-
Die Erfindung betrifft eine Kopplungsanordnung
zur optischen Kopplung mindestens eines opto-elektronischen Wandlers
mit einer Mehrzahl von Lichtwellenleitern, die in einer Wellenleiterebene
auf einem planaren Träger
angeordnet sind. Derartige Kopplungsanordnungen eignen sich insbesondere für die Kopplung
eng benachbart angeordneter Sende- und Empfangselemente mit Lichtwellenleitern über eng
benachbarte optischen Kanäle.
-
Zur Ankopplung eines Lichtwellenleiters
an einen opto-elektronischen Wandler, etwa eine Empfangsdiode oder
einen VCSEL-Laser,
ist die Verwendung von Kopplungselementen bekannt. Die Kopplungselemente
bilden eine optische Schnittstelle zwischen den opto-elektronischen
Wandlern und den Lichtwellenleitern. Üblicherweise wird diese Schnittstelle
durch ein Stecksystem von Steckverbindern realisiert, wobei die
optische Kopplung durch Linsen oder Wellenleiterstummel erfolgt.
Die Justage der einzelnen Komponenten ist teilweise aufwendig und damit
kostenintensiv.
-
Aus der Veröffentlichung "The PONI-1 Parallel-Optical
Link", Proc. 49th ECTC 1999, S. 763-769 ist ein Trägerblock
bekannt, auf dem eine Mehrzahl opto-elektronischer Wandler montiert
ist. Dieser Trägerblock
hält ein
Paar Führungsstifte,
die eine Führung
für einen
anzukoppelnden optischen Stecker bereitstellen. Die optische Kopplung
zwischen den opto-elektonischen Wandlern und den Wellenleitern des
Steckers erfolgt über
eine Bildplatte mit einer Vielzahl optischer Mikrowellenleiter,
wobei die Bildplatte über
den opto-elektronischen Wandlern angeordnet ist.
-
Die optischen Mikrowellenleiter werden durch
dünne Glasfasern
realisiert, die optische Kanäle
beispielsweise eines Durchmessers von 10 Mikrometer zur Verfügung stellen.
Die Bildplatte ermöglicht es,
optische Signale von ihrem Eingang zu ihrem Ausgang im wesentlichen
ohne Divergenz zu übertragen.
Die Bildplatte überträgt damit
das Licht zwischen einem Raster opto-elektronischer Wandler und einem
entsprechenden Raster von Lichtwellenleitern unter Erhalt des jeweiligen
Rasters. Dies ermöglicht das
Einsparen eines Justageschritts, da die Bildplatte in Bezug auf
die opto-elektronischen Wandler und die anzukoppelnden Lichtwellenleiter
nicht fein justiert werden braucht. Es ist lediglich erforderlich,
die Lichtwellenleiter bzw. den Lichtwellenleiterstecker genau in
bezug auf die opto-elektronischen Wandler zu positionieren.
-
Ein weiterer Vorteil in der Verwendung
einer Bildplatte besteht darin, daß sie den opto-elektonischen
Wandler vor einem direkten Kontakt mit anzukoppelnden Lichtwellenleitern
bzw. einen Lichtwellenleiterstecker schützt.
-
Die bekannte Anordnung unter Verwendung einer
Bildplatte weist jedoch den Nachteil auf, daß die anzukoppelnden optischen
Stecker über
die Führungsstifte
des Trägerblockes
gegenüber
dem Trägerblock
positioniert werden. Dadurch ist es erforderlich, für unterschiedliche
anzukoppelnde Stecker und Zichtwellenleitersysteme Trägerblöcke mit
unterschiedlich ausgebildeten Führungsstiftanordnungen bereitzustellen,
d.h. die Trägerblöcke unterschiedlich auszugestalten.
-
Die
DE 29 10 909 A1 beschreibt eine Steckverbindungsbaugruppe
für Lichtwellenleiter,
bei der zwischen einem Diodenelement und der Stirnfläche einer
in einem optischen Stecker angeordneten optischen Faser eine Bildplatte
angeordnet ist. Die Bildplatte dient dem Zweck, einen Lichtstrahl
ohne zusätzliche
Divergenz zwischen der optischen Faser und dem Diodenelement zu übertragen.
Die Bildplatte ist unter Verwendung einer üblichen Glas-/Metall-Dichtung
in einer Vertiefung des optischen Steckers befestigt.
-
Die
EP 1 028 338 A2 beschreibt eine Anordnung,
bei der eine Bildplatte zwischen einem opto-elektronischen Wandler
und Glasfasern angeordnet ist. Zur Ankopplung eines optischen Steckers sind
Führungsmittel
an einem Gehäuse
angeordnet, das einen Träger
mit dem opto-elektronischen Wandler trägt.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Kopplungsanordnung zur optischen Kopplung mindestens eines opto-elektronischen
Wandlers mit einer Mehrzahl von Lichtwellenleitern, die in einer Wellenleiterebene
auf einem Träger
angeordnet sind, zur Verfügung
zu stellen, die in einfacher Weise eine optische Kopplung zwischen
den genannten Elementen bereitstellt, wobei keine Einschränkung hinsichtlich
der Ausgestaltung der für
die Montage der opto-elektronischen Wandler verwendeten Träger vorliegen
soll.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Kopplungsanordnung gelöst,
die eine Bildplatte mit einer Vielzahl optischer Wellenleiter geringen Durchmessers
aufweist, wobei die Bildplatte zwischen dem Träger mit der Mehrzahl von Lichtwellenleitern
und dem mindestens einen optoelektronischen Wandler angeordnet ist.
Die Bildplatte weist des weiteren Führungsmittel zur Ankopplung
und Fixierung des Trägers
mit der Mehrzahl von Lichtwellenleitern an der Bildplatte auf oder
ist mit derartigen Führungsmitteln
verbunden. Die auf dem planaren Träger angeordneten Lichtwellenleiter
sind direkt, ohne Verwendung eines optischen Steckers, über die Bildplatte
mit dem mindestens einen optoelektronischen Wandler gekoppelt.
-
Damit sind die Führungsmittel nicht an einem Trägerblock
mit den opto-elektronischen Wandlern befestigt, sondern an der Bildplatte
selbst. Dadurch kann ein beliebiger Träger für die Montage und elektrische
Kontaktierung der opto elektronischen Wandler eingesetzt werden.
Es ist lediglich die Bildplatte mittels der Führungsmittel mit dem Träger mit
der Mehrzahl der anzukoppelnden Lichtwellenleiter zu verbinden und
diese Anordnung dann gegenüber den
opto-elektronischen Wandlern zu justieren und zu fixieren.
-
Die Lichtwellenleiter sind stirnseitig
ohne die Verwendung von optischen Steckern an die opto-elektronischen
Wandler angekoppelt.
-
Bevorzugt greift das Führungselement
in Nuten auf der Wellenleiterebene ein. Dies ermöglicht in einfacher Weise eine
Fixierung und Ankopplung der Lichtwellenleiter an dem Führungselement.
-
In einer bevorzugten Ausgestaltung
der Erfindung sind die Bildplatte und der mindestens eine opto-elektronische
Wandler durch eine optisch transparente Vergußmasse mindestens teilweise
gemeinsam umhüllt.
Hierdurch werden die optoelektronischen Wandler und die Bildplatte
gegenüber
der Umgebung verkapselt und vor Feuchtigkeit, Schmutz etc. geschützt. Insbesondere
wird sichergestellt, dass der optische Pfad zwischen den opto-elektronischen
Wandlern und der Bildplatte geschützt innerhalb der Vergußmasse verläuft.
-
Die Erfindung wird nachfolgend unter
Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Es
zeigen:
-
1 eine
Draufsicht auf eine Bildplatte mit Führungsstifen,
-
2 eine
Anordnung mit einem Träger,
einem opto-elektronischen Wandler und der Bildplatte der 1, wobei die Bildplatte
im Schnitt entlang der Linie A-A der 1 dargestellt
ist,
-
3 eine
Draufsicht auf eine alternative Ausgestaltung einer Bildplatte mit
Führungsstifen,
-
4 einen
Schnitt durch eine alternative Anordnung eines Trägers mit
einem opto-elektronischen Wandler und einer Bildplatte, wobei die
Führungsmittel
eine Aufnahmeöffnung
für einen
Stecker ausbilden,
-
5 einen
teilweise geschnittene Ansicht einer Anordnung mit einem Träger, mit
einem opto-elektronischen Wandler und einer Bildplatte, wobei die
anzukoppelnden Lichtwellenleiter in einer Wellenleiterebene angeordnet
sind, und
-
6 ein
teilweise geschnittene Ansicht der Anordnung der 5 entlang der Linie B-B.
-
1 zeigt
eine Bildplatte 1, die aus einer Vielzahl mechanisch stabiler,
dünner
Glasfasern besteht, die optische Kanäle eines Durchmessers von etwa
10 Mikrometern ausbilden. Die Bildplatte 1 bildet Strukturen,
die an den Enden der Bildplatte 1 bzw. der Glasfasern anliegen,
unmittelbar aufeinander ab, ohne daß die Lichtstrahlen innerhalb
der Bildplatte zusammenlaufen oder divergieren.
-
Die Bildplatte 1 besitzt
als Führungsstruktur zwei
V-förmige
Längsnuten 101,
in denen jeweils ein Führungsstift 21 angeordnet
ist. Die Führungsstifte 21 stellen
die Führung
und Fixierung eines anzukoppelnden Lichtwellenleitersteckers (nicht
dargestellt) sicher. Zum Fixieren der Führungsstifte 21 an
der Bildplatte 1 sind die Bildplatte 1 und Führungsstifte 21 von
einem Rahmen 3 umgeben.
-
2 zeigt
die Anordnung der 1 in
Verbindung mit einem Trägerelement 4.
Auf dem Trägerelement 4 ist
ein optoelektronisches Sende- oder Empfangselement 5 montiert.
Bei dem Sende- oder Empfangselement 5 handelt es sich beispielsweise um
einen Chip mit einem Array optoelektronischer Wandler wie VCSEL-Laser
oder Empfangsdioden. Beispielsweise sind auf dem Chip nebeneinander zwölf Wandler
in einem Abstand von jeweils 250 Mikrometer angeordnet.
-
Das Sende- oder Empfangselement 5 wird über ein
Steuerungsmodul 6 angesteuert, das in 2 ebenfalls auf dem Träger 4 angeordnet
ist.
-
Über
dem Sende- oder Empfangselement 5 ist die Bildplatte 1 der 1 mit den Führungsstiften 21 angeordnet.
Sie wird nach einer vorgenommenen Justage fest mit dem Trägerelement 4 verbunden. Entsprechend
dem Array opto-elektronischer Wandler des Sende- oder Empfangselement 5 stellt
die Bildplatte 1 eine Mehrzahl eng benachbarter optischer
Kanäle
zur Verfügung, über die
Lichtsignale zwischen den Wandlern des Sende- oder Empfangselement 5 und
anzukoppelnden Lichtwellenleitern jeweils ohne Divergenz übertragen
werden. Erst bei Austritt aus der Bildplatte 1 divergiert
das Licht, wie in 2 durch
die Lichtstrahlen 7 schematisch dargestellt ist.
-
Zwischen dem Sende- oder Empfangselement 5 und
der Bildplatte 1 ist bevorzugt ein optisch transparenter
Verguß vorhanden (nicht
dargestellt), der das Sende- oder Empfangselement 5 gegebenenfalls
vollständig
umhüllt.
Der optische Verguß dient
dem Schutz des Sende- oder Empfangselements 5 und stellt
einen geschützten
optischen Pfad zwischen Sende- oder Empfangselement 5 und
Bildplatte 1 zur Verfügung.
-
Zur optischen Kopplung ist es lediglich
erforderlich, die anzukoppelnden Lichtwellenleiter bzw. einen Lichtwellenleiterstecker
und die Wandler des Sende- oder Empfangselement 5 exakt übereinander zu
positionieren. Da ein anzukoppelnder Stecker durch die Führungsstifte 21 gegenüber der
Bildplatte 1 fixiert wird, muß dabei lediglich die Bildplatte 1 mit den
Führungsstiften 21 gegenüber dem
Sende- oder Empfangselement 5 fixiert werden. Damit ist
nur ein Justageschritt erforderlich.
-
In 3 ist
eine alternative Ausführungsform einer
Bildplatte 1 mit Führungsstiften 21 dargestellt. Die
Bildplatte 1 ist hier in eine Halteplatte 8, etwa
eine Kunststoffplatte, eingebettet. Die Führungsstifte 21 sind
an der Halteplatte 8 befestigt, etwa in diese eingeklebt.
Die Halteplatte 8 stellt eine Struktur zur Verbindung der
Bildplatte 1 mit den Führungsstiften 21 zur
Verfügung.
-
4 zeigt
ein Ausführungsbeispiel,
bei dem die mit der Bildplatte verbundenen Führungsmittel nicht durch Führungsstifte,
sondern durch ein Führungselement
gebildet werden. Dabei ist auf einem Träger 4' ähnlich wie in der 2 ein Sende- oder Empfangselement 5' angeordnet,
dem eine Bildplatte 1' zugeordnet
ist. Die Bildplatte 5' ist
mit einem Führungselement 22 verbunden
(beispielsweise verklebt), das eine Aufnahmeöffnung bzw. Steckerführung 9 für einen
anzukoppelnden Lichtwellenleiterstecker 10 ausbildet.
-
Das Führungselement 22 ist
innen hohl und weist einen unteren Bereich größeren Innendurchmessers, in
dem es die Bildplatte 1' umschließt, und einen
oberen Bereich geringeren Innendurchmesser auf, in dem es die Steckerführung 9 für den Lichtwellenleiterstecker 10 ausbildet.
-
Der anzukoppelnde Lichtwellenleiterstecker 10 ist
beispielsweise eine Keramikferrule, in deren Mitte ein oder mehrere
Lichtwellenleiter 14 eingebettet sind. Zur Herstellung
einer optischen Kopplung zwischen dem Lichtwellenleiter 14 bzw.
Stecker 10 und dem Sende- oder Empfangselement 5' wird zunächst der
Lichtwellenleiterstecker 10 in das Führungselement 22 eingesteckt.
Dabei liegt ein sogenannter „physical
contact" zwischen
dem Lichtwellenleiter 14 und der Bildplatte 1' vor, d.h. die
Elemente berühren
sich direkt. Dadurch wird eine Rückreflexion
bei der Einkopplung von Licht in das jeweils andere Element weitestgehend
vermieden.
-
Anschließend wird die Anordnung zusammen
mit der Bildplatte 1' gegenüber dem
Sende- oder Empfangselement 5' justiert und fixiert.
-
Bei Verwendung anderer Stecker wird
das Führungselement 22 entsprechend
angepaßt,
ohne daß die
Anordnung von Träger 4' und Sende-
oder Empfangselement 5' modifiziert
werden müßte.
-
In den 5 und 6 ist eine Ausführungsform der
Erfindung dargestellt, bei der die Lichtwellenleiter nicht über einen
optischen Stecker an ein Sende- oder Empfangselement angekoppelt
werden, sondern eine direkte Kopplung erfolgt. Eine Vielzahl von Lichtwellenleitern 14' (vgl. 6) ist dabei in eine Wellenleiterebene 11 eingebettet,
die in den 5 und 6 zwischen zwei Leiterplattenebenen 12, 13 verläuft. Eine
solche Anordnung von Lichtwellenleitern ist an sich bekannt. Das
ein- bzw. auszukoppelnde Licht tritt dabei stirnseitig in die Wellenleiterebene 11 ein
bzw. aus dieser aus.
-
Gemäß 5 sind die Lichtwellenleiter 14 unmittelbar
vor einer Bildplatte 1'' positioniert,
an die sich entsprechend den 1 und 4 ein auf einem Träger 4'' angeordnetes Sende- oder Empfangselement 5'' anschließt. Zur Ankopplung und Fixierung der
Wellenleiterebene 11 an der Bildplatte 1'' ist ein mit der Bildplatte 1'' verbundenes Führungselement 23 vorgesehen.
An dem Führungselement 23 sind dazu
längliche
Führungen 231 ausgebildet,
die in entsprechende Nuten 111 in der Oberfläche der
Wellenleiterebene 11 eingreifen (vgl. 6) .
-
Die Bildplatte 1'' dient zusätzlich dem Schutz des Sende-
und Empfangselements 5" vor
der anzukoppelnden Struktur 11, 12, 13.
-
Zur Justage wird die Wellenleiterebene 11 mit
den Wellenleitern 14 mittels des Führungselements 23 gegenüber der
Bildplatte 1'' fixiert und
die gesamte Anordnung dann gegenüber
dem Sende- und Empfangselement 5'' justiert
und dann fixiert. Zur Fixierung der Anordnung gegenüber dem
Sende- und Empfangselements 5'' wird,
wie in 5 angedeutet,
das Führungselements 23 an
dem Träger 4'' fixiert.
-
- 1,
1', 1''
- Bildplatte
- 101
- Längsnuten
der Bildplatte
- 21
- Führungsstifte
- 22
- Führungselement
- 23
- Führungselement
- 231
- Führungen
am Führungselement
- 3
- Rahmen
- 4,
4', 4''
- Träger
- 5,
5', 5''
- Sende-
oder Empfangselement
- 6
- Steuerungsmodul
- 7
- Lichtstrahlen
- 8
- Halteplatte
- 9
- Aufnahmeöffnung
- 10
- Lichtwellenleiterstecker
- 11
- Wellenleiterebene
- 111
- Nuten
in Wellenleiterebene
- 12
- Leiterplattenebene
- 13
- Leiterplattenebene
- 14,
14'
- Lichtwellenleiter