DE102012025565A1

DE102012025565A1 - Optisches Kopplungssystem mit einem optischen Koppler und einem lichtdurchlässigen äußeren Medium sowie Herstellung und Verwendung eines solchen Systems

Info

Publication number: DE102012025565A1
Application number: DE201210025565
Authority: DE
Inventors: Hans-Hermann Oppermann
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2014-06-26
Anticipated expiration: 2032-12-21
Also published as: DE102012025565B4; US20140254984A1; US9134483B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein optisches Kopplungssystem (1) mit einem optischen Koppler (2) und einem lichtdurchlässigen äußeren Medium (3), wobei der optische Koppler (2) einen parallel zu einer Hauptebene (4) des optischen Kopplers verlaufenden Lichtwellenleiter (5), eine gegenüber der Hauptebene um einen Neigungswinkel (α) geneigte Spiegelfläche (6) und eine an das Medium (3) angrenzende Außenfläche (7) des Kopplers umfasst, wobei der Wellenleiter, die Spiegelfläche (6) und die Außenfläche (7) des Kopplers so ausgerichtet sind, dass ein von dem Lichtwellenleiter (5) ausgehender Lichtstrahl (8) an der Spiegelfläche (6) reflektiert wird und in einem relativ zur Hauptebene (4) definierten Kopplungswinkel (β) durch die Außenfläche (7) aus dem Koppler (2) in das äußere Medium (3) austritt oder dass ein in dem Kopplungswinkel (β) durch die Außenfläche (7) aus dem äußeren Medium (3) in den Koppler (2) eintritt, an der Spiegelfläche (6) reflektiert wird und anschließend in den Lichtwellenleiter (5) eingekoppelt wird. Die Erfindung betrifft außerdem ein Herstellungsverfahren sowie ein Verwendungsverfahren für ein solches Kopplungssystem.

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Kopplungssystem mit einem optischen Koppler und einem lichtdurchlässigen äußeren Medium. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Herstellen und ein Verfahren zum Verwenden eines solchen optischen Kopplungssystems.
Optische Kopplungssysteme werden verwendet, um Lichtstrahlen von einem Bauteil auf ein anderes zu übertragen, beispielsweise auf dem Gebiet der Optoelektronik, insbesondere in der optischen Kommunikation, im Computing und in der optischen Sensorik. Als Bauteile kommen insbesondere optische und optoelektronische Bauteile in Frage, wie beispielsweise, Lichtwellenleiter, Photodetektoren und Halbleiterlaser, insbesondere Oberflächenemitter (VCSEL), sowie integrierte optoelektronische Schaltkreise insbesondere auf Halbleiterbasis.
Die genannten Lichtstrahlen sind typischerweise monochromatisch oder weisen beispielweise ausschließlich Wellenlängen innerhalb eines schmalen Wellenlängenbereichs auf. Solche Lichtstrahlen können beispielsweise Lichtstrahlen einer Laserquelle sein. Die Lichtstrahlen könne beispielsweise gepulst (pulsmoduliert) sein. Weitere mögliche Bezeichnungen für die genannten Lichtstrahlen sind beispielsweise Lichtsignal oder Lichtimpuls.
Lichtstrahlen werden typischerweise abschnittsweise in Lichtwellenleitern geführt, wobei die Lichtwellenleiter oftmals auf Oberflächen flächiger Substrate oder Träger angeordnet sind. Es ergibt sich bei solchen „planar integrierten” Lichtwellenleitern dann häufig das Problem, die Lichtstrahlen aus dem Lichtwellenleiter senkrecht zu der Oberfläche der Substrats oder Trägers auf ein anderes Bauteil zu übertragen oder einen von dem Bauteil kommenden Lichtstrahl in umgekehrter Richtung senkrecht zur Oberfläche des Substrats oder Trägers in den Lichtwellenleiter einzustrahlen (einzukoppeln).
Zu diesem Zweck wird der Lichtstrahl häufig an einer in dem Träger integrierten Spiegelfläche umgelenkt, wobei versucht wird die Spiegelfläche in einem 45°-Winkel zur Oberfläche des Substrats auszurichten, um eine senkrechte Aus- bzw. Einkopplung des Lichtstrahls zu ermöglichen. Hierzu ist es beispielsweise bekannt, das Substrat von einer Unterseite her in einem 45°-Winkel anzuschleifen oder mit einem Laser zu bearbeiten. Es ist auch bekannt, eine 45°-Ebene in ein Polymer-Substrat einzuprägen und diese anschließend zu metallisieren. Nachteilig diesen Lösungen ist jedoch, dass sie aufwendig und teuer in der Herstellung sind.
Es ist somit die Aufgabe der vorliegenenden Erfindung, ein optisches Kopplungssystem vorzuschlagen, dass die geschilderten Probleme des Stands der Technik überwindet oder zumindest abmildert. Das optische Kopplungssystem soll also möglichst einfach und kostengünstig herstellbar sein und gleichzeitig eine möglichst genaue Umlenkung des Lichtstrahls um möglichst genau 90° relativ zu einer Oberfläche, auf der der Lichtwellenleiter angeordnet ist, ermöglichen. Ferner soll ein entsprechendes Herstellungsverfahren für ein solches System vorgeschlagen werden, dass möglichst einfach und kostengünstig durchführbar ist und gleichzeitig möglichst geringe Fehlertoleranzen mit sich bringt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein optisches Kopplungssystem gemäß Anspruch 1, durch ein Herstellungsverfahren für das optische Kopplungssystem gemäß Anspruch 20 und durch eine Verwendung des optischen Kopplungssystem gemäß Anspruch 23. Weiterentwicklungen und spezielle Ausführungsformen ergeben sich mit den abhängigen Ansprüchen.
Demnach umfasst das hier vorgeschlagene optische Kopplungssystem einen optischen Koppler und ein lichtdurchlässiges äußeres Medium. Der optische Koppler umfasst einen parallel zu einer Hauptebene des optischen Kopplers verlaufenden Lichtwellenleiter, eine gegenüber der Hauptebene um einen Neigungswinkel (α) geneigte Spiegelfläche und eine an das Medium angrenzende Außenfläche des Kopplers. Dabei sind der Wellenleiter, die Spiegelfläche und die Außenfläche des Kopplers so ausgerichtet, dass ein von dem Lichtwellenleiter ausgehender Lichtstrahl an der Spiegelfläche reflektiert wird und in einem relativ zur Hauptebene definierten Kopplungswinkel (β) durch die Außenfläche aus dem Koppler in das äußere Medium austritt. Selbstverständlich ist auch ein Strahlverlauf in einer entgegengesetzten Richtung möglich. Bei dieser Anordnung ist es aufgrund der Umkehrbarkeit des Strahlengangs außerdem möglich, dass der Lichtstrahl in dem Kopplungswinkel durch die Außenfläche aus dem äußeren Medium in den Koppler eintritt, an der Spiegelfläche reflektiert wird und anschließend in den Lichtwellenleiter eingekoppelt wird.
Zwischen der Spiegelfläche und der Außenfläche des Kopplers ist außerdem eine lichtdurchlässige Schicht mit einem optischen Brechungsindex (n₁) so angeordnet, dass Lichtstrahl, der also entweder von dem Lichtwellenleiter ausgeht oder in diesen nachfolgenden eingekoppelt wird, an mindestens einer von äußeren Grenzflächen der Schicht gebrochen und umgelenkt wird, wobei der Neigungswinkel (α) und der optischer Brechungsindex (n₁) in Abhängigkeit von einem optischen Brechungsindex (n₂) des äußeren Mediums so gewählt sind, dass der Kopplungswinkel (β) in einem Bereich zwischen 88° und 92°, vorzugsweise zwischen 89° und 91°, besonders bevorzugt zwischen 89,5° und 90,5°, liegt. Wie bereits oben betont wurde, ist selbstverständlich auch ein Strahlverlauf in einer entgegengesetzten Richtung möglich.
Hier und im Folgenden wird als Winkel zwischen zwei sich schneidenden (ebenen) Flächen oder (geraden) Linien jeweils der kleinste von den Flächen bzw. Linien eingeschlossene Winkel bezeichnet.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass auch dann der genannte Kopplungswinkel (β) innerhalb der genannten Winkelbereiche liegen kann, wenn der Neigungswinkel (α) von 45° abweicht, beispielsweise um mindestens 1°, um mindestens 2°, um mindestens 5° oder um eine noch größere Abweichung nach oben oder nach unten, beispielsweise um bis zu 10°, um bis zu 15° oder sogar um bis zu 20° nach oben oder nach unten. Beispielsweise kann der Neigungswinkel (α) 25° oder mehr betragen oder 33° oder mehr betragen. Ferner kann der Neigungswinkel (α) 65° oder weniger betragen oder 60° oder weniger betragen. Beispielsweise kann der Neigungswinkel (α) zwischen 40° und 60° liegen.
Die genannte Schicht dient dazu, den Lichtstrahl so zu brechen und umzulenken, dass der gewünschte Kopplungswinkel erzielt wird, obwohl der Neigungswinkel (α) ungleich 45° ist, wobei die Stärke der Brechung und Umlenkung von dem optischen Brechungsindex (n₁) abhängt. Der Kopplungswinkel wird also mittels der Schicht durch Lichtbrechung korrigiert. Hat der Neigungswinkel (α) also einen vorgegebenen Wert, der von 45° abweicht und beispielsweise zwischen 40° und 60° liegt, dann kann durch eine entsprechende Wahl des optischen Brechungsindex (n₁), beispielsweise durch Ausprobieren verschiedener Materialien für die genannte Schicht mit unterschiedlichen optischen Brechungsindizes, der gewünschte Kopplungswinkel erreicht werden. Dabei erhält man im Allgemeinen für unterschiedliche äußere optische Medien, falls diese sich in ihren optischen Brechungsindizes voneinander unterscheiden, auch unterschiedliche Werte für den Brechungsindex (n₁) der Schicht. Der Brechungsindex (n₁) der genannten Schicht hängt somit auch von dem Brechungsindex (n₂) des gegebenen äußeren Mediums ab.
Das äußere Medium kann beispielsweise ein Gas sein, beispielsweise Luft, und einen Brechungsindex zwischen 0,95 und 1,05 aufweisen. Das äußere Medium kann auch eine Flüssigkeit oder ein festes Material, beispielsweise ein Polymer, sein, etwa mit einem Brechungsindex (n₂) zwischen 1 und 2, insbesondere zwischen 1,4 und 1,67, beispielsweise von etwa 1,4 oder 1,41, oder ein Glas, beispielsweise mit einem Brechungsindex in einem Bereich zwischen 1,4 und 2,2, insbesondere zwischen 1,46 und 2,146, beispielsweise von etwa 2,14. Es kommen auch kristalline (bzw. polykristalline) Materialien in Frage, welche sich durch sehr hohe Brechungsindizes auszeichnen können, wie beispielsweise 3,9 für PbS. Das äußere Medium kann im Prinzip auch ein Teil desjenigen optoelektronischen Bauteils sein, in das der Lichtstrahl eingekoppelt wird. Auch für die erstgenannte Schicht sowie für die weiteren im Folgenden genannten Schichten kommt ebenfalls jedes der für das äußere Medium genannten Materialien in Frage. Im Fall eines Gases für eine dieser Schicht lässt sich dies in der Herstellung durch die Verwendung von einer oder mehrere Opferschichten erreichen, welche beispielsweise auf die Spiegelfläche aufgetragen und in einem nachfolgenden Verfahrensschritt, beispielsweise nach Auftragen des äußeren Mediums auf die Opferschicht, wieder entfernt und mit dem Gas ausgefüllt werden.
Vorzugsweise sind alle von dem Lichtstrahl durchlaufenen Materialien, insbesondere die genannte transparenten Schicht und das äußere Medium, optisch möglichst homogen, d. h. es ändern sich die optischen Eigenschaften (insbesondere der Brechungsindex) nicht oder möglichst wenig innerhalb dieser Materialien.
Schließlich ist bekannt, dass der optische Brechungsindex eines lichtdurchlässigen Materials in der Regel von der Wellenlänge (λ) des Lichts abhängt, also wellenlängenabhängig ist (Dispersion). Somit kann der optischen Brechungsindex (n₁) auch von der Wellenlänge (λ) des Lichtstrahls abhängen. Vorzugsweise ist der Lichtstrahl monochromatisch mit einer gegebenen Wellenlänge (λ) oder weist ausschließlich Wellenlängen (λ_i) innerhalb eines schmalen Wellenlängenbereichs auf. Dann hat das beanspruchte optische Kopplungssystem zumindest die Eignung, derartige Lichtstrahlen innerhalb der genannten Bereiche des Kopplungswinkels wie beschrieben aus- bzw. einzukoppeln. Die angegebenen Werte von Brechungsindizes beziehen sich dann jeweils auf die Wellenlänge(n) des verwendeten bzw. bestimmungsgemäßen Lichtstrahls. Typische Werte der Wellenlänge λ betragen beispielsweise 850 nm, 1310 nm und 1550 nm in der optischen Kommunikation, liegen hier also innerhalb eines Bereiches von etwa 750 nm bis 1750 nm. Für Anwendungen in der Sensorik kommen Wellenlängen λ in einem Bereich zwischen 300 nm (beispielsweise für UV-Sensoren) und 5000 nm (beispielsweise für IR-Sensoren) in Frage.
Vorzugsweise sind die Spiegelfläche und die Außenfläche jeweils eben ausgestaltet. In einer besonders einfachen Ausgestaltung des Systems verlaufen die Außenfläche und die Spiegelfläche parallel zueinander.
Einen Vereinfachung des Systems erhält man zudem dann, wenn die mindestens eine der äußeren Grenzflächen der transparenten Schicht, an der der Lichtstrahl gebrochen und umgelenkt wird, parallel zur Spiegelfläche ausgerichtet sind. Vorzugsweise weist die genannte Schicht zwei Grenzflächen auf, von denen eine der Außenfläche zugewandt ist und eine der Spiegelfläche zugewandt ist. Typischerweise durchläuft der Lichtstrahl zumindest die der Außenfläche zugewandte Grenzfläche und wird an dieser gebrochen und umgelenkt. Falls die der Spiegelfläche zugewandte Grenzfläche nicht direkt an die Spiegelfläche flächig angrenzt, dann durchläuft der Lichtstrahl typischerweise auch diese Grenzfläche und wird an ihr (ebenfalls) gebrochen und umgelenkt. In einem speziellen Ausführungsbeispiel grenzt die genannte Schicht an die Außenfläche und/oder an die Spiegelfläche flächig an, nämlich mit der jeweils zugewandten Grenzfläche.
Es ist auch möglich, dass die Schicht Teil einer weitere (d. h. eine oder mehrere) transparente Schichten umfassenden Schichtanordnung ist, wobei die Schichtanordnung an die Außenfläche und an die Spiegelfläche jeweils flächig angrenzt, wobei die Schichten der Schichtanordnung, also die erstgenannte Schicht und die weiteren Schichten, jeweils zwei parallel zur Spiegelfläche und zur Außenfläche verlaufende äußere Grenzflächen aufweist. In einem einfachen Ausführungsbeispiel besteht die Schichtanordnung ausschließlich aus diesen Schichten. Überraschenderweise kann in diesem Fall erreicht werden, dass der Kopplungswinkel (β) des Lichtstrahls unabhängig von den Brechungsindizes der weiteren Schichten ist, da die Brechungs- und Umlenkungseffekte dieser Schichten sich bezüglich des der Kopplungswinkels (β) gegenseitig letztlich kompensieren. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der Lichtstrahl aus dem Lichtwellenleiter in die erstgenannte Schicht eingestrahlt wird, ohne zuvor eine der weiteren Schichten der Schichtanordnung zu durchlaufen.
Im Folgenden wird die erstgenannte Schicht auch kurz als „die Schicht” bezeichnet.
Der Lichtwellenleiter kann beispielsweise ausgerichtet sein, den Lichtstrahl durch eine weitere äußere Grenzfläche der Schicht hindurch in diese Schicht einzustrahlen, wobei die weitere äußere Grenzfläche dem Lichtwellenleiter zugewandt ist und vorzugsweise an den Lichtwellenleiter bzw. einen Wellenleiterkern des Lichtwellenleiters direkt angrenzt. Typischerweise ist diese weitere Grenzfläche zwischen den beiden erstgenannten Grenzflächen der Schicht, welche der Außenfläche bzw. der Spiegelfläche zugewandt sind, angeordnet. Vorzugsweise erfolgt an dieser Grenzfläche keine Brechung und Umlenkung des Lichtstrahls. Dies kann beispielsweise dadurch erzielt werden, dass diese weitere Grenzfläche zwischen dem Lichtwellenleiter bzw. dem Wellenleiterkern und dieser Schicht senkrecht zu einer lokalen Strahlachse des Lichtstrahls ausgerichtet ist, d. h. der Lichtstrahl trifft senkrecht auf diese weitere Grenzfläche auf. Eine Brechung und Umlenkung an dieser weiteren Grenzfläche kann aber auch dadurch ausgeschlossen werden, dass ein den Lichtstrahl führender Wellenleiterkern des Lichtwellenleiter einen Brechungsindex aufweist, der dem Brechungsindex der Schicht gleicht, wie weiter unten beschrieben wird.
Eine weitere Vereinfachung des optisches Kopplungssystem kann dadurch erreicht werden, dass der Lichtwellenleiter ausgerichtet ist, den Lichtstrahl parallel zu einer von einer Flächennormalen der Hauptebene und einer Flächennormale der Spiegelfläche aufgespannten Ebene auszusenden, typischerweise in eine auf die Spiegelfläche weisende Richtung.
Durch die genannten Vereinfachungen kann erzielt werden, dass anhand eines einfacher Zusammenhangs zwischen dem optischen Brechungsindex (n₁), der erstgenannten Schicht, dem optische Brechungsindex (n₂) des äußeren Mediums und dem Neigungswinkel (α) berechnet werden kann, welcher Brechungswinkel (n₁) erforderlich ist, damit der Kopplungswinkel in dem gewünschten Bereich liegt. Der erforderliche Brechungsindex (n₁) der Schicht kann dann anhand dieses Zusammenhangs ermittelt werden, so dass ein Auffinden eines geeigneten Materials für die Schicht noch einfacher wird, wobei das Material für die Schicht bei gegebenen Werten des optischen Brechungsindex (n₂) des äußeren Mediums und des Neigungswinkel (α) aber ebenfalls problemlos durchgeführt werden kann, da die Kopplungswinkel offensichtlich stetig vom Brechungsindex (n₁) (wie auch von den Parametern n₁ und α) abhängt. Der genannte Zusammenhang zwischen dem optischen Brechungsindex (n₁) der erstgenannten Schicht, dem optischen Brechungsindex (n₂) des äußeren Mediums und dem Neigungswinkel (α) lautet (im einfachsten Fall) n₁/n₂ = tan(α).
unter Verwendung des Snelliusschen Brechungsgesetzes n₁·sin(α₁) = n₂·sin(α₂). Es ist insbesondere möglich, dass der Lichtwellenleiter einen den Lichtstrahl führenden Wellenleiterkern (wie oben bereits genannt) sowie mindestens eine an den Wellenleiterkern seitlich angrenzende Mantelschicht umfasst, wobei ein optischer Brechungsindex des Wellenleiterkerns größer als der optischer Brechungsindex (bzw. als die optischen Brechungsindizes) der mindestens einen Mantelschicht ist, so dass durch die Mantelschicht der Lichtstrahl mittels Totalreflexion in den Wellenleiterkern zurückreflektiert werden kann. Es ist im einfachsten Fall möglich, dass der Lichtwellenleiter genau eine Mantelschicht aus einem einzigen Material aufweist, in die der Wellenleiter eingebettet ist. Es ist aber prinzipiell auch möglich, dass der Lichtwellenleiter mehrere Mantelschichten aufweist, in die der Wellenleiterkern eingebettet ist, beispielsweise eine Mantelschicht, die zwischen dem Wellenleiterkern und einem Substrat, dass den Lichtwellenleiter trägt, angeordnet ist, sowie über dieser Mantelschicht angeordnete weitere Mantelschichten. Diese Mantelschichten können gleiche oder unterschiedliche Brechungsindizes aufweisen, welche jedoch jeweils kleiner als der Brechungsindex des Wellenleiterkerns sein müssen. Wie weiter unten beschrieben wird, können diese Mantelschichten wie auch der Wellenleiterkern vor der Speigelfläche enden oder sich über diese hinweg erstrecken als Schichten der oben beschriebenen Schichtanordnung. Innerhalb des Lichtwellenleiters verläuft der Lichtstrahls aufgrund der Totalreflexion des Lichtstrahls an der Grenzfläche zwischen Wellenleiterkern und Mantelschicht hauptsächlich im Wellenleiterkern. Der Lichtstrahl dringt bei der Totalreflexion an diese Grenzfläche in der Regel nur mit einer sehr geringen Eindringtiefe in die Mantelschicht ein. Sofern diese eine ausreichende Dicke aufweist, typischerweise mindestens einige Wellenlängen des Lichtstrahls, also typischerweise mindestens 1 bis 10 μm, dann wird ein seitliches Austreten des Lichtstrahls durch die Mantelschicht aus dem Lichtwellenleiter verhindert. Es können dann außerhalb des Lichtwellenleiters weitere Schichten angeordnet sein, die seitlich an den Lichtwellenleiter, also an die Mantelschichten, angrenzen. Eine solche seitlich an den Lichtwellenleiter angrenzende Schicht kann einen beliebigen optische Brechungsindex aufweisen, insbesondere auch einen Brechungsindex, der kleiner oder größer als die Brechungsindizes der Mantelschichten oder als der Brechungsindex des Wellenleiterkerns ist. Diese Schicht kann beispielsweise aus dem gleichen Material bestehen wie die erstgenannte Schicht und kann auch an diese angrenzen bzw. in diese übergehen, vgl. Schicht 9 in 2.
Beispielsweise kann der optische Brechungsindex des Wellenleiterkerns dem optischen Brechungsindex (n₁) der Schicht gleichen, wie oben bereits beschrieben. Alternativ ist es auch möglich, dass der optische Brechungsindex einer der mindestens einen Mantelschicht dem optischen Brechungsindex (n₁) der Schicht gleicht. Im ersten Fall kann die Schicht eine von dem Wellenleiterkern ausgehende kontinuierliche Fortsetzung/Verlängerung des Wellenleiterkerns sein, im zweiten Fall eine von der betreffenden Mantelschicht ausgehende kontinuierliche Fortsetzung/Verlängerung der betreffenden Mantelschicht. Im ersten Fall ist typischerweise auch die zwischen dem Wellenleiterkern und der Oberfläche des Trägers angeordnete Mantelschicht ebenfalls kontinuierlich fortgesetzt als eine weitere Schicht der oben beschriebenen Schichtanordnung zwischen der Spiegelfläche und der erstgenannten Schicht. Um ferner im ersten Fall eine Auskopplung des Lichtstrahls aus dem Wellenleiterkern durch diese Mantelschicht zu ermöglichen, ist es typischerweise erforderlich, dass der Neigungswinkel (α) größer als ein Grenzwinkel (θ_c) der Totalreflexion zwischen dem Wellenleiterkern und dieser Mantelschicht ist, welcher auf bekannte Weise von den Brechungsindizes dieser Mantelschicht und dem Wellenleiterkern abhängt. Auf diese Weise weist der Wellenleiterkern an einem Übergang zur Spiegelfläche (beispielsweise von dem ersten zum zweiten Oberflächenbereich, siehe unten) eine so starke Neigung auf, dass der Lichtstrahl an dieser Stelle aus dem Wellenleiterkern austritt, da aufgrund der Neigung keine Totalreflexion stattfinden kann.
In einem möglichen weiteren Ausführungsbeispiel weist der Lichtwellenleiter ein auf die Spiegelfläche weisendes Endstück auf, an dem der Lichtwellenleiter endet und aus dem der Lichtstrahl aus dem Lichtwellenleiter austritt bzw. in das der Lichtstrahl in den Lichtwellenleiter eintritt. An diesem Endstück endet also zumindest der Wellenleiterkern des Lichtwellenleiters. Dieses Endstück ist typischerweise parallel zur Hauptebene ausgerichtet. In diesem wie auch in anderen Ausführungsbeispielen grenzt der Wellenleiterkern typischerweise nicht an die Spiegelfläche an.
Die mindestens eine Mantelschicht kann beispielsweise aus einem Glas oder einem Polymer bestehen bzw. gefertigt werden. Auch kann der Wellenleiterkern aus einem Glas, wie etwa SiON oder SiN, oder einem Polymer bestehen bzw. gefertigt werden.
Beim vorgeschlagenen Verfahren zum Verwenden eine optischen Kopplungssystems hier vorgeschlagener Art ist dementsprechend vorgesehen, dass, je nach Kopplungsrichtung,

– ein von dem Lichtwellenleiter ausgehender Lichtstrahl in die Schicht eingestrahlt wird und in seinem weiteren Strahlenverlauf an der Spiegelfläche reflektiert wird, wobei der Lichtstrahl in seinem Strahlenverlauf an mindestens einer der äußeren Grenzflächen der Schicht gebrochen und umgelenkt wird und anschließend durch die Außenfläche aus dem optischen Koppler in das äußere Medium austritt, oder dass
– ein mit der Hauptebene den genannten Kopplungswinkel einschließender Lichtstrahl durch die Außenfläche in den optischen Koppler eingestrahlt wird, wobei der Lichtstrahl in seinem anschließenden Strahlenverlauf an mindestens einer der äußeren Grenzflächen der Schicht gebrochen und umgelenkt wird, wobei der Lichtstrahl an der Spiegelfläche reflektiert und anschließend in den Lichtwellenleiter eingekoppelt wird.

Die oben und im Folgenden beschriebenen Merkmale spezieller Ausführungsform des Kopplungssystems übertragen sich entsprechend auch auf dieses Verfahren. Folgende Strahlverläufe sind bei einer bestimmungsgemäßen Verwendung des optischen Koppelsystems möglich:
Zuerst geht der Lichtstrahl von dem Lichtwellenleiter in die Schicht über. Dies erfolgt vorzugsweise ohne Brechung/Umlenkung des Lichtstrahls, indem der Wellenleiterkern und die Schicht gleiche Brechungsindizes aufweisen (bspw. aus gleichem Material bestehen) oder indem der Lichtstrahl senkrecht auf eine Grenzfläche zwischen Lichtwellenleiter und Schicht auftrifft. Falls die Schicht direkt an die Spiegelfläche angrenzt, erfolgt die Umlenkung des Lichtstrahls durch diese Schicht nur durch eine einzige Grenzfläche der Schicht, welche der Außenfläche zugewandt ist und vorzugsweise parallel zur Spiegelfläche verläuft. Falls die Schicht nicht direkt an die Spiegelfläche angrenzt, dann erfolgt eine Brechung und Umlenkung des Lichtstrahls auch an einer der Spiegelfläche zugewandten und zu ihr vorzugsweise parallelen weiteren Grenzfläche der Schicht. Falls weitere parallele Schichten zwischen der Schicht und der Spiegelfläche und/oder zwischen der Schicht und der Außenfläche angeordnet sind, dann erfolgen weitere Brechungen und Umlenkungen auch an Grenzflächen dieser weiteren Schichten, deren Effekte sich jedoch (aufgrund der parallelen Ausrichtung zur Spiegelfläche und Außenfläche) hinsichtlich de Kopplungswinkels des Lichtstrahls kompensieren. Zuletzt tritt der Lichtstrahls aus dem optischen Koppler durch die Außenfläche in das äußere Medium aus, wobei die Außenfläche vorzugsweise parallel zur Spiegelfläche verläuft und an die Schicht oder die weiteren Schichten angrenzt.
Der optische Koppler kann einen Träger aufweisen, dessen Oberfläche einen parallel zur Hauptebene angeordneten ersten Oberflächenbereich und einen parallel zur Spiegelfläche angeordneten zweiten Oberflächenbereich umfasst. Es ist beispielsweise möglich, dass der Lichtwellenleiter eine als Wellenleiterkern ausgestaltete erste Schicht und eine oder mehrere an den Wellenleiterkern angrenzende weitere Mantelschichten aufweist. Diese Schichten können auf dem ersten Oberflächenbereich angeordnet bzw. aufgetragen sein. Es ist aber auch möglich, dass diese Schichten sich auch über weitere Oberflächenbereiche der Oberfläche des Trägers erstreckt, beispielsweise auch über den zweiten Oberflächenbereich. Der zweite Oberflächenbereich kann verspiegelt sein, beispielsweise mittels einer auf den zweiten Oberflächenberiech angeordneten bzw. aufgetragenen metallischen Schicht. Dann ist bzw. bildet diese Verspiegelung bzw. diese Schicht die Spiegelfläche des optischen Kopplers.
In einem speziellen Ausführungsbeispiel grenzt der erste Oberflächenbereich des Trägers an den zweiten Oberflächenbereich an.
Der genannte Träger kann ferner einen dritten Oberflächenbereich aufweisen, der parallel zum ersten Oberflächenbereich (und somit auch parallel zur Hauptebene) verläuft und gegenüber diesem erhöht ist, wobei die Höhe der Oberflächenbereiche senkrecht zum ersten Oberflächenbereich in Richtung der Außenfläche gemessen wird. Der Träger kann außerdem einen gegenüber der Hauptebene geneigten vierten Oberflächenbereich aufweisen, welcher zwischen dem ersten und dem dritten Oberflächenbereich angeordnet ist und an den ersten und dritten Oberflächenbereich angrenzt. Der erhöhte dritte Oberflächenbereich kann außerdem auch an den zweiten Oberflächenbereich angrenzen. Der Lichtwellenleiter kann sich über jede der genannten Oberflächenbereiche hinweg erstrecken, der Lichtwellenleiter kann sich also insbesondere über den ersten, dritten und vierten Oberflächenbereich kontinuierlich hinweg erstrecken und ggf. ebenso auch über den zweiten Oberflächenbereich.
Derartige Oberflächenbereiche können beispielsweise dadurch realisiert werden, dass der Träger in seiner Oberfläche eine, beispielsweise pyramidenstumpfförmige, Vertiefung aufweist, die sich vorzugsweise in den Träger hinein verengt, wobei eine Grundfläche der (pyramidenstumpfförmigen) Vertiefung der erste Oberflächenbereich ist und eine Seitenflächen der (pyramidenstumpfförmigen) Vertiefung der zweite Oberflächenbereich ist. Eine weitere Seitenfläche kann den oben genannten vierten Oberflächenbereich umfassen. Der dritte Oberflächenbereich kann beispielsweise ringsum an einen oberen Rand der Vertiefung angrenzen.
Es ist auch möglich, dass der Träger auf seiner Oberfläche eine, beispielsweise pyramidenstumpfförmige, Erhöhung aufweist, wobei der erste Oberflächenbereich an die Erhöhung angrenzt und eine Seitenfläche der Erhöhung der zweite Oberflächenbereich ist.
Der Träger kann ein kristallines Substrat, beispielsweise eine Silizium-Substrat, oder ein Polymer-Substrat sein. Die Hauptebene kann beispielsweise parallel zu einer ersten Gitterebene des kristallinen Substrats, beispielsweise parallel zu einer [110]-Gitterebene des Silizium-Substrats, verlaufen. Die Spiegelfläche kann parallel zu einer zweiten Gitterebene des kristallinen Substrats, beispielsweise parallel zu einer [111]-Gitterebene des Silizium-Substrats, verlaufen. In diesem Fall beträgt der Neigungswinkel (α) typischerweise 54,7°. Die Verwendung von Gitterebenen bei der Definition des Neigungswinkels (α) hat den Vorteil, dass sich der Neigungswinkel (α) auf diese Weise hochgenau und sehr gut reproduzierbar herstellen lässt, beispielsweise unter Anwendung anisotroper Ätzverfahren und ggf. nachfolgender Abformverfahren etwa im Fall eines Polymer-Substrats. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise die oben genannte Vertiefung wie auch die oben genannte Erhöhung in dem kristallinen Substrat wie auch im Polymer-Substrat (nachfolgend durch Abformen des kristallinen Substrats) herstellen.
Entsprechend sieht das hier vorgeschlagenen Verfahren zum Herstellen eines optischen Kopplungssystem hier vorgeschlagener Art vor, dass zum Herstellen der gegenüber der Hauptebene geneigten Spiegelfläche die Oberfläche eines kristallinen Substrats, beispielsweise eines Silizium-Substrats, mittels anisotropen Ätzens bearbeitet wird, so dass ein erster ebener Oberflächenbereich des kristallinen Substrats parallel zu einer ersten Gitterebene des kristallinen Substrats verläuft und ein an den ersten Oberflächenbereich angrenzender zweiter Oberflächenbereich parallel zu einer zweiten Gitterebene des Silizium-Substrats verläuft. Dabei kann die erste Gitterebene beispielsweise eine [110]-Gitterebene und zweite Gitterebene eine [111]-Gitterebene sein.
Ferner ist es möglich, dass das kristalline Substrat als Träger des optischen Kopplers verwendet wird. Es ist aber auch möglich, dass ein Polymer-Substrat von einer Matrize abgeformt wird, wobei die Matrize das kristalline Substrat ist oder die Matrize selbst von dem kristallinen Substrats abgeformt worden ist. Das Abformen kann beispielsweise durch Abgießen oder Abdrücken des kristallinen Substrats bzw. der Matrize erfolgen. Das unter Verwendung des kristallinen Substrats umgeformte Polymer-Substrat wird anschließend als Träger für den optischen Koppler verwendet wird. Weitere Umformverfahren sind beispielsweise Hot-Embossing und Nano-Imprint. Der Lichtwellenleiter wie auch eine, mehrere oder alle der hier genannten Schichten, also der Wellenleiterkern, die mindestens eine Mantelschicht, die erstgenannte Schicht und/oder die weiteren Schichten der genannten Schichtanordnung, können vorteilhafterweise unter Anwenden bekannter Abscheideverfahren, wie etwa Sputtern, und/oder von Ätzverfahren auf dem Träger mit dem ersten und dem zweiten Oberflächenbereich hergestellt werden. Auf diese Weise kann eine besonders genaue relative Ausrichtung und Anordnung dieser Schichten, insbesondere des Lichtwellenleiters relativ zur Spiegelfläche, erfolgen. Außerdem ist es möglich, den Lichtwellenleiter besonders dicht unterhalb der Außenfläche anzuordnen, so dass der optische Koppler einerseits eine nur geringe Höhe aufweisen kann. Anderseits lässt sich so vorteilhafterweise ein Abstand zu dem Bauteil, in das der Lichtstrahl eingestrahlt wird, sehr gering halten, so dass eine nur geringe Strahlaufweitung und eine hohe Koppeleffizienz erzielt werden können. Bei einer umgekehrten Strahlrichtung (Einstrahlung vom Bauteil in den optischen Koppler) werden entsprechende Vorteile erzielt.
Das optische Kopplungssystem kann außerdem umfassen:

– ein optoelektronisches oder optisches Bauteil, welches mit dem optischen Koppler verbunden und relativ zu der Außenfläche des optischen Kopplers so angeordnet ist, dass der Lichtstrahl von dem optischen Koppler kommend in das Bauteil eingekoppelt wird oder dass ein von dem optoelektronischen Bauteil kommender Lichtstrahl in den optischen Koppler eingekoppelt wird, oder
– einen weiteren optischen Koppler hier vorgeschlagener Art, wobei der weitere optische Koppler relativ zudem erstgenannten Koppler so ausgerichtet ist, dass der Lichtstrahl durch die Außenfläche des weiteren optischen Kopplers in den weiteren Koppler eintritt, auf die Spiegelfläche des weiteren Kopplers auftrifft, an dieser Spiegelfläche reflektiert wird und der an dieser Speigelfläche reflektierte Lichtstrahl in den Lichtwellenleiter des zweiten optischen Kopplers eingestrahlt wird.

Das äußere Medium kann zwischen der Außenfläche der optischen Kopplers und einer dem optischen Koppler zugewandten Außenfläche des optoelektronischen oder optischen Bauteils angeordnet ist, wobei das äußere Medium einen durch diese Außenflächen definierten Zwischenbereich vorzugsweise vollständig ausfüllt. In einer solchen Anordnung kann das äußere Medium auch als Zwischenmedium des Systems bezeichnet werden.
Das optoelektronische Bauteil kann ein Oberflächenemitter, beispielsweise ein VCSEL, oder ein Photodetektor sein. Ferner kann ein optisches Linsenelement vorgesehen sein beispielsweise zum Bündeln des durch die Außenfläche des optischen Kopplers tretenden Lichtstrahls. Hierzu kann die das Linsenelement beispielsweise direkt an die Außenfläche des optischen Kopplers angrenzen und auf diese Weise das äußere Medium darstellen. Das jeweilige Bauteil kann beispielsweise mittels Flip-Chip-Montage auf dem optischen Koppler bzw. auf dem Träger befestigt sein.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von in 1 bis 13 schematisch dargestellten speziellen Ausführungsbeispielen der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
1–4 Teilansichten von Querschnitten durch optische Kopplungssysteme hier vorgeschlagener Art,
5–8 Querschnitte durch das in 1 gezeigte optische Kopplungssysteme in verschiedenen Stadien seiner Herstellung,
9 das in 1 gezeigte optische Kopplungssysteme in einer Ansicht von oben,
10 einen Querschnitt durch das in 9 gezeigte optische Kopplungssysteme mit einem optoelektronischen Bauteil,
11 einen Querschnitt durch das in 9 gezeigte optische Kopplungssysteme mit einem weiteren optischen Koppler hier vorgeschlagener Art,
12 ein optisches Kopplungssystem hier vorgeschlagener Art in einer Ansicht von oben und
13 eine vergrößerten Ausschnitt von 12,
14 einen Querschnitt durch ein optisches Kopplungssystem hier vorgeschlagener Art.
In den Figuren sind gleiche oder einander entsprechende Merkmale mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 bis 4 sind Teilansichten von Querschnitten durch vier verschiedene spezielle Beispiele für optische Kopplungssysteme 1 hier vorgeschlagener Art schematisch dargestellt. Zunächst wird das in 1 gezeigte Beispiel beschrieben. Die in 2–4 und 14 gezeigten Beispiele werden anhand ihrer Unterschiede zum in 1 gezeigten Beispiel erläutert.
Das in 1 gezeigte optische Kopplungssystem 1 umfasst, ebenso wie die in 2-4 gezeigten Kopplungssysteme 1, einen optischen Koppler 2 und ein lichtdurchlässiges äußeres Medium 3. Der optische Koppler 2 umfasst einen parallel zu einer Hauptebene des optischen Kopplers verlaufenden Lichtwellenleiter 5, eine gegenüber der Hauptebene 4 um einen Neigungswinkel α geneigte Spiegelfläche 6 und eine an das Medium 5 angrenzende Außenfläche 7 des Kopplers 2. Dabei sind der Wellenleiter 5, die Spiegelfläche 6 und die Außenfläche 7 des Kopplers 2 so ausgerichtet, dass ein von dem Lichtwellenleiter 5 ausgehender Lichtstrahl 8 an der Spiegelfläche 6 reflektiert wird und in einem relativ zur Hauptebene definierten Kopplungswinkel β durch die Außenfläche 7 aus dem Koppler 2 in das äußere Medium 3 austritt. Selbstverständlich ist auch ein Strahlverlauf in einer entgegengesetzten Richtung möglich.
Zwischen der Spiegelfläche und der Außenfläche des Kopplers ist außerdem eine lichtdurchlässige Schicht 9 mit einem optischen Brechungsindex (n₁) so angeordnet, dass der vom Lichtwellenleiter 5 ausgehende Lichtstrahl 8 an mindestens einer von äußeren Grenzflächen 10, 11 der Schicht 9 gebrochen und umgelenkt wird, wobei der Neigungswinkel (α) und der optischer Brechungsindex (n₁) in Abhängigkeit von einem optischen Brechungsindex (n₂) des äußeren Mediums 3 so gewählt sind, dass der Kopplungswinkel (β) in einem Bereich zwischen 88° und 92°, vorzugsweise zwischen 89° und 91°, besonders bevorzugt zwischen 89,5° und 90,5°, liegt. In diesem Fall beträgt der Kopplungswinkel 90°.
In den in 1, 2 und 14 gezeigten Beispielen wird der Lichtstrahl jeweils an genau einer Grenzfläche 10 der Schicht 9 gebrochen. Diese fällt in diesen einfachen Beispielen mit der Außenfläche 7 zusammen. In den in 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispielen wird der Lichtstrahl jeweils an genau zwei Grenzflächen 10 und 11 der Schicht 9 gebrochen, wobei die Grenzfläche 10 der Außenfläche 7 zugewandt ist und im Fall des in 3 gezeigten Beispiels mit der Außenfläche zusammenfällt. Die Grenzfläche 11 ist jeweils der Spiegelfläche 6 zugewandt und verläuft parallel zu dieser. Diese Grenzfläche 11 grenzt in den in 1, 2 und 14 gezeigten Beispielen direkt an die Spiegelfläche 6 an, nicht aber in den in 3 und 4 gezeigten Beispielen, so dass hier der Lichtstrahl gebrochen wird.
In den in 3 und 4 gezeigten Beispielen ist die Schicht 9 Teil einer Schichtanordnung 12 ist, wobei die Schichtanordnung 12 an die Außenfläche 7 und an die Spiegelfläche 6 jeweils flächig angrenzt. Die Schichtanordnung besteht aus der Schicht 9 sowie aus mindestens einer weiteren Schicht 13, 14, welche, jeweils zwei parallel zur Spiegelfläche 6 und zur Außenfläche 7 verlaufende ebene äußere Grenzflächen 15–18 aufweisen. Der Kopplungswinkel (β) des Lichtstrahls ist in diesen Beispielen unabhängig von den Brechungsindizes der weiteren Schichten 13, 14, da die Brechungs- und Umlenkungseffekte dieser Schichten 13, 14 sich bezüglich des der Kopplungswinkels (β) gegenseitig kompensieren. Der Lichtstrahl 8 wird aus dem Lichtwellenleiter 5 in die erstgenannte Schicht 9 eingestrahlt, ohne zuvor eine der weiteren Schichten 13, 14 der Schichtanordnung 12 zu durchlaufen.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass auch dann der genannte Kopplungswinkel (β) innerhalb der genannten Winkelbereiche liegen kann, wenn der Neigungswinkel (α) von 45° abweicht, beispielsweise um 2° oder mehr. Beispielsweise kann der Neigungswinkel (α) zwischen 25° und 65° liegen. In den in 1 bis 4 gezeigten Beispielen ist α = 54,7°, wie weiter unten näher erläutert wird. In 14 beträgt ist α = 25°. Die Schicht 9 dient dazu, den Lichtstrahl 8 so zu brechen und umzulenken, dass der gewünschte Kopplungswinkel von 90° erzielt wird, obwohl der Neigungswinkel (α) ungleich 45° ist. Das äußere Medium 3 kann beispielsweise ein Gas sein, beispielsweise Luft, und einen Brechungsindex zwischen 0,95 und 1,05 aufweisen. Das äußere Medium kann auch eine Flüssigkeit oder ein festes Material, beispielsweise ein Polymer, sein, etwa mit einem Brechungsindex zwischen 1 und 2, beispielsweise von etwa 1,4 oder 1,41.
In den 1 bis 3 kann die Schicht beispielsweise ein Polymer oder Glas mit n₁ = 1,41 sein und das äußere Medium 3 Luft mit n₂ = 1. Insbesondere im in 2 gezeigten Beispiel könnte die Schicht 9 auch ein Glas mit einem viel höheren Brechungsindex sein, um einen Kopplungswinkel von 90° auch bei größeren Werten von α zu ermöglichen. Für n₁ = 2,14 könnte im Fall, dass das äußere Medium Luft ist, ein Kopplungswinkel von 90° bei α = 65° erreicht werden. Bei Neigungswinkeln α < 45° muss die Schicht 9 in der Regel einen kleineren Brechungsindex aufweisen als das äußere Medium. Bei einem Neigungswinkeln α > 45° ist dies in der Regel genau umgekehrt, wie beispielsweise aus dem Zusammenhang n₁/n₂ = tan(α) ersichtlich ist. Im in 14 gezeigten Beispiels ist α = 25°. Wird als äußeres Medium 3 ein Glas oder Polymer mit n₂ = 2,14 verwendet, kommt für das Material der Schicht 9 beispielsweise ein Gas wie Luft in Frage mit n₁ = 1. Bei der erstellung wird zunächst ein Opfermaterial auf der Spiegelfläche 6 aufgebracht und später, nach aufbringen des äußeren Mediums auf die Opferschicht, wieder entfernt. Verwendet man in den in 1, 2, 3 und 14 gezeigten Beispielen ein Material mit n₁ = 1,4 und als äußeres Medium 3 ein Material mit n₂ = 2,14, wie etwa ein Glas, dann ergibt sich bei α = 33° wiederum β = 90°. Bei Verwendung eines Polymers als äußeres Medium mit n₂ = 1,67 ergibt sich daingegen bei α = 40° der gewünschte Wert β = 90°. Typischerweise liegen Brechungsindizes für Polymere zwischen 1,4 und 1,67, für Gläser zwischen 1,46 und 2,146. Bei bestimmten Kristalle sind Brechungszahlen bis zu 3,9 möglich (für PbS).
Gegenüber den in 1 und 3 gezeigten Beispielen zeichnen sich die in 2 und 4 gezeigte Beispielen dadurch aus, dass die Schicht 9 nicht gleichzeitig die Funktion einer Mantelschicht hat, so dass hier der Brechungsindex n₁ in der Regel höher gewählt werden kann, so dass oft eine größere Wahlfreiheit bezüglich des äußeren Mediums 3 besteht insbesondere bei großen Neigungswinkeln α.
Alle von dem Lichtstrahl 8 durchlaufenen Materialien, insbesondere die genannte transparenten Schicht 9 und das äußere Medium 3, sowie ggf. die Schichten 13, 14 der Schichtanordnung 12 sind optisch homogen, d. h. es ändern sich die optischen Eigenschaften (insbesondere der Brechungsindex) nicht innerhalb dieser Materialien.
In den vorliegenden Beispielen ist der Lichtstrahl monochromatisch und weist somit eine bestimmte Wellenlänge (λ) auf, beispielsweise in einem Bereich zwischen 300 nm und 1300 nm, beispielsweise ist λ = 600 nm. Die genannten Brechungsindizes beziehen sich somit auf diese Wellenlänge λ des Lichtstrahls 8. Die gezeigten optischen Kopplungssysteme 1 haben somit zumindest die Eignung, Lichtstrahlen der Wellenlänge λ innerhalb der genannten Bereiche des Kopplungswinkels wie beschrieben aus- bzw. einzukoppeln.
In den in 1–3 gezeigten Beispielen ist der Lichtwellenleiter 5 ausgerichtet und ausgebildet, den Lichtstrahl 8 durch eine weitere äußere Grenzfläche 19 der Schicht 9 hindurch in diese Schicht 9 einzustrahlen, wobei die weitere äußere Grenzfläche 19 dem Lichtwellenleiter 5 zugewandt ist und einen Wellenleiterkern 20 des Lichtwellenleiters 5 direkt angrenzt. Diese weitere Grenzfläche 19 ist zwischen den beiden erstgenannten Grenzflächen 10, 11 der Schicht 9 angeordnet. Es erfolgt an der weiteren Grenzfläche 19 keine Brechung und Umlenkung des Lichtstrahls, da diese weitere Grenzfläche 19 senkrecht zu einer lokalen Strahlachse des Lichtstrahls ausgerichtet ist, d. h. der Lichtstrahl trifft senkrecht auf diese weitere Grenzfläche 19 auf.
Der Lichtwellenleiter 5 ist ferner ausgerichtet ist, den Lichtstrahl parallel zu einer von einer Flächennormalen (nicht dargestellt) der Hauptebene 4 und einer Flächennormale (nicht dargestellt) der Spiegelfläche 6 aufgespannten Ebene (entspricht der Zeichenebene) in eine auf die Spiegelfläche weisende Richtung auszusenden.
Neben dem lichtführenden Wellenleiterkern 20 besteht der Lichtwellenleiter 5 außerdem aus mindestens einer an den Wellenleiterkern seitlich angrenzende Mantelschicht 21, 22, wobei ein optischer Brechungsindex des Wellenleiterkerns größer als der optischer Brechungsindex (bzw. als die optischen Brechungsindizes) der mindestens einen Mantelschicht 21, 22 ist, so dass durch die Mantelschicht 21, 22 der Lichtstrahl mittels Totalreflexion in den Wellenleiterkern 20 zurückreflektiert werden kann.
In den in 1 und 2 gezeigten Beispielen umfasst der Lichtwellenleiter genau eine Mantelschicht 21 aus einem einzigen Material, in die der Wellenleiterkern 20 eingebettet ist. In den in 3 und 4 gezeigten Beispielen umfasst der Lichtwellenleiter 5 mehrere Mantelschichten 21, 22, in die der Wellenleiterkern 20 eingebettet ist. Diese Mantelschichten können gleiche oder unterschiedliche Brechungsindizes aufweisen, welche jedoch jeweils kleiner als der Brechungsindex des Wellenleiterkerns sein müssen.
In den in 1 und 3 gezeigten Beispielen ist die Mantelschicht 21 und die Schicht 9 eine einzige durchgängige Schicht und besteht aus einem einzigen Material, wobei die Mantelschicht 22 in 3 in die weitere Schicht 13 der Schichtanordnung 12 kontinuierlich übergeht und aus dem gleichen Material wie diese besteht. In dem in 2 gezeigten Beispiel ist die Schicht 9 von der Mantelschicht 21 verschieden und deckt außer der Spiegelfläche 6 auch den Lichtwellenleiter 5 ab. In dem in 4 gezeigten Beispiel werden die Mantelschichten 21 und 22 ebenfalls über die Spiegelfläche 6 fortgesetzt, gehen kontinuierlich in die Schichten 13 und 14 der Schichtanordnung 12 über und sind jeweils aus den gleichen Materialien wie diese gebildet, wobei der Wellenleiterkern 20 in diesem Beispiel kontinuierlich in die Schicht 9 übergeht und ebenfalls aus dem gleichen Material wie diese besteht.
In den in 1–3 gezeigten Beispielen endet also der Lichtwellenleiter 5 vor erreichen der Spiegelfläche 6, weist hier also ein Endstück 23 auf, während der Lichtwellenleiter 5 in dem in 4 gezeigten Beispiel über die Spiegelfläche 6 fortgesetzt ist und sich auch über diese erstreckt. Um in diesem Beispiel eine Auskopplung des Lichtstrahls aus dem Wellenleiterkern 20 durch die Mantelschicht 22 bzw. 13 zu ermöglichen, ist es erforderlich, dass der Neigungswinkel (α) größer als ein Grenzwinkel (θ_c) der Totalreflexion zwischen dem Wellenleiterkern 20 und dieser Mantelschicht 22 bzw. 13 ist, welcher auf bekannte Weise von den Brechungsindizes dieser Mantelschicht 22 bzw. 13 und dem Wellenleiterkern 20 abhängt. Auf diese Weise weist der Wellenleiterkern 20 eine so starke Krümmung 24 auf, dass der Lichtstrahl 8 an dieser Stelle aus dem Wellenleiterkern 20 austritt (und keine Totalreflexion stattfindet).
Die mindestens eine Mantelschicht 21, 22 kann beispielsweise aus einem Glas oder einem Polymer bestehen bzw. gefertigt werden. Auch kann der Wellenleiterkern 20 aus einem Glas, wie etwa SiON oder SiN, oder einem Polymer bestehen bzw. gefertigt werden.
In den gezeigten Beispielen besteht (aufgrund der Anordnung der Grenzflächen) folgender einfacher Zusammenhang zwischen dem optischen Brechungsindex (n₁) der erstgenannten Schicht 9, dem optische Brechungsindex (n₂) des äußeren Mediums 3 und dem Neigungswinkel (α), so dass vorab berechnet werden kann, welcher Brechungswinkel (n₁) erforderlich ist, damit der Kopplungswinkel in dem gewünschten Bereich liegt n₁/n₂ = tan(α).
Dieser Zusammenhang ergibt sich aus den Abhängigkeiten der in den 1–4 und 14 eingezeichneten Winkel δ₁δ₂, α und β, wobei δ₁ und δ₂ Durchtrittswinkel des Lichtstrahls 8 durch die jeweiligen Grenzflächen (bezüglich der Flächennormale der Grenzfläche) sind. Aus der Bedingung β = 90° folgt aus geometrischen Betrachtungen δ₂ = α und δ₁ = 90° – α. Unter Verwendung des Snelliusschen Brechungsgesetz, n₁·sin(α₁) = n₂·sin(α₂), und Ausnutzung der Tatsache, dass die durchlaufene Schicht planparallel sind, ergibt sich der obige Zusammenhang. In dem in 4 gezeigten Beispiel entspricht der Brechungsindex n₁ dem des Wellenleiterkerns 20, während der Brechungsindex n₁ in den in 1 und 3 gezeigten Beispielen dem Brechungsindex der Mantelschicht 21 entspricht. In dem in 2 gezeigten Beispiel kann der Brechungsindex n₁ unabhängig von den Brechungsindizes des Wellenleiterkerns 20 und der Mantelschichten 22 gewählt werden (bei der beschriebenen Ausrichtung der Grenzfläche 19 senkrecht zum Lichtstrahl 8). Die in 2 und 4 gezeigten Beispielen kann der Brechungsindex n₁ somit vorteilhafterweise groß gewählt werden, so dass ein ausreichende Korrektur des Kopplungswinkels β für viele verschieden Materialen und Brechungsindizes n₂ des äußeren Mediums 3 erreicht werden kann.
Der in 1 gezeigte optische Koppler 2 weist einen Träger 25 auf, dessen Oberfläche einen parallel zur Hauptebene 4 angeordneten ersten Oberflächenbereich 26 und einen parallel zur Spiegelfläche 6 angeordneten zweiten Oberflächenbereich 27 umfasst, wobei der erste Oberflächenbereich 26 an den zweiten Oberflächenbereich 27 angrenzt. Jeder der in 2–4 gezeigten optischen Koppler 2 weist ebenfalls einen Träger 25 auf, der mit dem des in 1 gezeigten Beispiels identisch ist.
Anhand der 5–8 wird nachfolgend eine spezielle Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Herstellungsverfahren beschrieben. Es ist geeignet, das in 1 gezeigte Ausführungsbeispiel des optischen Kopplungssystems 1 zu erzeugen. Durch entsprechende Abwandlungen des Verfahrens können auch die in 2–4 gezeigten oder andere Ausführungsbeispiele erzeugt werden.
In 5–8 ist ein Querschnitt durch den Träger 25 schematisch dargestellt. Neben dem ersten und dem zweiten Oberflächenbereich 26, 27 weist die Oberfläche des Trägers außerdem einen dritten Oberflächenbereich 28 auf, der parallel zum ersten Oberflächenbereich 26 (und somit auch parallel zur Hauptebene 4) verläuft und gegenüber diesem erhöht ist, wobei die Höhe der Oberflächenbereiche 26, 28 senkrecht zum ersten Oberflächenbereich 26 in Richtung der Außenfläche gemessen wird. Der Träger 25 weist außerdem einen gegenüber der Hauptebene 4 geneigten vierten Oberflächenbereich 29 auf, welcher zwischen dem ersten und dem dritten Oberflächenbereich 26, 28 angeordnet ist und der, ebenso wie der zweite Oberflächenbereich 27, an den ersten und dritten Oberflächenbereich 26, 28 angrenzt.
Der Träger 25 weist somit in seiner Oberfläche eine, in beispielsweise pyramidenstumpfförmige, Vertiefung 30 auf, die sich in den Träger 25 hinein verengt, wobei eine Grundfläche der Vertiefung 30 der erste Oberflächenbereich 26 ist und eine Seitenflächen der Vertiefung 30 der zweite Oberflächenbereich 27 ist. Eine weitere Seitenfläche ist der vierte Oberflächenbereich 29. Der dritte Oberflächenbereich 38 grenzt ringsum an einen oberen Rand der Vertiefung 30 an.
Es ist prinzipiell aber auch möglich, dass der Träger 30 auf seiner Oberfläche eine, beispielsweise pyramidenstumpfförmige, Erhöhung 31 (vgl. 12 und 13) aufweist, wobei der erste Oberflächenbereich 26 an die Erhöhung 31 angrenzt und eine Seitenfläche der Erhöhung 31 der zweite Oberflächenbereich 27 ist.
Der Träger 25 ist in diesem Beispiel ein kristallines Substrat, beispielsweise eine Silizium-Substrat, könnte prinzipiell aber auch ein Polymer-Substrat sein. Die Hauptebene 4 verläuft parallel zu einer ersten Gitterebene (nicht dargestellt) des kristallinen Substrats, beispielsweise parallel zu einer [110]-Gitterebene des Silizium-Substrats. Die Spiegelfläche 6 verläuft parallel zu einer zweiten Gitterebene des kristallinen Substrats, beispielsweise parallel zu einer [111]-Gitterebene des Silizium-Substrats. Auf diese Weise ist der der Neigungswinkel (α) aufgrund der Gitterstruktur des Substrats vorgegeben, in dem vorliegenden Beispiel auf 54,7°.
Bei dem genannten speziellen Herstellungsverfahren wird zum Herstellen der Oberflächenbereiche 26–29 und insbesondere der gegenüber der Hauptebene 4 geneigten Spiegelfläche 6 die Oberfläche des kristallinen Substrats, beispielsweise des Silizium-Substrats, mittels anisotropen Ätzens bearbeitet, so dass der erste (ebene) Oberflächenbereich des kristallinen Substrats parallel zu der ersten Gitterebene des kristallinen Substrats verläuft und der an den ersten Oberflächenbereich 26 angrenzende zweiter Oberflächenbereich 27 parallel zu der zweiten Gitterebene des Silizium-Substrats verläuft.
Anstelle der Verwendung des kristallinen Substrats als Träger 25 ist es aber auch möglich, wie beispielsweise in den in 12 und 13 gezeigten Ausführungsbeispielen, dass ein Polymer-Substrat als Träger verwendet wird. Diese kann von einer Matrize abgeformt werden, wobei die Matrize das kristalline Substrat sein kann. Im vorliegenden Beispiel ergeben sich dadurch die pyramidenstumpfförmigen Erhöhungen 31, vgl. 12 und 13. Es ist aber auch möglich, dass die Matrize selbst von dem kristallinen Substrats abgeformt worden ist und das Polymer-Substrat anschließend von dieser Matrize abgeformt wird, um die Form des kristallinen Substrats exakt zu reproduzieren. Das Abformen kann beispielsweise jeweils durch Abgießen oder Abdrücken des kristallinen Substrats bzw. der Matrize erfolgen. Weitere Umformverfahren sind beispielsweise Hot-Embossing und Nano-Imprint.
Wie in 5–8 dargestellt, werden zunächst eine die Spiegelfläche bildende metallische Schicht 31 auf dem zweiten und vierten Oberflächenbereich 27, 29 abgeschieden, anschließend wird ein unterster Teil der Mantelschicht 21 sowie der Schicht 9 auf dem ersten, zweiten und vierten Oberflächenberiech 26, 27, 29 abgeschieden. Danach wird auf dem ersten Oberflächenbereich 26 der Wellenleiterkern 20 abgeschieden. Anschließend wird ein restlicher Teil der Mantelschicht 21 und der Schicht 9 auf dem ersten, zweiten und vierten Oberflächenberiech 26, 27, 29 sowie auf dem Wellenleiterkern 20 abgeschieden. Hierbei können in Prinzip bekannte Techniken wie etwa Sputtern, Maskieren und Ätzen zum Einsatz kommen. Außerdem ist es bei der Durchführung des Verfahrens prinzipiell möglich, dass außerdem weitere Strukturen auf oder in dem Träger 25 erzeugt werden, insbesondere mittels der genannten Techniken. Beispielsweise können Anschlagsstrukturen 33, siehe 9, hergestellt werden, beispielsweise in Form von Vertiefungen, beispielsweise durch Ätzen, oder durch Erhöhungen, beispielsweise durch Abscheidungen.
In 9 ist das in 1 gezeigte optische Kopplungssystem 1 in einer Ansicht von oben dargestellt. Es ist prinzipiell möglich, dass mehrere Lichtwellenleiter 5 der beschriebenen Art vorgesehen sind. Diese können Krümmungen entlang der Hauptebene 4 aufweisen und beispielsweise U-förmig ausgestaltet sein, so dass zwei Endstücke 23 solcher Lichtwellenleiter 5 wie beschreiben auf die Spiegelfläche 6 weisen.
Das in 10 gezeigte optische Kopplungssystem 1 umfasst den in 1 gezeigten optischen Koppler 2. Der Koppler 2 könnte beispielsweise auch wie die in 2–4 gezeigten Beispiele oder anders ausgestaltet sein. Das Kopplungssystem 1 umfasst außerdem ein optoelektronische Bauteil 34, beispielsweise ein Photodetektor oder eine Oberflächenemitter (VCSEL), welches mit dem optischen Koppler 2 verbunden ist, beispielsweise durch Flip-Chip-Bonding. Das Bauteil 34 ist relativ zu der Außenfläche des optischen Kopplers 2 so angeordnet, dass der Lichtstrahl von dem optischen Koppler kommend aus dem Lichtwellenleiter 5 in das Bauteil 34 eingekoppelt werden kann bzw. dass ein von dem optoelektronischen Bauteil 34 kommender Lichtstrahl in den optischen Koppler 2 und in den Lichtwellenleiter 5 eingekoppelt wird.
Das in 11 gezeigte optische Kopplungssystem 1 umfasst den in 1 gezeigten optischen Koppler 2. Der Koppler 2 könnte auch wie die in 2–4 gezeigten Beispiele oder anders ausgestaltet sein. Das Kopplungssystem 1 umfasst außerdem einen weiteren optischen Koppler 35 der in 1 gezeigten Art. Auch dieser Koppler 2 könnte auch wie die in 2–4 gezeigten Beispiele oder anders ausgestaltet sein. Der weitere optische Koppler 35 ist relativ zudem erstgenannten Koppler 2 so ausgerichtet ist, dass der Lichtstrahl durch die Außenfläche 7 des weiteren optischen Kopplers 35 in den weiteren Koppler 35 eintritt, auf die Spiegelfläche 6 des weiteren Kopplers 35 auftrifft, an dieser Spiegelfläche 6 reflektiert wird und der an dieser Speigelfläche 35 reflektierte Lichtstrahl in den Lichtwellenleiter 5 des zweiten optischen Kopplers 35 eingestrahlt wird. Ebenso ist natürlich auch ein umgekehrter Strahlenverlauf möglich.
Wie in 10 und 11 angedeutet, ist das äußere Medium 3 zwischen der Außenfläche 7 der optischen Kopplers 2 und einer dem optischen Koppler 2 zugewandten Außenfläche 36 des optoelektronischen Bauteils bzw. der Außenfläche 7 des weiteren optischen Kopplers 34 angeordnet. Das äußere Medium 3 füllt auf diese Weise einen durch diese Außenflächen 7, 36 definierten Zwischenbereich vollständig aus.
In 12 und 13 ist ein optisches Kopplungssystem 1 hier vorgeschlagener Art in einer Ansicht von oben schematisch dargestellt. Es umfasst eine Vielzahl optischer Koppler 2 hier vorgeschlagener Art. Jeder dieser Koppler kann in seinem Querschnitt beispielsweise wie anhand von 1–4 gezeigt und erläutert aufgebaut und ausgestaltet sein. Diese Koppler 1 teilen sich einen gemeinsamen Träger 25 und sind auf dessen Oberfläche nebeneinander angeordnet. Die Oberfläche weist die bereits oben beschriebenen Erhöhungen 31 auf, deren Seitenflächen jeweils die genannten zweiten Oberflächenbereich 27 darstellen und auf denen die Spiegelflächen 6 der Koppler 2 angeordnet sind. Auf der Oberfläche der Trägers 25 sind ferner ein Vielzahl von Lichtwellenleitern 5 angeordnet, wobei jeder der Lichtwellenleiter 5 auf genau eine der Spiegelflächen zuläuft (und ggf. an ihr endet, vgl. 1–3), wie in der Detailansicht der 13 dargestellt.
Bezugszeichenliste

1: optisches Kopplungssystem
2: optischer Koppler
3: äußeres Medium
4: Hauptebene
5: Lichtwellenleiter
6: Spiegelfläche
7: Außenfläche
8: Lichtstrahl
9: Schicht
10: Grenzfläche der Schicht
11: Grenzfläche der Schicht
12: Schichtanordnung
13: weitere Schicht
14: weitere Schicht
15: Grenzfläche
16: Grenzfläche
17: Grenzfläche
18: Grenzfläche
19: weitere Grenzfläche
20: Wellenleiterkern
21: Mantelschicht
22: Mantelschicht
23: Endstück
24: Krümmung
25: Träger
26: erster Oberflächenbereich
27: zweiter Oberflächenbereich
28: dritter Oberflächenbereich
29: vierter Oberflächenbereich
30: Vertiefung
31: Erhöhung
32: metallische Schicht
33: Anschlastruktur
34: Bauteil
35: weiterer optischer Koppler
36: Außenfläche des Bauteils

Claims

Optisches Kopplungssystem (1) mit einem optischen Koppler (2) und einem lichtdurchlässigen äußeren Medium (3), wobei der optische Koppler (2) einen parallel zu einer Hauptebene (4) des optischen Kopplers verlaufenden Lichtwellenleiter (5), eine gegenüber der Hauptebene um einen Neigungswinkel (α) geneigte Spiegelfläche (6) und eine an das Medium (3) angrenzende Außenfläche (7) des Kopplers umfasst, wobei der Wellenleiter, die Spiegelfläche (6) und die Außenfläche (7) des Kopplers so ausgerichtet sind, dass ein von dem Lichtwellenleiter (5) ausgehender Lichtstrahl (8) an der Spiegelfläche (6) reflektiert wird und in einem relativ zur Hauptebene (4) definierten Kopplungswinkel (β) durch die Außenfläche (7) aus dem Koppler (2) in das äußere Medium (3) austritt oder dass ein in dem Kopplungswinkel (β) durch die Außenfläche (7) aus dem äußeren Medium (3) in den Koppler (2) eintritt, an der Spiegelfläche (6) reflektiert wird und anschließend in den Lichtwellenleiter (5) eingekoppelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Spiegelfläche (6) und der Außenfläche (7) des Kopplers eine lichtdurchlässige Schicht (9) mit einem optischen Brechungsindex (n₁) so angeordnet ist, dass der Lichtstrahl (8) an mindestens einer von äußeren Grenzflächen (10, 11) der Schicht gebrochen und umgelenkt wird, wobei der Neigungswinkel (α) und der optischer Brechungsindex (n₁) in Abhängigkeit von einem optischen Brechungsindex (n₂) des äußeren Mediums so gewählt sind, dass der Kopplungswinkel (β) in einem Bereich zwischen 88° und 92° liegt.
Optisches Kopplungssystem (1) aus Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das äußere Medium (3) ein Gas, beispielsweise Luft, eine Flüssigkeit oder ein festes Material, beispielsweise ein Polymer, ist.
Optisches Kopplungssystem (1) aus einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel (α) von 45° um mindestens 1° abweicht und vorzugweise einen Wert zwischen 40° und 60° hat, beispielsweise 54,7°.
Optisches Kopplungssystem (1) aus einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht an die Außenfläche (7) und/oder an Spiegelfläche (6) flächig angrenzt.
Optisches Kopplungssystem (1) aus einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine der äußeren Grenzflächen der transparenten Schicht, an der der Lichtstrahl (8) gebrochen und umgelenkt wird, parallel zur Spiegelfläche (6) ausgerichtet sind.
Optisches Kopplungssystem (1) aus Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht Teil einer weitere transparente Schichten umfassenden Schichtanordnung ist, wobei die Schichtanordnung an die Außenfläche (7) und an die Spiegelfläche (6) jeweils flächig angrenzt, wobei jede der Schichten der Schichtanordnung jeweils zwei parallel zur Spiegelfläche (6) und zur Außenfläche (7) verlaufende äußere Grenzflächen aufweist.
Optisches Kopplungssystem (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtwellenleiter (5) ausgerichtet ist, den Lichtstrahl (8) parallel zu einer von einer Flächennormalen des ersten Oberflächenbereichs und einer Flächennormale des zweiten Oberflächenbereichs aufgespannten Ebene auszusenden.
Optisches Kopplungssystem (1) aus einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtwellenleiter (5) ausgerichtet ist, den Lichtstrahl (8) durch eine weitere äußere Grenzfläche der Schicht hindurch in die Schicht einzustrahlen, wobei die weitere äußere Grenzfläche der Schicht an den Lichtwellenleiter (5) direkt angrenzt.
Optisches Kopplungssystem (1) aus einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Brechungsindex (n₁) der erstgenannten Schicht, der optische Brechungsindex (n₂) des äußeren Mediums und der Neigungswinkel (α) die Gleichung n₁/n₂ = tan(α) erfüllen.
Optisches Kopplungssystem (1) aus einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtwellenleiter (5) einen den Lichtstrahl (8) führenden Wellenleiterkern sowie mindestens eine an den Wellenleiterkern angrenzende Mantelschicht umfasst, wobei ein optischer Brechungsindex des Wellenleiterkerns dem optischen Brechungsindex (n₁) der Schicht gleicht oder ein optischer Brechungsindex einer der mindestens einen Mantelschicht dem optischen Brechungsindex (n₁) der Schicht gleicht.
Optisches Kopplungssystem (1) aus einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Koppler (2) einen Träger aufweist, dessen Oberfläche einen parallel zur Hauptebene angeordneten ersten Oberflächenbereich und einen parallel zur Spiegelfläche (6) angeordneten zweiten Oberflächenbereich umfasst.
Optisches Kopplungssystem (1) aus Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Oberflächenbereich Trägers an den zweiten Oberflächenbereich angrenzt.
Optisches Kopplungssystem (1) nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger einen dritten Oberflächenbereich aufweist, der parallel zum ersten Oberflächenbereich verläuft und gegenüber diesem erhöht ist, wobei der Träger außerdem einen gegenüber der Hauptebene geneigten vierten Oberflächenbereich aufweist, welcher zwischen dem ersten und dem dritten Oberflächenbereich angeordnet ist und an den ersten und dritten Oberflächenbereich angrenzt.
Optisches Kopplungssystem (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, – dass der Träger in seiner Oberfläche eine Vertiefung aufweist, wobei eine Grundfläche der Vertiefung der erste Oberflächenbereich ist und eine Seitenfläche der Vertiefung der zweite Oberflächenbereich ist, oder – dass der Träger auf seiner Oberfläche eine Erhöhung aufweist, wobei der erste Oberflächenbereich an die Erhöhung angrenzt und eine Seitenfläche der Erhöhung der zweite Oberflächenbereich ist.
Optisches Kopplungssystem (1) aus einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger ein kristallines Substrat, beispielsweise eine Silizium-Substrat, oder Polymer-Substrat ist.
Optisches Kopplungssystem (1) aus Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptebene parallel zu einer ersten Gitterebene des kristallinen Substrats, beispielsweise parallel zu einer [110]-Gitterebene des Silizium-Substrats, verläuft und dass die Spiegelfläche (6) parallel zu einer zweiten Gitterebene des kristallinen Substrats, beispielsweise parallel zu einer [111]-Gitterebene des Silizium-Substrats, verläuft.
Optisches Kopplungssystem (1) aus einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Kopplungssystem (1) außerdem umfasst: – ein optoelektronisches Bauteil, welches mit dem optischen Koppler (2) verbunden und relativ zu der Außenfläche (7) des optischen Kopplers so angeordnet ist, dass der Lichtstrahl (8) von dem optischen Koppler (2) kommend in das optoelektronische Bauteil eingekoppelt wird oder dass ein von dem optoelektronischen Bauteil kommender Lichtstrahl (8) in den optischen Koppler (2) eingekoppelt wird, oder – einen weiteren optischen Koppler (2) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der weitere optische Koppler (2) relativ zudem erstgenannten Koppler (2) so ausgerichtet ist, dass der Lichtstrahl (8) durch die Außenfläche (7) des weiteren optischen Kopplers in den weiteren Koppler (2) eintritt, auf die Spiegelfläche (6) des weiteren Kopplers auftrifft, an dieser Spiegelfläche (6) reflektiert wird und der an dieser Speigelfläche reflektierte Lichtstrahl (8) in den Lichtwellenleiter (5) des zweiten optischen Kopplers eingestrahlt wird.
Optisches Kopplungssystem (1) aus Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das äußere Medium (3) zwischen der Außenfläche (7) der optischen Kopplers und einer dem optischen Koppler (2) zugewandten Außenfläche (7) des optoelektronischen Bauteils angeordnet ist, wobei das äußere Medium (3) einen durch diese Außenflächen definierten Zwischenbereich vorzugsweise vollständig ausfüllt.
Optisches Kopplungssystem (1) aus einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass das optoelektronische Bauteil ein Oberflächenemitter, beispielsweise ein VCSEL, oder ein Photodetektor ist.
Verfahren zum Herstellen eines optischen Kopplungssystem (1) aus einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Herstellen der gegenüber der Hauptebene geneigten Spiegelfläche (6) die Oberfläche eines kristallinen Substrats, beispielsweise eines Silizium-Substrats, mittels anisotropen Ätzens bearbeitet wird, so dass ein erster ebener Oberflächenbereich des kristallinen Substrats parallel zu einer ersten Gitterebene des kristallinen Substrats verläuft und ein an den ersten Oberflächenbereich angrenzender zweiter Oberflächenbereich parallel zu einer zweiten Gitterebene des Silizium-Substrats verläuft.
Verfahren aus Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das kristalline Substrat als Träger des optischen Kopplers verwendet wird oder dass ein Polymer-Substrat von einer Matrize abgeformt wird, wobei die Matrize das kristalline Substrats ist oder selbst von dem kristallinen Substrats abgeformt worden ist, beispielsweise durch Abgießen oder Abdrücken des kristallinen Substrats oder der Matrize, wobei das umgeformte Polymer-Substrats anschließend als Träger für den optischen Koppler (2) verwendet wird.
Verfahren aus einem der Ansprüche 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtwellenleiter (5) und/oder die Schicht unter Anwenden von Abscheideverfahren und/oder von Ätzverfahren auf dem Träger hergestellt werden.
Verfahren zum Verwenden eines optischen Kopplungssystems aus einem der Ansprüche 1 bis 19 oder eines optischen Kopplungssystems, dass durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22 hergestellt worden ist, dadurch gekennzeichnet, dass – ein von dem Lichtwellenleiter (5) ausgehender Lichtstrahl (8) in die Schicht eingestrahlt wird und in seinem weiteren Strahlenverlauf an der Spiegelfläche (6) reflektiert wird, wobei der Lichtstrahl (8) in seinem Strahlenverlauf an mindestens einer der äußeren Grenzflächen der Schicht gebrochen und umgelenkt wird und anschließend durch die Außenfläche (7) aus dem optischen Koppler (2) in das äußere Medium (3) austritt, oder dass – ein mit der Hauptebene den genannten Kopplungswinkel (β) einschließender Lichtstrahl (8) durch die Außenfläche (7) in den optischen Koppler (2) eingestrahlt wird, wobei der Lichtstrahl (8) in seinem anschließenden Strahlenverlauf an mindestens einer der äußeren Grenzflächen der Schicht gebrochen und umgelenkt wird, wobei der Lichtstrahl (8) an der Spiegelfläche (6) reflektiert und anschließend in den Lichtwellenleiter (5) eingekoppelt wird.