CN102866512A - 光调制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种光调制装置，包括：光调制器；绝缘层；RC电路，其包括串联连接的电阻器和电容器；接合线，其连接在所述光调制器和所述RC电路之间；第一金属层，提供在所述绝缘层上；以及第二金属层，其具有比所述第一金属层的宽度更大的宽度并且提供在所述绝缘层上，所述第二金属层与地电位连接，并且经由所述第一金属层连接到所述RC电路。
Description
技术领域
本发明涉及光调制装置，具体地，涉及具有匹配电路的光调制装置。
背景技术
将对传输的光进行调制的光调制器用于光模块等以便进行高速光通信。光调制器根据输入电信号来调制光信号的强度。例如，日本专利申请公开第2005-252251号公开了具有EA（电吸收）光调制器的光模块。
发明内容
本发明的一个目的是提供获得稳定特性的光调制装置。
根据本发明的一方面，提供了一种光调制装置，包括：光调制器；绝缘层；RC电路，其包括串联连接的电阻器和电容器；接合线，其连接在所述光调制器和所述RC电路之间；第一金属层，提供在所述绝缘层上；以及第二金属层，其具有比所述第一金属层的宽度更大的宽度并且提供在所述绝缘层上，所述第二金属层与地电位连接，并且经由所述第一金属层连接到所述RC电路。
附图说明
图1A示出了光调制装置的俯视图。
图1B示出了沿着图1A的线A-A截取的示意性截面视图。
图2示出了根据比较示例的光调制装置的电路示图。
图3A示出了根据第一实施例的光调制装置的俯视图。
图3B示出了沿着图3A的线A-A截取的示意性截面视图。
图4示出了根据第一实施例的光调制装置的电路示图。
图5A示出了根据第二实施例的光调制装置的俯视图。
图5B示出了沿着图5A的线A-A截取的示意性截面视图。
图6示出了根据第二实施例的光调制装置的电路示图。
图7A示出了根据第三实施例的光调制装置的俯视图。
图7B示出了沿着图7A的线A-A截取的示意性截面视图。
图8A示出了根据第四实施例的电介质衬底的俯视图。
图8B示出了根据第四实施例的光调制装置的俯视图。
图9示出了根据第四实施例的变型实施例的光调制装置的俯视图。
图10A示出了根据第五实施例的光模块在卸下盖时的俯视图。
图10B示出了沿着图10A的线A-A截取的截面视图。
具体实施方式
信号输入到的光调制器的电极利用匹配电路以预定的阻抗终接。匹配电路包括接合线。阻抗匹配条件根据接合线的长度而波动。因此，当在光调制装置的制造过程期间各接合线之间存在长度差异时，阻抗发生波动。因此，没有获得期望的光调制装置的特性。
首先，给出根据比较示例的光调制装置101的描述。图1A示出了光调制装置101的俯视图。图1B示出了沿着图1A的线A-A截取的示意性截面视图。如图1A和图1B所示，光调制装置101具有这样的结构：其中，在由氧化铝、陶瓷等构成的电介质衬底50的上表面上提供由金、铜等构成的金属层58。金属层58包括金属层52和金属层54。金属层52和金属层54电绝缘。金属层52与诸如地电位之类的恒定电位相连。在金属层52上提供电介质衬底41和光调制器10。电介质衬底41由氧化铝、陶瓷等构成。电介质衬底41的下表面接触到金属层52。在电介质衬底41的上表面上提供由诸如金或铜之类的金属层构成的布线图42。布线图42和金属层52形成作为分布式线路（distributed line）40（传输线路）的微带线。
分布式线路40将输入信号传输到光调制器10。光调制器10在其上表面上具有电极11，输入信号被输入到电极11。电极11具有条形电极11a和耦接到条形电极11a的贴片电极（padel ectrode）11b。接合线32的第一端接合到贴片电极11b。接合线32的第二端接合到分布式线路40的边缘。因而，分布式线路40的边缘电耦接到电极11。光调制器10是例如EA调制器，并且根据输入信号来调制输出信号。
在金属层54上提供片状电容器20。在片状电容器20的上表面上提供电极22，并且在片状电容器20的下表面上提供电极24。片状电容器20的下表面上的电极24被提供在金属层54上以便电耦接到金属层54。接合线30的第一端接合到贴片电极11b。接合线30的第二端接合到在片状电容器20的上表面上的电极22。因而，电极11电耦接到片状电容器20的电极22。电阻器元件14的第一端电耦接到金属层54。电阻器元件14的第二端电耦接到金属层52。接合线30和接合线32由诸如金之类的金属构成。
图2示出了根据比较示例的光调制装置的电路示图。如图2所示，输入端子Tin经由分布式线路L3和电感器L1电耦接到节点N1。分布式线路L3对应于分布式线路40。电感器L1对应于接合线32。接合线（电感器L1）充当连接在传输线路（分布式线路40或分布式线路L3）和光调制器10之间的连接元件。节点N1对应于电极11。光调制器10的阳极电耦接到节点N1。光调制器10的阴极经由金属层52接地。节点N1经由串联的电感器L2、电容器C、节点N2和电阻器R接地。电感器L2对应于接合线30。电容器C对应于片状电容器20。节点N2对应于金属层54。电阻器R对应于电阻器元件14。
电感器L2、电容器C和电阻器R形成阻抗匹配电路38。阻抗匹配电路38将光调制器10的终接阻抗匹配为50Ω。在此情况下，将电阻器R的电阻值设置为与终接阻抗相同的50Ω。
在该比较示例中，阻抗匹配电路38的电感分量根据接合线30的长度的变化性而波动。因而，阻抗匹配条件波动。例如，在用于10Gbps或40Gbps的光通信的光调制器中，将输入信号调制成几十GHz的信号。因此，接合线30的长度的变化性对电感分量有很大的影响。在此情况下，光调制器10不能获得稳定的特性。
[第一实施例]
下面将给出获得光调制装置的稳定特性的第一实施例。图3A示出了根据第一实施例的光调制装置100的俯视图。图3B示出了沿着图3A的线A-A截取的示意性截面视图。如图3A和图3B所示，在光调制装置100中，金属层58除了包括金属层52和金属层54之外还包括金属层56，与比较示例的图1A和图1B不同。在电介质衬底50的上表面上提供的金属层56的第一端耦接到金属层52。金属层56的第二端耦接到电阻器元件14。接合线30的第二端接合到在片状电容器20的上表面上的电极22的靠近光调制器10的区域。其它结构与图1A和图1B的结构相同。因此，省略其它结构的说明。
图4示出了根据第一实施例的光调制装置100的电路示图。如图4所示，阻抗匹配电路38除了电感器L2、电容器C和电阻器R之外还有电感器L4。电容器C和电阻器R的串联连接是RC电路。电感器L4耦接在RC电路和地之间。电感器L4对应于金属层56。金属层52的宽度比电感器L4的宽度大。电感器L4充当RC电路和地之间的延迟元件。其它结构与比较示例的图2的结构相同。因此，省略其它结构的说明。
根据第一实施例，如图3A到图4所示，接合线30（第一接合线）的第一端电耦接到光调制器10，并且接合线30的第二端电耦接到金属层56。在充当绝缘层的电介质衬底50上提供金属层56，并且金属层56具有电感分量。金属层52具有串联地电耦接到金属层56的接地图案（ground pattern）。因而，提供了与电感器L4相对应的金属层56，并且利用电感器L4能够产生期望的电感分量。因此，能够最小化电感器L2的电感分量。即，能够最小化接合线30的长度。因而，能够降低接合线30的长度的变化性。并且，能够降低电感器L2的电感分量的变化性。
电阻器R串联地电耦接在接合线30的第二端和金属层52之间。因而，阻抗匹配电路38除了能够匹配电抗分量之外还能够匹配电阻分量。
接合线30的第二端接合到在片状电容器20的上表面上的电极22的靠近光调制器10的区域。例如，接合线30的第二端耦接到在片状电容器20的上表面上的电极22的这样一个区域，该区域比电极22的中心更靠近光调制器10。因而，能够更多地缩短接合线30的长度。因此，能够更多地降低接合线30的长度的变化性。并且，能够更多地降低电感器L2的电感分量的变化性。
优选的是接合线30的长度为1.5mm或更短。更优选的是接合线30的长度为0.7mm或更短。考虑到电感分量的变化性的抑制，优选的是接合线32的长度是小的。
在根据第一实施例的光调制装置100中，接合线30可以直接连接到电阻器R而没有电容器C。然而，优选的是电容器C串联地电耦接在接合线30的第二端和金属层52之间，以便截断直流分量。在此情况下，消耗电流得到抑制，这是因为直流没有流进电阻器R中。电容器C只须串联地经由电阻器R耦接在接合线30的第二端和金属层52之间。
[第二实施例]
下面将给出第二实施例的描述。图5A示出了根据第二实施例的光调制装置100b的俯视图。图5B示出了沿着图5A的线A-A截取的示意性截面视图。如图5A和图5B所示，在光调制装置100b中，在金属层56的两侧都提供金属层52，与第一实施例的图3A和图3B不同。金属层56和金属层52形成作为分布式线路16的共面线。接合线30比比较示例的接合线30短。光调制器10的厚度是例如0.1mm。片状电容器20的厚度是例如0.3mm到0.4mm。接合线30的长度是例如0.5mm到1.5mm。接合线30的直径是例如25μm。其它结构与图3A和图3B的结构相同。因此，省略其它结构的说明。
图6示出了根据第二实施例的光调制装置100b的电路示图。如图6所示，阻抗匹配电路38除了电感器L2、电容器C和电阻器R之外还有分布式线路L5（对应于分布式线路16）。分布式线路L5充当RC电路和地之间的延迟元件。其它结构与图4的相应结构相同。因此，省略其它结构的说明。
根据第二实施例，如图5A到图6所示，接合线30（第一接合线）的第一端接合到光调制器10的电极11。电阻器R（电阻器元件14）耦接在接合线30的第二端和地之间。分布式线路L5（对应于第一分布式线路）串联地耦接到电阻器R。当金属层56和金属层52形成分布式线路L5时，利用分布式线路L5能够产生期望的电感分量。例如，当分布式线路L5的特性阻抗为40Ω并且长度是0.3mm时，分布式线路L5能够产生期望的电感分量。因而，能够最小化电感器L2的电感分量。即，能够最小化接合线30的长度。因此，能够降低接合线30的长度的变化性。并且，能够降低电感器L2的电感分量的变化性。在此情况下，金属层52和金属层56在电介质衬底50的上表面上形成分布式线路L5。因此，分布式线路L5的变化性是小的。优选的是接合线30的长度为1.5mm或更短。更优选的是接合线30的长度为0.7mm或更短。考虑到电感分量的变化性的抑制，优选的是接合线32的长度是小的。因而，光调制装置100b能够获得稳定的特性。
根据第二实施例的光调制装置100b，接合线30可以直接连接到电阻器R而没有电容器C。然而，优选的是电容器C串联地电耦接在接合线30和电阻器R之间，以便截断直流分量。在此情况下，消耗电流得到抑制，这是因为直流没有流进电阻器R中。
可以在电阻器R和电感器L2之间提供分布式线路L5。然而，优选的是在电阻器R和地之间提供分布式线路L5。当在电阻器R和地之间插入分布式线路L5时，对频率特性的影响变得更小。这是因为当分布式线路L5直接连接到地时对频率特性的影响变得更小，因为地的阻抗相对于全部频带都是0Ω。另一方面，当在电阻器R和接合线30之间插入分布式线路L5时，阻抗的波动量变得更大。这是因为频率特性由于相对于电阻器R的电抗分量（诸如寄生电容之类）而发生波动，并且对频率特性的影响根据频带而变得更大。因而，在第二实施例中，由于将分布式线路L5的边缘直接连接到地，因此频率特性的波动量变得更小。
分布式线路40（第二分布式线路）将输入信号传输到电极11。因而，抑制了输入信号的损失。分布式线路40的特性阻抗是例如50Ω。优选的是分布式线路40的特性阻抗与阻抗匹配电路38的电阻器R相同。优选的是将分布式线路40的特性阻抗设置为期望的阻抗。
如上所述，将共面线描述为分布式线路16。在此情况下，电介质衬底50的下表面处在浮动的条件下。当电介质衬底50的下表面的电位恒定时，考虑到电介质衬底50的下表面来设置分布式线路16的特性阻抗。例如，可以根据金属层56的长度以及通过金属层56的宽度或金属层56和金属层52之间的间隔而确定的特性阻抗，来产生期望的电感分量。
[第三实施例]
下面将给出第三实施例的描述。图7A示出了根据第三实施例的光调制装置100c的俯视图。图7B示出了沿着图7A的线A-A截取的示意性截面视图。如图7A和图7B所示，在光调制装置100c中，代替分布式线路16，提供了分布式线路18，与第二实施例的图5A和图5B不同。分布式线路18能够像分布式线路16一样产生期望的电感分量。因此，分布式线路L5能够产生期望的电感分量。从而，能够最小化电感器L2的电感分量。
在电介质衬底50的整个上表面上提供金属层52。在金属层52的上表面上提供电介质衬底51以作为绝缘层。在电介质衬底51的上表面上提供金属层54、金属层56和金属层55以作为金属层58。形成通孔57以便穿过电介质衬底51并且将金属层55和金属层52电耦接。电介质衬底51由氧化铝、陶瓷等构成。金属层58由金、铜等构成。
在电介质衬底51的上表面上提供片状电容器20和电阻器元件14。片状电容器20被提供在金属层54上。安装在金属层52的上表面上的电介质衬底51和在电介质衬底51上提供的金属层56形成作为分布式线路18的微带线。电阻器元件14的第一端电耦接到金属层56。电阻器元件14的第二端电耦接到金属层52。金属层56的第一端耦接到电阻器元件14。金属层56的第二端经由金属层55和通孔57耦接到金属层52。其它结构与第二实施例的图5A和图5B的结构相同。因此，省略其它结构的说明。在第三实施例中，分布式线路L5的边缘经由金属层55和通孔57接地。因此，降低了频率特性的波动量。例如，可以根据金属层56的长度以及通过金属层56的宽度或电介质衬底51的厚度而确定的特性阻抗，来产生期望的电感分量。
[第四实施例]
图8A示出了根据第四实施例的电介质衬底的俯视图。图8B示出了根据第四实施例的光调制装置102的俯视图。如图8A所示，在光调制装置102中，在电介质衬底50上提供金属层52、金属层54和金属层56。在金属层54和金属层56之间提供由氮化钽（TaN）等构成的薄膜电阻器14a。薄膜电阻器14a的电阻值是例如50Ω。金属层56以及与金属层56分离地提供的金属层52形成分布式线路16。例如，通过改变金属层56的宽度能够产生分布式线路L5的期望的电感分量。在第四实施例中，金属层56的宽度比薄膜电阻器14a的侧边的宽度小。在金属层56的连接到薄膜电阻器14a的区域中形成锥形区域，该锥形区域的宽度从薄膜电阻器14a侧到金属层52侧变小。因而，抑制了在薄膜电阻器14a和金属层56之间的连接部分处的信号反射。
如图8B所示，在金属层52上提供分布式线路40、光调制器10和片状电容器20。在同一芯片上提供光调制器10和半导体激光器12。在半导体激光器12上提供用于向半导体激光器12供应驱动电流的电极13。在金属层54上提供片状电容器20。片状电容器20的电容是例如100nF。接合线32电耦接电极11和分布式线路40的布线图42的边缘。接合线30电耦接电极11和片状电容器20的上表面。接合线34耦接半导体激光器12的上表面上的电极13和片状电容器28的上表面。接合线36耦接到片状电容器28的上表面并且耦接到用于驱动半导体激光器12的电源。片状电容器28是用于去除噪声的电容器。片状电容器28的下表面经由金属层52接地。片状电容器28的电容是例如100pF。薄膜电阻器14a可以是片状电容器。在第四实施例中，金属层56的宽度比该电容器的侧边的宽度小。在金属层56的连接到该电容器的区域中形成锥形区域，该锥形区域的宽度从该电容器侧到金属层52侧变小。因而，抑制了在该电容器和金属层56之间的连接部分处的信号反射。
当经由接合线34向半导体激光器12提供电流时，半导体激光器12发出激光。例如，将从电极13到金属层52的直流提供给半导体激光器12。因为向半导体激光器12提供了直流，所以从半导体激光器12发出的光未经调制。当经由分布式线路40向光调制器10的电极11输入高频信号时，从半导体激光器12发出的光是经过调制的。
图9示出了根据第四实施例的变型实施例的光调制装置104的俯视图。如图9所示，在光调制装置104中，将半导体激光器12和光调制器10分离地提供在各芯片上。提供透镜19以便将半导体激光器12和光调制器10光耦接。其它结构与第四实施例的图8B的结构相同。因此，省略其它结构的说明。
可以像第四实施例一样将光调制器10和半导体激光器12安装在同一芯片上。也可以像变型实施例一样将光调制器10和半导体激光器12分离地安装在各芯片上。
在第一到第四实施例以及变型实施例中，将EA调制器描述为光调制器10。然而，马赫-曾德尔（Mach-Zehnder）光调制器、LN（铌酸锂）光调制器等也可以用作光调制器10。
[第五实施例]
第五实施例是包括第一到第四实施例以及变型实施例的光调制装置中的至少一个的光模块的示例。图10A示出了根据第五实施例的光模块106在卸下盖时的俯视图。图10B示出了沿着图10A的线A-A截取的截面视图。在图10B中，示出了接受器98的侧视图。如图10A和图10B所示，光模块106具有这样的结构：其中光调制器10、半导体激光器12、激光驱动IC（集成电路）74等被罩在机壳84中。
在由金属等构成的机壳84的底面上提供诸如TEC（热电冷却器）68之类的温度控制部分。在TEC68上提供由诸如氧化铝、陶瓷等绝缘材料构成并且具有高热导率的支座70。在支座70上安装副支座71和透镜支架78。
副支座71充当第一到第四实施例以及变型实施例的光调制装置中的电介质衬底50。在副支座71上提供集成地包括电介质衬底41、光调制器10和半导体激光器12的芯片以及光电检测器79。透镜支架78支持透镜80。在电介质衬底41的上表面上提供布线图42。布线图42和在其上提供了电介质衬底41的金属层（未示出）形成分布式线路40。
在机壳84的底面上提供由诸如铜钨合金（CuW）或铜钼合金（CuMo）之类的金属构成的散热器66。在散热器66上提供激光驱动IC 74和具有传输线路73的衬底72。散热器66的上表面的水平高度大约等于副支座71的上表面的水平高度。在散热器66的上表面和副支座71的上表面之间提供具有传输线路的桥76。
机壳84的前壁支持透镜82。将接受器98固定到机壳84的前表面上。将由绝缘材料构成的馈通（feed through）60嵌入机壳84的后壁中。在馈通60中，提供了配线，该配线将在机壳84中的端子64和在机壳84外的端子62电耦接。
接合线90将端子64和衬底72的传输线路73电耦接。接合线92将传输线路73和激光驱动IC 74电耦接。接合线94将激光驱动IC 74和桥76电耦接。接合线96将桥76和分布式线路40电耦接。光调制装置的细节与第一到第四实施例以及变型实施例的光调制装置的细节相同。因此，省略细节的说明。
高频输入信号从端子62经由馈通60中的配线、端子64、接合线90、传输线路73和接合线92输入到激光驱动IC 74。激光驱动IC 74放大该输入信号并且输出所放大的信号。该输出信号经由接合线94、桥76和接合线96输入到分布式线路40。此后，像第一到第四实施例以及变型实施例一样，该输入信号输入到光调制器10的电极。光调制器10调制半导体激光器12的输出信号的强度并且发出所调制的信号。透镜80和透镜82将光调制器10和接受器98中的光纤末端光耦接。因而，将光调制器10发出的光引入到光纤中。光电检测器79检测从半导体激光器12的背面发出的光的强度。控制电路（未示出）根据光电检测器79的输出来对施加到半导体激光器12的电流进行反馈控制。TEC 68将半导体激光器12和光调制器10的温度保持为恒定。因而，能够锁定光调制器10发出的光的波长。
在第五实施例中，将第一到第五实施例以及变型实施例的光调制装置用于光模块106。在第五实施例中，给出了光模块罩住激光驱动IC 74的描述。然而，激光驱动IC 74可以在光模块的外面。
在上述实施例中，金属层56充当第一金属层。金属层52充当第二金属层。金属层54充当第三金属层。
本发明不限于具体公开的实施例及其变型，而可以在不背离本发明的范围的情况下包括其它实施例及其变型。
Claims (16)
1.一种光调制装置，包括：
光调制器；
绝缘层；
RC电路，其包括串联连接的电阻器和电容器；
接合线，其连接在所述光调制器和所述RC电路之间；
第一金属层，提供在所述绝缘层上；以及
第二金属层，其具有比所述第一金属层的宽度更大的宽度并且提供在所述绝缘层上，
所述第二金属层与地电位连接，并且经由所述第一金属层连接到所述RC电路。
2.如权利要求1所述的光调制装置，其中，所述第一金属层是分布式线路。
3.如权利要求2所述的光调制装置，其中，所述分布式线路是共面线或微带线。
4.如权利要求1所述的光调制装置，其中，所述接合线具有1.5mm或更短的长度。
5.如权利要求1所述的光调制装置，其中，所述接合线连接在所述光调制器和处于所述电容器的上表面上的电极的一个区域之间，所述区域比所述电极的中心更靠近所述光调制器。
6.如权利要求1所述的光调制装置，其中，所述第一金属层和所述第二金属层经由穿过所述绝缘层的通孔彼此耦接。
7.如权利要求3所述的光调制装置，其中：
利用在所述绝缘层上的所述第一金属层和所述第二金属层来构成所述共面线；以及
通过所述第一金属层的长度以及特性阻抗来确定电感分量，所述特性阻抗由所述第一金属层和所述第二金属层之间的距离或所述第一金属层的宽度来确定。
8.如权利要求3所述的光调制装置，其中：
利用在绝缘层上的所述第一金属层和提供在所述绝缘层下的金属层来构成所述微带线，并且所述微带线具有地电位；以及
通过所述第一金属层的长度以及特性阻抗来确定电感分量，所述特性阻抗由所述绝缘层的厚度或所述第一金属层的宽度来确定。
9.如权利要求1所述的光调制装置，其中，所述第一金属层具有宽度不相同的第一区域和第二区域。
10..如权利要求9所述的光调制装置，其中，所述第一金属层具有连接所述第一区域和所述第二区域的锥形区域。
11.如权利要求1所述的光调制装置，其中，所述第一金属层具有宽度为第一宽度的第一区域和宽度为第二宽度并且邻近所述电阻器的第二区域，
所述第一宽度小于所述第二宽度。
12.如权利要求11所述的光调制装置，其中，所述第一金属层具有连接所述第一区域和所述第二区域的锥形区域。
13.如权利要求1所述的光调制装置，其中，所述第一金属层具有宽度为第一宽度的第一区域和宽度为第二宽度并且邻近所述电容器的第二区域，
所述第一宽度小于所述第二宽度。
14.如权利要求13所述的光调制装置，其中，所述第一金属层具有连接所述第一区域和所述第二区域的锥形区域。
15.如权利要求1所述的光调制装置，其中，将所述光调制器与半导体激光器结合在一起。
16.如权利要求1所述的光调制装置，还包括：
传输线路，其由分布式线路构成并且接收输入信号；以及
连接元件，其连接在所述传输线路和所述光调制器之间，所述连接元件由接合线构成。
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