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Die Erfindung betrifft eine Anordnung elektro-optischer Bauelemente zur optischen Daten- und/oder Energieübertragung in einem Gehäuse. Die Anordnung kann zur optischen Übertragung von Daten, wie zum Beispiel Messsignalen oder Informationen und/oder Energieübertragung mittels optischer Strahlung genutzt werden. Es können die verschiedensten elektro-optischen Elemente, wie beispielsweise elektromagnetische Strahlung emittierende Elemente (Laser, Laserdioden), elektromagnetische Strahlung detektierende Elemente (Photodioden) oder auch Kombinationen dieser Elemente (elektro-optische Transceiver) bei der Erfindung eingesetzt werden.
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Dabei wird geeignete elektromagnetische Strahlung/optische Strahlung genutzt und über optische Wellenleiter von und zu elektro-optischen Elementen übertragen. Üblicherweise werden hierzu optische Fasern eingesetzt, über die die optische Strahlung übertragen werden kann.
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Dabei bereitet es Probleme, die optischen Fasern in definierter Form in Bezug zu den jeweiligen elektro-optischen Elementen zu positionieren, um eine möglichst hohe Effizienz bei der Übertragung einhalten zu können. Diese exakte Positionierung soll auch über einen längeren Betriebszeitraum eingehalten werden, und zwar auch dann, wenn ein Einsatz bei schwierigen Bedingungen mit einwirkenden Kräften und wechselnden Temperaturen erforderlich ist.
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Werden mehrere optische Fasern bei einer Anordnung genutzt, bereitet es Schwierigkeiten diese auf kleinem Raum unterzubringen und dabei die Anforderungen an eine genaue Positionierung einhalten zu können. Dies betrifft insbesondere den Bereich der Faserenden, die zur Ankopplung und zur weiteren Verbindung, beispielsweise über Faserstecker genutzt werden sollen, da bisher dafür entsprechend große Abstände zwischen den optischen Fasern erforderlich sind.
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Elektro-optische Elemente können auch empfindlich gegenüber äußeren Umgebungsbedingungen sein. So können beispielsweise Feuchtigkeit und Sauerstoff zu Betriebsbeeinträchtigungen oder gar zur Zerstörung führen. Einige Arten von elektro-optischen Elementen sind auch temperaturempfindlich, so dass eine Temperierung, insbesondere eine Kühlung erforderlich sein kann, die auf günstige Art und Weise realisiert werden sollte.
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Es wird deutlich, dass bei der Herstellung sehr hohe Anforderungen gestellt werden, um zuverlässige mit hoher Effizienz arbeitende Systeme zur Verfügung stellen zu können.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung elektro-optischer Bauelemente zur optischen Daten- und/oder Energieübertragung in einem Gehäuse zur Verfügung zu stellen, die kostengünstig herstellbar ist, bei der eine hohe Effizienz bei der Übertragung optischer Strahlung von und zu elektro-optischen Elementen dauerhaft erreichbar ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Anordnung, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können mit in untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen realisiert werden.
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Bei der Erfindung können die in den Ansprüchen, der allgemeinen Beschreibung und den verschiedenen Ausführungsbeispielen genannten und erläuterten technischen Merkmale in verschiedenster Form miteinander kombiniert werden, was insbesondere auch auf Merkmale der Ausführungsbeispiele zutrifft.
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Die erfindungsgemäße Anordnung elektro-optischer Bauelemente zur optischen Daten- und/oder Energieübertragung ist in einem hermetischen Gehäuse, bei dem eine oder mehrere optische(n) Durchführung(en) zu den elektro-optischen Element(en) geführt ist/sind, mit mindestens einem planaren optischen Substrat gebildet. Das Gehäuse sollte dabei zumindest weitestgehend hermetisch gegenüber Gasen und Flüssigkeiten aus der Umgebung abgeschlossen sein. Es sollte auch eine Diffusion von außen in das Innere und zu den elektro-optischen Elementen vermieden werden können. Eine nahezu 100%-ige Dichtheit ist nicht erforderlich, wäre aber vorteilhaft.
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In dem/den Substrat(en) können optische Wellenleiter in integrierter Form ausgebildet und/oder darin geführt fixiert sein. Die elektrische(n) Durchführung(en) zu dem einen oder mehreren elektro-optischen Elemente(n), sowie ggf. auch einer elektronischen Schaltung kann ebenfalls als planares Substrat (z. B. eine keramische Dickschichtschaltung) ausgebildet sein. Die Durchführungen können elektrisch leitfähig (metallisch) oder dielektrisch (z. B. keramisch) ausgeführt sein. Die elektrische Isolation einer Durchführung ist nur bei rein metallischen Kontaktstiften notwendig. Bei planaren elektrischen Durchführungen können Isolationslagen vorhanden sein. Durch Einglasen einer Durchführung, zur Abdichtung mit einem Glaslot, kann eine gelötete (elektrisch leitfähige) hermetische Durchführung erhalten werden.
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Es ist außerdem möglich, dass Gehäuse durch mindestens zwei an zwei gegenüberliegenden Seiten am Trägersubstrat ausgebildeten oder dort befestigten Rahmenelementen und den planaren Substraten, zu bilden.
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Die planaren Substrate können dabei zwischen und/oder an den Rahmenelementen mit den Rahmenelementen stoff- und/oder formschlüssig verbunden. Die optischen Wellenleiter sind mit zur Ein- und/oder Auskopplung optischer Strahlung vorgesehenen Flächen in Bezug zu elektro-optischen Bauelementen positioniert.
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Das Trägersubstrat kann bevorzugt aber aus einem keramischen Werkstoff hergestellt sein, da keramische Werkstoffe eine große Barrierewirkung gegenüber möglicherweise eindiffundierende Gase erreichen und eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen.
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Ein bei der Erfindung eingesetztes Gehäuse sollte ebenfalls aus keramischem Werkstoff gebildet sein. Dadurch kann die Herstellung in keramischer Stapelbauweise in einfacher und günstiger Weise erfolgen.
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Die elektrische Leiterbahnstruktur kann beispielsweise galvanisch, durch Abscheidung aus der Gasphase (Aufdampfen, Sputtern) oder durch Aufdrucken ausgebildet werden. Die elektrisch leitende Verbindung zu den elektro-optischen Elementen und der elektronischen Schaltung, die beispielsweise ein ASIC sein kann, kann durch herkömmliche Bondverfahren, mittels Lot oder elektrisch leitendem Klebstoff erfolgen.
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Ein Trägersubstrat kann als einstückiges Gebilde hergestellt werden, bei dem die seitlichen über die Oberfläche überstehenden Rahmenelemente Bestandteil des Trägersubstrats sind. Rahmenelemente können aber auch stoffschlüssig mit der Oberfläche des Substrats und ggf. auch mit dem planaren Substrat mittels eines Metall-, bevorzugt eines Glaslots verbunden sein, wobei diese Verbindung(en) gasdicht sein sollte(n).
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An den Rahmenelementen kann eine Konturierung ausgebildet sein, die einer komplementären Konturierung am planaren Substrat entspricht, wodurch auch ein Formschluss bei der Verbindung ausgenutzt werden kann. Eine Konturierung kann beispielsweise mindestens eine entsprechend lange Nut sein, in die ein Steg einführbar ist. Außerdem können Anschläge Bestandteil einer dieser Konturierungen sein, die einen definierte Positionierung des planaren Substrats an den Rahmenelementen in Bezug zu auf dem Trägersubstrat angeordneten elektro-optischen Elementen zumindest erleichtert und damit gesichert werden kann, dass möglichst viel an Energie der eingesetzten optischen Strahlung ausgenutzt werden kann.
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An einer Seite zwischen den zwei Rahmenelementen kann mindestens ein weiteres Rahmenelement vorhanden sein oder ein Rahmenelement mit einem Teil des planaren Substrats gebildet sein und/oder die Rahmenelemente und das planare Substrat mit einem Deckelelement, das mit den Rahmenelementen verbunden ist, abgedeckt oder das planare Substrat mit einer optisch nicht transparenten an seiner nach außen weisenden Oberfläche beschichtet sein.
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Es kann also ein weiteres Rahmenelement an einer Stirnseite an einem Trägersubstrat ausgebildet oder dort, wie vorab erläutert befestigt sein, an das dann eine Stirnseite eines planaren Substrats anstoßen und dort mit einem Lot eine stoffschlüssige und gasdichte Verbindung hergestellt werden kann. Eine solche technische Lösung ist auch an der gegenüberliegenden Stirnseite des Trägersubstrats möglich.
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Es besteht aber auch die Möglichkeit, an mindestens einer dieser zwei Stirnseiten mit einer entsprechenden Ausbildung des planaren Substrats ein oder zwei Rahmenelement(e) auszubilden und stoffschlüssig und gasdicht mit dem Trägersubstrat und den beiden anderen Rahmenelementen zu verbinden.
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Auch zur Ver- oder Behinderung des Eindringens von Umgebungslicht in das Innere des Gehäuses kann die nach außen weisende Oberfläche mit einem Deckelelement verschlossen sein, der wieder bevorzugt stoffschlüssig mit den nach außen weisenden Stirnflächen von Rahmenelementen oder der nach außen weisenden Oberfläche des planaren Substrats verbunden werden kann. Dies kann aber auch mit einer an dieser Oberfläche ausgebildeten optisch nicht transparenten Beschichtung, beispielsweise einer absorbierenden Schicht erreicht werden.
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Besonders vorteilhaft kann am/im planaren Substrat an mindestens einer nach außen weisenden Stirnseiten mindestens ein aus dem planaren Substrat herausragender Justierstift, für eine definierte positionierte Verbindung eines externen Elements, das zur Übertragung optischer Strahlung ausgebildet ist, mit dem planaren Substrat verbunden und in Bezug zu zur Ein- und/oder Auskopplung optischer Strahlung vorgesehener Flächen optischer Wellenleiter positioniert sein. Ein oder bevorzugt mehrere Justierstifte können dann in entsprechend komplementär ausgebildete Vertiefungen eines zur Übertragung optischer Strahlung geeigneten weiteren Elements genutzt werden, um eine genaue Positionierung von Flächen von optischen Wellenleitern, in die optische Strahlung dabei ein- und/oder ausgekoppelt werden soll, zu erreichen. Die Justierstifte sollten dazu mit einer ausreichenden Länge aus dem planaren Substrat herausragen. Dies sollten mindestens 1 mm, bevorzugt mindestens 1,5 mm sein. In umgekehrter Form kann/können an mindestens einer Stirnseite eines planaren Substrats auch mindestens eine geeignete Vertiefung, in die ein entsprechend komplementär ausgebildeter Justierstift eines mit dem Gehäuse zu verbindenden Elements zur optischen Daten- oder Energieübertragung einführbar ist, ausgebildet sein. Wird lediglich ein Justierstift genutzt, ist es vorteilhaft, wenn der Justierstift und eine komplementäre Vertiefung dabei keinen rotationssymmetrischen Querschnitt aufweisen, so dass Justierfehler durch eine Verdrehung und Verkantung vermieden werden können. Alternativ kann die Verdrehsicherung auch durch eine entsprechende Gestaltung einer Umhausung der Steckverbindung realisiert werden.
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Bei der Erfindung ist es möglich, optische Wellenleiter innerhalb des passiven planaren Substrats mit Verzweigungen auszubilden und/oder an Flächen für die Ein- und/oder Auskopplung optischer Strahlung optische Elemente für eine Strahlformung, der dort ein- und/oder austretenden optischen Strahlung ausgebildet oder dort angeordnet sind. Ein planares Substrat kann in Form eines aktiven Subtrates mit optischen Schaltungen, die (auf einem halbleitenden Siliziumwafer ausgebildet sind, ausgebildet sein.
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Mit Verzweigungen kann beispielsweise eine Mischung, sequentielle oder simultane Übertragung optischer Strahlung mehrerer Wellenlängen, beispielsweise mit rotem, grünen und/oder blauem Licht, aber auch eine Verteilung optischer Strahlung zu mehreren elektro-optischen Elementen hin erreicht werden.
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Für die Strahlformung können unterschiedliche optische Elemente genutzt bzw. an einem planaren Substrat ausgebildet sein. Dies können optische Linsen, wie z. B. Kugel- oder Zylinderlinsen, oder optische Querschnittswandler (Taper) sein. Bei einem optischen Taper verändert sich der Querschnitt eines optischen Wellenleiters, bevorzugt konisch, ausgehend von der Fläche in die optische Strahlung ein- und/oder ausgekoppelt werden kann, bis zu einem normalen Querschnitt über den die Übertragung über den größten Teil des Weges erfolgen kann. Mit einem optischen Taper kann eine Aufweitung der optischen Strahlung aber auch eine Konzentration und damit eine effiziente optische Kopplung erreicht werden, je nach dem, wie sich der Querschnitt in der entsprechenden Richtung in Bezug zur jeweiligen Fläche in die optische Strahlung ein- und/oder ausgekoppelt wird, verändert.
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Für die aktiven optischen Substrate können siliziumphotonische Schaltungen z. B. als Modulatoren eingesetzt werden. Diese aktiven optischen Substrate bedürfen meist elektromagnetische Strahlung emittierende Elemente (Laser, Laserdioden), die vorteilhaft mit dem beschriebenen Verfahren integriert werden können.
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Wie bereits angesprochen, kann eine Temperierung erforderlich oder vorteilhaft sein. Dazu kann am und/oder im Trägersubstrat mindestens ein Temperierelement vorhanden sein. Allein oder zusätzlich können dort auch Kanäle durch die ein Temperierfluid führbar ist, ausgebildet sein. Als Temperierfluid können auf eine geeignete Temperatur erwärmte, bevorzugt aber gekühlte Gase oder Flüssigkeiten eingesetzt werden.
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Für eine Temperierung kann oder es können am und/oder im Trägersubstrat und/oder an einem oder mehreren Rahmenelement(en) mindestens ein Temperatursensor und/oder eine die Temperatur regelnde Einrichtung vorhanden sein.
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Bei der Erfindung kann aber besonders vorteilhaft mindestens ein Peltierelement für eine Temperierung eingesetzt werden und dieses dann am Trägersubstrat befestigt oder sogar in das Trägersubstrat integriert sein, was wegen des für das Trägersubstrat genutzten Werkstoffs besonders einfach möglich ist.
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Die in Verbindung mit dem planaren Substrat genutzten optischen Wellenleiter können mit optischen Fasern gebildet sein, die jeweils in einer v-förmigen Nut, die in einem planaren Substrat ausgebildet ist, eingeführt und darin definiert fixiert sein.
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Optische Wellenleiter können aber auch unmittelbar im Werkstoff des planaren Substrats ausgebildet sein, was z. B. durch eine lokale Modifikation des Brechungsindexes und insbesondere durch Ionenaustausch- und Ionendiffusionsprozesse erreichbar ist, oder auf dessen Oberfläche stoffschlüssig aufgebracht sein, wie es durch Abscheidung aus der Gasphase möglich ist..
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Ebenso kann der mindestens eine Justierstift in zwei Nuten, die in zwei aufeinander zu gerichteten Teilen ausgebildet sind, definiert fixiert und mit den beiden Teilen so miteinander verbunden werden, dass die Teile das planare Substrat bilden. Dabei sollte mindestens eine in einem der beiden aufeinander zu weisenden Oberflächen eines der beiden Teile ausgebildete Nut v-förmig ausgebildet sein, wie dies auch vorab für die Justierung und Fixierung optischer Fasern beschrieben worden ist.
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Mit mindestens einer v-förmigen Nut kann aber auch eine Vertiefung, in die ein Justierstift einführbar ist, ausgebildet sein. Wird lediglich ein Justierstift eingesetzt, sollte er einen viereckigen, bevorzugt einen quadratischen Querschnitt aufweisen.
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Mit der Erfindung können durch eine dichtere Anordnung mehr Funktionen oder ein verkleinerter Aufbau erreicht werden. Es können an einer Oberfläche einfach anordenbare elektro-optische Elemente eingesetzt werden. Außerdem kann die Herstellung durch eine mögliche technologische Optimierung wegen des eingesetzten planaren Substrats optimiert werden, in dem optische Wellenleiter definiert angeordnet und ausgebildet werden können. Durch die Möglichkeit der Strahlformung kann die Effizienz der Strahlkopplung verbessert werden. Es ist eine Modenfeldanpassung möglich.
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Die Kompatibilität der Montage mit Standardbauelementen kann ebenfalls, wie die Entwicklung hoch integrierter photonischer Mikrosysteme verbessert werden.
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Durch die Möglichkeit der Nutzung eines planaren Substrats als Gehäusebestandteil kann durch eine direkte Ankopplung elektro-optischer Elemente oder Integration der Strahlformung optischer Strahlung, auf zusätzliche einzeln auszurichtende Elemente im Strahlengang verzichtet werden. Es können passive optische Wellenleiterstrukturen mit der Möglichkeit für eine Verteilung oder eine Mischung optischer Strahlung mit bei optischen Wellenleitern ausgebildeten Verzweigungen genutzt werden, was zu eine größeren Funktionalität und eine verbesserte Handhabbarkeit führen kann.
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Die Erfindungsgemäße Anordnung stellt eine universelle Plattform für die Herstellung und Nutzung optische Strahlung empfangender und/oder emittierender Elemente, auch in mehrkanaliger Ausführung oder mit passiven sowie aktiven Strukturen, die neue Funktionen erschließen können, dar.
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Es können in einem Gehäuse auch redundante Systeme zur Erhöhung der Zuverlässigkeit vorhanden sein. Beispielsweise kann die Strahlung mehrerer Laserdioden im planaren Substrat kombiniert werden, so dass das System tolerant gegenüber einzelnen Ausfällen wird. Eine verbesserte Zuverlässigkeit und eine höhere Lebensdauer können auch durch günstigere Verhältnisse für die Temperierung erreicht werden, was insbesondere dann möglich ist, wenn ein keramisches Trägersubstrat eingesetzt wird.
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Die Fertigung kann zumindest teilautomatisch und ohne optisch aktive Justierung erfolgen.
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Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden.
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Dabei zeigen:
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1 in Schnittdarstellungen zwei Beispiele einer erfindungsgemäßen Anordnung;
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2 eine perspektivische Darstellung eines Beispiels einer erfindungsgemäßen Anordnung;
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3 eine Ansicht von oben auf ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung;
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4 eine Seitenansicht im Schnitt;
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5 eine Ansicht von oben eines weiteren Beispiels einer erfindungsgemäßen Anordnung;
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6 ein weiteres Beispiel in einer Ansicht von oben;
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7 eine perspektivische Darstellung eines weiteren Beispiels mit Justierstiften;
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8 eine Ansicht auf eine Stirnseite eines planaren Substrats mit Justierstiften;
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9 eine Schnittdarstellung von der Seite eines weiteren Beispiels;
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10 Möglichkeiten für die Ausbildung strahlformender Elemente an optischen Wellenleitern eines planaren Substrats und
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11 eine Mehrzahl von erfindungsgemäßen Anordnungen in Reihenanordnungen.
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In 1 ist ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung mit einem Gehäuse 14, in dessen einer Wand ein planares Wellenleitersubstrat 4 mit einem integrierten optischen Wellenleiter 8 mit einem geeigneten Dichtstoff 10 (beispielsweise Glaslot oder metallisches Lot) hermetisch dicht befestigt ist, und in einer anderen Wand ein dielektrisches Trägersubstrat 1 in gleicher Weise hermetisch dicht befestigt ist, auf dem wiederum ein oder mehrere elektrooptische Elemente 5, 6 befestigt sind, dargestellt. Das/die elektro-optische Element(e) 5, 6 kann/können mit einer elektrischen Leiterbahnstruktur 2 auf dem Trägersubstrat 1 verbunden sein.
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Das Gehäuse 14 schließt einen Teil des optischen Wellenleiters 8 und die elektro-optischen Elemente 5, 6 so wie einen isolierte elektrische Durchführung hermetisch ein. Es kann aus einem beliebigen ausreichend dichten Werkstoff gebildet und ggf. an Erdpotential angeschlossen sein. Die elektro-optischen Elemente 5, 6 können mit einem Kontaktelement 2 über die elektrische Durchführung verbunden sein.
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Das Gehäuse 14 schließt einen Teil des optischen Wellenleiters 8 und die elektro-optischen Elemente 5, 6 hermetisch ein. Es kann aus einem beliebigen ausreichend dichten Werkstoff gebildet und an Erdpotential angeschlossen sein.
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Die 2 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Beispiels einer erfindungsgemäßen Anordnung. Dabei ist auf einer Oberfläche eines Trägersubstrats 1 ein Rahmen an drei äußeren Seiten befestigt, der aus drei Rahmenelementen 3, 3' gebildet ist. Dies sind die zwei an sich gegenüberliegend angeordneten Seiten befestigte Rahmenelemente 3 und das an einer Stirnseite befestigte Rahmenelement 3'. Trägersubstrat 1, das man auch als Verdrahtungsträger bezeichnen kann, und die Rahmenelemente 3, 3' sind aus keramischem Werkstoff, beispielsweise Aluminium- oder Zirkonoxid hergestellt.
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Auf der Oberfläche, auf der auch die Rahmenelemente 3, 3' angeordnet sind, ist eine elektrische Leiterbahnstruktur 2 für eine elektrisch leitende Verbindung elektro-optischen Elementen 5, in diesem Fall Photodioden und 6 in diesem Fall Laserdioden und zu einer elektronischen Schaltung 7 und für äußere Kontaktelemente durch Aufdrucken einer elektrischen leitenden Schicht ausgebildet.
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Zwischen den Rahmenelementen 3 ist ein planares Substrat 4 angeordnet und mit ihnen verbunden. In dem planaren Substrat 4, das aus einem Glas bestehen kann, sind nicht dargestellte optische Wellenleiter vorhanden oder darin ausgebildet. Sie sind in Bezug zu den elektro-optischen Elementen 5 und 6 positioniert.
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Die Verbindungen zwischen dem Trägersubstrat 1, den Rahmenelementen 3, 3' und dem planaren Substrat 4 kann mittels eines Lots, bevorzugt einem Glaslot hergestellt werden.
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Die 3 zeigt ein weiteres Beispiel in einer Ansicht von oben. Dabei ist im planaren Substrat 4 ein optischer Wellenleiter 8 dargestellt, der in Bezug zu einer Photodiode 5, als elektro-optisches Element ausgerichtet worden ist. Zwischen der Photodiode 5 und einer Leiterbahn 2 ist eine elektrisch leitende Verbindung 2.1 hergestellt.
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Die 4 zeigt eine Seitenansicht eines Beispiels einer erfindungsgemäßen Anordnung im Schnitt. Dabei sind die Rahmenelemente, von denen nur das an einer Stirnseite des Trägersubstrats 1 angeordnete Rahmenelement 3' erkennbar ist, und das planare Substrat 4 mit dem Trägersubstrat 1 sowie einem Deckelelement 9 mittels einer Lotverbindung 10 stoffschlüssig verbunden. Als Lot wurde Glas oder ein Metall bzw. eine Mettalllegierung mit einem angepassten thermischen Ausdehnungskoeffizient und ausreichend hoher Schmelztemperatur, die oberhalb der Betriebstemperatur der Anordnung liegt, eingesetzt. Bei geringeren Anforderungen an die Widerstandsfähigkeit gegenüber Diffusion kann statt des Lotes beispielsweise ein polymerer Klebstoff eingesetzt werden.
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In einer Ansicht von oben ist ein weiteres Beispiel in 5 gezeigt. Dabei sind in einem planaren Substrat 4 zwei optische Wellenleiter 8 vorhanden und einmal in Bezug zu einer Laserdiode 6 und der zweite in Bezug zu einem Photodetektor 5, als elektro-optische Elemente mit ihren zur Ein- oder Auskopplung optischer Strahlung genutzten Flächen positioniert, so dass zumindest der größte Teil der jeweiligen optischen Strahlung genutzt werden kann.
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Bei dem in 6 in einer Ansicht von oben gezeigten Beispiel, sind im planaren Substrat 4 mehrere optische Wellenleiter 8 vorhanden, die in Bezug zu den elektro-optischen Elementen 5 und 6 positioniert sind.
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Dabei ist an einem optischen Wellenleiter 8 eine Verzweigung 8.1 vorhanden, mit der der eine optische Wellenleiter 8 in zwei optische Wellenleiter 8.2 und 8.3 aufgeteilt worden ist. Diese beiden optischen Wellenleiter 8.2 und 8.3 sind bei diesem Beispiel mit ihren Flächen zur Einkopplung optischer Strahlung in Bezug zu den beiden Laserdioden 6 positioniert. Emittieren diese beiden Laserdioden 6 beispielsweise jeweils optische Strahlung mit unterschiedlicher Wellenlänge können diese beiden optischen Strahlungen gemischt und dann ein anderer Farbeindruck im Vergleich dazu, wenn zu einem Zeitpunkt lediglich optische Strahlung von einer der beiden Laserdioden 6 emittiert wird, hervorgerufen werden. Durch eine Mischung der elektromagnetischen Strahlung mit unterschiedlichen Wellenlängen kann die Datenübertragungsrate erhöht oder ein Wellenlängenmultiplex in mehreren Datenkanälen erreicht werden.
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Bei dem in 7 gezeigten Beispiel sind im planaren Substrat 4 zwei Justierstifte 11 fixiert. Die Art und Weise einer möglichen Fixierung und definierten Ausrichtung der Justierstifte 11 geht aus 8 hervor.
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Dabei sind in zwei Teilen 4.1 und 4.2, die mittels einer Klebeverbindung 10 miteinander verbunden sind und so das planare Substrat 4 bilden, jeweils zwei Gräben 13, von denen einer v-förmig und der andere mit rechteckigem oder quadratischen Querschnitt ausgebildet ist, ausgebildet, was beispielsweise mit einer Wafersäge erreicht werden kann.
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In diese Gräben 13 können die bei diesem Beispiel einen rotationssymmetrischen Querschnitt aufweisenden Justierstifte 11 eingeführt und beispielsweise mit einem Klebstoff oder einem Lot im planaren Substrat 4 fixiert werden. Aus 7 geht hervor, dass die Justierstifte 11 in einem Bereich, der im Inneren des planaren Substrats 4 angeordnet ist, mindestens einen nutenförmigen Einschnitt 11.1 aufweisen können, mit dessen Hilfe die Fixierungssicherheit verbessert werden kann.
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In 7 ist auch erkennbar, dass die Justierstifte 11, die Stirnseitenfläche des planaren Substrats 4 überragen, an der ebenfalls Flächen optischer Wellenleiter 8 zur Ein- und/oder Auskopplung optischer Strahlung vorhanden sind. Dieser überragende Bereich kann in komplementäre Vertiefungen eines weiteren Elements oder eine Anordnung, das/die zur Übertragung und ggf. auch Nutzung optischer Strahlung ausgebildet ist, eingeführt werden, so dass eine sehr genaue Positionierung von Flächen zur Ein- und/oder Auskopplung optischer Wellenleiter 8 zueinander möglich wird.
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Dies kann weiter verbessert werden, indem an nach außen weisenden Oberflächen von Trägersubstrat 1, Randelementen 3, dem planaren Substrat 4 und/oder einem Deckelelement 9 Erhebungen und/oder Vertiefungen (nicht gezeigt) vorhanden sind, die zur Fixierung von Arretierelementen (nicht gezeigt), bevorzugt solchen mit Zugkraftwirkung, ausgebildet sind, so dass ein Zusammenpressen einer erfindungsgemäßen Anordnung mit einer anderen solchen Anordnung oder einem optische Strahlung übertragenden bzw. nutzenden Element an der Stirnseitenfläche des planaren Elements 4 erreichbar ist. Eine solche Ausbildung ist bei allen erfindungsgemäßen Anordnungen möglich.
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In 9 ist eine seitliche Schnittdarstellung eines weiteren Beispiels gezeigt. Auch in diesem Fall sind wieder gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen, wie dies bei den vorher und auch nachfolgend beschriebenen Beispielen der Fall ist.
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Dementsprechend unterscheidet sich dieses Beispiel durch den Einsatz einer zusätzlichen Stützplatte 4.2 mit der ein über das Trägersubstrat 1 überstehender Bereich des planaren Substrats 4 stabilisiert und abgestützt werden kann. Stützplatte 4.2 und planares Substrat 4 können ebenfalls mittels einer Lotverbindung miteinander verbunden sein.
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Im Vergleich zur 4 ist der Deckelelement 9 auch mit Leitbild (elektrische Leiterbahnstruktur) versehen und so ausgebildet, dass er die elektro-optischen Bauelemente 5, 6 direkt an der Oberseite kontaktiert. Dadurch kann ein flacherer Aufbau erreicht und auf separate Herstellung einer leitenden Verbindung 2.1 verzichtet werden, während die thermischen Pfade optimiert werden. Der Fügespalt zwischen dem Deckelelement 9 und dem planaren Substrat 4 ist sehr kurz, was eine Diffusion von Feuchtigkeit und Gasen in das Innere erheblich behindert.
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In 10 sind Möglichkeiten für die Ausbildung optischer Elemente 12 an einem planaren Substrat 4, die jeweils einem optischen Wellenleiter 8 zugeordnet werden können, sowie die Ausbildung eines optischen Wellenleiters 8 mit mehreren Verzweigungen 8.1 gezeigt.
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So ist bei den drei oberen dargestellten optischen Wellenleitern 8 an einer Stirnseite jeweils ein optisches Element 12 am/im planaren Substrat 4 ausgebildet. Bei dem obersten optischen Wellenleiter 8 ist dies ein sich in Richtung der Fläche für die Ein- und/oder Auskopplung optischer Strahlung angeordneter Stirnfläche des planaren Substrats 4 konisch trichterförmig erweiternder Bereich (optischer Trichter), mit dem eine größere Fläche für die Ein- und/oder Auskopplung optischer Strahlung zur Verfügung gestellt werden kann.
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Bei dem unmittelbar darunter dargestellten optischen Wellenleiter 8 ist als optisches Element 12 eine Kugellinse und bei dem wiederum darunter dargestellten optischen Wellenleiter 8 ist es eine Zylinderlinse 12 realisiert. Die damit erreichbare Strahlformung ist angedeutet.
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Bei dem ganz unten dargestellten optischen Wellenleiter 8 wird dieser mittels der Verzweigung 8.1 in zwei optische Wellenleiter 8.2 und 8.3 aufgeteilt. An den beiden optischen Wellenleitern 8.2 und 8.3 ist jeweils wieder eine Verzweigung 8.1 vorhanden, mit der eine Aufteilung in die vier optischen Wellenleiter 8.4, 8.5, 8.6 und 8.7 erreichbar ist. Weitere Verzweigungen oder Zusammenführungen können kaskadiert werden. Zusätzlich können die oben beschriebenen Elemente der Strahlführung mit Verzweigungen oder Zusammenführungen kombiniert werden.
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Mit 11 soll verdeutlicht werden, dass mehrere erfindungsgemäße Anordnungen jeweils eine Reihenanordnung für eine effiziente Fertigung bilden können. Dabei können sämtliche Anordnungen einer Reihenanordnung alle Verfahrensschritte und insbesondere die Verfahrensschritte für die Montage der einzelnen Elemente gemeinsam durchlaufen. Am Ende der Fertigung können die Anordnungen durch ein geeignetes Trennverfahren vereinzelt werden.
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Es besteht dabei aber auch die Möglichkeit, die Anordnungen einer Reihe mit der anderen Reihe für eine Übertragung optischer Strahlung zu verbinden. Dabei können die Justierstifte 11 der Anordnungen einer Reihe in komplementäre Vertiefungen, die in planaren Substraten 4, der Anordnungen der anderen Reihenanordnung eingeführt werden, so dass die jeweiligen Flächen optischer Wellenleiter 8 für die Ein- und/oder Auskopplung optischer Strahlung zueinander genauer positioniert werden können. Hierfür sollte die eine Reihe um 180° gedreht dargestellt sein.
