JP2016194598A - Light modulator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光変調器に関し、特に、光導波路素子、中継基板（高周波信号用中継基板、低周波信号用中継基板）、その他光学部品などが金属筐体内に収容された光変調器に関する。 The present invention relates to an optical modulator, and more particularly to an optical modulator in which an optical waveguide element, a relay substrate (a high-frequency signal relay substrate, a low-frequency signal relay substrate), other optical components, and the like are accommodated in a metal casing.
近年、光通信システムの高速化、大容量化が進む中で、それに使用される光変調器の高性能化、高密度化が進んでいる。図１及び図２に、現在主流となっている１００Ｇ光通信システムに適用されている光変調器の概略を示す。
図１に示すように、光変調器の金属筐体に内蔵される光導波路素子は、電気光学効果を有する基板上に形成された複数のマッハツェンダー導波路を有し、各マッハツェンダー導波路には、光変調するための電極（変調部）や、バイアス制御用の電極（バイアス制御部１，２）が配置されている。また、それら電極に高周波信号や低周波信号を供給するための信号線路や、あるいは光モニタ用ＰＤ（光モニタ出力部）で変換された電気信号を外部出力するための信号線路が、光導波路素子上に配置されている。
In recent years, as the speed and capacity of optical communication systems have increased, the performance and density of optical modulators used therein have been increasing. 1 and 2 schematically show an optical modulator applied to a 100G optical communication system which is currently mainstream.
As shown in FIG. 1, the optical waveguide element incorporated in the metal housing of the optical modulator has a plurality of Mach-Zehnder waveguides formed on a substrate having an electro-optic effect. Are arranged with an electrode for modulating light (modulation unit) and electrodes for bias control (
また、図２に示すように、光変調器の金属筐体内部には、光導波路素子の他に、光導波路素子上の信号線路（電極）と光変調器外部の電気回路とを電気的に接続するための中継基板が複数内蔵されている。
中継基板には、光変調のための高周波信号を伝送するための高周波信号用中継基板と、バイアス制御のための低周波信号や光モニタ用ＰＤで変換された低周波信号を伝送するための低周波用中継基板がある。高周波信号用中継基板は、外部電気回路に高周波コネクタなどで接続され、外部電気回路との間で高周波信号の入出力を行う。また、低周波用中継基板は、外部電気回路にリードピンなどで接続され、外部電気回路との間で低周波信号の入出力を行う。
As shown in FIG. 2, in addition to the optical waveguide element, a signal line (electrode) on the optical waveguide element and an electric circuit outside the optical modulator are electrically connected inside the metal housing of the optical modulator. Multiple relay boards for connection are built in.
The relay board includes a high-frequency signal relay board for transmitting a high-frequency signal for optical modulation, and a low-frequency signal for transmitting a low-frequency signal for bias control and a low-frequency signal converted by a PD for optical monitoring. There is a frequency relay board. The high-frequency signal relay board is connected to an external electric circuit by a high-frequency connector or the like, and inputs / outputs a high-frequency signal to / from the external electric circuit. The low frequency relay board is connected to an external electric circuit with a lead pin or the like, and inputs and outputs a low frequency signal to and from the external electric circuit.
光導波路素子と中継基板の接続部分に関し、特許文献１には以下のような構成が開示されている。
複数のマッハツェンダー導波路を持つ光導波路素子上には、（高周波）信号を伝送するための信号線路が複数配置されており、また各信号線路の両側にはグランド（接地電極）のパターン（以下、「グランドパターン」という。）が配置されている。それと同様に、中継基板にも同数の信号線路が配置されており、またその両側にはグランドパターンが配置されている。光導波路素子上の信号線路と中継基板上の信号線路、また光導波路素子上のグランドパターンと中継基板上のグランドパターンは、金線などの導電性ワイヤーで電気的に各々接続されている。このように、電気接続部の信号線路とグランドパターンの関係を合わせることで、電気接続部における電界分布が大きく変化しないため、電気的な反射が生じ難い。しかしながら、隣接する信号線路間にグランドパターンが存在するため、信号線路から両側のグランドパターンに向かう電界分布が生じ、隣接する信号線路に影響を及ぼしてしまう。
上記の例は、光導波路素子と高周波信号用中継基板との接続部分の接続例であるが、光導波路素子と低周波信号用中継基板との接続部分についても、同様の構成である。
With regard to the connection portion between the optical waveguide element and the relay substrate,
A plurality of signal lines for transmitting (high frequency) signals are arranged on an optical waveguide element having a plurality of Mach-Zehnder waveguides, and a pattern of ground (ground electrode) (hereinafter referred to as “ground electrode”) is provided on both sides of each signal line. , Referred to as “ground pattern”). Similarly, the same number of signal lines are also arranged on the relay substrate, and ground patterns are arranged on both sides thereof. The signal line on the optical waveguide device and the signal line on the relay substrate, and the ground pattern on the optical waveguide device and the ground pattern on the relay substrate are electrically connected by a conductive wire such as a gold wire. In this way, by matching the relationship between the signal line of the electrical connection portion and the ground pattern, the electric field distribution in the electrical connection portion does not change greatly, so that electrical reflection hardly occurs. However, since a ground pattern exists between adjacent signal lines, an electric field distribution from the signal line toward the ground patterns on both sides is generated, and the adjacent signal lines are affected.
The above example is a connection example of the connection portion between the optical waveguide element and the high-frequency signal relay substrate, but the connection portion between the optical waveguide element and the low-frequency signal relay substrate has the same configuration.
図３は、従来技術における低周波信号用中継基板の一例を示す平面図である。また、図４は、従来技術における低周波信号用中継基板の他の例を示す平面図である。また、図５は、図３及び図４におけるＡ−Ａ部断面図である。
図３、図４のいずれにおいても、光導波路素子側に並べて配置された複数の接続用パッドＰ１〜Ｐ３の各々から平行に信号線路Ｓ１〜Ｓ３が延びている。すなわち、信号線路Ｓ１とＳ２の線路間隔Ｗ（Ｓ１，Ｓ２）は接続用パッドＰ１とＰ２のパッド間隔Ｗ（Ｐ１，Ｐ２）と一致しており、信号線路Ｓ２とＳ３の線路間隔Ｗ（Ｓ２，Ｓ３）も接続用パッドＰ１とＰ２のパッド間隔Ｗ（Ｐ２，Ｐ３）と一致している。
なお、図３では、信号線路Ｓ１〜Ｓ３及び接続用パッドＰ１〜Ｐ３を比較的広い間隔で配置してあり、図４では、信号線路Ｓ１〜Ｓ３及び接続用パッドＰ１〜Ｐ３を比較的狭い間隔で配置してある。
FIG. 3 is a plan view showing an example of a low-frequency signal relay board in the prior art. FIG. 4 is a plan view showing another example of a low-frequency signal relay board in the prior art. FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIGS. 3 and 4.
3 and 4, signal lines S1 to S3 extend in parallel from each of the plurality of connection pads P1 to P3 arranged side by side on the optical waveguide element side. That is, the line interval W (S1, S2) between the signal lines S1 and S2 is equal to the pad interval W (P1, P2) between the connection pads P1 and P2, and the line interval W (S2, S2) between the signal lines S2 and S3. S3) also coincides with the pad spacing W (P2, P3) between the connection pads P1 and P2.
In FIG. 3, the signal lines S1 to S3 and the connection pads P1 to P3 are arranged at a relatively wide interval. In FIG. 4, the signal lines S1 to S3 and the connection pads P1 to P3 are arranged at a relatively small interval. It is arranged with.
図４のように、両側にグランドパターンＧＮＤのある信号線路Ｓ１〜Ｓ３を近接して（狭い間隔で）複数並べると、信号線路Ｓ１〜Ｓ３の各々から両側のグランドパターンＧＮＤに向かって電界分布が生じるため、他の信号線路の影響を受けるクロストークが生じ易いという課題がある。これを回避するためには、図３のように、隣接する信号線路の間隔、すなわち、信号線路Ｓ１と信号線路Ｓ２の間隔Ｗ（Ｓ１，Ｓ２）、および、信号線路Ｓ２と信号線路Ｓ３の間隔Ｗ（Ｓ２，Ｓ３）をクロストークの影響を受けない範囲まで広げ、それに合わせて隣接する信号線路の間に配置されたグランドパターンＧＮＤの幅を広げる必要がある。 As shown in FIG. 4, when a plurality of signal lines S1 to S3 having ground patterns GND on both sides are arranged close to each other (with a narrow interval), an electric field distribution is generated from each of the signal lines S1 to S3 toward the ground patterns GND on both sides. Therefore, there is a problem in that crosstalk that is affected by other signal lines is likely to occur. In order to avoid this, as shown in FIG. 3, the interval between adjacent signal lines, that is, the interval W (S1, S2) between the signal line S1 and the signal line S2, and the interval between the signal line S2 and the signal line S3. W (S2, S3) needs to be expanded to a range not affected by crosstalk, and the width of the ground pattern GND arranged between adjacent signal lines needs to be expanded accordingly.
しかしながら、並べる信号線路の数が多くなると、その分だけ信号線路及びグランドパターンを配置するためのスペースが必要となり、その結果、中継基板のサイズが非常に大きくなってしまう。基板サイズが大きくなると、基板のコストが高くなる。また、金属筐体内の限られたスペースの中に光導波路素子や中継基板、その他光学部品など複数の部品を収容する必要があるため、中継基板のサイズアップは問題となる。 However, when the number of signal lines to be arranged increases, a space for arranging the signal lines and the ground pattern is required, and as a result, the size of the relay board becomes very large. As the substrate size increases, the cost of the substrate increases. In addition, since it is necessary to accommodate a plurality of components such as an optical waveguide element, a relay substrate, and other optical components in a limited space in the metal casing, an increase in the size of the relay substrate becomes a problem.
また、光変調器は、金属筐体（ＳＵＳ３０４，１７．３×１０-6／Ｋ）、光導波路素子（ＬｉＮｂＯ３，Ｚ軸７．５×１０-6／Ｋ，Ｘ軸１５．４×１０-6／Ｋ）、中継基板（アルミナ、７１．×１０-6／Ｋ）といった、線膨張の大きく異なる複数の部品で構成されている。特に、金属筐体と中継基板との線膨張差が大きいため、中継基板のサイズが大きくなると、光変調器組立時の温度変化（加熱・冷却）や、光変調器を使用する環境下での温度変化（−５℃〜７５℃）により中継基板に熱応力が加わり、中継基板にクラックや割れが生じることがある。その結果、中継基板上に配置された信号線路が断線し、電気信号（高周波信号、低周波信号）の入出力ができなくなり、信頼性上で問題となる。 The optical modulator includes a metal casing (SUS304, 17.3 × 10 −6 / K), an optical waveguide element (LiNbO 3, Z axis 7.5 × 10 −6 / K, X axis 15.4 × 10 −). 6 / K) and a relay substrate (alumina, 71. × 10 −6 / K). In particular, since the linear expansion difference between the metal housing and the relay board is large, if the size of the relay board increases, temperature changes (heating / cooling) during assembly of the optical modulator and the environment in which the optical modulator is used Thermal stress is applied to the relay substrate due to temperature changes (−5 ° C. to 75 ° C.), and the relay substrate may be cracked or cracked. As a result, the signal line arranged on the relay substrate is disconnected, and an electric signal (high frequency signal, low frequency signal) cannot be input / output, which causes a problem in reliability.
また、光変調器の構造上、光変調のために入力する高周波用の信号線路の本数よりも、バイアス点制御や光モニタ出力のための低周波用の信号線路の本数の方が多くなるため、高周波用の信号線路が配置された高周波用中継基板よりも低周波用の信号線路が配置された低周波用中継基板の方が、より基板サイズが大きくなりやすい。 Also, because of the structure of the optical modulator, the number of low-frequency signal lines for bias point control and optical monitor output is greater than the number of high-frequency signal lines that are input for optical modulation. The substrate size of the low-frequency relay board on which the low-frequency signal line is arranged is more likely to be larger than the high-frequency relay board on which the high-frequency signal line is arranged.
本発明が解決しようとする課題は、上述した問題を解決し、隣接する信号線路間のクロストークを低減することが可能な光変調器を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide an optical modulator capable of solving the above-described problems and reducing crosstalk between adjacent signal lines.
上記課題を解決するため、本発明の光変調器は以下のような技術的特徴を有する。
（１） 基板上に光導波路が形成された光導波路素子を有する光変調器において、該光導波路素子と外部電気回路との間で電気信号を中継するマイクロストリップ構造又はストリップ構造の複数の信号線路が形成された中継基板を備え、該中継基板は、該光導波路素子に該信号線路の各々を電気的に接続するための複数の接続用パッドを有し、隣接する該信号線路の線路間隔は、該接続用パッドのパッド間隔よりも広くなるように設定されていることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the optical modulator of the present invention has the following technical features.
(1) In an optical modulator having an optical waveguide element in which an optical waveguide is formed on a substrate, a plurality of signal lines having a microstrip structure or a strip structure for relaying an electric signal between the optical waveguide element and an external electric circuit The relay board has a plurality of connection pads for electrically connecting each of the signal lines to the optical waveguide element, and the line spacing between adjacent signal lines is The connection pad is set to be wider than the pad interval.
（２） 上記（１）に記載の光変調器において、該パッド間隔は、該中継基板の厚さ以上であることを特徴とする。 (2) The optical modulator according to (1), wherein the pad interval is equal to or greater than the thickness of the relay substrate.
（３） 上記（１）又は（２）に記載の光変調器において、該中継基板は、マイクロストリップ構造の該信号線路とストリップ構造の該信号線路とが交互に形成されたことを特徴とする。 (3) In the optical modulator according to the above (1) or (2), the relay substrate is formed by alternately forming the signal line having a microstrip structure and the signal line having a strip structure. .
本発明により、光変調器の中継基板に形成される複数の信号線路の線路間隔が、信号線路の全ての区間において、導波路基板に信号線路の各々を電気的に接続する複数の接続用パッドのパッド間隔よりも広くなるように設定されているので、隣接する信号線路間での電界分布の広がりによる影響を受けにくくなり、隣接する信号線路間のクロストークを低減することができる。 According to the present invention, a plurality of connection pads for electrically connecting each of the signal lines to the waveguide substrate in all sections of the signal line, with the line spacing of the plurality of signal lines formed on the relay substrate of the optical modulator. Therefore, the crosstalk between adjacent signal lines can be reduced by being less affected by the spread of the electric field distribution between adjacent signal lines.
以下、本発明に係る光変調器について、詳細に説明する。
本発明に係る光変調器は、基板上に光導波路が形成された光導波路素子を有する光変調器において、該光導波路素子と外部電気回路との間で電気信号を中継するマイクロストリップ構造又はストリップ構造の複数の信号線路Ｓ１〜ＳＮ（但し、Ｎは２以上の整数）が形成された中継基板を備え、該中継基板は、該光導波路素子に該信号線路の各々を電気的に接続するための複数の接続用パッドＰ１〜ＰＮを有し、隣接する該信号線路の線路間隔Ｗ（Ｓｎ，Ｓｎ＋１）（但し、１≦ｎ＜Ｎ）は、該接続用パッドのパッド間隔Ｗ（Ｐｎ，Ｐｎ＋１）よりも広くなるように設定されていることを特徴とする。
Hereinafter, the optical modulator according to the present invention will be described in detail.
An optical modulator according to the present invention is an optical modulator having an optical waveguide element in which an optical waveguide is formed on a substrate, and a microstrip structure or strip for relaying an electric signal between the optical waveguide element and an external electric circuit A relay substrate having a plurality of signal lines S1 to SN (where N is an integer of 2 or more) having a structure is provided, and the relay substrate electrically connects each of the signal lines to the optical waveguide element. A plurality of connection pads P1 to PN, and a line interval W (Sn, Sn + 1) (where 1 ≦ n <N) of adjacent signal lines is equal to a pad interval W (Pn, Pn + 1) of the connection pads. ) Is set to be wider.
なお、本発明に係る光変調器の基本的な構成については、図１，２を参照して既に説明してあるので、説明を省略する。また、第１実施例〜第３実施例では、信号線路として差動ペア配線以外の配線を用いる例を説明し、第４実施例〜第６実施例では、信号線路として差動ペア配線を用いる例を説明する。 The basic configuration of the optical modulator according to the present invention has already been described with reference to FIGS. In the first to third embodiments, an example in which wiring other than the differential pair wiring is used as the signal line will be described. In the fourth to sixth embodiments, the differential pair wiring is used as the signal line. An example will be described.
図６は、本発明の第１実施例に係る光変調器の低周波信号用中継基板の一例（以下、「第１配線パターン」という。）を示す平面図である。また、図７は、本発明の第１実施例に係る光変調器の低周波信号用中継基板の他の例（以下、「第２配線パターン」という。）を示す平面図である。また、図８は、図６及び図７におけるＡ−Ａ部断面図である。
第１実施例に係る中継基板は、表層（表面）に、光導波路素子と外部の電気回路との間で電気信号を中継する３本の信号線路Ｓ１〜Ｓ３（差動ペア配線を除く）が配置されると共に、各信号線路Ｓ１〜Ｓ３の間にはグランドパターンを配置せずに下層（裏面）にグランドパターンＧＮＤを配置したマイクロストリップ構造となっている。
信号線路Ｓ１〜Ｓ３の光導波路素子側の端部には、光導波路素子側とワイヤボンディングにより電気的に接続するための接続用パッドＰ１〜Ｐ３がそれぞれ設けられている。また、信号線路Ｓ１〜Ｓ３の外部電気回路側の端部にも、外部電気回路側とワイヤボンディングによりに電気的に接続するための接続用パッドがそれぞれ設けられている。
FIG. 6 is a plan view showing an example (hereinafter referred to as “first wiring pattern”) of the low-frequency signal relay board of the optical modulator according to the first embodiment of the present invention. FIG. 7 is a plan view showing another example (hereinafter referred to as “second wiring pattern”) of the low-frequency signal relay board of the optical modulator according to the first embodiment of the present invention. FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIGS. 6 and 7.
The relay substrate according to the first embodiment has three signal lines S1 to S3 (excluding differential pair wiring) for relaying electrical signals between the optical waveguide element and an external electrical circuit on the surface layer (surface). In addition, the microstrip structure has a ground pattern GND on the lower layer (back surface) without arranging a ground pattern between the signal lines S1 to S3.
Connection pads P1 to P3 for electrical connection to the optical waveguide element side by wire bonding are provided at the ends of the signal lines S1 to S3 on the optical waveguide element side, respectively. Further, connection pads for electrical connection to the external electric circuit side by wire bonding are also provided at the ends of the signal lines S1 to S3 on the external electric circuit side.
図６に示す第１配線パターンでは、信号線路Ｓ１とＳ２の線路間隔Ｗ（Ｓ１，Ｓ２）は、接続用パッド側から延びる一部の区間を除き、接続用パッドＰ１とＰ２のパッド間隔Ｗ（Ｐ１，Ｐ２）よりも広くなるように設定されており、信号線路Ｓ２とＳ３の線路間隔Ｗ（Ｓ２，Ｓ３）も同様に、接続用パッド側から延びる一部の区間を除き、接続用パッドＰ２とＰ２のパッド間隔Ｗ（Ｐ２，Ｐ３）よりも広くなるように設定されている。
第１配線パターンは、図４に示した従来例よりもパッド間隔を狭くした構造であるが、線路間隔をパッド間隔よりも広くなるようにしているので、従来例に比べて隣接する信号線路間での電界分布の広がりによる影響を受けにくい。
In the first wiring pattern shown in FIG. 6, the line spacing W (S1, S2) between the signal lines S1 and S2 is the pad spacing W between the connection pads P1 and P2 (except for some sections extending from the connection pad side). P1 and P2) are set to be wider, and the line spacing W (S2, S3) between the signal lines S2 and S3 is also the connection pad P2 except for some sections extending from the connection pad side. And P2 are set to be wider than the pad interval W (P2, P3).
The first wiring pattern has a structure in which the pad interval is narrower than that of the conventional example shown in FIG. 4, but the line interval is made wider than the pad interval, so that it is between adjacent signal lines as compared with the conventional example. It is not easily affected by the spread of the electric field distribution at
図７に示す第２配線パターンでは、信号線路Ｓ１とＳ２の線路間隔Ｗ（Ｓ１，Ｓ２）は、全ての区間において、接続用パッドＰ１とＰ２のパッド間隔Ｗ（Ｐ１，Ｐ２）よりも広くなるように設定されており、信号線路Ｓ２とＳ３の線路間隔Ｗ（Ｓ２，Ｓ３）も同様に、全ての区間において、接続用パッドＰ２とＰ２のパッド間隔Ｗ（Ｐ２，Ｐ３）よりも広くなるように設定されている。
第２配線パターンは、図４に示した従来例とパッド間隔を同じにした構造であるが、線路間隔をパッド間隔よりも広くなるようにしているので、従来例に比べて隣接する信号線路間での電界分布の広がりによる影響を受けにくい。
In the second wiring pattern shown in FIG. 7, the line spacing W (S1, S2) between the signal lines S1 and S2 is wider than the pad spacing W (P1, P2) between the connection pads P1 and P2 in all sections. Similarly, the line spacing W (S2, S3) between the signal lines S2 and S3 is similarly wider than the pad spacing W (P2, P3) between the connection pads P2 and P2 in all the sections. Is set to
The second wiring pattern has a structure in which the pad spacing is the same as that of the conventional example shown in FIG. 4, but the line spacing is wider than the pad spacing. It is not easily affected by the spread of the electric field distribution at
このように、隣接する信号線路の線路間隔を、これらの接続用パッドのパッド間隔より広くなるように設定することで、隣接する信号線路間での電界分布の広がりによる影響を受けにくくなり、隣接する信号線路間のクロストークを低減することができる。
なお、中継基板における配線の制約上、図６のように、一部の区間でパッド間隔と同じ線路間隔で信号線路を配置する必要性が生じることがあるが、それ以外の区間において接続用パッドのパッド間隔より広い線路間隔で信号線路を配置することで、クロストークの低減効果を得ることができる。
In this way, by setting the line spacing of adjacent signal lines to be wider than the pad spacing of these connection pads, it is less affected by the spread of the electric field distribution between adjacent signal lines. The crosstalk between the signal lines can be reduced.
Note that due to wiring restrictions on the relay board, it may be necessary to arrange signal lines at the same line spacing as the pad spacing in some sections as shown in FIG. By arranging the signal lines with a line interval wider than the pad interval, an effect of reducing crosstalk can be obtained.
また、本例では、隣接する接続用パッドＰ１とＰ２のパッド間隔Ｗ（Ｐ１，Ｐ２）、及び、接続用パッドＰ２とＰ３のパッド間隔Ｗ（Ｐ２，Ｐ３）を中継基板の厚さｔ以上としている。更に、隣接する信号線路Ｓ１とＳ２の間、及び、信号線路Ｓ２とＳ３の間にはグランドパターンを配置せず、裏面にグランドパターンＧＮＤを配置したマイクロストリップ構造としている。
これにより、表面の信号線路と裏面のグランドパターン間の電気結合が強くなる一方で、隣接する信号線路間の電界分布の広がりが小さくなるため、隣接する信号線路間のクロストークを更に低減する効果が得られる。
In this example, the pad interval W (P1, P2) between the adjacent connection pads P1 and P2 and the pad interval W (P2, P3) between the connection pads P2 and P3 are set to be equal to or greater than the thickness t of the relay board. Yes. Further, a microstrip structure is employed in which no ground pattern is disposed between the adjacent signal lines S1 and S2 and between the signal lines S2 and S3, and the ground pattern GND is disposed on the back surface.
As a result, the electrical coupling between the signal line on the front surface and the ground pattern on the back surface becomes stronger, but the spread of the electric field distribution between the adjacent signal lines is reduced, so that the crosstalk between the adjacent signal lines is further reduced. Is obtained.
図９は、本発明の第２実施例に係る光変調器の低周波信号用中継基板の例を示す断面図である。
第１実施例は、低周波信号用中継基板の表層（表面）に信号線路を配置した単層基板構造であったが、第２実施例では、低周波信号用中継基板の中間層に信号線路Ｓ１〜Ｓ３を配置し、表層（表面）及び下層（裏面）にグランドパターンＧＮＤを配置したストリップ構造となっている。
第２実施例でも、信号線路を配置する中間層について、第１実施例と同様に、隣接する信号線路の線路間隔を、これらの接続用パッドのパッド間隔より広くなるように設定することで、隣接する信号線路間での電界分布の広がりによる影響を受けにくくなる。
また、本例のようなストリップ構造とすることで、中間層の信号線路と表面及び裏面のグランドパターン間の電気結合が強くなる一方で、隣接する信号線路間の電界分布の広がりが小さくなるため、更にノイズ特性及びクロストーク特性が良くなり、安定したバイアス制御が可能となる。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing an example of a low-frequency signal relay board of the optical modulator according to the second embodiment of the present invention.
In the first embodiment, the signal line is arranged on the surface layer (surface) of the low frequency signal relay board, but in the second embodiment, the signal line is provided on the intermediate layer of the low frequency signal relay board. A strip structure is formed in which S1 to S3 are arranged and the ground pattern GND is arranged on the surface layer (front surface) and the lower layer (back surface).
Also in the second embodiment, for the intermediate layer in which the signal line is arranged, the line interval between the adjacent signal lines is set to be wider than the pad interval of these connection pads, as in the first embodiment. It becomes difficult to be affected by the spread of the electric field distribution between adjacent signal lines.
In addition, by adopting the strip structure as in this example, the electrical coupling between the signal line of the intermediate layer and the ground pattern on the front surface and the back surface becomes strong, but the spread of the electric field distribution between adjacent signal lines becomes small. Furthermore, noise characteristics and crosstalk characteristics are improved, and stable bias control is possible.
図１０は、本発明の第３実施例に係る光変調器の低周波信号用中継基板の例を示す断面図である。
第３実施例では、信号線路Ｓ１とＳ３をマイクロストリップ構造とし、その間の信号線路Ｓ２をストリップ構造としている。すなわち、中継基板にマイクロストリップ構造の信号線路とストリップ構造の信号線路とを交互に設けている。
第３実施例でも、第１実施例や第２実施例と同様に、隣接する信号線路の線路間隔を、これらの接続用パッドのパッド間隔より広くなるように設定することで、隣接する信号線路間での電界分布の広がりによる影響を受けにくくなる。また、本例のようにマイクロストリップ構造とストリップ構造を交互に設ける場合にも、隣接する信号線路間にグランドパターンが存在しないので、隣接する信号線路間の電界分布の広がりが小さくなるため、隣接する信号線路間のクロストークを更に低減する効果が得られる。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing an example of a low-frequency signal relay board of the optical modulator according to the third embodiment of the present invention.
In the third embodiment, the signal lines S1 and S3 have a microstrip structure, and the signal line S2 between them has a strip structure. In other words, microstrip structure signal lines and strip structure signal lines are alternately provided on the relay substrate.
In the third embodiment as well, as in the first and second embodiments, the adjacent signal lines are set so that the line intervals of the adjacent signal lines are wider than the pad intervals of these connection pads. Less affected by the spread of the electric field distribution between the two. In addition, when the microstrip structure and the strip structure are alternately provided as in this example, since the ground pattern does not exist between the adjacent signal lines, the spread of the electric field distribution between the adjacent signal lines becomes small. The effect of further reducing the crosstalk between the signal lines is obtained.
なお、中継基板に、マイクロストリップ構造の信号線路とストリップ構造の信号線路とを１本ずつ交互に配置してもよく、複数本ずつ交互に配置してもよい。あるいは、中継基板に、１本のマイクロストリップ構造の信号線路と複数本のストリップ構造の信号線路とを交互に配置してもよく、複数本のマイクロストリップ構造の信号線路と１本のストリップ構造の信号線路とを交互に配置してもよい。 Note that a microstrip structure signal line and a strip structure signal line may be alternately arranged on the relay substrate one by one, or a plurality of signal lines may be alternately arranged. Alternatively, one microstrip structure signal line and a plurality of strip structure signal lines may be alternately arranged on the relay substrate, and a plurality of microstrip structure signal lines and one strip structure may be arranged. You may arrange | position a signal track | line alternately.
図１１は、本発明の第４実施例に係る光変調器の低周波信号用中継基板の一例を示す平面図である。また、図１２は、図１１におけるＡ−Ａ部断面図である。
第４実施例は、基本的な配線パターンは第１実施例の第１配線パターン（図６）と同様であるが、各信号配線が、極性を反転させた２つの信号を２本のペア線で伝送する差動ペア配線となっている点で異なる。
第４実施例でも、第１実施例と同様に、隣接する信号線路の線路間隔を、これらの接続用パッドのパッド間隔より広くなるように設定することで、隣接する信号線路間での電界分布の広がりによる影響を受けにくくなる。
また、本例のようなマイクロストリップ構造とすることで、表面の信号線路と裏面のグランドパターン間の電気結合が強くなる一方で、隣接する信号線路間の電界分布の広がりが小さくなるため、隣接する信号線路間のクロストークを更に低減する効果が得られる。
FIG. 11 is a plan view showing an example of a low-frequency signal relay board of the optical modulator according to the fourth embodiment of the present invention. 12 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
In the fourth embodiment, the basic wiring pattern is the same as that of the first wiring pattern of the first embodiment (FIG. 6). However, each signal wiring converts two signals with two polarities reversed in polarity. It is different in that it is a differential pair wiring that is transmitted by.
Also in the fourth embodiment, as in the first embodiment, the electric field distribution between the adjacent signal lines is set by setting the line interval of the adjacent signal lines to be larger than the pad interval of these connection pads. Less affected by the spread of
In addition, by using the microstrip structure as in this example, the electrical coupling between the signal line on the front surface and the ground pattern on the back surface becomes strong, but the spread of the electric field distribution between adjacent signal lines becomes small. The effect of further reducing the crosstalk between the signal lines is obtained.
なお、差動ペア配線における隣接する信号線路の線路間隔としては、差動ペア配線を構成する２本のペア線のうち、他方の差動ペア配線に近いもの同士の間隔が用いられる。また、差動ペア配線における隣接する接続用パッドのパッド間隔としては、差動ペア配線の２本のペア線の各接続用パッドのうち、他方の差動ペア配線の接続用パッドに近いもの同士の間隔が用いられる。 Note that, as the line interval between adjacent signal lines in the differential pair wiring, an interval between the two pair lines constituting the differential pair wiring that is close to the other differential pair wiring is used. In addition, as the pad spacing between adjacent connection pads in the differential pair wiring, among the connection pads of the two pair wires of the differential pair wiring, those close to the connection pads of the other differential pair wiring An interval of is used.
図１３は、本発明の第５実施例に係る光変調器の低周波信号用中継基板の例を示す断面図である。
第４実施例は、低周波信号用中継基板の表層（表面）に差動ペア配線の信号線路を配置した単層基板構造であったが、第５実施例では、低周波信号用中継基板の中間層に差動ペア配線の信号線路Ｓ１〜Ｓ３を配置し、表層（表面）及び下層（裏面）にグランドパターンＧＮＤを配置したストリップ構造となっている。
第４実施例でも、差動ペア配線の信号線路を配置する中間層について、第５実施例と同様に、隣接する信号線路の線路間隔を、これらの接続用パッドのパッド間隔より広くなるように設定することで、隣接する信号線路間での電界分布の広がりによる影響を受けにくくなる。
また、本例のようなストリップ構造とすることで、中間層の信号線路と表面及び裏面のグランドパターン間の電気結合が強くなる一方で、隣接する信号線路間の電界分布の広がりが小さくなるため、更にノイズ特性及びクロストーク特性が良くなり、安定したバイアス制御が可能となる。
FIG. 13 is a cross-sectional view showing an example of a low-frequency signal relay board of an optical modulator according to a fifth embodiment of the present invention.
The fourth embodiment has a single layer substrate structure in which the signal line of the differential pair wiring is arranged on the surface layer (surface) of the low frequency signal relay substrate. In the fifth embodiment, the low frequency signal relay substrate It has a strip structure in which the signal lines S1 to S3 of differential pair wiring are arranged in the intermediate layer, and the ground pattern GND is arranged in the surface layer (front surface) and the lower layer (back surface).
Also in the fourth embodiment, in the intermediate layer in which the signal line of the differential pair wiring is arranged, the line interval of the adjacent signal lines is made wider than the pad interval of these connection pads as in the fifth embodiment. By setting, it becomes difficult to be affected by the spread of the electric field distribution between adjacent signal lines.
In addition, by adopting the strip structure as in this example, the electrical coupling between the signal line of the intermediate layer and the ground pattern on the front surface and the back surface becomes strong, but the spread of the electric field distribution between adjacent signal lines becomes small. Furthermore, noise characteristics and crosstalk characteristics are improved, and stable bias control is possible.
図１４は、本発明の第６実施例に係る光変調器の低周波信号用中継基板の例を示す断面図である。
第６実施例では、差動ペア配線の信号線路Ｓ１とＳ３をマイクロストリップ構造とし、その間の差動ペア配線の信号線路Ｓ２をストリップ構造としている。すなわち、中継基板にマイクロストリップ構造の差動ペア配線の信号線路とストリップ構造の差動ペア配線の信号線路とを交互に設けている。
第６実施例でも、第４実施例や第５実施例と同様に、隣接する信号線路の線路間隔を、これらの接続用パッドのパッド間隔より広くなるように設定することで、隣接する信号線路間での電界分布の広がりによる影響を受けにくくなる。また、本例のようにマイクロストリップ構造とストリップ構造を交互に設ける場合にも、隣接する信号線路間にグランドパターンが存在しないので、隣接する信号線路間の電界分布の広がりが小さくなるため、隣接する信号線路間のクロストークを更に低減する効果が得られる。
FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating an example of a low-frequency signal relay board of an optical modulator according to a sixth embodiment of the present invention.
In the sixth embodiment, the signal lines S1 and S3 of the differential pair wiring have a microstrip structure, and the signal line S2 of the differential pair wiring therebetween has a strip structure. That is, the signal line of the differential pair wiring of the microstrip structure and the signal line of the differential pair wiring of the strip structure are alternately provided on the relay substrate.
In the sixth embodiment as well, as in the fourth and fifth embodiments, the adjacent signal lines are set so that the line intervals of the adjacent signal lines are wider than the pad intervals of these connection pads. Less affected by the spread of the electric field distribution between the two. In addition, when the microstrip structure and the strip structure are alternately provided as in this example, since the ground pattern does not exist between the adjacent signal lines, the spread of the electric field distribution between the adjacent signal lines becomes small. The effect of further reducing the crosstalk between the signal lines is obtained.
なお、中継基板に、マイクロストリップ構造の差動ペア配線の信号線路とストリップ構造の差動ペア配線の信号線路とを１対ずつ交互に配置してもよく、複数対ずつ交互に配置してもよい。あるいは、中継基板に、１対のマイクロストリップ構造の差動ペア配線の信号線路と複数対のストリップ構造の差動ペア配線の信号線路とを交互に配置してもよく、複数対のマイクロストリップ構造の差動ペア配線の信号線路と１対のストリップ構造の差動ペア配線の信号線路とを交互に配置してもよい。 In addition, the signal line of the differential pair wiring of the microstrip structure and the signal line of the differential pair wiring of the strip structure may be alternately arranged on the relay substrate one by one or plural pairs may be alternately arranged. Good. Alternatively, a pair of microstrip structure differential pair wiring signal lines and a plurality of pairs of differential pair wiring signal lines may be alternately arranged on the relay substrate. Alternatively, the signal line of the differential pair wiring and the signal line of the differential pair wiring having a pair of strip structures may be alternately arranged.
以上のように、本発明に係る光変調器の低周波信号用中継基板では、隣接する信号線路の線路間隔を、これらを光導波路素子側に電気的に接続するための接続用パッドのパッド間隔より広くなるように設定し、更に、信号線路としてマイクロストリップ構造又はストリップ構造の信号線路を用いるようにしたので、隣接する信号線路間で影響を受けにくくなり、隣接する信号線路間のクロストークを低減することができる。その結果、各信号線路にノイズの少ない低周波信号を伝送することができ、安定した制御が可能な光変調器を提供することができる。
なお、以上では、低周波信号用中継基板の信号線路の配線について説明したが、本発明は、高周波信号用中継基板の信号線路の配線に適用しても構わない。
また、中継基板内の信号線路が増加、複雑化する構成に特に有効であるため、１００Ｇ光通信システムに限らず、２００Ｇ、４００Ｇ光通信システムに利用される光変調器において更に効果が高い。
As described above, in the low-frequency signal relay substrate of the optical modulator according to the present invention, the line spacing of adjacent signal lines is set to the pad spacing of the connection pads for electrically connecting them to the optical waveguide element side. Since it is set so as to be wider, and a signal line with a microstrip structure or a strip structure is used as a signal line, it is less affected by adjacent signal lines, and crosstalk between adjacent signal lines is reduced. Can be reduced. As a result, a low frequency signal with less noise can be transmitted to each signal line, and an optical modulator capable of stable control can be provided.
Although the signal line wiring of the low frequency signal relay board has been described above, the present invention may be applied to the signal line wiring of the high frequency signal relay board.
In addition, the present invention is particularly effective for a configuration in which the number of signal lines in the relay substrate is increased and complicated, so that the effect is further enhanced not only in the 100G optical communication system but also in the optical modulator used in the 200G and 400G optical communication systems.
以上、説明したように、本発明によれば、隣接する信号線路間のクロストークを低減することが可能な光変調器を提供することができる。 As described above, according to the present invention, an optical modulator capable of reducing crosstalk between adjacent signal lines can be provided.
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３ 信号線路
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３ 接続用パッド
ＧＮＤ グランドパターン
S1, S2, S3 Signal line P1, P2, P3 Connection pad GND Ground pattern
Claims (3)
該光導波路素子と外部電気回路との間で電気信号を中継するマイクロストリップ構造又はストリップ構造の複数の信号線路が形成された中継基板を備え、
該中継基板は、該光導波路素子に該信号線路の各々を電気的に接続するための複数の接続用パッドを有し、
隣接する該信号線路の線路間隔は、該接続用パッドのパッド間隔よりも広くなるように設定されていることを特徴とする光変調器。 In an optical modulator having an optical waveguide element in which an optical waveguide is formed on a substrate,
A relay substrate on which a plurality of signal lines having a microstrip structure or a strip structure for relaying an electric signal between the optical waveguide element and an external electric circuit is formed,
The relay substrate has a plurality of connection pads for electrically connecting each of the signal lines to the optical waveguide element,
An optical modulator, wherein a line interval between adjacent signal lines is set to be wider than a pad interval between the connection pads.
該パッド間隔は、該中継基板の厚さ以上であることを特徴とする光変調器。 The optical modulator according to claim 1.
The optical modulator, wherein the pad interval is equal to or greater than the thickness of the relay substrate.
該中継基板は、マイクロストリップ構造の該信号線路とストリップ構造の該信号線路とが交互に形成されたことを特徴とする光変調器。
The optical modulator according to claim 1 or 2,
The optical modulator, wherein the relay substrate is formed by alternately forming the signal line having a microstrip structure and the signal line having a strip structure.
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