DE10150756B4

DE10150756B4 - Optisches Interconnect und Verfahren zum Herstellen eines optischen Interconnects

Info

Publication number: DE10150756B4
Application number: DE2001150756
Authority: DE
Inventors: Dirk Dr. Schlatterbeck; Martin Dr. Sommer
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2001-10-13
Filing date: 2001-10-13
Publication date: 2006-12-07
Anticipated expiration: 2021-10-14
Also published as: DE10150756A1

Abstract

Optisches Interconnect (10) zur Übertragung von Licht zwischen einem Matrixsender und einem Matrixempfänger, umfassend ein Lichtleitfaserbündel, das eine Vielzahl von Lichtleitfasern (1) und wenigstens eine Schnittstelle umfasst, wobei
a) das Lichtleitfaserbündel einen mittleren Bereich und zwei Endbereiche aufweist und an wenigstens einem Ende des Lichtleitfaserbündels der zugehörige Endbereich in Richtung der zugehörigen Schnittstelle verjüngt zulaufende Abstände zwischen den Lichtleitfasern (1) aufweist,
b) im mittleren Bereich die Lichtleitfasern (1) einen Abstand d₁ zueinander aufweisen,
c) die Lichtleitfasern (1) an der mindestens einen Schnittstelle einen Abstand d₂ zueinander aufweisen und
d) das Verhältnis von dem Abstand d₂ zu dem Abstand d₁ im Intervall von 0,3 bis 0,5 liegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Interconnect sowie ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen optischen Interconnects.
Ein optisches Interconnect bekannter Art besteht aus einer Anordnung von Lichtleitfasern als geordnetes Bündel, bei dem die Fasern Impulse eines Arrays von Sendern (Matrixsender) an ein Array von Empfängern (Matrixempfänger) übertragen. Dabei können pro Sender-/Empfängerpaar entweder eine oder mehrere Fasern als Überträger dienen.
Mit zunehmend verbreitetem Einsatz von Lichtwellenleitern als optisches Interconnect zwischen Geräten, die aufgrund ihrer geringen Baugröße eine Schnittstelle mit. sehr kleinen Sendern oder Empfängern umfassen, – zum Beispiel im Telekommunikationsbereich – werden auch die Abstände zwischen den einzelnen Sender- beziehungsweise Empfängereinheiten der Matrixsender/-empfänger zunehmend kleiner. Damit ergibt sich das Problem, dass herkömmliche Glasfasern, wie sie heutzutage in der Telekommunikation eingesetzt werden, aufgrund des großen Durchmessers als optisches Interconnect nicht verwendet werden können. Gemäß dem Stand der Technik wurde dieses Problem beispielsweise durch die Abbildung einer Standardglasfaser auf die Glasfaser, bei der die Einzelfasern einen verringerten Abstand aufweisen, mit Hilfe einer Fresnel-Linse gelöst. Diese Technik war sehr aufwendig in der Installation.

Aus US 6,243,520 ist ein Faserbündel mit einer Vielzahl von Glasfasern, das als optisches Interconnect verwendet werden kann, bekannt geworden. Die Glasfasern sind in einem präzisen Array angeordnet und weisen einen konstanten Faserdurchmesser auf.

Aus der DE 19708420 A1 ist eine faseroptische Anordnung zur additiven Mischung mehrerer Lichtbündel bekannt geworden, wobei ein Endbereich vorgesehen ist, der verjüngt zulaufende Abstände zwischen den Lichtleitfasern aufweist.

Aus der DE 2655382 A1 ist ein Mischer für optische Nachrichtenübertragungssysteme bekannt geworden, bei den ein Ende des Lichtleitfaserbündels zu einem einheitlichen Kern verschmolzen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optisches Interconnect darzustellen, das einfach herzustellen und kostengünstig ist. Insbesondere soll ein optisches Interconnect dargestellt werden, das auch zur Verbindung von Matrixsendern und -empfängern mit Sender- und Empfängereinheiten mit sehr kleinem Durchmesser beziehungsweise Abstand zueinander eingesetzt werden kann. Des Weiteren soll ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Interconnects dargestellt werden, wobei sich das Verfahren durch einen besonders einfachen Herstellungsprozess auszeichnet.

Diese Aufgabe wird durch den unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche beschreiben ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines optischen Interconnects nach dem Anspruch 1 – siehe den Anspruch 2 – sowie vorteilhafte Ausgestaltungen, siehe die Ansprüche 3 bis 9.

Das erfindungsgemäße optische Interconnect dient insbesondere der Übertragung von Lichtwellen zwischen einem Matrixsenender und einem Matrixempfänger, zum Beispiel in Form eines CCD – Chips. Das optische Interconnect umfasst ein Lichtwellenleiterbündel, das eine Vielzahl von Lichtleitfasern aufweist, wobei das Lichtwellenleiterbündel einen mittleren Bereich aufweist, in welchem die Lichtfasern äquidistant im Abstand d₁ zueinander geführt sind. An den mittleren Bereich schließt sich auf einer oder auch auf beiden Seiten ein Endbereich an, in welchem die Lichtleitfasern mit zunehmendem Abstand vom mittleren Bereich aufeinander zulaufen, das heißt in Richtung der Schnittstelle verjüngt sich der Abstand der Lichtleitfasern. Erfindungsgemäß weisen eine oder vorteilhafter Weise auch beide Schnittstellen einen Abstand d₂ der Lichtleitfasern zueinander auf, wobei das Verhältnis von Abstand d₂ zu Abstand d₁ in einem Intervall von 0,3 bis 0,5 liegt und vorzugsweise gleich 0,48 ist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Abstand der Lichtleitfasern an den Schnittstellen gleich groß und beträgt insbesondere 120 Mikrometer. Dieser Abstand entspricht einem in der Telekommunikation weit verbreiteten Abstand der einzelnen Elemente eines Senders oder Empfängers, so dass mit einer derartigen Ausgestaltung eine besonders große Kompatibilität erzielt wird. Der Abstand der Lichtleitfasern des mittleren Bereichs des Lichtwellenleiterbündels beträgt vorzugsweise 250 Mikrometer, da dies dem Abstand eines Bündels von herkömmlichen Glasfasern entspricht, so dass das optische Interconnect aus einem Standardglasfaserbündel mit wenigstens einem Abschnitt, bei dem der Abstand der Glasfasern gegenüber dem Standardglasfaserkabel verringert ist, hergestellt werden kann.

Herkömmliche Glasfasern, wie sie häufig in der Telekommunikation Anwendung finden, sind gegenüber speziell herzustellenden Glasfasern mit reduziertem Durchmesser deutlich günstiger. Auch der Herstellungsprozess von Glasfasern mit herkömmlicher Geometrie ist kostengünstiger zu realisieren als der von Fasern dünneren Durchmessers, die ebenfalls eine deutlich dünnere Beschichtung aufweisen müssen.

Bei einem Verfahren zum Herstellen eines Interconnects werden die Lichtleitfasern zumindest mit einem Abschnitt in einen Tragkörper eingebracht. Der Tragkörper ist in einem bestimmten Temperaturbereich plastisch verformbar und zwar in einem Temperaturbereich, in welchem auch die Lichtleitfasern plastisch verformbar sind.

Mindestens ein Teilstück des Tragkörpers, in welches die Lichtleitfasern eingebracht sind, wird zusammen mit den entsprechenden Lichtleitfaserabschnitten auf eine Temperatur erwärmt, bei welcher sowohl der Tragkörper als auch die Lichtleitfasern plastisch verformbar sind. Insbesondere liegt diese Temperatur in einem Bereich zwischen 900 Grad Celsius und 950 Grad Celsius, besonders wenn Glasfasern und ein Tragkörper aus Glas verwendet werden.

In erwärmten Zustand wird der Tragkörper dann in Längsrichtung der darin eingebrachten Lichtleitfaserabschnitte verformt. Dabei wird er dünner gezogen, so dass sich der Tragkörper zusammen mit den darin eingebrachten Lichtleitfaserabschnitten eingeschnürt. Im Bereich der Einschnürung wird nachfolgend der Tragkörper zusammen mit den darin eingebrachten Lichtleitfasern abgeschnitten.

Der Tragkörper kann aus einem beliebigen Material hergestellt sein, welches sich in einem gemeinsamen Temperaturbereich mit den eingebrachten Lichtleitfasern plastisch verformt. Insbesondere ist daher der Tragkörper aus Glas hergestellt, besonders dann, wenn auch Lichtleitfasern aus Glas verwendet werden.

Besonders vorteilhaft werden die Lichtleitfasern parallel zueinander in den Tragkörper eingebracht und der Tragkörper wird zusammen mit den Lichtleitfasern senkrecht zu der Längsachse der Lichtleitfasern abgeschnitten. Um ein besonders gutes Übertragungsverhalten an der Schnittstelle zu erreichen, kann die ' Schnittstelle vorteilhaft poliert werden.

Das Einfügen der Lichtleitfasern in einen Tragkörper und das gemeinsame Verformen mit diesem Tragkörper weist noch weitere Vorteile auf, von denen die wichtigsten nachfolgend genannt werden sollen: Der Tragkörper kann leicht mit einer Befestigungsvorrichtung versehen werden, insbesondere durch das Einbringen von Nuten oder durch eine solche Bearbeitung, dass Vorsprünge am Tragkörper stehen bleiben. Diese Befestigungsvorrichtung ermöglicht ein besonders leichtes Anschließen der Schnittstelle, zum Beispiel an einen Chip.

Einzelne oder mehrere Schritte des Verfahrens können mit optisch aktiven Lichtleitfasern erfolgen. So ist es zum Beispiel denkbar, dass zumindest das Dünnerziehen des Tragkörpers mit optisch aktiven Lichtleitfasern erfolgt, um eine besonders einfache Möglichkeit zu erhalten, den Abstand der Lichtleitfasern untereinander am Ende des eingeschnürten Teilstückes während des Ziehvorganges zu kontrollieren. Auch eine Positionierung der Schnittstelle mit optisch aktiven Lichtleitfasern ist besonders einfach möglich.

In einer besonderen Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Lichtleitfasern, die eine Ummantelung aufweisen, im Bereich des einzubringenden Abschnittes gestrippt, das heißt die Ummantelung wird entfernt. Dieses Strippen kann zum einen chemisch erfolgen, vorteilhaft denkbar ist auch ein Verdrängen der Ummantelung, zum Beispiel durch Einbringen des entsprechenden Abschnittes des Bündels von Lichtleitfasern in eine Pressbuchse, die – vorteilhaft nach einer Erwärmung der Ummantelung – die Ummantelung durch Zusammenpressen verdrängt. In einer anderen Ausführungsform ist es jedoch auch denkbar, ungestrippte Fasern in den Tragkörper einzubringen, zum Beispiel mit einem Polymid-Coating, und dann die Ummantelung bei dem Erwärmen des Tragkörpers aufzuschmelzen. Weiterhin ist es denkbar, die ummantelten Fasern in Bohrungen im Tragkörper einzubringen und den Ziehprozess derart auszuführen, dass anschließend die einzelnen Glasfasern mit ihrer Ummantelung aneinander anliegen.

Auch bei gestrippten Lichtleitfaserabschnitten ist es vorteilhaft, diese in Bohrungen im Tragkörper einzufügen.

Der Tragkörper kann nach dem Ziehvorgang leicht bearbeitet werden. So ist es denkbar, zuerst einen Tragkörper mit kreisförmigem Querschnitt zu verwenden, in welchen die Lichtleitfasern eingebracht werden, und anschließend diesen Tragkörper durch Bearbeitung seiner Oberfläche in eine zum Beispiel rechtwinklige Form zu bringen. Dies kann zum Beispiel durch Abschneiden des nicht mit Lichtleitfasern durchsetzten Materiales erfolgen.

Nachfolgend soll zur näheren Erläuterung der Erfindung ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt werden:
Ein Bündel mit einer Vielzahl von Glasfasern als Einzelfasern mit Coating soll mit einem Schnittstellenanschluss mit vermindertem Glasfaserabstand versehen werden. Das Bündel wird chemisch gestrippt, das heißt die Ummantelung (Coating) wird chemisch entfernt. Anschließend werden die gestrippten Glasfasern in einen beispielsweise zwei Zentimeter langen gebohrten Glasblock gesteckt, wobei die Bohrungen einen Innendurchmesser von 64,56 Mikrometer (μm) mit einer Toleranz von +/–1 Mikrometer aufweisen. Der Kern der Glasfasern hat vor dem Zugvorgang einen Durchmesser von 62,5 Mikrometern.

Der Glasblock wird anschließend erwärmt und so lange gezogen, bis der Kerndurchmesser der Glasfasern beispielsweise 30 Mikrometer beträgt. Anschließend wird der Glasblock zusammen mit den Glasfasern im Bereich der Einschnürung abgeschnitten und vorteilhafterweise die Schnittfläche poliert. Durch ein derartiges Verfahren lässt sich in einem einzigen Arbeitsschritt ein Glasfaserkabel mit unterschiedlichen Durchmessern herstellen, ohne dass ein aufwendiger Zusammenbau von mehreren Komponenten wie beispielsweise bei Verwendung einer Fresnel – Linse erforderlich ist.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben werden.

Es zeigen:

1 Ein Glasfaserbündel in verschiedenen Zuständen während der Herstellung eines Schnittstellenanschlusses.

2 Einen Endbereich mit einer Schnittstelle und den mittleren Be reich eines erfindungsgemäßen optischen Interconnects.

1 zeigt ein Bündel von Lichtleitfasern 1, welche als Glasfasern ausgeführt sind. Dabei ist schematisch nur ein gestrippter Abschnitt der Lichtleitfasern 1 dargestellt. Ein Abschnitt der Lichtleitfasern 1 ist in einen Tragkörper 2, vorzugsweise einen Glaskörper, eingebracht. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Lichtleitfasern 1 in Bohrungen 2.3 in dem Tragkörper 2 eingebracht, welche als Durchgangsbohrungen ausgeführt sind. Es ist selbstverständlich auch denkbar, dass die Lichtleitfasern in Bohrungen, die nicht durchgängig sind, eingebracht werden.
Ein Teilstück 2.1 – in diesem Ausführungsbeispiel ein Endabschnitt – des Tragkörpers 2 wird zusammen mit den in diesem eingebrachten Lichtleitfaserabschnitten 1.2 auf eine Temperatur erwärmt, bei welcher sowohl der Tragkörper 2 als auch die Lichtleitfasern 1 plastisch verformbar sind. Im erwärmten Zustand wird dieser Teilbereich 2.1 des Tragkörpers 2 zusammen mit den darin eingebrachten Lichtleitfaserabschnitten 1.2 in Längsrichtung der Lichtleitfasern 1 gezogen, so dass sich Tragkörper 2 und Lichtleitfasern 1 einschnüren. Dadurch verengt sich der Abstand der Lichtleitfasern untereinander von vormals d₁ auf d₂.
Anschließend wird der Tragkörper 2 zusammen mit den darin eingebrachten Lichtleitfasern 1 im Bereich der Einschnürung 2.2 abgeschnitten. Vorteilhafterweise wird die Schnittfläche 3 poliert.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht bei Verwendung eines Glasstockes als Tragkörper insbesondere darin, dass dieser mit den einzelnen Fasern verschmilzt, so dass der dünner gezogene Teilabschnitt 2.2 weiterbearbeitet werden kann. So kann dieser Teilabschnitt als Strecker bearbeitet werden, d.h. auf Format gesägt, notwendige Nuten eingefräst oder Rastnasen angebracht werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Glasfasern bei der Weiterverarbeitung beleuchtet werden. Dann ist eine optisch aktive Bearbeitung möglich, und ein Alignment der Fasern beispielsweise auf dem CCD – Chip entfällt.
2 zeigt einen Ausschnitt eines mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Interconnects 10 zur Übertragung von Lichtwellen zwischen einem Sender und einem Empfänger, bei dem die Teilstücke 2.2 wie oben beschrieben bearbeitet werden. Das Interconnect 10 umfasst ein Lichtwellenleiterbündel, das eine Vielzahl von Lichtleitfasern 1 umfasst. Schematisch sind in 2 nur drei Lichtleitfasern 1 dargestellt.
Man erkennt einen mittleren Bereich des Lichtwellenleiterbündels, in welchem die Lichtleitfasern 1 im Abstand d₁ zueinander geführt sind und einen Endbereich, in welchem die Lichtleitfasern 1 verjüngt aufeinander zulaufen. In der sich anschließend Schnittstelle mit der Schnittfläche 3 weisen die Lichtleitfasern 1 dann einen Abstand d₂ zueinander auf. Die Schnittstelle ist dabei gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt.
Wie man erkennt, umfassen die Lichtleitfasern 1 eine Ummantelung 1.3, die jedoch in dem Abschnitt entfernt ist, welcher in einen Tragkörper 2 eingebracht ist. Der Tragkörper 2 wurde erfindungsgemäß nach einer Erwärmung in Längsrichtung der Lichtleitfasern 1 gezogen. Zum Anschließen der Schnittstelle, zum Beispiel an einen CCD – Chip, ist der Tragkörper 2 im dünner gezogenen Abschnitt 2.2 weiterbearbeitet worden. Im vorliegenden Fall wurde der gezogene Abschnitt 2.2 rechteckig ausgesägt und mit einer Befestigungsvorrichtung 4 in Form einer Nut versehen.
Wie zuvor beschrieben, weist der Tragkörper ursprünglich einen kreisförmigen Querschnitt auf, der im Endbereich der Schnittstelle durch Abtragen des nicht mit Leitfasern durchsetzten Materials auf einen rechtwinkligen Querschnitt reduziert wurde.

1: Lichtleitfasern
1.2: Lichtleitfaserabschnitt
1.3: Ummantelung
2: Tragkörper
2.1: Teilstück
2.2: Einschnürung
2.3: Bohrung
3: Schnittfläche
4: Befestigungsvorrichtung
10: Optisches Interconnect

Claims

Optisches Interconnect (10) zur Übertragung von Licht zwischen einem Matrixsender und einem Matrixempfänger, umfassend ein Lichtleitfaserbündel, das eine Vielzahl von Lichtleitfasern (1) und wenigstens eine Schnittstelle umfasst, wobei a) das Lichtleitfaserbündel einen mittleren Bereich und zwei Endbereiche aufweist und an wenigstens einem Ende des Lichtleitfaserbündels der zugehörige Endbereich in Richtung der zugehörigen Schnittstelle verjüngt zulaufende Abstände zwischen den Lichtleitfasern (1) aufweist, b) im mittleren Bereich die Lichtleitfasern (1) einen Abstand d₁ zueinander aufweisen, c) die Lichtleitfasern (1) an der mindestens einen Schnittstelle einen Abstand d₂ zueinander aufweisen und d) das Verhältnis von dem Abstand d₂ zu dem Abstand d₁ im Intervall von 0,3 bis 0,5 liegt.
Verfahren zum Herstellen eines optischen Interconnects (10) nach Anspruch 1 mit einem Schnittstellenanschluss an dem Lichtleitfaserbündel, umfassend die folgenden Schritte: a) die Lichtleitfasern (1) werden zumindest abschnittsweise in einen in einem bestimmten Temperaturbereich plastisch verformbaren Tragkörper (2) eingebracht, wobei in dem Temperaturbereich auch die Lichtleitfasern (1) plastisch verformbar sind, b) mindestens ein Teilstück (2.1) des Tragkörpers (2), in welches die Lichtleitfasern (1) eingebracht sind, wird zusammen mit den entsprechenden eingebrachten Lichtleitfaserabschnitten (1.2) auf eine Temperatur erwärmt, bei welcher sowohl der Tragkörper (2) als auch die Lichtleitfasern (1) plastisch verformbar sind, c) im erwärmten Zustand wird der Tragkörper (2) in Längsrichtung der darin eingebrachten Lichtleitfaserabschnitten (1.2) dünner gezogen, so dass sich der Tragkörper (2) zusammen mit den darin eingebrachten Lichtleitfaserabschnitten (1.2) einschnürt und d) der Tragkörper (2) wird im Bereich der Einschnürung (2.2) zusammen mit den darin eingebrachten Lichtleitfasern (1) abgeschnitten, wobei e) das Verhältnis von dem Abstand d₂ zu dem Abstand d₁ im Intervall von 0,3 bis 0,5 liegt,
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragkörper (2) aus Glas hergestellt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleitfasern (1) parallel zueinander in den Tragkörper (2) eingebracht werden und der Tragkörper (2) zusammen mit den Lichtleitfasern (1) senkrecht zu der Längsachse der Lichtleitfasern (1) abgeschnitten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittfläche (3) poliert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in den Tragkörper (2) eine Befestigungsvorrichtung (4), insbesondere Nuten oder Vorsprünge, zum Anschließender mindestens einen Schnittstelle eingebracht wird.
Verfahren gemäß einer der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das Dünnerziehen des Tragkörpers (2) mit optisch aktiven Lichtleitfasern (1) erfolgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleitfasern (1) eine Ummantelung (1.3) aufweisen, welche in dem jeweils einzubringenden Lichtleitfaserabschnitt (1.2) entfernt wird, insbesondere durch chemisches Strippen, durch Verdrängen und/oder durch Schmelzen.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleitfasern (1) in Bohrungen (2.3) in den Tragkörper (2) eingebracht werden.