<Desc/Clms Page number 1>
Opto-electronische inrichting met een koppeling tussen een opto-electronische componet, in het bijzonder een halfgeleiderdiodelaser, en een optische glasvezel en werkwijze ter vervaardiging van een dergelijke inrichting.
De uitvinding heeft betrekking op een opto-electronische inrichting omvattende een coaxiale module bevattende een eerste houder voor opto-electronische component, bij voorkeur een halfgeleiderdiodelaser, die hermetisch afgesloten is van de atmosfeer buiten de module en electrisch verbonden is met door een bodemplaat van de eerste houder geisoleerd doorgevoerde eerste geleiders en een tweede, met de eerste houder verbonden, houder voor een op de component uitgerichte optische glasvezel. De uitvinding heeft tevens betrekking op een werkwijze ter vervaardiging van een dergelijke inrichting. Een opto-electronische component en een halfgeleiderdiodelaser zullen hierna kortheidshalve veelal met component en laser aangeduid worden.
Dergelijke inrichtingen worden veelal toegepast in systemen voor optische glasvezel communicatie.
Een dergelijke inrichting is bekend uit de europese octrooiaanvrage nr.
89201390. 5 die onder nr. 0 345 874 gepubliceerd is op 13-12-1989 en bevat een laserglasvezel koppeling. Dankzij het feit dat de binnen de module aanwezige laser hermetisch van de omgeving buiten de module is afgeschermd, is de betrouwbaarheid van de module groot. Met de door de bodemplaat van de laser houder gelsoleerd doorgevoerde geleiders kan deze aangesloten worden op bijvoorbeeld een printplaat.
Een nadeel van de bekende inrichting is dat wanneer deze op bijvoorbeeld een printplaat gemonteerd wordt, deze met zijn grootste afmeting, namelijk de axiale richting, loodrecht staat op de printplaat waardoor deze vorm van afmontage relatief veel ruimte vraagt. Bovendien zijn de, veelal in een cirkel gelegen, eerste aansluitgeleiders van de module voor een aantal toepassingen minder geschikt, met name indien daarbij een"IC-achtige"afmontage van de inrichting en/of een zeer hoge systeem snelheid gewenst is.
Het doel van de uitvinding is een inrichting van de in de aanhef genoemde soort te verkrijgen waaraan de hiervoor genoemde bezwaren niet of althans veel minder kleven.
<Desc/Clms Page number 2>
EMI2.1
Een inrichting van de in de aanhef genoemde soort heeft daartoe volgens de uitvinding het kenmerk dat de inrichting een doos omvat waarin de module is opgenomen, waarvan tenminste een zijvlak voorzien is van tenminste een rij van geïsoleerd doorgevoerde tweede geleiders, die een opening bevat waardoor de optische glasvezel uit de doos steekt en die middelen bevat waarmee de module in de doos bevestigd is en waarmee de eerste geleiders met de tweede geleiders electrisch verbonden zijn. De uitvinding berust op het inzicht dat er belangrijke voordelen verbonden zijn aan het plaatsen van een dergelijke module in een dergelijke doos. Dankzij het gebruik van een doos waarvan een zijvlak is voorzien van een rij van geleiders kan de inrichting volgens de uitvinding gemakkelijk en op een compacte wijze op een printplaat gemonteerd worden.
Dankzij het gebruik van een module waarin de component (laser), hermetisch is afgesloten van de atmosfeer buiten de module, behoeft de doos niet hermetisch afgesloten te zijn van de omgeving om de component (laser), te beschermen. Verder mogen om dezelfde reden aan of binnen de doos lijmen-waaruit voor de component (laser) schadelijke gassen kunnen vrijkomen toegepast. Lijmen als techniek ter afdichting of bevestiging is eenvoudige en dus aantrekkelijk. Dankzij de aanwezigheid van middelen waarmee de module in de doos bevestigd is en waarmee de eerste geleiders met de tweede geleiders electrisch verbonden zijn, kan de module geheel buiten de doos vervaardigd worden en wordt het bezwaar opgeheven dat de component (laser) in een dergelijke module niet meer toegankelijk is voor bijvoorbeeld het leggen van een draadverbinding.
Doordat de kritische stap van het uitrichten en fixeren van de component (laser) en de glasvezel ten opzichte van elkaar reeds buiten de doos plaats vindt, is de vervaardiging van de inrichting volgens de uitvinding, die nu in hoofdzaak neerkomt op het plaatsen van de module in de doos, relatief eenvoudig. Hierbij speelt het feit dat de module buiten de doos aan alle kanten gemakkelijk toegankelijk is, bijvoorbeeld bij laser lassen, een belangrijke rol. Opgemerkt wordt verder dat de module op zich zelf reeds een aantrekkelijke en voor veel toepassingen geschikt onderdeel is en derhalve vaak in voorraad gehouden zal worden. Een belangrijk voordeel van een inrichting volgens de uitvinding is dan ook dat deze relatief snel geleverd kan worden.
De middelen waarmee de module in de doos bevestigd is kunnen eenvoudige middelen als een klem en/of lijm verbinding omvatten. De middelen waarmee de eerste
<Desc/Clms Page number 3>
geleiders electrisch verbonden zijn met de tweede geleiders kunnen eenvoudige middelen omvatten zoals draadverbindingen.
In een voorkeursuitvoering is de module ter plaatse van de eerste houder rond en omvatten de middelen waarmee de module in de doos bevestigd is een blokvormig lichaam waarvan de bovenzijde voorzien is van een ronde uitsparing waarin de eerste houder bevestigd is en dat, bij voorkeur middels een Peltier element en/of een koelplaat, op een zijwand van de doos is bevestigd. Een ronde eerste houder sluit goed aan bij een ronde TO (= Transistor Outline) of daarop lijkende standaard voet die bij component (laser) montage gebruikelijk is. Dankzij de ronde uitsparing in het lichaam is de module stevig aan en in goed thermisch contact met de doos verbonden. De temperatuur van de module kan zo goed gestabiliseerd zijn. Bij het bevestigen van de module in het lichaam en van het lichaam in de doos kan van lijmen gebruikt worden gemaakt.
Een Peltier element en/of een koelplaat bevorderen, ook indien de wanden van de doos relatief slecht warmte geleiden, een stabiele temperatuur van een laser. De bevestiging van de module in de doos kan verbeterd worden door het blokvormige lichaam langer te maken.
Bij voorkeur omvatten de middelen waarmee de eerste en tweede geleiders met elkaar verbonden zijn, een plaat van een electrisch isolerend materiaal waarvan een zijde volledig met een geleidende laag bedekt is en de andere zijde bedekt is met geleidende sporen waarvan de ene uiteinden met de eerste geleiders en de andere uiteinden met de tweede geleiders verbonden zijn, waarbij bij voorkeur een van de tweede geleiders binnen de doos coaxiaal is uitgevoerd. Een dergelijke zogenaamde "strip-line" techniek en een binnen de doos coaxiaal uitgevoerde tweede geleider hebben het belangrijke voordeel dat de electrische verbinding tussen de eerste en tweede geleiders het gebruik van de inrichting bij zeer hoge frequenties-groter dan 1 of zelfs groter dan 10 GHz -mogelijk maakt.
In een geschikte variant is het bodemvlak van de doos voorzien van twee parallelle rijen van geisoleerd doorgevoerde tweede geleiders. Hierdoor vormt de inrichting een zogenaamde DIL (=Dual In Line) omhulling, die gemakkelijk doorgemeten en afgemonteerd kan worden, bijvoorbeeld op een printplaat. In een andere geschikte variant zijn twee evenwijdige zijvlakken van de doos elk voorzien van een rij van geisoleerd doorgevoerde tweede geleiders. Een dergelijke omhulling wordt
<Desc/Clms Page number 4>
EMI4.1
"Butterfly"omhulling genoemd en is met name geschikt voor toepassingen met een hoge systeem snelheid.
In een bijzonder gunstige uitvoeringsvorm bevat de coaxiale module verder een tussen de eerste en tweede houder gelegen tussenstuk waarbij het tussenstuk en een van beide houders in elkaar schuifbaar zijn aangebracht en een van deze delen een verdund ringvormig verbindingsstuk vertoont, waarbij na axiale instelling van het einde van de optische glasvezel ten opzichte van de component (laser) het verdunde verbindingsstuk van het ene deel aan het oppervlak van het andere deel is bevestigd door middel van een aantal lassen, terwijl de naar elkaar gerichte einden van het tussenstuk en de andere houder een vlak oppervlak vertonen dat dwars op de axiale instel richting staat en waaraan laatstgenoemde delen tegen elkaar zijn gelegen en een van deze delen een verdunde flens vertoont, waarbij na transversale instelling van het einde van de glasvezel ten opzichte van de component (laser)
de verdunde flens van het ene deel aan het oppervlak van het andere deel is bevestigd eveneens door middel van een aantal laser lassen. Een dergelijke inrichting bevat een bijzonder nauwkeurige, stabiele en betrouwbare component-glasvezel (laser-glasvezel) koppeling en is dus zeer geschikt voor toepassing in optische glasvezel communicatie systemen.
In laatstgenoemde uitvoeringsvorm bevat de eerste houder van de module bij voorkeur een lens en het tussenstuk een optische isolator. Dankzij de lens wordt een nog betere component (laser)-glasvezel koppeling verkregen, dankzij de optische isolator is er geen nadelige optische terugkoppeling van de glasvezel naar de component (laser).
Wanneer de lens zich in of aan de eerste houder bevindt, ontstaat in het tussenstuk ruimte waarin de optische isolator opgenomen kan worden. Dankzij het feit dat de optische isolator in de module is opgenomen en niet daarbuiten (of zelfs buiten de doos) wordt ook de temperatuur van de isolator gestabiliseerd waardoor een goedkopere isolator kan worden toegepast, namelijk een epitaxiaal vervaardigde isolator in plaats van een isolator die een bulk kristal omvat.
Een werkwijze ter vervaardiging van een opto-electronische inrichting, waarbij met een eerste houder die een opto-electronische component, bij voorkeur een halfgeleiderdiodelaser, bevat en die voorzien is van een bodemplaat met geisoleerd doorgevoerde eerste geleiders waarmee de component electrisch verbonden wordt, en met een tweede houder voor een optische transmissie vezel een coaxiale module gevormd wordt die de component hermetisch afsluit van de omgeving van de module en waarin de transmissie
<Desc/Clms Page number 5>
vezel uitgericht wordt ten opzichte van de component,
heeft volgens de uitvinding het kenmerk dat de aldus vervaardigde module in een doos wordt opgenomen waarvan ten minste een zijvlak voorzien wordt van ten minste een rij van geisoleerd doorgevoerde tweede geleiders en in de doos middelen worden aangebracht waarmee de module in de doos bevestigd wordt en waarmee de eerste geleiders electrisch met de tweede geleiders verbonden worden. Met een dergelijke werkwijze worden op eenvoudige wijze de bijzonder aantrekkelijke inrichtingen volgens de uitvinding verkregen.
De uitvinding wordt aan de hand van een in de tekening weergegeven uitvoeringsvoorbeeld nader toegelicht.
Figuur 1 geeft schematisch deels een zijaanzicht deels een dwarsdoorsnede weer evenwijdig aan de lengterichting van een opto-electronische inrichting volgens de uitvinding, en
Figuur 2 geeft schematisch een bovenaanzicht weer van de inrichting van figuur
EMI5.1
1.
In figuur 1 is schematisch deels een zijaanzicht deels een dwarsdoorsnede evenwijdig aan de lengterichting een opto-electronische inrichting 10 volgens de uitvinding weergegeven. De inrichting 10 omvat een coaxiale module 1 die een eerste houder 2, bevat met een opto-electronische component (3), hier een halfgeleiderdiodelaser 3, en een tweede, met de eerste houder 2 verbonden, houder 6 met een op de laser 3 uitgerichte optische glasvezel 7. Een bodemplaat 4 van de eerste houder 2, die hier een metalen voet 50 bevat, bevat drie electrisch geisoleerd doorgevoerde geleiders 5. In de tekening zijn slechts twee geleiders 5 weergegeven, namelijk die waarmee de laser 3 door-niet in de tekening weergegeven - draadverbindingen electrisch verbonden is. De glasvezel 7 is via een ferrule 52 in de tweede houder 6 bevestigd.
Volgens de uitvinding : omvat de inrichting 10 tevens een doos 20 waarin de module 1 is opgenomen ; is ten minste een zijvlak 21, hier het bodemvlak, van de doos 20 voorzien van ten minste een rij, hier twee rijen, van geisoleerd doorgevoerde tweede geleiders 22 ; is de doos 20 voorzien van een opening 23 waardoor de optische glasvezel 7 uit de doos 20 steekt ; en bevat de doos 20 middelen 30, 40 waarmee de module 1 in de doos 20 bevestigd is en waarmee de eerste geleiders 5 met de geisoleerd doorgevoerde tweede geleiders 22 electrisch verbonden zijn. Een dergelijke inrichting 10 biedt grote voordelen. Zij omvat bijvoorbeeld een DIL of Butterfly omhulling waardoor een compacte montage op een printplaat 60 mogelijk is.
Dankzij het feit dat de module 1 de laser 3 hermetisch afsluit,
<Desc/Clms Page number 6>
behoeft de doos 20 niet hermetisch afgesloten te zijn. Dit heeft onder meer het voordeel dat lijm verbindingen kunnen worden toegepast. Ook kunnen lijmen worden toegepast, waaruit voor de laser 3 schadelijke gassen kunnen vrijkomen. De relatief critische module 1 kan vooraf en buiten de doos 20 vervaardigd worden. Door de module 1 op voorraad te houden kan een breed produkten pakket snel geleverd worden.
De module 1 is rond en de middelen 30 omvatten een blokvormig, koperen lichaam 30 waarvan de bovenzijde voorzien is van een ronde uitsparing 31 waarin de eerste houder 2 is bevestigd. Het blokvormige lichaam 30 is middels een Peltier element 32 en een koperen koelplaat 33, met het bodemvlak 21 verbonden. Hierdoor is de temperatuur van de laser 3 en de module 1 gestabiliseerd. De middelen 40 omvatten een plaat 40 van een isolerend materiaal, bijvoorbeeld van keramiek, waarvan een zijde 41 volledig bedekt is met een geleidende laag en de andere zijde 42 bedekt is met geleidende sporen 43, 44. Het geleidende spoor 43 ligt aan aarde, het geleidende spoor 44 voert een signaal naar de laser 3. De ene uiteinden van de geleidende sporen 43, 44 zijn, bijvoorbeeld door solderen, met de eerste geleiders 5 verbonden.
De andere uiteinden zijn, eveneens door middel van solderen, met de tweede geleiders 22 verbonden. De geleider 22 waarmee het geleidende spoor 44 is verbonden is coaxiaal uitgevoerd, d. w. z dat zich binnen de doos 20 rond deze tweede geleider 22 een metalen cilinder 45 bevindt. Dankzij deze zogenaamde "strip line" techniek en de coaxiale uitvoering van het signaal naar de laser 3, is de inrichting 10 bruikbaar bij grote systeem snelheden, zoals 1 Ghz of zelfs 10 Ghz.
De toegepaste DIL doos 20 maakt doormeten en montage van de inrichting 10 gemakkelijk. In een eerder genoemde zogenaamde"Butterfly"variant bevatten de zijvlakken 24, 25 van de doos 20 elk n rij van geisoleerd doorgevoerde tweede geleiders 22. Een dergelijke doos 20 is zeer geschikt voor gebruik in systemen met een hoge snelheid. De doos 20 wordt dan bijvoorbeeld in een uitsparing van de printplaat 60 gemonteerd.
De coaxiale module 1 bevat in dit voorbeeld een tussen de eerste houder 2 en tweede houder 6 gelegen tussenstuk 8. Het tussenstuk 8 en een van beide houders 2, 6, hier houder 2, zijn in elkaar schuifbaar aangebracht en een van deze delen 2, 8, hier deel 8, vertoont een verdund ringvormig verbindingsstuk 9, waarbij na axiale instelling van het einde van de optische glasvezel 7 ten opzichte van de laser 3 het verdunde verbindingsstuk 9 van het ene deel, hier deel 8, aan het oppervlak van het andere deel, hier
<Desc/Clms Page number 7>
EMI7.1
deel is bevestigd door middel van een aantal-niet in de tekening weergegeven-laser lassen.
De naar elkaar gerichte einden van het tussenstuk 8 en de andere houder, hier houder 6, vertonen een vlak oppervlak dat dwars op de axiale instel richting staat en waaraan laatstgenoemde delen, hier de delen 6, tegen elkaar zijn gelegen en een van deze delen (6, hier het deel 6, vertoont een verdunde flens 11, waarbij na transversale instelling van het einde van de glasvezel 7 ten opzichte van de laser 3 de verdunde flens 11 van het ene deel, hier het deel 6, aan het oppervlak van het andere deel, hier het deel 8, is bevestigd eveneens door middel van een aantal lassen. Een inrichting 10 volgens de uitvinding bezit dankzij een dergelijke, veelal ronde, module een bijzonder goede en betrouwbare laser-glasvezel koppeling en is relatief gemakkelijk te vervaardigen.
In een opening 51 van de eerste houder 2 bevindt zich een lens 12 die bijdraagt aan een goede laser-glasvezel koppeling. Het tussenstuk 8 biedt plaats aan een optische isolator 13 die ongewenste optische terugkoppeling naar de laser 3 tegengaat en waarvan, dankzij zijn positie binnen de module 1, de temperatuur relatief stabiel is. Dit biedt onder meer het voordeel dat een relatief goedkope, met behulp van epitaxiale technieken vervaardigde, isolator 13, kan worden toegepast. De isolator 13 bevat hier BIG (= Bismuth Iron Gamet).
De hoekvormige koelplaat 33 bevat koper evenals een tegen het zijvlak 26 geplaatste verdere koelplaat 28. Koper bezit een circa 25 maal betere warmtegeleiding dan Kovar of Femico (Ijzer, Kobalt en Nikkel houdende legeringen) waarvan de wanden 21, en het-niet in de tekening weergegeven-deksel van de doos 20 zijn vervaardigd. De wanden van de doos 20 zijn ongeveer 1 mm dik en de afmetingen van de doos 20 zijn ongeveer 2, x 1, x 1, De diameter van de module 1 is ongeveer 0, cm, de lengte ongeveer 1, cm. Het uit de doos 20 stekende deel van de optische glasvezel 7 is middels een, als trek ontlasting fungerende, metalen kap 29 aan de doos 20 gelijmd. De laser 3 is reeds binnen de eerste houder 2 hermetisch van de omgeving van de module 1 afgesloten. De eerste houder 2 bevat tevens een monitordiode 53 waarmee het optische vermogen van de laser 3 gemeten wordt.
De monitordiode 53 bevat n met de laser 3 gemeenschappelijke aansluiting aan aarde een eerste geleider 5, geleiderspoor 43 en een tweede geleider 22. Een andere electrische aansluiting van de monitordiode 53 loopt via de derde-niet in de tekening weergegeven-
<Desc/Clms Page number 8>
eerste aansluitgeleider en een derde-eveneens niet in de tekening weergegevengeleiderspoor naar een derde tweede geleider 22.
De inrichting 10 van dit voorbeeld wordt als volgt vervaardigd met een werkwijze volgens de uitvinding. Allereerst wordt de coaxiale module 1 vervaardigd zoals in de hierboven genoemde europese octrooiaanvrage is beschreven. In deze module 1 is de laser 3 hermetisch afgesloten van de omgeving buiten de module 1 waaruit eerste geleiders 5 steken. Vervolgens wordt volgens de uitvinding (zie figuur 1 en 2) de module 1 in een doos 20 opgenomen waarvan tenminste een zijvlak 21 voorzien is van ten minste een rij van geisoleerd doorgevoerde tweede geleiders 22.
Hierbij worden volgens de uitvinding middelen 30, 40 in de doos 20 aangebracht waarmee de module 1 in de doos bevestigd wordt en de eerste geleiders 5 met de tweede geleiders 22 verbonden worden. De middelen 30 omvatten bij voorkeur een blokvormig lichaam 30 met een ronde uitsparing 31 waarin de cirkelvormige delen van de module 1 rusten. Het blok 30 kan eerst op de module 1 of in de doos 20 bevestigd worden. Ook kunnen beide bevestigingen tegelijkertijd plaats vinden. De middelen 40 omvatten bij voorkeur een plaat 40 van een isolerend materiaal en voorzien van geleidersporen 44, 45 die met de eerste geleiders 5 en de tweede geleiders 22 verbonden worden. Bij voorkeur wordt eerst de plaat 40 aan de module 1 bevestigd. Daartoe worden de in een cirkel liggende eerste geleiders 5 in een plat vlak gebogen.
Tijdens of na het plaatsen van de module 1 in de doos 20 wordt dan de plaat 40 verbonden met de tweede geleiders 22.
De uitvinding is niet beperkt tot het gegeven uitvoeringsvoorbeeld, daar voor de vakman binnen het kader van de uitvinding vele modificaties en variaties mogelijk zijn.
Zo kunnen andere materialen of andere afmetingen dan de in het voorbeeld genoemde worden toegepast. Met name wordt opgemerkt dat hoewel de inrichting volgens de uitvinding bij voorkeur een halfgeleiderdiodelaser als opto-electronische component bevat, de uitvinding niet daartoe beperkt is. De inrichting kan met voordeel ook andere opto-electronische componenten zoals een photodiode of een LED (= Light Emitting Diode) bevatten.