DE10023221C2 - Optoelektronisches Kopplungselement und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Optoelektronisches Kopplungselement und Verfahren zu dessen Herstellung

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Description

Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Kopplungs­ element und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Das optoelektronische Kopplungselement umfaßt ein Kopplungsteil, welches Koppelmittel zum Koppeln von Licht aus einem Lichtweg in mindestens ein Lichtleiterelement und/oder zum Koppeln von Licht aus dem mindestens einen Lichtleiterelement in den Lichtweg aufweist, einen Bauteileträger mit mindestens einem hierauf angeordneten Optohalbleiter und Umlenkmittel zum Ausbilden des Lichtwegs zwischen den Koppelmitteln und dem wenigstens einen Optohalbleiter.
Derartige optoelektronische Kopplungselemente werden benutzt, um eine Kopplung zwischen lichterzeugenden oder lichtempfangenden optoelektronischen Bauelementen und Lichtleitelementen, insbesondere Lichtwellenleitern herzustellen. Aus der Druckschrift DE 197 43 992 C1 sind ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Steckeraufnahmeelements und ein optoelektronischer Stecker bekannt. Das bekannte Steckeraufnahmeelement enthält einen Montageblock mit zwei Ausrichtstiften, die beim Zusammenfügen des Steckeraufnahmeelements mit einem optischen Stecker in Löcher eingeführt werden, die in dem optischen Stecker ausgebildet sind, um eine Justage der im Stecker angeordneten Lichtwellenleiter hinsichtlich des auf einem Bauteileträger angeordneten optoelektronischen Bauteils zu erreichen. Die Lichtwellenleiter werden zu diesem Zweck Koppelmitteln gegenüberliegend angeordnet, die Licht, das von dem optoelektronischen Bauteil erzeugt und mit Hilfe von Umlenkmitteln zu den Koppelmitteln geleitet wurde, in die Lichtwellenleiter einkoppeln oder Licht aus den Lichtwellenleitern in den Lichtweg in den Umlenkmitteln einkoppeln, um das aus den Lichtwellenleitern ausgekoppelte Licht zu dem optoelektronischen Teil zu leiten, welches in diesem Fall als ein Empfängerelement ausgebildet ist. Die Umlenkmittel umfassen hierbei optische Elemente bzw. Bauteile zum verlustarmen Durchleiten des Lichts, beispielsweise Linsen oder Totalreflexionsflächen.
Um eine möglichst verlustarme Übertragung des Lichts von dem optoelektronischen Bauteil zu den Koppelmitteln und umgekehrt zu gewährleisten, ist es notwendig, daß die Koppelmittel, die Umlenkmittel und das optoelektronische Bauteil bzw. der Bauteilträger relativ zueinander in bestimmter Weise angeordnet sind.
Aus der DE-A1-44 40 935 ist eine optische Sende- und Empfangseinrichtung bekannt, mit einem optischen Sendeelement auf einem ersten Träger, sowie einem optischen Empfangselemlent und einer Übertragungsfaser auf einem dritten Träger. Dazwischen ist ein zweiter Träger vorgesehen, der für die Wellenlänge des vom Sendeelement ausgesendeten Lichts durchlässig ist. Die Träger liegen flach aufeinander und können so justiert werden.
Aus der US-A-5479540 ist ebenfalls ein optoelektronisches Koppelelement mit mehreren Trägern und darauf aufgebrachten ooptoelektronischen Elementen und Umlenkmitteln bekannt. Es erfolgt eine passive Justierung der einzelnen Träger mit den darauf befindlichen Umlenkmitteln zueinander.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optoelektronisches Kopplungselement der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei dem eine verbesserte Möglichkeit zur Optimierung des Lichtwegs zwischen den Koppelmitteln und de Optohalbleitern besteht.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Kopplungselement mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.
Der Erfindung liegt der wesentliche Gedanke zugrunde, die zur Ausbildung des Lichtwegs zwischen dem oder den Optohalbleitern und den Koppelmitteln genutzten Umlenkmitteln mehrteilig so auszubilden, daß mit Hilfe einer Justage der mehrteiligen Umlenkmittel ein hinsichtlich des verlustarmen Durchleitens des Lichts optimierter Lichtweg beim Herstellen des optoelektronischen Kopplungselementes geschaffen werden kann.
Bei den bekannten optoelektronischen Kopplungselementen wird zur Optimierung des Lichtwegs üblicherweise der Bauteileträger mit dem Optohalbleiter relativ zu den Umlenkmitteln bewegt. Dieses erlaubt jedoch nur eine sehr eingeschränkte Justierung bzw. Optimierung des Lichtwegs. Der wesentliche Vorteil, welcher mit der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik erreicht ist, besteht darin, daß mit Hilfe der relativen Bewegung des optischen und des anderen optischen Umlenkmittels zueinander eine feine Justage des Lichtwegs ermöglicht ist.
Ein wesentlicher Vorteil besteht weiterhin darin, daß das vorgeschlagene Herstellungsverfahren in Verbindung mit üblichen Bauteileträgern verwendet werden kann, ohne daß die Bauteileträger konstruktiv verändert werden müssen.
Darüber hinaus ermöglicht die Mehrteiligkeit der Umlenkmittel, daß die Umlenkmittl in Verbindung mit verschiedenen Koppelmitteln und Bauteileträgern verwendet werden können, wobei bestimmte Teile der Umlenkmittel für verschiedene Koppelmittel bzw. Bauteileträger verwendbar sind und andere Teile der Umlenkmittel individuell an die verschiedenen Koppelmittel bzw. Bauteileträger anpaßbar sind.
Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß nach dem Anordnen des anderen optischen Umlenkmittels ein weiteres optisches Umlenkmittel angeordnet wird, um zwischen den Koppelmitteln und einem weiteren Optohalbleiter auf dem Bauteileträger einen weiteren Lichtweg auszubilden, so daß das optoelektronische Kopplungselement als ein Sende- /Empfangselement ausbildbar ist. Hierdurch können Transceiver-Bauelemente mit Hilfe des vorgeschlagenen Verfahrens hergestellt werden.
Eine Fortbildung der Erfindung sieht vor, daß nach dem Anordnen des anderen und/oder des weiteren optischen Umlenkmittels der Bauteileträger justiert wird, um eine grobe Justage des Lichtwegs zwischen den Koppelmitteln und dem wenigstens einen Optohalbleiter und/oder des weiteren Lichtwegs zwischen den Koppelmitteln und dem weiteren Optohalbleiter durchzuführen, wodurch eine weitere Optimierung des Lichtwegs bzw. des weiteren Lichtwegs ermöglicht ist.
Eine hinsichtlich einer einfachen Justage des Bauteileträgers bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß der Bauteileträger mit Hilfe eines an dem optischen Umlenkmittel angeordneten Vorsprung passiv justiert wird, wobei der Vorsprung in einer an dem Bauteileträger ausgebildeten Ausnehmung angeordnet wird.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden das andere und/oder das weitere optische Umlenkmitteln zum Justieren im wesentlichen in einer Ebene verschoben, wodurch eine höhere Genauigkeit der Justage erreicht werden kann, da die Relativbewegung des anderen und/oder des weiteren optischen Umlenkmittels in Bezug auf Freiheitsgrade eingeschränkt ist, deren Nutzung bei der Justage in der Regel nur unwesentlich zur Optimierung des Lichtwegs bzw. des weiteren Lichtwegs beiträgt.
Ein hinsichtlich einer mit geringem Aufwand und kostengünstig ausführbaren Fixierung der Umlenkmittel nach der Justage sieht vor, daß zum Fixieren des anderen und/oder des weiteren optischen Umlenkmittels ein Klebemittel so aufgebracht wird, daß keine Beeinträchtigung des Lichtwegs und/oder des weiteren Lichtwegs auftritt.
Eine zweckmäßig Fortbildung der Erfindung sieht vor, daß nach dem Fixieren des anderen und/oder des weiteren optischen Umlenkmittels Justagemittel entfernt werden, die zum Justieren an dem anderen und/oder dem weiteren optischen Umlenkmittel ausgebildet sind. Mit Hilfe der Justagemittel ist einerseits die Möglichkeit geschaffen, das andere und/oder das weitere optische Umlenkmittel bei der Justage mit ausreichender Genauigkeit bewegen zu können. Andererseits können die Justagemittel nach Abschluß der Justage und dem Fixieren des anderen und/oder des weiteren optischen Umlenkmittels entfernt werden, so daß eine möglichst kompakte Bauweise des optoelektronischen Kopplungselements unterstützt wird.
Eine in Bezug auf einen möglichst geringen Fertigungsaufwand bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die Justagemittel mittels Abbrechens im Bereich einer Sollbruchstelle von dem anderen und/oder dem weiteren optischen Umlenkmittel entfernt werden.
Die Ausführungsformen gemäß der abhängigen Vorrichtungansprüche weisen die im Zusammenhang mit den zugehörigen Verfahrenansprüchen aufgeführten Vorteile entsprechend auf.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
Fig. 1 ein optoelektronisches Kopplungselement im Querschnitt; und
Fig. 2 das optoelektronische Kopplungselement gemäß Fig. 1 in Seitenansicht.
Gemäß Fig. 1 weist ein optoelektronisches Kopplungselement 1 ein Kopplungsteil 2 mit Ausrichtstiften 3, 4 auf. Die Ausrichtstifte 3, 4 dienen dazu, einen Stecker (nicht dargestellt) hinsichtlich einer ersten und einer zweiten, in dem Kopplungsteil 2 ausgebildeten Lichtdurchtrittsöffnung 5, 6 zu fixieren, um einen Durchlaß von Licht zu ermöglichen, das aus Lichtwellenleitern in dem Stecker tritt oder in die Lichtwellenleiter eingekoppelt wird. Die Ausrichtstifte 3, 4 greifen beim Anordnen des Steckers mit den Lichtwellenleitern in Löcher in dem Stecker (nicht dargestellt), so daß die Lichtwellenleiter relativ zu der ersten und der zweiten Lichtdurchtrittsöffnung 5, 6 angeordnet sind. Die erste und die zweite Lichtdurchtrittsöffnung 5, 6 sind vorzugsweise so ausgebildet, daß die Lichtwellenleiter im Stecker einen mittigen Abstand von etwa 750 µm haben können.
Die erste und die zweite Lichtdurchtrittsöffnung 5, 6 stehen mit Koppelmitteln 7 in Verbindung. Mit Hilfe der Koppelmittel 7 wird Licht aus den Lichtwellenleitern des Steckers (nicht dargestellt) in ein optisches Umlenkteil 8 geleitet bzw. aus dem optischen Umlenkteil 8 in die Lichtwellenleiter eingekoppelt. Für die weitere Beschreibung wird beispielhaft angenommen, daß in einen Lichtwellenleiter, der mit der ersten Lichtdurchtrittsöffnung 5 in Verbindung steht, Licht mit Hilfe der Koppelmittel 7 eingekoppelt wird, wobei das Licht durch das optische Umlenkmittel 8 entlang eines Lichtkanals 9 übertragen wird. Mit Hilfe der Koppelmittel 7 wird hingegen Licht aus einem Lichtwellenleiter, der mit der zweiten Lichtdurchtrittsöffnung 6 in Verbindung steht, in einen anderen Lichtkanal 10 in dem optischen Umlenkmittel 8 gekoppelt. Dieses ist mit Hilfe der Pfeile A bzw. B in Fig. 1 schematisch dargestellt. Im Rahmen dieser beispielhaften Ausbildung der Lichtkanäle 9, 10 ist die erste Lichtdurchtrittsöffnung 5 Teil eines Sendekanals während die zweite Lichtdurchtrittsöffnung 6 Teil eines Empfangskanals ist.
Das Licht wird in dem einen und dem anderen Lichtkanal 9, 10 jeweils unter Ausnutzung von Reflexionen, beispielsweise mittels Totalreflexionen, metallischer oder dielektrischer Verspiegelung geleitet. An dem von den Koppelmitteln 7 abgewandten Ende 11 bzw. 12 des Lichtkanals 9 bzw. des anderen Lichtkanals 10 erfolgt ein Übergang des Lichts zwischen dem optischen Umlenkteil 8 und einem ersten bzw. einem zweiten optischen Umlenkteil 13, 14. Das erste optische Umlenkteil 13 weist einen innerhalb des optoelektronischen Kopplungselements 1 angeordneten inneren Abschnitt 15 und einen außerhalb des optoelektronischen Kopplungselements 1 angeordneten äußeren Abschnitt 16 auf. In gleicher Weise weist das zweite optische Kopplungselement 14 einen inneren Abschnitt 17 und einen äußeren Abschnitt 18 auf. Der innere Abschnitt 15 bzw. 17 und der äußere Abschnitt 16 bzw. 18 sind jeweils in einem Bereich 19 bzw. 20 miteinander verbunden, wobei in dem Bereich 19 bzw. 20 eine Sollbruchstelle 21 bzw. 22 ausgebildet ist.
Zur Leitung des Lichts weisen das erste und das zweite optische Umlenkteil 13, 14 jeweils einen linsenförmigen Abschnitt 23 bzw. 24 auf. Mit Hilfe des linsenförmigen Abschnitts 24 des inneren Abschnitts 17 wird das Licht in eine Öffnung 25 fokussiert, an dessen gegenüberliegendem Ende 26 ein Empfangs-Optohalbleiter 27 angeordnet ist. Mit Hilfe des linsenförmigen Abschnitts 23 des inneren Abschnitts 15 wird Licht, welches von einem Sende-Optohalbleiter 28 emittiert wird und durch eine Öffnung 29 gelangt, gesammelt und in den Lichtkanal 9 fokussiert.
Bei der Herstellung des optoelektronischen Kopplungselements 1 wird zunächst das optische Umlenkmittel 8 auf einer Unterseite 30 des Kopplungsteils 2 angeordnet. Zur Fixierung des optischen Umlenkmittels 8 weist dieses auf einer dem Kopplungsteil 2 zugewandten Oberfläche 31 einen Vorsprung 32 auf, welcher in eine Ausnehmung 33 so eingreift, daß das optische Umlenkteil 8 hinsichtlich des Kopplungsteils 2 fixiert ist. Weiterhin wird ein Bauteileträger 34 angeordnet, auf dem die Öffnungen 25, 29 ausgebildet sind und der Empfangs-Optohalbleiter 27 und der Sende-Optohalbleiter 28 angeordnet sind. In einem Raum 35 zwischen dem Bauteileträger 34 und dem optischen Umlenkteil 8 werden dann das erste und das zweite optische Umlenkteil 13, 14 eingebracht.
Zur Justage der Lichtwege zwischen den Koppelmitteln 7 und dem Sende-Optohalbleiter 28 bzw. den Koppelmitteln 7 und dem Empfangs-Optohalbleiter 27 wird zunächst der Bauteileträger 34 relativ zu dem optischen Umlenkmittel 8 justiert. Hierdurch erfolgt bevorzugt eine Grobjustage. Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform greift zur passiven Justage des Bauteileträgers hinsichtlich des optischen Umlenkteils 8 ein an dem optischen Umlenkteil 8 ausgebildeter Vorsprung 38 in einer Ausnehmung 39 in dem Bauteileträger 34.
Zur Feinabstimmung der Justage der Lichtwege werden anschließend das erste und das zweite optische Umlenkteil 13, 14 im wesentlichen parallel zu dem optischen Umlenkteil 8 verschoben. Die Verschiebung erfolgt vorzugsweise im wesentlichen in einer Ebene. Dieses ist mit Hilfe der Pfeile A bzw. B in den Fig. 1 und 2 schematisch dargestellt.
Nachdem das erste und das zweite optische Umlenkteil 13, 14 jeweils zur Optimierung der Lichtwege justiert werden, wird vorzugsweise ein Klebstoff aufgebracht, um das erste und das zweite optische Umlenkteil 13, 14 zu fixieren. Beim Einbringen des Klebstoffs ist darauf zu achten, daß Hohlräume 36, 37, die den inneren Abschnitt 15 bzw. 17 umgeben, nur soweit mit Klebstoff gefüllt werden, daß die Lichtwege nicht beeinträchtigt werden. Dieses bedeutet insbesondere, daß Klebstoff nicht in den jeweiligen linsenförmigen Bereich 23 bzw. 24 gelangen darf. Bei dem Klebstoff handelt es sich vorzugsweise um einen lichtaushärtenden und/oder einen wärmeaushärtenden Kleber.
Nach dem Fixieren des ersten und des zweiten optischen Umlenkteils 13, 14 mit Hilfe des Klebstoffs kann der jeweilige äußere Abschnitt 16 bzw. 18 entfernt werden, wobei die Abtrennung im Bereich der jeweiligen Sollbruchstelle 21 bzw. 22 erfolgt.

Claims (11)

1. Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Kopplungselements (1), das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweisend:
  • - Anordnen eines Kopplungsteils (2), welches Koppelmittel (7) zum Koppeln von Licht aus einem Lichtweg in mindestens ein Lichtleiterelement und/oder zum Koppeln von Licht aus dem mindestens einen Lichtleiterelement in den Lichtweg umfaßt;
  • - Anordnen eines Bauteileträgers (34), auf dem wenigstens ein Optohalbleiter (28) angeordnet ist;
  • - Anordnen und Fixieren eines optischen Umlenkmittels (13) relativ zu dem Kopplungsteil (2);
  • - Anordnen eines anderen optischen Umlenkmittels (8), derart, daß der Lichtweg zwischen den Koppelmitteln (7) und dem wenigstens einen Optohalbleiter (27) ausgebildet ist;
  • - Justieren des anderen optischen Umlenkmittels (13) mit Hilfe einer Relativbewegung in Bezug auf das optische Umlenkmittel (8), um den Lichtweg zwischen den Koppelmitteln (7) und dem wenigstens einen Optohalbleiter (28) hinsichtlich eines verlustarmen Durchleitens des Lichts zu optimieren; und
  • - Fixieren des weiteren optischen Umlenkmittels (13) relativ zu dem Kopplungsteil (2), dem wenigstens einen Optohalbleiter (28) und dem einen optischen Umlenkmittel (8).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß nach dem Anordnen des anderen optischen Umlenkmittels (13) ein weiteres optisches Umlenkmittel (14) angeordnet wird, um zwischen den Koppelmitteln (7) und einem weiteren Optohalbleiter (28) auf dem Bauteileträger (34) einen weiteren Lichtweg auszubilden, so daß das optoelektronische Kopplungselement (1) als ein Sende-/Empfangselement ausbildbar ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß nach dem Anordnen des anderen und/oder des weiteren optischen Umlenkmittels (13, 14) der Bauteileträger (34) justiert wird, um eine grobe Justage des Lichtwegs zwischen den Koppelmitteln (7) und dem wenigstens einen Optohalbleiter (28) und/oder des weiteren Lichtwegs zwischen den Koppelmitteln (7) und dem weiteren Optohalbleiter (27) durchzuführen.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Bauteileträger (34) mit Hilfe eines an dem optischen Umlenkmittel (8) angeordneten Vorsprung (35) passiv justiert wird, wobei der Vorsprung (35) in einer an dem Bauteileträger (34) ausgebildeten Ausnehmung (36) angeordnet wird.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das andere und/oder das weitere optische Umlenkmittel (13, 14) zum Justieren im wesentlichen in einer Ebene verschoben werden.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß zum Fixieren des anderen und/oder des weiteren optischen Umlenkmittels (13, 14) ein Klebemittel so aufgebracht wird, daß keine Beeinträchtigung des Lichtwegs und/oder des weiteren Lichtwegs auftritt.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Fixieren des anderen und/oder des weiteren optischen Umlenkmittels (13, 14) Justagemittel (16, 18) entfernt werden, die zum Justieren an dem anderen bzw. dem weiteren optischen Umlenkmittel (13, 14) ausgebildet sind.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Justagemittel (16, 18) mittels Abbrechens im Bereich einer Sollbruchstelle (21, 22) von dem anderen und/oder dem weiteren optischen Umlenkmittel (13, 14) entfernt werden.
9. Optoelektronisches Kopplungselement (1) mit einem Kopplungsteil (2), welches Koppelmittel (7) zum Koppeln von Licht aus einem Lichtweg in mindestens ein Lichtleiterelement und/oder zum Koppeln von Licht aus dem mindestens einen Lichtleiterelement in den Lichtweg umfaßt, einem Bauteileträger (34) mit mindestens einem hierauf angeordneten Optohalbleiter (28) und Umlenkmitteln (8, 13) zum Ausbilden des Lichtwegs zwischen den Koppelmitteln (7) und dem wenigstens einen Optohalbleiter (28), wobei die Umlenkmittel (8, 13) ein optisches Umlenkmittel (8) und ein anderes optisches Umlenkmittel (13) umfassen, die beim Herstellen des optoelektronischen Kopplungselements (1) getrennt voneinander montierbar sind, so daß der Lichtweg mit Hilfe einer Justage des anderen optischen Umlenkmittels (13) optimierbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkmittel ein weiteres optisches Umlenkmittel (14) umfassen, das beim Herstellen des optoelektronischen Kopplungselements (1) getrennt von dem optischen und dem anderen optischen Umlenkmittel (8, 13) montierbar ist, so daß ein weiterer Lichtweg zwischen einem weiteren Optohalbleiter (27) auf dem Bauteileträger (34) und den Koppelmitteln (7) ausgebildet ist und mit Hilfe einer Justage des weiteren optischen Umlenkmittels (14) optimierbar ist.
10. Optoelektronisches Kopplungselement (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Optohalbleiter (28) als ein Sende-Optohalbleiter und der weitere Optohalbleiter (27) als ein Empfangs-Optohalbleiter ausgebildet sind.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das optische und/oder das andere optische und/oder das weitere optische Umlenkmittel (8, 13, 14) jeweils mit Hilfe eines Klebemittels fixiert sind.
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