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ージの底面には小型ペルチエ素子を固定しており、このペルチエ素子上に、PLC サブブロックを 銀ペーストで固定した。
EADFBレーザを実装しているキャリアのサイズが非常に小さいため、その表面には、DFBレー
ザへの注入電流を供給する電気配線がパターン化されているのみである。EA 変調器に対しては、
高周波電気配線設計をする必要があり、また50 終端抵抗とDCカット用コンデンサが必要であ る。そこで、パッケージ内実装スペースに制約のある中で、EA 変調器への高周波電気配線を引 き回すため、EADFB レーザチップを実装したキャリア上に階層を分けて、EA 変調器への高周波 電気配線をレイアウトした配線板と、さらにその上の階層に、50 終端抵抗を集積しDCカット用コ ンデンサを実装した配線板とを、積層して実装した。これら基板間のグランド接続は、金属ポストを 立てて共通化し、また各種結線には金ボンディングワイヤで結線した。
そして、いずれかの波長レーンのDFB レーザを発光させて、パッケージのビーム出射窓を介し て、第2レンズをアクティブ光学調芯し、YAG レーザ溶接で固定する。さらに、アイソレータが取り 付けられている LC 型レセプタクルをアクティブ光学調心して、ここも YAG レーザ溶接により固定 する。最後に、パッケージにフレキシブル基板を、半田により取り付け、本TOSAの作製が完了す る。図3-21に、作製したTOSAの写真を示す。パッケージ本体のサイズは、長さ19.9 mm, 幅6.0
mm, 高さ5.8 mmである。これは、CFP4光トランシーバに収納可能なサイズである
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において、サイドモード抑圧比SMSRは、49 dB以上を確保している。以上の、静特性からも分か るように、EADFBレーザチップとAWGの直接光結合による本TOSAの光学構成は、EADFBの 発振動作に関して、劣化要因がないことがわかった。
図3-24に、TOSAのケース温度Tcを-10 ℃から85 ℃の範囲で変化させた際の、ケース温度
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25 ℃に対するトラッキングエラーを、各レーン毎に評価した結果を示す。全レーンにおいて、トラ ッキングエラーは、0.5dB 以内に抑制できている。光トランシーバでは、通常-5 ℃から 75 ℃の温 度範囲でトラッキングエラー±0.5 dB 以内で動作する必要があるとされるので、本光学系構成は 対周辺環境温度的にも適用可能である。
図3-25に、TOSAのケース温度Tcを-10 ℃から85 ℃の範囲で変化させた際の、本TOSAの 全消費電力を測定した結果を示す。この評価を行うにあたって設定したTOSAの動作条件は、後 述する伝送特性においてエラーフリー動作が得られる駆動条件(図 3-27 の表)であり、全消費電
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力の内訳は、全レーンを駆動して測定されるDFBレーザ、EA変調器そして内蔵ペルチエ素子の 消費電力の実測総和値である。この時のペルチエ素子の設定チップ温度Topは、冒頭述べたよう に55 ℃である。-5 ℃から75 ℃の環境温度範囲においては、1.7 W以下の消費電力であること がわかる。さて、2章2.6節で評価したTOSAの動作設定チップ温度Topが45 ℃の時、-5 ℃か ら75 ℃の環境温度範囲における全消費電力は1.5 W以下であった(図2-16)。しかし、本章で作 製したTOSAの設定チップ温度Topが55 ℃とより高温に設定されて、内蔵ペルチエ素子の消費 電力が低減される方向にあるにも関わらず、全消費電力が増加する結果となってしまった。これは、
図3-11(b)に示すように、AWG の端面に直接 EADFB レーザが実装されたキャリアを端面接続し
ている方を優先して固定したため、EADFB レーザを実装しているキャリアが、内蔵ペルチエ素子 上に伝熱性良く固定されていないことが原因である。この点は、今後改善が望まれるところである。
次に、作製した TOSA の動特性評価結果について述べる。図 3-26 は、電気信号(E)から光信 号(O)へのE/O小信号周波数応答特性を示す。この時の測定条件は、全てのDFBレーザへの注
入電流Ifを90 mA一定、全てのEA変調器のバイアス電圧Vbを-1.8 V一定に印加しつつ、光コ
ンポーネントアナライザを使用して測定した。得られた3 dB周波数帯域としては、15 GHzに満た ない帯域であった。これは、前述した EA 変調器駆動のための高周波電気配線基板を多層に実 装し、かつそれら基板間の結線に寄生インダクタンスの要因となるボンディングワイヤ結線を多用 しているため、インピーダンス不整合が生じたことに起因することが主な原因である。
図3-27および図3-28は、動作設定チップ温度 Topを55 ℃、全レーンのDFBレーザへの注
入電流Ifを70 mAにして、パルスパターンジェネレータPPGから出力されるビットレート25.78125
Gbit/s、PRBSが231-1のNRZ信号を、全レーン同時にEA変調器に重畳して駆動した際に得ら
れたTOSAからの各レーンの光出力アイパターンを示す。図3-27 は、変調電圧振幅Vppを2 V にした時の、図3-28は、それを1.5 Vにした時の光出力アイパターンである。各々図中の表に、
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各レーンの設定条件および測定結果をまとめる。全レーン同時駆動した状態での各レーンからの 光出力アイパターンは、2.6節と同様に波長可変光フィルタで切り出した後、デジタルサンプリング オシロスコープで観測し、4次ベッセルフィルタを介して得られたものである。
次に、図3-27, 図3-28のそれぞれの動作条件において、本TOSAの全レーンを同時駆動させ
て光伝送実験を実施した。図3-29, 図3-30に、EA変調器の変調電圧振幅Vppを、それぞれ2 V
もしくは1.5 Vにした時の、バックツーバック(BtoB)、およびSMFを10 km、40 km伝送させた時の
ビットエラーレート（BER）特性示す。ここでの評価も、波長可変光フィルタで各レーンの光信号に 切り出し、p-i-n PDとTIAを集積した単チャンネルのROSAで受光して光電変換し、さらに電気ア ンプで電気信号を増幅した後、エラーアナライザに入力して測定した。また、40 kmの SMF 伝送 後においては、ROSAに入力する前段で、1.3 m帯プラセオジウム光増幅器を用いて、光信号を 増幅してから受信している。EA 変調器の変調電圧振幅 Vppを2 V(図3-29)もしくは1.5 V(図
3-30)にしたいずれにおいても、40 km伝送後にわたってフロアの無いBER特性が得られていること
がわかる。バックツーバック(BtoB)における受光感度は、ビットエラーレート（BER）が 10-12におい て、変調電圧振幅Vppが2 Vの時は、レーン0, 1, 2, 3の順に、-14.5 dBm, -14.1 dBm, -14.6 dBm, -14.4 dBm であり、変調電圧振幅 Vppが 1.5 Vの時は、同じ順に、-14.1 dBm, -14.1 dBm, -13.9
dBm, -14.1 dBmであり、いずれも受信感度ばらつき0.5 dB以内でレーン間の特性が揃っている。
さて、ここでもレーン間相互のクロストークについて考察してみる。図3-31は、EA変調器の変調 電圧振幅Vppを2Vとして、各レーンを単体で駆動した場合の、それぞれのレーンにおけるアイパ ターンである。全レーン同時駆動した場合の図3-27と、単レーン駆動した場合のこの図3-31とを 比較して分かるように、全レーン同時駆動すると、アイパターン全体にジッタが乗り、アイ開口が劣 化していることが見て取れる。100GBASE-ER4 のマスクによるマスクマージン MM を計測すると、
単レーンで駆動した際には、23 ％以上であったものが、全レーン同時駆動すると、全てのレーン で劣化している。この影響度合いをビットエラーレート(BER)特性より見積もってみる。図3-32 は、
バックツーバック(BtoB)の状態で、各レーンを単体で駆動した場合のビットエラーレート(BER)特 性と、全レーンを同時に駆動した場合のビットエラーレート(BER)特性(図 3-29 の再掲)を、それぞ れのレーンにおいて測定した結果である。ビットエラーレート(BER)10-12における受光感度劣化は、
レーン0, 1, 2, 3の順に、1.2 dB, 2.3 dB, 1.7 dB, 0.9 dBであり、これは2章の二連コリメート光学系 によるTOSAの受光感度劣化が最大でも0.3 dB程度だったことと比較しても、非常に大きいレー ン間クロストークが生じていることがわかる。2章のTOSAでは、2レーン分のEADFBレーザをモ ノリシック集積した半導体アレイチップ(図 2-11)を使用して、同一チップ内でふたつの EA 変調器
が 100 m と極めて近接しているにも関わらず、クロストークの影響が低く抑制されていたことから
考えると、本構成においては、前述した EA 変調器駆動のための高周波電気配線基板を多層に 実装し、かつ層間の電気結線に寄生インダクタンスの要因となるボンディングワイヤ結線による、
高周波電気回路設計が充分でないことが原因で発生する、レーン間電気クロストークによる影響 が大きいと考えている。この点において、本TOSAにおける高周波電気配線設計に、改善の余地
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