DE10160508B4 - Arrangement for detecting optical signals of at least one optical channel of a planar optical circuit and / or for coupling optical signals into at least one optical channel of a planar optical circuit - Google Patents
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Abstract
Anordnung
zur Detektion von optischen Signalen mindestens eines optischen
Kanals eines planaren optischen Schaltkreises und/oder zur Einkopplung
optischer Signale in mindestens einen optischen Kanal eines planaren
optischen Schaltkreises mit:
– einem planaren optischen
Schaltkreis, der auf der Oberseite eines eine Oberseite (1a) und
eine Unterseite (1b) aufweisenden Trägers (1) angeordnet oder ausgebildet
ist und der mindestens einen optischen Kanal (2) aufweist,
– mindestens
einer Sende- und/oder Empfangseinrichtung (5),
– Umlenkmitteln
(3, 3') zum Umlenken von optischen Signalen zwischen der Sende-
und/oder Empfangseinrichtung (5) und einem zugeordneten optischen
Kanal (2) des planaren optischen Schaltkreises, und
– einer
Schaltungsplatine (13),
– wobei
der Träger
(1) auf der einen Seite der Schaltungsplatine (13) und die Sende-
und/oder Empfangseinrichtung (5) auf der anderen Seite der Schaltungsplatine
(13) angeordnet ist.Arrangement for detecting optical signals of at least one optical channel of a planar optical circuit and / or for coupling optical signals into at least one optical channel of a planar optical circuit, comprising:
A planar optical circuit which is arranged or formed on the upper side of a carrier (1) having an upper side (1a) and a lower side (1b) and which has at least one optical channel (2),
At least one transmitting and / or receiving device (5),
- Deflection means (3, 3 ') for deflecting optical signals between the transmitting and / or receiving means (5) and an associated optical channel (2) of the planar optical circuit, and
A circuit board (13),
- Wherein the carrier (1) on one side of the circuit board (13) and the transmitting and / or receiving means (5) on the other side of the circuit board (13) is arranged.
Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Detektion von optischen Signalen mindestens eines optischen Kanals eines planaren optischen Schaltkreises und/oder zur Einkopplung optischer Signale in mindestens einen optischen Kanal eines planaren optischen Schaltkreises. Derartige Anordnungen eignen sich insbesondere zur Ein- oder Auskopplung von Licht in optische Kanäle eines optischen Multiplexers oder Demultiplexers, insbesondere eines WDM- (Wavelength Division Multiplex) Multiplexers oder Demultiplexers.The The invention relates to an arrangement for detecting optical signals at least one optical channel of a planar optical circuit and / or for coupling optical signals in at least one optical Channel of a planar optical circuit. Such arrangements are particularly suitable for coupling or decoupling of light in optical channels an optical multiplexer or demultiplexer, in particular a WDM (Wavelength Division Multiplex) Multiplexers or Demultiplexers.
Es werden verstärkt sogenannte planare optische Schaltkreise (PLC-Planar Light Circuit) zur Lichtführung eingesetzt. Dabei sind integriert optische Wellenleiter auf der Oberfläche eines Substrats, insbesondere eines Si-Substrats, z.B. in Glas auf Silicium-Technologie ausgeführt.It be strengthened so-called planar optical circuits (PLC-Planar Light Circuit) for guiding light used. Here are integrated optical waveguides on the surface a substrate, in particular a Si substrate, e.g. in glass on silicon technology executed.
Aus
der
Die
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunden, eine Anordnung zur Detektion von optischen Signalen mindestens eines optischen Kanals eines planaren optischen Schaltkreises und/oder zur Einkopplung optischer Signale in mindestens einen optischen Kanal eines planaren optischen Schaltkreises zur Verfügung zu stellen, die sich auch bei einem dünnen Träger des planaren optischen Schaltkreises durch ein hohes Maß an mechanischer Stabilität auszeichnet, eine einfache Montage der elektrischen und optoelektronischen Komponenten sowie die Anbringung von elektrischen und optischen Steckverbindungen sowie aktiver und passiver Bauelemente ermöglicht.Of the The present invention is based on the object, an arrangement for the detection of optical signals of at least one optical Channel of a planar optical circuit and / or for coupling optical signals in at least one optical channel of a planar optical circuit available to make, even with a thin carrier of the planar optical Circuit characterized by a high degree of mechanical stability, a simple assembly of electrical and optoelectronic components as well as the attachment of electrical and optical connectors as well as active and passive components.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.These The object is achieved by a Arrangement solved with the features of claim 1. Preferred and advantageous Embodiments of the invention are specified in the subclaims.
Danach zeichnet sich die erfindungsgemässe Lösung durch die Integration einer Schaltungsplatine in eine optische Anordnung aus, die einen Träger mit dem planaren optischen Schaltkreis, mindestens eine Sende- und/oder Empfangseinrichtung und Umlenkmittel zum Umlenken von optischen Signalen zwischen der Sende- und/oder Empfangseinrichtung und einem zugeordneten optischen Kanal des planaren optischen Schaltkreises aufweist. Dabei ist der Träger auf der einen Seite der Schaltungsplatine und die Sende- und/oder Empfangseinrichtung auf der anderen Seite der Schaltungsplatine angeordnet. Die Umlenkmittel liegen zumindest teilweise in der Ebene des planaren optischen Schaltkreises und lenken aus dem optischen Kanal ausgekoppelte optische Signale durch den Träger hindurch oder an diesem vorbei und durch die Schaltungsplatine hindurch auf die Sende- und/oder Empfangseinrichtung um bzw. koppeln von der Sende- und/oder Empfangseinrichtung ausgesandte optische Signale in den optischen Kanal ein.After that the invention is characterized solution by the integration of a circuit board in an optical arrangement made a carrier with the planar optical circuit, at least one transmitting and / or Receiving device and deflecting means for deflecting optical Signals between the transmitting and / or receiving device and a associated optical channel of the planar optical circuit having. Here is the carrier on one side of the circuit board and the transmitting and / or Receiving device on the other side of the circuit board arranged. The deflection means are at least partially in the plane of the planar optical circuit and steer out of the optical channel decoupled optical signals through or through the carrier over and through the circuit board to the transmitting and / or Reception device or coupled by the transmitting and / or receiving device emitted optical signals in the optical channel.
Bei der Schaltungsplatine handelt es sich beispielsweise um eine Kunststoffplatine (eine herkömmliche PCB (Printed Circuit Board)) oder um eine Platine aus einer Schichtkeramik. Die Verwendung einer Schaltungsplatine in Kombination mit einem planaren optischen Schaltkreis ermöglicht eine sehr einfache Monatage der elektrischen und optoelektronischen Komponenten direkt auf der Schaltungsplatine. Auch können die Umlenkmittel statt auf dem Träger des optischen Schaltkreises an dessen Rand und dabei auf der Schaltungsplatine montiert werden.at the circuit board is for example a plastic board (a conventional PCB (Printed Circuit Board)) or to a circuit board made of a layered ceramic. The use of a circuit board in combination with a planar optical circuit allows a very simple monthage of electrical and optoelectronic Components directly on the circuit board. Also, the Deflection means instead of on the carrier of the optical circuit at its edge and thereby on the circuit board to be assembled.
Die Verwendung einer Schaltungsplatine sorgt des weiteren für mechanische Stabilisierung der Anordnung. Hierdurch kann der meist sehr teure planare optische Schaltkreis mit dem zugehörigen Träger extrem schmal ausgelegt werden. Beispielsweise benötigen WDM-Schaltungen auf Glas auf Silizium-Basis nur eine Breite von wenigen zehntel Millimetern bei Chiplängen von über 10 Millimetern. Alle relevanten Kräfte werden von der robusten Schaltungsplatine aufgenommen.The Use of a circuit board further provides for mechanical Stabilization of the arrangement. This can be the most expensive planar optical circuit with the associated carrier designed extremely narrow become. For example, need WDM circuits on glass based on silicon only a width of a few tenths of a millimeter at chip lengths of over 10 millimeters. All relevant personnel are picked up by the rugged circuit board.
Ein weiterer Vorteil in der Kombination mit einer Schaltungsplatine besteht darin, dass an der Schaltungsplatine sowohl elektrische als auch optische Steckverbindungen robust angebracht werden können. Weiter können alle benötigten aktiven und passiven Bauelemente beidseitig auf der Schaltungsplatine montiert werden. Auch Abschirmgehäuse können vorgesehen sein. Durch die Dicke der Schaltungsplatine sind erforderliche optische Abstände zwischen den Umlenkmitteln und der Sende- und/oder Empfangseinrichtung einstellbar.One Another advantage in combination with a circuit board is that on the circuit board both electrical as well as optical connectors can be sturdily mounted. Further can all needed active and passive components on both sides of the circuit board to be assembled. Shielding can also be provided. By the thickness of the circuit board are required optical distances between the deflecting means and the transmitting and / or receiving device adjustable.
Die Signale eines optischen Kanals des planaren optischen Schaltkreises werden an einem freigelegten Ende oder unterbrochenen Bereich des optischen Kanals über die Umlenkmittel, beispielsweise ein Prisma oder einen Spiegel, nach unten umgelenkt. Entsprechend wird von unten kommendes Licht eines Sendeelementes durch die Umlenkmittel in Richtung eines optischen Kanals des planaren optischen Schaltkreises umgelenkt.The signals of an optical channel of the pla naren optical circuit are deflected at an exposed end or discontinuous portion of the optical channel via the deflection means, such as a prism or a mirror, downwards. Accordingly, light from below of a transmitting element is deflected by the deflection means in the direction of an optical channel of the planar optical circuit.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Umlenkmittel an der Oberseite des Trägers angeordnet, wobei aus dem optischen Kanal ausgekoppelte optische Signale durch den Träger hindurch auf die unterhalb des Trägers angeordnete Sende- und/oder Empfangseinrichtung umgelenkt werden bzw. umgekehrt. Der Träger ist dabei für die verwendeten Wellenlängen lichtdurchlässig. Alternativ können die Umlenkmittel jedoch auch am Rand des Trägers angeordnet sein. Dabei werden aus dem optischen Kanal ausgekoppelte optische Signale seitlich des Trägers (und im wesentlichen senkrecht zu dessen Oberfläche) auf die Sende- und/oder Empfangseinrichtung umgelenkt bzw. umgekehrt. Diese Variante ist insbesondere von Vorteil, wenn der Träger für die verwendeten Lichtwellenlängen nicht transparent ist. Für diesen Fall ist ebenfalls denkbar, dass aus dem optischen Kanal ausgekoppelte optische Signale durch eine Öffnung bzw. Bohrung des Trägers auf die Sende- und/oder Empfangseinrichtung umgelenkt werden.In In a preferred embodiment of the invention, the deflection means at the top of the carrier arranged, wherein coupled out of the optical channel optical Signals through the carrier on the below the carrier arranged transmitting and / or receiving device to be deflected or vice versa. The carrier is there for the wavelengths used translucent. Alternatively you can However, the deflection means may also be arranged on the edge of the carrier. there become optical signals coupled out of the optical channel laterally of the carrier (and substantially perpendicular to its surface) on the transmitting and / or Receiving device deflected or vice versa. This variant is particularly advantageous if the carrier for the wavelengths of light used is not transparent is. For this case is also conceivable that out of the optical channel decoupled optical signals through an opening or bore of the carrier the transmitting and / or receiving device are deflected.
Bei den Umlenkmitteln handelt es sich bevorzugt um ein Prisma oder einen Spiegel, das bzw. der in einer Vertiefung direkt an der Oberseite des Trägers oder an einer Stirnseite des Trägers angeordnet ist. Der Träger besteht beispielsweise aus Silicium und die Umlenkmittel aus Glas. Auch eine umgekehrte Ausbildung, bei der der Träger aus Glas und die Umlenkmittel aus Silicium bestehen, ist möglich. In beiden Fällen erfolgt bevorzugt eine Verbindung durch anodisches Bonden. Dies gewährleistet minimale Transmissionsverluste an der Grenzfläche zwischen Glas und Silizium. Auch wird darauf hingewiesen, dass ein anodisches Bonden zwischen den Umlenkmitteln und dem Trägermaterial in kostengünstiger Weise als Waferprozess vor der Vereinzelung erfolgen kann.at the deflecting means is preferably a prism or a Mirror, the or in a recess directly at the top of the carrier or on an end face of the carrier is arranged. The carrier For example, consists of silicon and the deflection of glass. Also, a reverse training in which the carrier is made of glass and the deflection made of silicon is possible. In both cases Preferably, a connection is made by anodic bonding. This guaranteed minimal transmission losses at the interface between glass and silicon. It is also noted that anodic bonding between the deflection means and the carrier material in cheaper Way can be done as a wafer process before singling.
Die Umlenkmittel, insbesondere ein Prisma, können jedoch auch aus Kunststoff hergestellt werden, beispielsweise im Spritzgussverfahren. Dabei besteht die Möglichkeit, die Prismenfläche in einfacher Weise derart zu formen, dass sie strahlformend, insbesondere fokussierend wirkt.The However, deflection means, in particular a prism, can also be made of plastic be prepared, for example by injection molding. It exists the possibility, the prism surface in a simple way to shape such that they jet shaping, in particular focusing acts.
In einer bevorzugten Ausgestalung befinden sich auf der Oberseite des Trägers Metallisierungen bzw. Leiterbahnen für die Montage von elektrischen und/oder opto-elektronischen Bauteilen. Dies ermöglicht eine direkte Montage auf dem Trägersubstrat des planaren optischen Schaltkreises.In a preferred Ausgestalung are located on the top of the carrier Metallizations or conductor tracks for the assembly of electrical and / or opto-electronic components. This allows direct mounting on the carrier substrate of the planar optical circuit.
Sofern die Schaltungsplatine lichtundurchlässig ist, was in der Regel der Fall sein wird, weist die Schaltungsplatine im von den optischen Signalen durchstrahlten Bereich bevorzugt mindestens eine Aussparung bzw. Öffnung auf. Das Licht wird von der Umlenkmitteln durch diese Öffnung gelenkt.Provided the circuit board is opaque, which is usually will be the case, the circuit board in from the optical Signals preferably radiated through at least one recess or opening on. The light is directed by the deflecting means through this opening.
In einer weiteren Weiterbildung der Erfindung sind in der Aussparung der Schaltungsplatine optische Komponenten angeordnet und/oder ragen solche in die Aussparung hinein. Beispielsweise ist auf die Unterseite des Trägers im Bereich der Aussparung der Schaltungsplatine direkt eine Linse und/oder ein Filter aufgeklebt. Der verwendete Klebstoff weist dabei bevorzugt einen Brechungsindex auf, der auf die Brechungsindizes des Trägers und der Linse und/oder des Filters bzw. dessen Trägermaterials angepasst ist.In Another embodiment of the invention are in the recess the circuit board optical components arranged and / or protrude such into the recess. For example, on the bottom of the carrier in the area of the recess of the circuit board directly a lens and / or a filter glued on. The adhesive used is preferred a refractive index which is based on the refractive indices of the carrier and the Lens and / or the filter or its carrier material is adjusted.
Die Anbringung optischer Komponenten in den Aussparungen der Schaltungsplatine und deren direkte Anbringung an dem Trägersubstrat des planaren optischen Schaltkreises weist den Vorteil auf, daß störende Grenzflächen, die zu Einkoppelverlusten und Rückreflexionen führen, minimiert werden.The Attaching optical components in the recesses of the circuit board and their direct attachment to the carrier substrate of the planar optical Circuit has the advantage that interfering interfaces, the to coupling losses and back reflections to lead, be minimized.
Weiter kann vorgesehen sein, dass eine der Sende- und/oder Empfangseinrichtung zugeordnete Linse zumindest teilweise in die Aussparung der Schaltungsplatine hineinragt.Further it can be provided that one of the transmitting and / or receiving device associated lens at least partially into the recess of the circuit board protrudes.
Die
Sende- und/oder Empfangseinrichtung ist bevorzugt gehäust und über eine
direkte SMD-Montage mit der Schaltungsplatine verbunden. Alternativ
ist die Sende- und/oder Empfangseinrichtung als Chip durch Drahtbonden
oder Flip-Chip-Montage
direkt auf die Schaltungsplatine (
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung bewirken die Umlenkmittel neben einer Strahlumlenkung auch eine Strahlformung, insbesondere eine Strahlfokussierung. Beispielsweise werden die Umlenkmittel durch eine Prismen-Linsen-Kombination gebildet. Die strahlformenden Strukturen werden beispielsweise aus gespritztem Kunststoff hergestellt oder mikrogeätzt. Durch die Integration strahlformender Strukturen in die Umlenkmittel können notwendige optische Komponenten wie Linsen eingespart und störende Grenzflächen weiter reduziert werden.In a further embodiment of the invention cause the deflection in addition to a beam deflection and a beam shaping, in particular a Beam focusing. For example, the deflection by a prism-lens combination educated. The beam-forming structures are made, for example sprayed plastic or microetched. Through the integration Beam-forming structures in the deflection can necessary optical components like lenses saved and annoying interfaces be further reduced.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung lenken die Umlenkmittel gleichzeitig optische Signale mehrerer, jeweils parallel angeordneter optischer Kanäle bzw. Sende- und/oder Empfangseinrichtungen um. Die Umlenkmittel werden dabei beispielsweise durch einen „Prismenriegel" gebildet. Durch die Verwendung einen länglichen Elements können Winkelfehler beim Montieren reduziert werden.In an advantageous embodiment, the deflecting means simultaneously deflect optical signals of a plurality of optical channels or transmitting and / or receiving devices arranged in parallel in each case. The deflection means are formed, for example, by a "prism bar." Angle errors can be achieved by using an elongated element be reduced when mounting.
Ein bevorzugtes Einsatzgebiet der Erfindung liegt in dem Bereich von WDM- (Wavelength Division Multiplex) Systemen. Die Anordnung weist dabei eine Vielzahl von bevorzugt parallel angeordneten optischen Kanälen in einem planaren optischen Schaltkreis auf, wobei optischen Kanäle die Signale jeweils einer bestimmten Wellenlänge bzw. eines engen Wellenlängenbereichs übertragen. Den optischen Kanälen ist jeweils eine Sende- und/oder Empfangseinrichtung zugeordnet. Zum Vereinen bzw. Trennen der optischer Signale unterschiedlicher Wellenlängen sind optische Filter vorgesehen, etwa Mach-Zehnder-Interferometer oder Bragg-Filter. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Anordnung auch in Verbindung mit einem Wellenlängenmultiplexer eingesetzt werden, der als Phased-Array von Wellenleitern auf SiO2 Basis (Glas auf Silizium) hergestellt ist. Ein derartiger Wellenlängenmultiplexer ist in der WO 99/52003 A1 beschrieben.A preferred field of application of the invention is in the field of WDM (Wavelength Division Multiplex) systems. In this case, the arrangement has a multiplicity of preferably parallel-arranged optical channels in a planar optical circuit, wherein optical channels transmit the signals in each case of a specific wavelength or of a narrow wavelength range. The optical channels are each assigned a transmitting and / or receiving device. For combining or separating the optical signals of different wavelengths optical filters are provided, such as Mach-Zehnder interferometer or Bragg filter. In particular, the arrangement according to the invention can also be used in conjunction with a wavelength multiplexer which is produced as a phased array of waveguides based on SiO 2 (glass on silicon). Such a wavelength multiplexer is described in WO 99/52003 A1.
Es wird darauf hingewiesen, dass die erfindungsgemässe Anordnung neben einer unidirektionalen Datenübertragung, bei der die Sende- und/oder Empfangseinrichtung entweder eine Sendeeinrichtung oder eine Empfangseinrichtung ist, auch zur bidirektionalen Datenübertragung verwendet werden kann, wobei die Sende- und Empfangseinrichtung dann sowohl optische Signale aussendet als auch empfängt. Hierzu sind entsprechende Sende- und Empfangselemente wie Laser und Photodiode gemeinsam angeordnet. Die gesendeten und empfangenen Signale sind bevorzugt unterschiedlicher Wellenlänge, wobei grundsätzlich jedoch auch Signale der gleichen Wellenlänge verwendet werden können.It It should be noted that the inventive arrangement in addition to a unidirectional Data transmission, in which the transmitting and / or receiving device either a transmitting device or a receiving device, also for bidirectional data transmission can be used, wherein the transmitting and receiving device then emit and receive both optical signals. For this are corresponding transmitting and receiving elements such as laser and photodiode arranged together. The transmitted and received signals are preferably different wavelength, but in principle, however also signals of the same wavelength can be used.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:The Invention will be described below with reference to the figures of Drawings based on several embodiments explained in more detail. Show it:
Zum
besseren Verständnis
des Hintergrunds der Erfindung wird zunächst anhand der
Die
Gemäß
Der
Lichtwellenleiter
Die
optische Ankopplung über
den Immersionskleber
Die
schräg
verlaufende Umlenkfläche
Statt
der Ausbildung des Prismas
Statt
aus Glas oder Silicium kann das Prisma
Es
wird darauf hingewiesen, dass das Substrat
Alternativ
wird statt eines Prismas ein Spiegel oder eine andere geeignete
strahlformende Fläche
verwendet, die eine Umlenkung der Lichtstrahlen des Lichtwellenleiters
Weiter
wird darauf hingewiesen, dass die Umlenkmittel
Schließlich wird
darauf hingewiesen, dass die Anordnung bei umgekehrter Strahlungsrichtung ebenso
der Einkopplung von durch den Träger
Bei
der Anordnungen nach
Auch
auf der Oberseite
Bei
der Anordnung der
Über Metallisierungen
Die
Da
die Schaltungsplatine
Gemäß
Die
Sende- und/oder Empfangseinrichtung
Die
Sende- und/oder Empfangseinrichtungen
In
den
Bevorzugt
ist das Prisma
Alle
an der Schaltungsplatine
Es
wird darauf hingewiesen, dass in den
Die
In
dem Ausführungsbeispiel
der
In
dem Ausführungsbeispiel
der
Durch
die Anordnung zusätzlicher
optischer Komponenten unmittelbar angrenzend an den Träger
Die
Bei
der
Das
Prisma
Bei
Verwendung von Silicium oder Glas als Material für das Prisma
Anordnungen
der in den
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |