DE10121530B4

DE10121530B4 - Lichtleiteranordnung zur seriellen, bidirektionalen Signalübertragung, optische Leiterplatine und Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE10121530B4
Application number: DE10121530A
Authority: DE
Inventors: Martin Dr. Perner
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Polaris Innovations Ltd
Priority date: 2001-05-03
Filing date: 2001-05-03
Publication date: 2005-06-09
Anticipated expiration: 2021-05-04
Also published as: DE10121530A1; US6856721B2; US20020164120A1

Abstract

Lichtleiteranordnung zur seriellen, bidirektionalen Signalübertragung, mit
– einer optischen Signalleitung (12; 62) zum Führen elektromagnetische Strahlung (20) entlang einer Hauptrichtung der Leitung (12; 62),
– einer Mehrzahl von entlang der Hauptrichtung der optischen Signalleitung (12; 62) angeordneten optischen Zugängen (14a–14d; 64, 74) zum Ein- oder Auskoppeln elektromagnetischer Strahlung entlang einer im wesentlichen senkrecht auf der Hauptrichtung des Leitung (12; 62) stehenden Richtung, und
– einer Mehrzahl von innerhalb der optischen Signalleitung (12; 62) angeordneten und jeweils einem optischen Zugang (14a–14d; 64, 74) zugeordneten Streukörpern (16a–16d; 66, 76), wobei jeder Streukörper (16a–16d; 66, 76) mit dem zugeordneten optischen Zugang (14a–14d; 64, 74) derart zusammenwirkt, daß ein Teil der in der optischen Signalleitung (12; 62) geführten Strahlung (20) durch den Streukörper (16a–16d; 66, 76) über den zugeordnete optischen Zugang (14a–14d; 64, 74) aus der optischen Signalleitung (12; 62) auskoppelbar ist, und über den optischen Zugang (14a–14d; 64, 74) einfallende...

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der optischen Signalübertragung und betrifft eine Lichtleiteranordnung zur seriellen, bidirektionalen Signalübertragung mit:

– einer optischen Signalleitung zum Führen elektromagnetischer Strahlung entlang einer Hauptrichtung der Leitung,
– einer Mehrzahl von entlang der Hauptrichtung der optischen Signalleitung angeordneten optischen Zugängen zum Ein- oder Auskoppeln elektromagnetischer Strahlung entlang einer im wesentlichen senkrecht auf der Hauptrichtung des Leitung stehenden Richtung und
– einer Mehrzahl von innerhalb der optischen Signalleitung angeordneten und jeweils einem optischen Zugang zugeordneten Streukörpern,

wobei jeder Streukörper mit dem zugeordneten optischen Zugang derart zusammenwirkt, daß ein Teil der in der optischen Signalleitung geführten Strahlung durch den Streukörper über den zugeordneten optischen Zugang aus der optischen Signalleitung auskoppelbar ist und über den optischen Zugang einfallende Strahlung über den zugeordneten Streukörper in die optische Signalleitung einkoppelbar ist.

Die Erfindung betrifft ferner eine optische Leiterplatine mit einer Mehrzahl solcher Lichtleiteranordnungen gemäß Anspruch 7 und ein Verfahren zur Herstellung einer optischen Leiterplatine gemäß Anspruch 11.

Elektrische Leiterplatinen zur Ansteuerung von elektronischen Bauelementen sind in der modernen Elektronik allgegenwärtig. Seit vielen Jahren erhöht sich die Geschwindigkeit, mit der die Bauelemente betrieben werden, stetig. So laufen moderne Prozessoren bereits mit Taktraten oberhalb von 1 GHz, und auch für die vergleichsweise langsamen Speicherbausteine sind Taktraten von einigen 100 MHz anvisiert und zum Teil bereits verwirklicht.

Mit zunehmender Geschwindigkeit der Signalübertragung treten bei rein elektrischen Leiterplatinen vermehrt Schwierigkeiten auf. Während bei einem niederfrequenten Betrieb mit einigen MHz beispielsweise ein parallel serielles Buskonzept problemlos zu realisieren ist, ergeben sich bei hochfrequentem Betrieb eine Reihe von Problemen.

So tritt bei parallel geführten Signalleitungen, beispielsweise bei hohen Frequenzen, zunehmend das Problem des Übersprechens auf, bei dem Signaländerungen auf einer Leitung Störsignale auf benachbarten Leitungen induzieren. Zur Abhilfe müssen die Leitungen entweder mit großem Abstand voneinander geführt werden, was die erreichbare Datenparallelität erniedrigt, oder es ist erforderlich, aufwendige Maßnahmen zu ergreifen um benachbarte Leitungen gegeneinander abzuschirmen.

Bei der Übertragung von Signalen kommt es insbesondere bei größeren Signalstrecken mit längeren Laufzeiten auch zu Verzerrungen der Signalform, die aufwendig korrigiert oder bereits bei der Auslegung einer Schaltung berücksichtigt werden müssen.

Insgesamt muß somit ein großer Design- und Herstellungsaufwand betrieben werden, um bei elektrischen Leiterplatinen eine störungsfreie und laufzeitangepaßte Signal- oder Datenübertragung bei hohen Signalfrequenzen zu gewährleisten.

Um diese Probleme zu umgehen, wurden daher auch optische Verbindungen verwendet. Allerdings sind die optischen Verbindungen in der Regel nur unidirektional zwischen einem elektrooptischen Signalgeber und einem elektrooptischen Signalempfänger ausgeführt und lassen dann entweder einen Schreib/Lesebetrieb nicht zu, oder erfordern zwei separate Signalleitungen zwischen den beiden Endstationen. Echte bidirektionale Signalführung zwischen zwei Stationen, die jeweils als Sender und Empfänger arbeiten können, ist bisher mit einem hohen elektrooptischen Schaltungsaufwand verbunden.

Werden die übertragenen Signale entlang der Verbindungsstrecke an mehreren Stellen seriell abgegriffen, führt dies bei allen bekannten Verfahren zu einer deutlichen Signalverschlechterung, so daß eine mehrfache optische Auskopplung nur sehr begrenzt möglich ist.

Dabei steht die effektive optische Ein- und Auskopplung von Licht in eine optische Leitung im Widerspruch zu den Anforderungen an eine möglichst einfache, störungsfreie bidirektionale Signalführung, was auf den Wellencharakter des Lichts und der damit verbundenen gerichteten, transversalen elektromagnetischen Signalausbreitung zurückzuführen ist. Elektrische Signalführungen auf rein elektrischen Leiterplatinen kennen dieses Problem nicht, da elektrischer Strom ohne großen Aufwand in einen Stromleiter ein- oder ausgekoppelt werden kann.

Eine Lichtleiteranordnung mit einer optischen Signalleitung, mit einer Mehrzahl von entlang der Hauptrichtung der optischen Signalleitung angeordneten optischen Zugängen zum Ein- oder Auskoppeln elektromagnetischer Strahlung und mit einer Mehrzahl von innerhalb der optischen Signalleitung angeordneten und jeweils einem optischen Zugang zugeordneten Streukörpern ist in WO 85/031791 A1 beschrieben. Die Lichtleiteranordnung kann Koppelkegel zur Ein- und Auskopplung von Licht aufweisen, die jedoch für alle optischen Zugänge identisch ausgebildet sind und daher zu Abschattungen führen können, wenn in einer verlängerten Verbindungslinie zweier optischen Zugänge ein dritter optischer Zugang liegt.

Eine weitere, in DE 42 08 278 A1 beschriebene Lichtleiteranordnung besitzt einen Lichtwellenleiter, der in einem Endbereich an einen einzigen optischen Zugang gekoppelt ist; die gleichzeitige, serielle Kopplung an mehrere Zugänge wird nicht beschrieben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur optischen Signalübertragung mit mehreren optischen Zugängen anzugeben, die eine Ein- und Auskopplung an jeden der optischen Zugänge mit Signalen jeweils derselben Intensität ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei der beschriebenen Lichtleiteranordnung die Form und Größe der Mehrzahl der Streukörper derart aufeinander abgestimmt sind, daß bei Führen elektromagnetischer Strahlung in der optischen Signalleitung der Absolutwert der ausgekoppelten Strahlungsleistung bei jedem optischen Zugang entlang der Hauptrichtung der Leitung im wesentlichen konstant ist, und daß der relative Anteil eingekoppelter Strahlungsleistung für jeden optischen Zugang entlang der Hauptrichtung der Leitung im wesentlichen gleich ist. Die Aufgabe wird ferner durch eine optische Leiterplatine nach Anspruch 9 und durch ein Verfahren zur Herstellung einer optischen Leiterplatine nach Anspruch 13 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen, n-fach seriell angezapften Lichtleiteranorndung sind Streukörper zum bidirektionalen Ein- und Auskoppeln von Licht vorgesehen. Von den in der optischen Signalleitung propagierenden optischen Signalen wird durch Lichtstreuung ein Teil ausgekoppelt, und zwar in einer im wesentlichen senkrecht auf der Propagationsrichtung stehenden Richtung. Umgekehrt können die Streukörper durch Lichtstreuung auch der Einkopplung von über die optischen Zugänge einlaufenden Lichtimpulse dienen. Erfindungsgemäß sind bei der beschriebenen Lichtleiteranordnung Form und Größe der Mehrzahl der Streukörper derart aufeinander abgestimmt, daß bei Führen elektromagnetischer Strahlung in der optischen Signalleitung der Absolutwert der ausgekoppelten Strahlungsleistung bei jedem optischen Zugang entlang der Hauptrichtung der Leitung im wesentlichen konstant ist, und daß der relative Anteil eingekoppelter Strahlungsleistung für jeden optischen Zugang entlang der Hauptrichtung der Leitung im wesentlichen gleich ist.

Bevorzugt ist die Form und Größe der Mehrzahl der Streukörper derart aufeinander abgestimmt, daß bei Führen elektromagnetischer Strahlung in der optischen Signalleitung der Absolutwert der ausgekoppelten Strahlungsleistung bei jedem optischen Zugang entlang der Hauptrichtung der Leitung im wesentlichen konstant ist. Dann können mehrere, seriell entlang der Lichtleiteranorndung vorgesehene Empfänger jeweils mit optischen Signalen derselben Intensität versorgt werden.

Weiter ist es vorteilhaft, die Form und Größe der Mehrzahl der Streukörper derart aufeinander abzustimmen, daß der relative Anteil eingekoppelter Strahlungsleistung für jeden optischen Zugang entlang der Hauptrichtung der Leitung im wesentlichen gleich ist. Dadurch ist gewährleistet, daß optische Strahlung unabhängig von dem Zugang über den die eingekoppelt wird, jeweils mit derselben Intensität in die Lichtleiteranordnung eingekoppelt wird.

Besonders bevorzugt sind Streukörper, die beide der vorgenannten Bedingungen erfüllen.

In einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Streukörper prismenförmig ausgebildet.

Bevorzugt sind die Streukörper durch Prismen gleicher Grundfläche gebildet. Diese Maßnahme stellt sicher, daß die Ein koppelleistung der Streukörper unabhängig vom Apexwinkel der Prismen gleich ist.

Darüber hinaus hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Apexwinkel der Streukörper-Prismen entlang der Hauptrichtung der optischen Signalleitung abnimmt. Abnehmender Apexwinkel führt bei gleichbleibender Grundfläche der Prismen zu einer zunehmenden Auskoppelleistung.

Die zunehmende Auskoppelleistung wird dann vorteilhaft so proportioniert, daß die Zunahme des Anteils ausgekoppelter Leistung die entlang der Propagationsrichtung die durch ausgekoppelten Teilstrahlen abnehmende Signalintensität kompensiert. Dann bleibt trotz der veränderten relativen Auskoppelleistung der Absolutwert der ausgekoppelten Strahlungsleistung entlang der Lichtleiteranorndung konstant.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist an den optischen Zugängen jeweils ein Strahlungssensor und/oder ein Strahlungsemitter vorgesehen. Der Strahlungssensor kann die über den optischen Zugang ausgekoppelte Strahlung aufnehmen und etwa in ein elektrisches Signal zur Weiterverarbeitung durch einen Nutzschaltkreis umwandeln.

Umgekehrt können am optischen Zugang von außen eingehende elektrische Signale einen Strahlungsemitter steuern, der den elektrischen Signalen entsprechende optische Signale ausgibt und über den zugehörigen Streukörper in die Lichtleiteranordnung einkoppelt.

Vorzugsweise sind die optischen Zugänge mit einer Mikrolinse zur Bündelung elektromagnetischer Strahlung abgeschlossen. Je nach den Anforderungen kann es sich dabei um eine Kugellinse, eine Halblinse oder auch eine sonstige konkave oder konvexe Mikrolinse handeln. Befindet sich beispielsweise ein Strahlungssensor im Zentrum des Querschnitts des optischen Zu gangs, so ist eine Bündelung der Strahlung auf diesen Zentrumsbereich durch die Mikrolinse vorteilhaft.

Eine optische Leiterplatine enthält erfindungsgemäß eine Mehrzahl von derartigen parallel geführten Lichtleiteranordnungen. Da sich die optischen Signale in benachbarten optischen Signalleitungen nicht stören, ist eine enge parallele Führung der Signalleitungen möglich.

In einer bevorzugten Ausgestaltung umfaßt die optische Leiterplatine neben einer die optischen Signalleitungen enthaltende Leiterplatine eine damit verbundene Platine, die optische Durchlässe enthält.

Es hat sich als zweckmäßig herausgestellt, wenn die optische Leiterplatine an ihrer Ober- und/oder Unterseite elektrische Verbindungen zur Stromversorgung von an den optischen Zugängen angeordneten elektrooptischen Bauelementen aufweist.

Als besonders vorteilhaft wird angesehen, wenn die optische Leiterplatine eine elektrische Verbindungsleitungen enthaltenden Platine umfaßt, die mit der die optischen Signalleitungen enthaltenden Leiterplatine verbunden ist.

Die optische Leiterplatine kann auch zwei derartige elektrische Verbindungsleitungen enthaltende Platine umfassen. In diesem Fall ist die die optischen Signalleitungen enthaltende Leiterplatine vorzugsweise in die Mitte zwischen beiden zueinander parallel verlaufenden elektrisch betreibbaren Außenplatinen eingebettet. Auf die optische Leiterplatine aufgelötete elektrooptische Komponenten können dann über optische Zugänge in einer oder beiden Außenplatinen mit der die optischen Signalleitungen enthaltenden Leiterplatine kommunizieren.

Bei einem Verfahren zur Herstellung einer optischen Leiterplatine werden

– in einer Leiterplatine eine Mehrzahl parallele Gräben erzeugt,
– die Seitenflächen der Gräben mit einer Reflexschicht versehen,
– die Gräben mit einem transparenten, glasartigen Material aufgefüllt, um dadurch optische Signalleitungen zu erzeugen,
– senkrecht zu den optischen Signalleitungen V-förmige Gräben auf einer oder auf beiden Seiten der Leiterplatine erzeugt,
– die V-förmigen Gräben verspiegelt, um dadurch Streukörper in den optischen Signalleitungen zu erzeugen, und
– die optischen Signalleitungen unter Aussparung von gegenüber den V-förmigen Gräben angeordneten optischen Zugangsbereichen verspiegelt.

Bevorzugt wird die die optischen Signalleitungen enthaltende Leiterplatine mit einer optische Durchlässe enthaltenden Platine verbunden.

Die die optischen Signalleitungen enthaltende Leiterplatine wird zweckmäßig mit einer elektrische Verbindungsleitungen enthaltenden Platine verbunden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung des Ausführungsbeispiels und den Zeichnungen. Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente dargestellt. Es zeigt
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Lichtleiteranorndung;
2 eine schematische Darstellung eines Streukörpers und des zugeordneten optischen Zugangs zur Bestimmung der relativen Strahlungsintensitäten;
3 eine Aufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer optischen Leiterplatine nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
4 ein Schnitt durch das Ausführungsbeispiel von 3 entlang der Linie IV-IV;
5 ein Schnitt durch das Ausführungsbeispiel von 3 entlang der Linie V-V;
6 eine schematische Darstellung eines anderen Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Lichtleiteranordnung;
1 zeigt eine allgemein mit 10 bezeichnete Lichtleiteranordnung, in die über einen optischen Stecker 22 ein optisches Signal 20 eingekoppelt wird. Das Lichtsignal 20 propagiert in 1 in der optischen Signalleitung 12 von der linken zur rechten Seite der Anordnung 10 und passiert dabei nacheinander die optischen Zugänge 14a bis 14d. Die Lichtausbreitung wird dabei durch Vielfachstreuung an den reflektierenden Seitenflächen der Signalleitung 12 bestimmt, ist also im wesentlichen diffus und nicht auf eine oder wenige Moden beschränkt.
Jeder der optischen Zugänge 14a bis 14d besitzt einen zugeordneten prismenförmiger Streukörper 16a bis 16d, der jeweils gegenüber des Einlasses des optischen Zugangs an einer Mantelfläche der optischen Signalleitung 12 angebracht ist. Durch Lichtstreuung an den Prismen 16a bis 16d wird jeweils ein Teil der in der optischen Signalleitung 12 propagierenden Strahlungsintensität in die optischen Zugänge 14a bis 14d ausgekoppelt und von elektrooptischen Kontaktpads 18 aufgenommen.
Strahlung, die die gesamte optische Signalleitung 12 durchlaufen hat, wird an deren Ende in einem Absorber 24 absor biert um einen definierten Abschluß des Signalleitung zu erhalten und störende Rückreflexe zu vermeiden.
Jeder der Kontaktpads 18 enthält einen ringförmigen Strahlungssensorbereich 184, in dem in Segmenten angeordnete Photodioden die einfallenden optischen Signale aufnehmen, in korrespondierende elektrische Signale umwanden und zur Weiterverarbeitung durch elektrische Bauteile, beispielsweise durch Speicherbausteine ausgeben. Plankonvexe Mikrolinsen 26 fokussieren die einfallende Strahlung auf den Strahlungssensorbereich 184.
Weiter ist im Zentrum jeden Kontaktpads 18 ein Array von sogenannten VCSELs (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) als Strahlungsemitterbereich 182 vorgesehen. Das VCSEL-Array 182 wandelt von den elektrischen Bauelementen herrührende elektrischen Signale in korrespondierende optische Signale um. Die emittierte Strahlung wird über die Mikrolinsen 26 parallelisiert und durch Streuung an den Prismen 16a bis 16d in die optische Signalleitung 12 eingekoppelt.
Die Signalübertragung in der Lichtleiteranordnung erfolgt somit bidirektional und seriell. Ein Eingangssignal kann nacheinander (seriell) an mehreren optischen Zugängen abgegriffen werden. Dazu ist jeder Zugang sowohl für den Empfang, als auch das Senden optischer Signale eingerichtet (bidirektional Übertragung).
Um eine optimale Übertragung der optischen Signale zu den seriell angeordneten Zugängen 14a bis 14d, und eine konstante Einkoppelleistung für alle Zugänge 14a bis 14d zu gewährleisten, sind Form und Größe der Prismen 16a bis 16d entlang der Propagationsrichtung der optischen Signalleitung 12 aufeinander abgestimmt.
Wie in 1 angedeutet, weisen die Prismen 16a bis 16d eine konstante Grundfläche auf, der Apexwinkel nimmt jedoch ent lang der Propagationsrichtung ab, die Höhe der Prismen von Prisma 16a über Prisma 16b und 16c bis zum Prisma 16d also zu. Dadurch wird ein zunehmender relativer Anteil der noch im Lichtleiter propagierenden Strahlung 20 über die Prismen ausgekoppelt, was die nach jeder Auskopplung abnehmende Strahlungsleistung kompensiert.
Auf der anderen Seite gewährleistet die konstante Grundfläche aller Prismen 16a bis 16d eine konstante Einkoppelleistung für jeden der optischen Zugänge 14a bis 14d.
Die Intensitätsverhältnisse sind in 2 für die Propagation unter dem n-ten optischen Zugang 14_n aus einer Reihe von seriellen optischen Zugängen entlang einer rechtwinkligen Signalleitung 12 veranschaulicht. Der optische Zugang 14_n kann beispielsweise der 5-te Zugang von insgesamt 16 Zugängen sein.
Das dem Zugang 14_n zugehörige Streukörper-Prisma 16_n hat eine rechteckige Grundfläche A = a·b, wobei b die Breite der rechtwinkligen optischen Signalleitung 12 darstellt, und einen Apexwinkel ε_n. Die Höhe h_1,n des Prismas hängt in bekannter Weise über tan(ε_n/2) = (a/2)/h_1,n zusammen, das heißt, die Höhe h_1,n nimmt mit abnehmenden Apexwinkel zu. Die freie Höhe der Signalleitung 12 über dem Prisma 16_n wird mit nachfolgend h_2,n bezeichnet.
Vom vorhergehenden optischen Zugang fällt eine Strahlungsintensität I_2,n–1 auf das Streuprisma 16_n . Die zum nächsten optischen Zugang weitergeleitete Intensität wird mit I_2,n bezeichnet, die vom Prisma zum optischen Zugang reflektierte Intensität mit I_1,n und die vom Kontaktpad 18 zurückreflektierte Intensität mit I'_1,n.
Die Forderung nach möglichst konstanter ausgekoppelter Leistung bedeutet dann nichts anderes als I1,n = const, für alle n.
Durch einfache geometrische Überlegungen ergibt sich nun, daß I1,n = I2,n–1·(h1,n/(h1,n + h2,n)), I'1,n = I1,n·Rn, also I2,n/I2,n–1 = (h1,n/(h1,n + h2,n))·(1 + Rn/2),wobei R_n das Reflexionsvermögens des n-ten Kontaktpads darstellt.
Somit kann, ausgehend von der anfänglich in der Lichtleiteranordnung eingekoppelten Intensität I_2,0 sukzessive die Höhe h_1,n und damit der Apexwinkel ε_n so bestimmt werden, daß die Bedingung I_1,n = const erfüllt ist. Festzulegen ist lediglich noch die Höhe des ersten Prismas h_1,1 oder des letztes Prismas h_1,N, derart, daß sich für alle optischen Zugänge eine akzeptable ausgekoppelten Intensität ergibt.
Nimmt man der Einfachheit halber R_n = 0 an, so ergibt sich bei N = 8 optischen Zugängen eine konstante Auskoppelintensität mit h_1,1:h_2,1 = 1:8, h_1,2:h_2,2 = 1:7, h_1,3:h_2,3 = 1:6, ... h_1,7: h_2,7 = 1:2, und h_1,8:h_2,8 = 1:1. Dann wird über jeden der acht optischen Zugänge 14₁ bis 14₈ jeweils ein Neuntel der eingekoppelten Leistung ausgekoppelt, das letzte Neuntel wird im Absorber 24 absorbiert.
Ein Ausführungsbeispiel einer optischen Leiterplatine 34 mit vier parallelen optischen Signalleitungen 12 ist in 3 dargestellt. Die über den optischen Stecker 22 eingekoppelten optischen Signale sind an jeder Signalleitung 12 seriell an entsprechende Anschlüsse der Bausteine 30, im Ausführungsbeispiel Speicherbausteine, herausgeführt. 3 zeigt vier Speicherbausteine in Serie, es ist jedoch auch eine kleinere oder größere Anzahl von Bausteinen 30, beispielsweise 8, 16 oder 32 denkbar. Elektrische Signale, unter anderem zur Stromversorgung der elektrooptischen Bauteile, werden über elektrische Kontakte 32 zugeführt.
Die Schnitte entlang der Linien IV-IV und V-V von 3 lassen den Aufbau der optischen Leiterplatine 34 erkennen (4 und 5). Die Leiterplatine 34 besteht aus drei Schichten, einer unteren Leiterplatine 40, die elektrische Verbindungsleitungen enthält, einer die optischen Signalleitungen 12 enthaltenden Leiterplatine 42, und einer oberen Leiterplatine 44.
Die obere Leiterplatine 44 schließt die optischen Signalleitungen zwischen den optischen Zugängen 14 nach oben ab. Bei jedem optischen Zugang 14 weist die obere Leiterplatine 44 einen Durchlaß auf, an dessen Oberseite die im Zusammenhang mit 1 beschriebenen Kontaktpads 18 angeordnet sind. An die elektrischen Ausgänge der Kontaktpads 18 sind elektrische Eingänge eines Bauelements 30 angeschlossen. Dies geschieht in an sich bekannter Weise, beispielsweise über an den Eingängen des Bauelements 30 angebrachten Lötkügelchen.
6 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lichtleiteranordnung, die sich von der Anordnung der 1 dadurch unterscheidet, daß Bauelemente 30, 34 auf beiden Seiten der optischen Signalleitung 62 angeordnet sind.
Entsprechend weist die optische Signalleitung 62 optische Zugänge nach oben (Bezugszeichen 64) und nach unten (Bezugszeichen 74), jeweils senkrecht zur Propagationsrichtung der Strahlung im der Signalleitung 62 auf. Jeweils gegenüber der optischen Zugänge 64, 74 sind analog zur im Zusammenhang mit 1 beschriebenen Anordnung Streuprismen 66, 76 angeordnet, die einen Anteil der propagierenden Strahlung nach oben (Bezugszeichen 68) oder unten (Bezugszeichen 78) zu optischen Kontaktpads 18 hin auskoppeln.
Die obere und untere Leiterplatine 80, 82 weisen jeweils optische Durchlässe auf. Mindestens eine der Platinen ist darüber hinaus zur Führung elektrischer Signale, insbesondere von Versorgungsspannungen für elektrooptische Bauteile ausgelegt.
Bei der Herstellung solcher optische Leiterplatinen werden in zwei Platinen, die später Ober- und Unterseite der optischen Leiterplatine bilden, elektrische Anschlüsse und die notwendigen optische Durchlässe erzeugt. In einer weiteren Platine werden mehrere parallele optischen Signalleitungen, beispielsweise 8 parallele Signalleitungen gesägt und deren Innenseiten mit Aluminium zur Bildung einer unempfindlichen Reflexschicht bedampft. Anschließend werden die Leiterbahnen mit Plexiglas oder einem anderen transparenten selbsthärtenden Flüssigglas aufgefüllt. Die Oberseite (und bei doppelseitigen Leiterplatinen auch die Unterseite) wird poliert.
Dann werden zur Erzeugung der Streuprismen senkrecht zu den optischen Leiterbahnen V-förmige Gräben gesägt. Dies geschieht für eine einseitige Leiterplatine auf der Unterseite, und für eine doppelseitige Leiterplatine auf Unter- und Oberseite. Die V-förmigen Gräben werden dann ebenso wie die optischen Signalleitung mit Ausnahme der optischen Zugangsbereichen verspiegelt.
Die drei Platinen werden dann miteinander verklebt, und die optischen Zugänge mit Flüssigglas aufgefüllt. Gegebenenfalls werden alternativ oder zusätzlich Mikrolinsen in die optischen Zugänge eingesetzt.

Claims

Lichtleiteranordnung zur seriellen, bidirektionalen Signalübertragung, mit – einer optischen Signalleitung (12; 62) zum Führen elektromagnetische Strahlung (20) entlang einer Hauptrichtung der Leitung (12; 62), – einer Mehrzahl von entlang der Hauptrichtung der optischen Signalleitung (12; 62) angeordneten optischen Zugängen (14a–14d; 64, 74) zum Ein- oder Auskoppeln elektromagnetischer Strahlung entlang einer im wesentlichen senkrecht auf der Hauptrichtung des Leitung (12; 62) stehenden Richtung, und – einer Mehrzahl von innerhalb der optischen Signalleitung (12; 62) angeordneten und jeweils einem optischen Zugang (14a–14d; 64, 74) zugeordneten Streukörpern (16a–16d; 66, 76), wobei jeder Streukörper (16a–16d; 66, 76) mit dem zugeordneten optischen Zugang (14a–14d; 64, 74) derart zusammenwirkt, daß ein Teil der in der optischen Signalleitung (12; 62) geführten Strahlung (20) durch den Streukörper (16a–16d; 66, 76) über den zugeordnete optischen Zugang (14a–14d; 64, 74) aus der optischen Signalleitung (12; 62) auskoppelbar ist, und über den optischen Zugang (14a–14d; 64, 74) einfallende Strahlung über den zugeordneten Streukörper (16a–16d; 66, 76) in die optische Signalleitung (12; 62) einkoppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Form und Größe der Mehrzahl der Streukörper (16a–16d; 66, 76) derart aufeinander abgestimmt sind, daß bei Führen elektromagnetischer Strahlung (20) in der optischen Signalleitung (12; 62) der Absolutwert der ausgekoppelten Strahlungsleistung bei jedem optischen Zugang (14a–14d; 64, 74) entlang der Hauptrichtung der Leitung (12; 62) im wesentlichen konstant ist, und daß der relative Anteil eingekoppelter Strahlungsleistung für jeden optischen Zugang (14a–14d; 64, 74) entlang der Hauptrichtung der Leitung (12; 62) im wesentlichen gleich ist.
Lichtleiteranordnung nach Anspruch 1, bei der die Streukörper (16a–16d; 66, 76) prismenförmig ausgebildet sind.
Lichtleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Streukörper (16a–16d; 66, 76) Prismen gleicher Grundfläche (A) sind.
Lichtleiteranordnung nach Anspruch 3, bei der der Apexwinkel (ε) der Streukörper-Prismen (16a–16d; 66, 76) entlang der Hauptrichtung der optischen Signalleitung (12; 62) abnimmt.
Lichtleiteranordnung nach einem der vorigen Ansprüche, bei der an den optischen Zugängen (14a–14d; 64, 74) jeweils ein Strahlungssensor (184) und/oder ein Strahlungsemitter (182) vorgesehen ist.
Lichtleiteranordnung nach einem der vorigen Ansprüche, bei der die optischen Zugänge (14a–14d; 64, 74) mit einer Mikrolinse (26) zur Bündelung elektromagnetischer Strahlung abgeschlossen sind.
Optische Leiterplatine mit einer Mehrzahl von parallel geführten Lichtleiteranordnungen nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
Optische Leiterplatine nach Anspruch 7, die eine die optischen Signalleitungen enthaltende Leiterplatine (42) und eine damit verbundene, optische Durchlässe enthaltende Platine (44; 80, 82) umfaßt.
Optische Leiterplatine nach Anspruch 7 oder 8, die an ihrer Ober- und/oder Unterseite elektrische Verbindungen zur Stromversorgung von an den optischen Zugängen angeordneten elektrooptischen Bauelementen aufweist.
Optische Leiterplatine nach einem der Ansprüche 7 bis 9, die eine elektrische Verbindungsleitungen enthaltende Platine (40) umfaßt, die mit der die optischen Signalleitungen enthaltenden Leiterplatine (42) verbunden ist.
Verfahren zur Herstellung einer optischen Leiterplatine nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei dem – in einer Leiterplatine eine Mehrzahl parallele Gräben erzeugt werden, – die Seitenflächen der Gräben mit einer Reflexschicht versehen werden, – die Gräben mit einem transparenten, glasartigen Material aufgefüllt werden, um dadurch optische Signalleitungen zu erzeugen, – senkrecht zu den optischen Signalleitungen V-förmige Gräben auf einer oder auf beiden Seiten der Leiterplatine erzeugt werden, – die V-förmigen Gräben verspiegelt werden, um dadurch Streukörper in den optischen Signalleitungen zu erzeugen, – die optischen Signalleitungen unter Aussparung von gegenüber den V-förmigen Gräben angeordneten optischen Zugangsbereichen verspiegelt werden.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die die optischen Signalleitungen enthaltende Leiterplatine mit einer optische Durchlässe enthaltenden Platine verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, bei dem die die optischen Signalleitungen enthaltende Leiterplatine mit einer elektrische Verbindungsleitungen enthaltenden Platine verbunden wird.