実装されても良い。

このように、光モジュール１００の下側筐体１１０及び上側筐体１２０によって形成される内部の空間は、遮断部２４０によって後方空間２５０と前方空間２６０とに区画される。そして、後方空間２５０には、電磁波を放射しない光学部品２３０などの低速部品が配置され、前方空間２６０には、電磁波を放射するＤＳＰ２１０及びＣＯＳＡ２２０などの高速部品が配置される。

遮断部２４０は、高速部品から放射される電磁波を遮断する構成を有しており、例えばＤＳＰ２１０及びＣＯＳＡ２２０などから放射される電磁波が光モジュール１００の後方空間２５０へ進入することを抑制する。また、後方空間２５０には、電磁波を放射しない低速部品が配置されるため、後方空間２５０から光モジュール１００の外部へ電磁波が漏洩することはない。

図３は、遮断部２４０の構成を示す図である。すなわち、図３は、図２（ｂ）のＩ－Ｉ線断面を示す模式図である。

図３に示すように、遮断部２４０は、基板１３０の下面に形成される導電体パタン３１０と、基板１３０の上面に形成される導電体パタン３２０と、導電体パタン３１０及び導電体パタン３２０を接続する複数のビア３３０と、導電体パタン３１０及び下側筐体１１０を接続する補助部材３４０と、導電体パタン３２０及び上側筐体１２０を接続する補助部材３５０とを有する。

導電体パタン３１０、３２０は、基板１３０の表面に形成される配線と同様の導電体パタンであり、配線には接続せずに独立した導電体パタンである。基板１３０の両面の導電体パタン３１０、３２０は、基板１３０を貫通する複数のビア３３０によって接続される。これにより、基板１３０の断面には、導電体パタン３１０、３２０及びビア３３０によって、格子状に導電体が配置される。

補助部材３４０、３５０は、いずれも導電体から形成され、それぞれ導電体パタン３１０と下側筐体１１０及び導電体パタン３２０と上側筐体１２０を接続するため、遮断部２４０を構成する導電体パタン３１０、３２０、ビア３３０及び補助部材３４０、３５０の電位はフレームグランド（ＦＧ：Frame Ground）の電位となる。

隣接するビア３３０の間の距離ｄは、高速部品が放射する電磁波の周波数に応じて設定される。具体的には、例えば電磁波の周波数が５０ＧＨｚ以下である場合には、ビア３３０間の距離ｄは３ｍｍ以下に設定される。これは、導電体パタン３１０、３２０及び隣接するビア３３０によって囲まれる領域を１つの方形導波管とみなして、電磁波の周波数がこの方形導波管のカットオフ周波数となるように距離ｄを設定することによっている。

すなわち、長辺がｄ（ｍｍ）の方形導波管のカットオフ周波数ｆ_cは、下記の式（１）によって表される。
ｆ_c＝∨_c／２ｄ・・・（１）

ただし、式（１）において、∨_cは光速（３．０×１０¹¹（ｍｍ／ｓ））であるものとする。式（１）から、周波数が５０ＧＨｚ以下の電磁波を遮断する方形導波管の長辺ｄは、３ｍｍ以下であることがわかる。また、基板１３０の厚さは、例えば１ｍｍ程度であり、３ｍｍよりも小さいことから、隣接するビア３３０間の距離を３ｍｍに設定することにより、基板１３０の断面に長辺が３ｍｍの方形導波管が複数形成されることになる。この結果、前方空間２６０の高速部品が放射する５０ＧＨｚ以下の電磁波が、電位がＦＧの導電体パタン３１０、３２０及びビア３３０によって遮断され、基板１３０の内部を伝播して後方空間２５０へ到達することを抑制することができる。

また、導電体パタン３１０と下側筐体１１０との間には補助部材３４０が配置され、補助部材３４０の上端は導電体パタン３１０に当接し、補助部材３４０の下端は下側筐体１１０に当接する。このため、基板１３０の下方が遮断され、前方空間２６０の高速部品が放射する電磁波が基板１３０の下方を伝播して後方空間２５０へ到達することを抑制することができる。

同様に、導電体パタン３２０と上側筐体１２０との間には補助部材３５０が配置され、補助部材３５０の下端は導電体パタン３２０に当接し、補助部材３５０の上端は上側筐体１２０に当接する。このため、基板１３０の上方が遮断され、前方空間２６０の高速部品が放射する電磁波が基板１３０の上方を伝播して後方空間２５０へ到達することを抑制することができる。

遮断部２４０において、基板１３０の側方には、後方空間２５０と前方空間２６０とをつなぐ空隙が形成されている。この空隙は、光学部品２３０に接続され光モジュール１００の内部で周回される光ファイバ３６０を挿通させる。すなわち、光学部品２３０に接続された光ファイバ３６０は、例えば基板１３０の一方の側方の空隙を挿通して前方空間２６０へ伸び、前方空間２６０を周回して基板１３０の他方の側方の空隙を挿通して後方空間２５０へ戻るように配置される。これにより、光ファイバ３６０を所定の基準を満たす曲率半径で周回させて光モジュール１００内部に配置することができる。なお、基板１３０の側方の空隙は、長手方向のサイズが隣接するビア３３０間の距離ｄよりも小さくなるように形成されるため、高速部品が放射する電磁波がこの空隙を伝播して後方空間２５０へ到達することはない。

また、後方空間２５０の部品と前方空間２６０の部品とを接続する配線は、基板１３０の内層に形成される。すなわち、基板１３０は、表層のみならず内層にも配線を有する例えば積層基板であり、遮断部２４０を跨ぐ内層配線によって後方空間２５０の電気部品と前方空間２６０の電気部品とが電気的に接続される。

次いで、上記のように構成された光モジュール１００が光伝送装置に挿入されて運用される場合の電磁波の漏洩の抑制について説明する。

図４は、光モジュール１００が光伝送装置に挿入された状態を側方から見た図である。具体的には、光モジュール１００は、光伝送装置の前面パネル４１０に開口するケージ４２０に挿入される。このとき、光モジュール１００の後端の接続部１１５には光ファイバＦが接続されている。なお、図４においては、下側筐体１１０及び上側筐体１２０の一部を切り欠いて、光モジュール１００の内部の構成を図示している。

光モジュール１００がケージ４２０内に挿入されると、光モジュール１００の前方に突出する基板１３０の先端は、光伝送装置内のコネクタ４３０に差し込まれる。コネクタ４３０は、光伝送装置の回路基板４４０に実装されており、光モジュール１００の基板１３０上の回路と光伝送装置の回路基板４４０上の回路とを電気的に接続する。これにより、光伝送装置は、光モジュール１００を用いた光通信を実行することが可能となる。

光モジュール１００の前方空間２６０には、高周波で動作する高速部品が配置されているため、高速部品から電磁波が放射される。この電磁波は、下側筐体１１０及び上側筐体１２０の境界の隙間から光伝送装置内に漏洩する。しかしながら、光伝送装置のケージ４２０の開口部付近の外面及び内面には、ケージ４２０から突起する複数のガスケット４５０が形成されている。隣接するガスケット４５０の間の隙間は、電磁波が通過しないサイズの隙間であるため、光モジュール１００の前方空間２６０から光伝送装置内に漏洩した電磁波は、光伝送装置の外部へ漏洩することはない。

一方、基板１３０に多くの部品が搭載されるため、前方空間２６０は、光伝送装置の前面パネル４１０よりも外部にまで広がっている。すなわち、遮断部２４０は、光伝送装置の外部に位置している。ガスケット４５０から遮断部２４０までの距離Ｌは、遮断部２４０を構成する複数のビア３３０間の距離ｄと同様に、高速部品が放射する電磁波を通過させない大きさである。つまり、遮断部２４０は、ガスケット４５０から電磁波を通過させない距離までの範囲に位置している。したがって、ガスケット４５０から遮断部２４０までの領域における、下側筐体１１０及び上側筐体１２０の境界の隙間のサイズは、電磁波を通過させないサイズであり、高速部品が放射する電磁波がこの隙間から光伝送装置の外部へ漏洩することはない。

さらに、前方空間２６０の高速部品が放射する電磁波は、遮断部２４０によって遮断されるため、後方空間２５０へ到達することはなく、後方空間２５０から光伝送装置の外部へ漏洩することもない。

以上のように、本実施の形態によれば、光モジュールの内部を導体の遮断部によって２つの空間に区画し、電磁波を放射する高速部品を前方空間に配置し、電磁波を放射しない低速部品を後方空間に配置する。このため、前方空間の高速部品が放射する電磁波は、遮断部によって遮断されて後方空間に到達せず、光モジュールが前方空間側から光伝送装置に挿入された状態では、光伝送装置の外部に突出する後方空間から電磁波が漏洩することがない。また、光伝送装置内で前方空間から漏洩する電磁波は、光モジュールが挿入されるケージの開口部に形成されたガスケットによって遮断され、光伝送装置の外部へ漏洩することがない。換言すれば、装置外部への電磁波の漏洩を抑制することができる。

１１０下側筐体
１２０上側筐体
１３０基板
２１０ＤＳＰ
２２０ＣＯＳＡ
２３０光学部品
２４０遮断部
２５０後方空間
２６０前方空間
３１０、３２０導電体パタン
３３０ビア
３４０、３５０補助部材

Claims

他の装置の開口部に挿抜可能な導電体からなる筐体と、
前記筐体の内部の空間に配置される基板と、
前記基板が配置される空間を、前記筐体が前記他の装置の開口部に挿入される際の挿入方向における前方の空間と、前記挿入方向における後方の空間とに区画する遮断部と、前記前方の空間に配置され、電磁波を放射する部品と、を有し、
前記遮断部は、
前記基板の一方の面に形成される第１導電体パタンと、
前記基板の他方の面に形成される第２導電体パタンと、
前記基板を貫通し、前記第１導電体パタン及び前記第２導電体パタンを接続する複数のビアと、
前記第１導電体パタン及び、前記遮断部が位置する箇所にある前記筐体の内面に当接する導電体の第１補助部材と、
前記第２導電体パタン及び、前記遮断部が位置する箇所にある前記筐体の内面に当接する導電体の第２補助部材と、を有し、
前記第１導電体パタン、前記第２導電体パタン、前記複数のビア、前記第１補助部材及び前記第２補助部材の電位がフレームグランドの電位となると共に、前記部品から前記後方の空間への前記電磁波を抑制する
ことを特徴とする光モジュール。
前記遮断部は、
前記筐体が前記他の装置の開口部に挿入された状態で、前記開口部に形成されたガスケットから所定の距離までの範囲に位置することを特徴とする請求項１記載の光モジュール。
前記前方の空間に配置され、電磁波を放射する前記部品である第１部品と、
前記後方の空間に配置され、電磁波を放射しない第２部品と
をさらに有することを特徴とする請求項１記載の光モジュール。
前記複数のビアは、
隣接するビア間の距離が、前記第１部品が放射する電磁波の周波数に応じた距離未満となるように形成されることを特徴とする請求項３記載の光モジュール。
前記遮断部は、
前記前方の空間と前記後方の空間とをつなぐ空隙が形成されてなることを特徴とする請求項３記載の光モジュール。