DE102018107029A1

DE102018107029A1 - Multiplexer- bzw. Demultiplexermodul

Info

Publication number: DE102018107029A1
Application number: DE102018107029.2A
Authority: DE
Inventors: Thomas Petigk; Ingo Smaglinski
Original assignee: Huber and Suhner Cube Optics AG
Current assignee: Huber and Suhner Cube Optics AG
Priority date: 2018-03-23
Filing date: 2018-03-23
Publication date: 2019-09-26
Also published as: US10901160B2; CN110297292A; US20190293879A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Multiplexer- bzw. Demultiplexermodul bestehend aus einer Trägerplatte mit mindestens einem wellenlängenselektiven Element, mindestens zwei fokussierenden Elementen, einem Wellenleiter, vorzugsweise einem Glasfaserkabel, zur Übertragung eines optischen Signals, das einen Signalausgang bzw. -eingang für ein Einkoppeln oder ein Auskoppeln des optischen Signals aufweist und einer Kollimationsoptik, die zwischen Signalausgang und einem ersten wellenlängenselektiven Element angeordnet ist. Um ein Demultiplexermodul bereitzustellen, das sich erstens dadurch auszeichnet, dass über den Wellenleiter auf das Demultiplexermodul übertragene Kräfte derart abgeleitet werden, dass die passive Justierung der optischen Elemente kaum beeinflusst wird, das zweitens auf einfache Weise mit einer Detektorplatte verbunden und gegenüber auf einer Detektorplatte befindlichen Detektoren justiert werden kann, und das drittens eine hohe thermische Toleranz besitzt, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Trägerplatte einen vorzugweise einstückig mit der Trägerplatte ausgebildeten Anschlag für den Wellenleiter aufweist, wobei der Wellenleiter oder eine den Wellenleiter umgebende Ummantelung an dem Anschlag anliegt oder befestigt, vorzugsweise festgeklebt, ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Multiplexer- bzw. Demultiplexermodul, welches mit Ausnahme von den Sende- bzw. Empfängerelementen alle für einen Multiplexer- bzw. Demultiplexer notwendigen Bauteile aufweist. Das Modul ist derart ausgebildet, dass es stabil und auf einfache Weise mit einer passenden, Sende- bzw. Empfängerelemente aufweisenden Platte (Senderplatte bzw. Detektorplatte) verbunden werden kann.
In der Regel werden als Sendeelemente Dioden oder Laser und als Empfängerelemente (Detektoren) Photodetektoren verwendet. Die Begriffe „Sende- bzw. Empfängerelemente“ sind allerdings nicht auf diese Auswahl beschränkt und umfassen auch andere optische Elemente wie z.B. Gitterkoppler und Prismen.
Das sogenannte Multiplexverfahren ist ein Verfahren zur gemeinsamen Übertragung mehrerer unabhängiger Signale (Primärsignale) über ein einziges Übertragungsmedium. In einem Multiplexer werden die verschiedenen unabhängigen Signale zu einem einzigen Multiplexsignal zusammengefasst. Anschließend wird das Multiplexsignal entlang eines Signalleiters übertragen und auf der Empfangsseite in einem Demultiplexer wieder in die verschiedenen unabhängigen Signale zerlegt.
Beim sogenannten Frequenzmultiplexverfahren werden mehrere benachbarte, aber voneinander beabstandete Frequenzbänder bereitgestellt, denen jeweils eine bestimmte Trägerfrequenz und Bandbreite zugeordnet ist. Die Trägerfrequenzen eines Frequenzbandes werden mit den Primärsignalen moduliert, wobei eine Trägerfrequenz einem Primärsignal zugeordnet wird. Die dadurch resultierenden modulierten Signale können dann gemeinsam und unabhängig als ein breitbandiges Multiplexsignal übertragen werden. Auf der Empfängerseite kann das Multiplexsignal dann durch den Einsatz von Filtern wieder in die Signale der unterschiedlichen Frequenzbänder aufgeteilt werden. Die in den Frequenzbändern enthaltenen modulierten Signale werden anschließend demoduliert, wodurch das ursprünglich gesendete Signal erhalten wird.
Bei Übertragungen von Signalen auf Lichtwellenleitern kommt in der Regel ein optisches Frequenzmultiplexverfahren zum Einsatz, welches auch als Wellenlängenmultiplexverfahren bezeichnet wird. Bei diesem Verfahren werden als Trägersignale Lichtsignale mit unterschiedlichen Trägerfrequenzen für die Übertragung verwendet. Dabei stellt jede verwendete Trägerfrequenz einen eigenen Übertragungskanal zur Verfügung, auf dem die eigentlichen zu übertragenden Signale (Primärsignale oder auch Datensignale) moduliert werden können (Amplitudenmodulation). Die auf diese Art und Weise modulierten Datensignale werden dann mittels entsprechender optischer Koppelelemente gebündelt und gleichzeitig, jedoch unabhängig voneinander, übertragen. Am Empfänger dieser optischen Multiplexverbindung werden in einem Demultiplexer dann die einzelnen optischen Übertragungskanäle mithilfe von entsprechenden wellenlängenselektiven Elementen, z.B. passiven optischen Filtern, wieder getrennt. Anschließend können die optischen Signale mit entsprechenden Empfängerelementen in elektrische Signale umgewandelt werden.
Ein weiteres optisches Multiplexverfahren ist das Polarisationsmultiplexverfahren. Auch dieses kann zur gebündelten Übertragung von Lichtsignalen genutzt werden. Im Folgenden wird aus Gründen der Einfachheit zur Beschreibung der vorliegenden Erfindung zumeist ausschließlich das Wellenlängenmultiplexverfahren herangezogen. Die vorliegende Erfindung ist allerdings nicht auf dieses beschränkt und kann analog auf weitere Multiplexverfahren wie beispielsweise das Polarisationsmultiplexverfahren angewandt werden.
Optische Multiplexer und Demultiplexer sind seit langem bekannt. Grundsätzlich kann ein Multiplexer durch Umkehrung des Strahlenganges auch als Demultiplexer eingesetzt werden und umgekehrt. Dabei müssen lediglich statt Detektoren, welche die empfangenen übertragenen optischen Signale in elektrische Signale umwandeln, Sender wie beispielsweise Laser und Dioden, welche die entsprechenden zu übertragenden Lichtsignale erzeugen, verwendet werden.
Im Folgenden bezieht sich die Beschreibung explizit auf Demultiplexer. Es versteht sich aber, dass die beschriebenen Merkmale mit Vorteil auch bei Multiplexern zur Anwendung kommen können, wobei sich dann die Strahlrichtung einfach umkehrt.
Demultiplexer weisen im Allgemeinen einen Eingangsanschluss bzw. einen Signalausgang eines Wellenleiters für das Einkoppeln eines optischen Signals, das Signalkomponenten verschiedener Wellenlängen aufweist, mindestens ein wellenlängenselektives Element sowie mindestens zwei fokussierende Elemente auf, wobei das wellenlängenselektive Element und die fokussierenden Elemente derart angeordnet sind, dass zumindest ein Teil eines über den Eingangsanschluss eingekoppelten optischen Signals zunächst auf das wellenlängenselektive Element und dann auf ein fokussierendes Element und ein weiterer Teil zunächst auf das wellenlängenselektive Element und anschließend auf ein anderes fokussierendes Element trifft.
Unter einem wellenlängenselektiven Element wird jegliches Element verstanden, das, in den Strahlengang gestellt, einen oder mehrere Wellenlängenkanäle bzw. Polarisationskanäle beeinflusst, wobei mindestens ein Wellenlängen- oder Polarisationskanal auf andere Art und Weise oder mit einer unterschiedlichen Stärke beeinflusst wird als ein weiterer Wellenlängen- oder Polarisationskanal. Unter Beeinflussen wird beispielsweise Reflektieren, Absorbieren, Verstärken, Abschwächen, Unterbrechen oder Polarisieren verstanden. Der Begriff „wellenlängenselektiv“ umfasst im Sinne der vorliegenden Erfindung aus Gründen der Einfachheit den Begriff „polarisationselektiv“. Ein Polarisationsfilter stellt in diesem Sinne ebenfalls ein wellenlängenselektives Element dar.
Unter einem fokussierenden Element wird jedes Element verstanden, das in der Lage ist, einfallende parallele Lichtstrahlen im Wesentlichen in einem Punkt, dem sogenannten Brennpunkt oder Fokuspunkt, zu bündeln. Als fokussierende Elemente können beispielsweise optische Linsen oder Hohlspiegel verwendet werden. Fokussierende Elemente arbeiten, wenn die Strahlrichtung umgekehrt wird als Kollimatoren. Unter einem Kollimator wird jedes Element verstanden, das in der Lage ist, ein einfallendes Bündel aus divergenten Lichtstrahlen in ein Bündel aus parallelen Lichtstrahlen zu wandeln.
Im einfachsten Fall weist der Demultiplexer lediglich ein wellenlängenselektives Element und zwei fokussierende Elemente auf. Ein Eingangssignal, das aus zwei getrennten Frequenzkomponenten (Frequenzkanälen) besteht, wird dann auf das wellenlängenselektive Element gerichtet, das die eine Frequenzkomponente reflektiert und die andere transmittieren lässt. Die fokussierenden Elemente sind in diesem Fall derart angeordnet, dass das eine den transmittierenden Strahl und das andere den reflektierenden Strahl empfängt und in dem jeweiligen Fokuspunkt bündelt. Wird an den entsprechenden Fokuspunkten ein geeigneter Strahlungsdetektor, z.B. eine Fotodiode, angeordnet, so kann die Amplitude, d.h. die Strahlungsintensität des Frequenzsignals, elektrisch erfasst werden.
Im Allgemeinen weist ein Demultiplexer eine Mehrzahl von wellenlängenselektiven Elementen auf, auf die das Signal entlang des Strahlengangs nacheinander gerichtet wird, wobei jedes wellenlängenselektive Element einen Wellenlängenkanal von dem restlichen Signal abtrennt. Die Anordnung von mehreren wellenlängenselektiven Elementen in aufeinanderfolgender Reihenfolge im Strahlengang wird auch als Filterkaskade bezeichnet.
Die Herstellung von Demultiplexern ist jedoch sehr aufwändig. Dies liegt unter anderem an der notwendigen Justierung der optischen Elemente. Das auf einem entsprechenden Übertragungsmedium, z.B. einer Glasfaser, kombinierte Signal muss mithilfe einer exakt justierten Anordnung von Filtern und Spiegeln auf entsprechende Detektorelemente gelenkt werden, um eine effektive Aufspaltung des Signals in seine einzelnen Kanalkomponenten zu bewirken. Dabei muss zudem beachtet werden, dass die Funktionalität des Demultiplexers oftmals in einem breiten Temperaturbereich von ca. -40° C bis 85° C gewährleistet werden muss, damit äußere Umwelteinflüsse oder betriebsbedingte Temperaturänderungen nicht zu Einschränkungen der Funktionalität führen. Der Temperaturbereich, in dem eine unbeschränkte Funktionalität gewährleistet ist, wird als thermischer Toleranzbereich des Demultiplexers bezeichnet.
Aus der DE 10 2008 042 719 A1 ist beispielsweise ein Demultiplexer bekannt, der eine sogenannte passive Justierung der optischen Elemente ermöglicht. Er weist eine Trägerplatte mit mindestens einem wellenlängenselektiven Element, ein Fokussierglied mit mindestens zwei fokussierenden Elementen sowie eine Detektorplatte auf, wobei sowohl die Trägerplatte als auch das Fokussierglied mit der Detektorplatte verbunden sind. Zudem zeigt die DE 10 2008 042 719 A1 , dass das Fokussierglied einen Faseranschlag aufweisen kann und das Glasfaserkabel derart an diesem Faseranschlag befestigt sein kann, dass die auf das Glasfaserkabel wirkenden Kräfte über das Fokussierglied abgeleitet werden.
Durch die immer weitere Verbreitung und intensivere Nutzung von Glasfaserkabeln steigen auch die Anforderungen, die an Demultiplexer bzw. Multiplexer hinsichtlich ihrer Toleranz gegenüber thermischer Schwankungen gestellt werden. Der thermische Toleranzbereich eines Demultiplexers spielt daher eine wichtige Rolle und kann einen für den Einsatz des Demultiplexers limitierenden Faktor darstellen.
Darüber hinaus steigen mit der Verbreitung der Glasfasertechnik auch die Ansprüche an die Einfachheit von Demultiplexem und Multiplexem. Beispielsweise werden Detektorplatten des Öfteren unabhängig von den restlichen Bauteilen eines Demultiplexers hergestellt, weshalb es sich als wünschenswert herausgestellt hat, Detektorplatten einerseits und ein passendes Modul, das aus der Gesamtheit der restlichen Bauteile eines Demultiplexers besteht, andererseits herzustellen, die zusammengenommen einen kompletten Demultiplexer ergeben. Dabei soll dessen Stabilität, d.h. Widerstandsfähigkeit gegenüber am Demultiplexermodul angreifender äußerer Kräfte, mindestens ebenso hoch sein wie die eines nicht modular zusammengesetzten Demultiplexers.
Die bekannten Demultiplexer-Systeme erlauben allerdings weder einen stabilen modularen Aufbau noch ein einfaches Verbinden von einer Detektorplatte mit der Gesamtheit der restlichen Komponenten eines Demultiplexers. Insbesondere die notwendige Stabilität eines Demultiplexers gegenüber Kräften (wie z.B. Zugkräften), die über den Wellenleiter auf die Bauteile des Demultiplexers übertragen werden, kann im Falle eines modularen Aufbaus mit dem aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen nicht gewährleistet werden.
Die Aufgaben der vorliegenden Erfindung bestehen daher darin, ein Demultiplexermodul bereitzustellen, das sich erstens dadurch auszeichnet, dass über den Wellenleiter auf das Demultiplexermodul übertragene Kräfte derart abgeleitet werden, dass die passive Justierung der optischen Elemente kaum beeinflusst wird, das zweitens auf einfache Weise mit einer Detektorplatte verbunden und gegenüber auf einer Detektorplatte befindlichen Detektoren justiert werden kann, und das drittens eine hohe thermische Toleranz besitzt.
Erfindungsgemäß wird zumindest eine dieser Aufgaben durch ein Multiplexer- bzw. Demultiplexermodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Demultiplexermodul besteht aus einer Trägerplatte mit mindestens einem wellenlängenselektiven Element, mindestens zwei fokussierenden Elementen und einem Wellenleiter, der vorzugsweise ein Glasfaserkabel ist, sowie einer Kollimationsoptik (einem Kollimator). Der Wellenleiter weist dabei einen Signalausgang, der in der Regel in Form eines Glasfaserkabelendes mit einer stimseitigen Querschnittsfläche ausgebildet ist, zum Einkoppeln eines optischen Signals in das Demultiplexermodul auf. Die Kollimationsoptik ist dabei zwischen dem Signalausgang und dem ersten wellenlängenselektiven Element angeordnet, sodass ein optisches Signal, das den Signalausgang verlässt, zuerst auf die Kollimationsoptik trifft. Erfindungsgemäß weist die Trägerplatte einen vorzugsweise mit der Trägerplatte einstückig ausgebildeten Anschlag (Faseranschlag) auf, an dem der Wellenleiter zur Justierung des Signalausgangs anliegt oder befestigt, vorzugsweise festgeklebt ist. Der Wellenleiter selbst kann alternativ auch von einer Ummantelung umgeben sein, welche an dem Anschlag anliegt oder befestigt ist. Die Ummantelung kann beispielsweise ein Teil einer Ferrule-Schnittstelle sein. In einem solchen Fall ist der Wellenleiter nicht unmittelbar an dem Anschlag befestigt, sondern die den Wellenleiter umgebene Ummantelung ist am Anschlag befestigt.
In diesem Zusammenhang wird unter einstückig eine Ausbildung in einem Stück und aus demselben Material verstanden. Anschlagselemente, welche beispielsweise mittels Kleben, Löten oder Schweißen mit der Trägerplatte stoffschlüssig verbunden sind, sind nicht einstückig im Sinne der vorliegenden Erfindung ausgebildet.
Durch diese spezielle Anordnung wird ein stabiles Demultiplexermodul bereitgestellt, das mit einer Detektorplatte verbunden werden kann. Eine Detektorplatte ist vorzugsweise eine Leiterplatte mit integrierten Detektoren, die beispielweise als Photodioden ausgebildet sein können. Durch die Fixierung des Wellenleiters an der Trägerplatte wird auf vorteilhafte Weise eine erhöhte Stabilität des Demultiplexermoduls und dementsprechend auch des Demultiplexers erzielt, da die auf das Glasfaserkabel wirkenden Kräfte auf die Trägerplatte abgeleitet werden, wobei die Trägerplatte in der Regel unter den Bauteilen eines Demultiplexermoduls die höchste Stabilität besitzt. Eine durch am Wellenleiter angreifende Kräfte verursachte Änderung der vorjustierten Anordnung der optischen Elemente eines Demultiplexers wird dadurch deutlich erschwert. Frühere Lösungen wie sie beispielsweise in der DE 10 2008 042 719 A1 beschrieben werden, bei denen diese Kräfte auf ein Fokussierglied abgeleitet wurden, weisen demgegenüber eine deutlich geringere Widerstandsfähigkeit gegenüber äußerer Krafteinwirkungen auf, wenn ein Demultiplexer aus einer Detektorplatte einerseits und einem die restlichen Komponenten umfassenden Modul andererseits besteht. Eine Ableitung der auf das Glasfaserkabel wirkenden Kräfte am Fokussierglied ist daher im Besonderen ungeeignet, um einen modularen Aufbau bestehend aus Detektorplatte einerseits und Demultiplexermodul andererseits zu ermöglichen. Durch die einschlägige Ausbildung entfällt eine Justierung des Anschlages relativ zur Trägerplatte.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Fokussierglied vorgesehen, das die mindestens zwei fokussierenden Elemente aufweist. Die fokussierenden Elemente können beispielsweise als Linsen oder gekrümmte reflektierende Flächen ausgebildet sein. Der Vorteil eines Fokussierglied liegt darin, das sich dadurch die Justierung der fokussierenden Elemente zueinander besonders einfach gestaltet.
Die vorliegende Erfindung umfasst allerdings auch alternative Ausführungsformen. Beispielsweise kann ein vom ursprünglichen Strahlengang (Multiplexsignal) durch ein wellenlängenselektives Element abgetrennter Teil des Strahlengangs erst auf ein zusätzliches reflektierendes, aber nicht fokussierendes Element treffen, welches das Signal in Richtung eines Detektors lenkt. Die Fokussierung des mit dem Signal einhergehenden Strahlenbündels kann in diesem Fall durch eine Linse vorgenommen werden, die sich zwischen dem Detektor und dem zusätzlichen reflektierenden Element befindet.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Faseranschlag als Nut ausgebildet und der Wellenleiter oder eine den Wellenleiter umgebende Ummantelung ist in der Nut angeordnet. Dabei weist das Profil der Nut vorzugsweise eine V-Form oder U-Form auf. Eine solche Nut fixiert einen Wellenleiter bzw. ein Glasfaserkabel bezüglich zweier unterschiedlicher Raumrichtungen. Dies macht es bei der Montage des Demultiplexermoduls besonderes einfach, eine präzise Fixierung und Justierung des Wellenleiters und somit auch des Signalausgangs zu erzeugen. Der Wellenleiter wird dabei nur in die Nut eingelegt und gegebenenfalls dort verklebt. Somit ermöglicht eine Nut als Faseranschlag eine präzise und zudem kostengünstige Justierung des Signalausgangs. V-förmige und U-förmige Nuten haben sich hinsichtlich der Justierung des Signalausgangs als besonders vorteilhaft erwiesen, da sie die gleichmäßige Verteilung eines zur Fixierung verwendeten Klebemittels gewährleisten können, sodass bei der Herstellung Unterschiede zwischen baugleichen Demultiplexern bezüglich der Fixierung und Justierung des Wellenleiters in hohem Maße vermieden werden.
Die Nut einer weiteren Ausführungsform kann zudem auch zwei Nutabschnitte aufweisen, die sich bezüglich des Nutquerschnitts (Nutprofils) unterscheiden. Ein erster Nutabschnitt ist in diesem Fall als Anschlag ausgebildet und ein zweiter Nutabschnitt weist vorzugsweise eine größere Querschnittsfläche auf als der erste Nutabschnitt. Insbesondere kann die Stirnfläche des Glasfaserkabels, d. h. der Signalausgang im ersten Nutabschnitt angeordnet sein. Ein anderer Teil des Glasfaserkabels kann hingegen im zweiten Nutabschnitt angeordnet sein. Die Befestigung bzw. Verklebung des Glasfaserkabels mit der Nut erfolgt dann am besten im zweiten Nutabschnitt, der aufgrund seines größeren Querschnittes Raum zur Aufnahme des Klebemittels bereitstellt. Die Anordnung der Stirnfläche des Glasfaserkabels im ersten Nutabschnitt erlaubt dann eine präzise Justierung der Stirnfläche des Glasfaserkabels, ohne dass die Gefahr besteht, dass durch Hinzufügen des Klebstoffes sich die Position der Stirnfläche des Glasfaserkabels wieder verändert.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Trägerplatte zwei parallel zueinander angeordnete Auflageflächen auf, wobei auf der einen Auflagefläche das zumindest eine wellenlängenselektive Element und auf der anderen Auflagefläche ein weiteres wellenlängenselektive Element oder ein reflektierendes Element angeordnet ist. Beispielsweise kann die Trägerplatte eine Glasplatte sein, die sich leicht mit parallel zueinander angeordneten Auflageflächen herstellen lässt. Für die Montage des Moduls werden dann einfach die entsprechenden Elemente auf die Auflageflächen aufgelegt und sind dann parallel zueinander ausgerichtet. Der Strahlengang verläuft dann durch die Trägerplatte. Die Trägerplatte muss in diesem Fall aus einem für die optischen Signale transparentem Material sein.
Bevorzugt ist in der Trägerplatte eine Durchgangsöffnung vorgesehen, die die Auflageflächen verbindet. Der Strahlengang kann dann durch die Durchgangsöffnung erfolgen, sodass die Trägerplatte nicht unbedingt aus einem transparenten Material gefertigt sein muss. Die reflektierenden Elemente und/oder die wellenlängenselektiven Elemente können dann auf die gegenüberliegende Auflagefläche der Trägerplatte gelegt werden, sodass sie die Durchgangsöffnung zumindest teilweise abdecken. Durch eine solche Anordnung der reflektierenden und/oder wellenlängenselektiven Elemente an einer Trägerplatte kann durch eine besonders einfache Bauweise der Strahlengang einer Filterkaskade ermöglicht werden.
Der Strahlengang der Filterkaskade kann dabei innerhalb der Durchlassöffnung angeordnet und ein einzelnes Fokussierglied gegenüberliegend zu einer Seite der Durchlassöffnung angeordnet sein. In diesem Fall, befinden sich auf der einen Auflagefläche - auf der dem Fokussierglied zugewandten Seite - wellenlängenselektive Elemente und auf der anderen Auflagefläche reflektierende Elemente. Altemativ kann beispielsweise auch gegenüberliegend zu beiden Seiten der Durchlassöffnung jeweils ein Fokussierglied angeordnet sein, wobei in diesem Fall nur eines der beiden Fokussierglieder eine Kollimationsoptik aufweisen muss. In diesem Fall befinden sind auf beiden Auflageflächen wellenlängenselektive Elemente angeordnet. Letztere Altemative ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn ein aus einer Vielzahl von Wellenlängenkanälen bestehendes Multiplexsignal in einem möglichst kleinen Demultiplexermodul auf viele oder alle dieser Wellenlängenkanäle aufgesplittet werden soll. Beispielsweise besitzt ein 8-Kanal-Modul mit einem einzelnen Fokussierglied eine ähnliche räumliche Ausdehnung wie ein entsprechendes 16-Kanal-Modul mit zwei Fokussiergliedern.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Trägerplatte eine, vorzugsweise V-förmige oder U-förmige, Klebestoppnut auf, die derart ausgebildet ist, dass ein Ende der Durchlassöffnung innerhalb der Nut angeordnet ist. Am besten sind in beiden Auflageflächen entsprechende Klebestoppnuten vorgesehen. Durch die Klebestoppnuten kann der Signalausgang auf einfache Weise mit einem gewissen Abstand von der Klebestelle, an der der Wellenleiter am Anschlag der Trägerplatte mittels Klebemittel befestigt wird, angeordnet werden. Dadurch wird verhindert, dass Klebemittel unmittelbar nach der Applikation aufgrund der Viskosität und Oberflächenspannung des Klebemittels entlang des Wellenleiters bis zum Signalausgang verläuft.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Anschlag an einer Außenwand der Trägerplatte angeordnet. Die Außenwand ist leicht zugänglich, wodurch kostengünstig und mit einfachen Mittel ein Anschlag bzw. eine Nut in die Außenwand eingearbeitet werden kann. Zudem sind durch eine solche Anordnung die optischen Elemente, die an der Trägerplatte angeordnet sind, und der Anschlag voneinander beabstandet angeordnet, wodurch ein gegenseitiges Berühren von optischen Elementen und Wellenleiter und ein dadurch möglicherweise bedingte Dejustierung des Demultiplexermoduls bei der Montage und im Betrieb vermieden wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der für die Befestigung des Wellenleiters vorgesehene Anschlag an einer Innenwand der Durchlassöffnung angeordnet. Die Durchlassöffnung stellt einerseits sowieso bereits einen Raum bereit, in dem sich ein Teil des Strahlengangs eines Demultiplexers, insbesondere der Strahlengang einer Filterkaskade ausbreiten kann. Andererseits ermöglicht die Durchlassöffnung bei der hier diskutierten Ausführungsform auch eine Fixierung und Justierung des Wellenleiters bzw. des Signalausgangs, indem die Seitenwand der Durchlassöffnung als Anschlag im Allgemeinen oder als Nut im Speziellen ausgebildet wird. Somit wird durch eine geschickte Ausformung der Durchlassöffnung gewährleistet, dass mit einem Minimalbedarf an Elementen und Material sowohl ein geeigneter Raum für einen Teil des Strahlengangs als auch ein Anschlag bereitgestellt wird. Die Durchlassöffnung übernimmt daher in diesem Sinne eine Doppelfunktion.
In einer weiteren Ausführungsform ist das mindestens eine Fokussierglied als Formteil ausgebildet und die Kollimationsoptik besteht aus einer gekrümmten reflektierenden Fläche. Diese ist vorzugsweise einstückig mit dem Formteil ausgebildet. Das Formteil wird dabei in der Regel aus Kunststoff hergestellt. Die gekrümmte reflektierende Fläche kann bspw. derart ausgebildet sein, wie in der DE 100 43 985 beschrieben ist, deren Inhalt hier durch Bezugnahme in diese Anmeldung aufgenommen wird. Das Formteil kann prinzipiell so ausgebildet sein, wie in der DE 10 2005 010 557 beschrieben ist, deren Inhalt ebenfalls in diese Anmeldung aufgenommen wird.
Zudem sind das Formteil und die Trägerplatte über ein Verbindungselement miteinander verbunden. Dabei weist das Verbindungselement mindestens zwei Federelemente auf, die jeweils eine anisotrope Elastizität aufweisen. Die Federelemente sind derart ausgebildet, dass sie eine Elastizitätsrichtung haben, in welcher die Federelemente eine vergleichsweise geringe Federkonstante aufweisen. Anders ausgedrückt besitzen die Federelemente in jeweils zwei zueinander senkrechten Richtungen jeweils mindestens doppelt so große Federkonstanten wie in der dritten, zu den ersten beiden Richtungen senkrechten Raumrichtung, der genannten Elastizitätsrichtung. Am besten ist die Federkonstante in den beiden senkrecht zur Elastizitätsrichtung stehenden Richtungen allerdings um ein Vielfaches, beispielsweise um ein fünfzigfaches größer als in der Elastizitätsrichtung. Die Elastizitätsrichtungen der beiden Federelemente verlaufen dabei nicht parallel zueinander und spannen eine erste Elastizitätsebene auf. Grundsätzlich können Verbindungselemente verwendet werden, wie sie bspw. in der DE 10 2005 040 731 beschrieben und gezeigt sind, deren Inhalt hiermit in diese Anmeldung aufgenommen wird.
Durch die Verwendung der beschriebenen Verbindungselemente wird erreicht, dass zumindest die Winkelgenauigkeit der Trägerplatte bezüglich des Fokussierglieds bei größeren Temperaturänderungen relativ hoch bleibt. Dabei dient jedes Federelement dazu, einerseits die Bewegung des Fokussierglieds gegenüber der Trägerplatte, insbesondere bei einer Temperaturveränderung und damit verbundenen Volumenänderungen der Bauteile, in einer Richtung, der sogenannten Elastizitätsrichtung, in begrenztem Maße zuzulassen, während eine entsprechende Relativbewegung in den anderen hierzu in etwa senkrecht verlaufenden Richtungen möglichst verhindert wird.
In einer weiteren auf der zuvor beschriebenen Ausführungsform aufbauenden Ausführungsform sind die mindestens zwei fokussierenden Elemente als gekrümmte reflektierende Flächen ausgebildet. Diese fokussierenden Elemente und die Kollimationsoptik sind zudem entlang einer Längsachse angeordnet.
Die Federelemente des Verbindungselements, die einerseits an der Trägerplatte befestigt sind, weisen darüber hinaus Kontaktflächen auf, an denen das Formteil befestigt ist. Die Positionen des Formteils, an denen das Formteil mit diesen Kontaktflächen verbunden ist, bestimmen den Punkt des Formteils, der sich bei einer Volumenänderung des Formteils nicht gegenüber der Trägerplatte verschiebt. Dieser Punkt wird Pivotpunkt oder Fixpunkt genannt. Eine Volumenänderung des Formteils findet somit von diesem Fixpunkt ausgehend statt. Damit ein solcher Punkt an einem festen Ort innerhalb des Formteils existiert, müssen die Federelemente derart angeordnet sein, dass gedachte Geraden, die sich ausgehend von den Mittelpunkten der Kontaktflächen entlang der jeweiligen Elastizitätsrichtungen erstrecken, in einem Schnittpunkt schneiden, der innerhalb des Formteils liegt. Dieser Schnittpunkt ist dann der Fixpunkt. Dieser Punkt kann beispielsweise durch entsprechende Anordnung der Federelemente an die Stelle eines optischen Elements gelegt werden, dessen Funktionsweise besonders anfällig gegenüber Verschiebungen ist. Beispielsweise könnte die Kollimationsoptik in dem Fixpunkt positioniert werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Federelemente derart angeordnet und ausgebildet, das der Fixpunkt sich bezüglich der Längsachse des Formteils zwischen der Position der Kollimationsoptik und der Mitte eines Abschnittes der Längsachse, der von der Kollimationsoptik und dem von der Kollimationsoptik am weitesten beabstandeten fokussierenden Elementen begrenzt wird, befindet.
Es hat sich gezeigt, dass die Positionierung des Fixpunktes in dem oben beschriebenen Bereich der Längsachse des Formteils zur Folge hat, dass die über die fokussierenden Elemente das Demultiplexermodul verlassenden Lichtstrahlen bei Temperaturveränderungen auf Detektoren, die den fokussierenden Elementen gegenüberliegend angeordneten sind, mit geringeren Abständen zu den Mittelpunkten der Detektoren auftreffen als bei anderweitigen Positionierungen des Fixpunktes.
In der Regel kommt es bei einer Temperaturveränderung zu einer Volumenänderung der Bauteile eines Demultiplexers. Die Größe der Volumenänderung hängt dabei vom thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Bauteile ab. Insbesondere wenn die Bauteile unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, kommt es bei Temperaturänderungen dadurch zu relativen Positions- und Entfemungsänderungen innerhalb eines Demultiplexers. In der Regel dehnt sich bei einer Erwärmung ein als Formteil ausgebildetes Fokussierglied stärker aus als eine Detektorplatte bzw. eine Trägerplatte. Somit kommt es bei einer Temperaturänderung zu einer Verschiebung der fokussierenden Elemente gegenüber den Detektoren. Die Fokuspunkte der fokussierenden Elemente werden dabei oftmals im gleichen Maße gegenüber den Detektoren verschoben. Da häufig die thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Trägerplatte und Detektorplatte nahe beieinander liegen, verschiebt sich das Formteil bei Temperaturänderungen in der Regel in einem vergleichbaren Maße gegenüber der Detektorplatte wie gegenüber der Trägerplatte.
Durch die erfindungsgemäße Positionierung des Fixpunktes, kann der negative Effekt, der durch die thermische Ausdehnung der Elemente bewirkt wird, minimiert werden.
Prinzipiell kann die Trägerplatte einschließlich des an ihr über das Verbindungselement befestigten Fokussiergliedes seinerseits über ein entsprechendes Verbindungselement mit einer Detektorplatte verbunden werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird jedoch dasselbe Verbindungselement verwendet, um sowohl das Fokussierglied an der Trägerplatte als auch die Trägerplatte an der Detektorplatte zu befestigen.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Verbindungselement daher ein mit der Trägerplatte verbundenes Basisteil auf. Das Basisteil selbst weist wiederum ein Bodenelement, an welchem das erste Federelement befestigt ist, und ein erstes Schenkelelement, an dem das zweite Federelement befestigt ist, auf. Das erste Schenkelelement weist zudem ein Befestigungselement zur Befestigung der Trägerplatte an einer Sender- oder Detektorplatte auf. Vorzugsweise ist ein zweites am Bodenelement befestigtes Schenkelelement vorgesehen, das ebenfalls ein Befestigungselement zur Befestigung der Trägerplatte an einer Sender- oder Detektorplatte aufweist und optional auch ein weiteres Federelement zur Verbindung von Trägerplatte und Formteil aufweisen kann.
Das Verbindungselement stellt somit auf vorteilhafter Weise eine Schnittstelle zwischen Demultiplexermodul und Detektorplatte bereit. Alle Komponenten des Demultiplexermoduls können somit über die Schenkelemente des Verbindungselements mit einer Detektorplatte verbunden werden. Weitere Schnittstellen, wie beispielsweise Schnittstellen zwischen Fokussierglied und Detektorplatte, sind somit nicht notwendig.
In einer weiteren Ausführungsform sind ein erstes und ein zweites Schenkelelement vorgesehen, die als Befestigungsfederelemente ausgebildet sind, welche jeweils in eine in zwei zueinander senkrechten Raumrichtungen jeweils mindestens doppelt so große Federkonstante wie in der dritten, zu den beiden ersten Raumrichtungen senkrechten Raumrichtungen, der sogenannten Elastizitätsrichtung, haben. Die Elastizitätsrichtung des ersten Befestigungsfederelements und die Elastizitätsrichtung des zweiten Befestigungsfederelements verlaufen nicht parallel zueinander und legen eine zweite Elastizitätsebene fest, die vorzugsweise rechtwinklig zur ersten Elastizitätsebene angeordnet ist.
Durch die Ausgestaltung der Schenkelelemente als Federelemente - als sogenannte Befestigungsfederelemente - wird eine anisotrope elastische Lagerung der Trägerplatte und alle mit ihr verbundenen Teile gegenüber der Detektorplatte ermöglicht. Dadurch kann eine hohe Winkelgenauigkeit bei der Ausrichtung des Demultiplexermoduls gegenüber der Detektorplatte gewährleistet werden. Somit können Trägerplatte, Fokussierglied und Detektorplatte, die jeweils unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten besitzen können, elastisch gegeneinander gelagert und justiert werden, sodass eine hohen Genauigkeit der Positionierung der unterschiedlichen Bauteile gewährleistet werden kann und durch Temperaturveränderungen bewirkte Verbiegungen der jeweiligen Bauteile minimiert werden können. Eine rechtwinklige Anordnung derersten und zweiten Elastizitätsebene hat sich dabei als besonders vorteilhaft für die Kompaktheit des Demultiplexermoduls herausgestellt.
Das Verbindungselement kann prinzipiell einstückig ausgebildet sein. Des Weiteren können das Verbindungselement und insbesondere die Befestigungsfederelemente derart ausgebildet sein, dass sie ein das Demultiplexermodul zumindest teilweise umgebendes Gehäuse bilden, welches die Trägerplatte, das Fokussierglied und die weiteren optischen Elemente vor äußeren Umwelteinflüssen schützt.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Verbindungselement ein Biegeteil, wobei das erste Schenkelelement und das Bodenelement jeweils eine U-förmige Aussparung aufweisen. Die zwischen den U-Schenkeln jeder Aussparung verbleibenden Abschnitte bilden dabei das erste und das zweite Federelement. Dies ist eine Möglichkeit, die Federelemente integral mit dem Verbindungselement auszubilden. Weitere Ausführungsformen mit integral mit dem Verbindungselement ausgebildeten Federelementen sind aber auch unabhängig von dieser speziellen Ausführungsform denkbar.
Das Biegeteil kann beispielsweise durch Stanzen, Ätzen oder Laserschneidern gefertigt werden.
Die spezielle U-förmige Ausführungsform besticht einerseits durch ihre Einfachheit in Form und Herstellung. Zudem liefert das Verbindungselement durch die integrale Ausgestaltung der Federelemente einen guten Schutz vor äußeren Umwelteinflüssen, da die Schenkelelemente/Befestigungsfederelemente nur verhältnismäßig kleine Aussparungen aufweisen, sodass Staub kaum in den vom Verbindungselement zumindest teilweise umgebenen Raum eindringen kann.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Befestigungselemente der Schenkelelemente entweder Vorsprünge, die derart ausgebildet sind, dass sie in in einer Detektorplatte vorgesehene korrespondierende Ausnehmungen gesteckt werden können, oder Ausnehmungen, die derart ausgebildet sind, dass auf einer Detektorplatte angeordnete korrespondierende Vorsprünge in sie gesteckt werden können. Durch eine solche Ausgestaltung der Befestigungselemente wird eine einfache Klebeverzahnung zwischen Demultiplexermodul und Detektorplatte ermöglicht. Die Vorsprünge oder Ausnehmungen werden in der Regel zusätzlich mit Klebemittel ummantelt bzw. bestrichen werden, kurz bevor sie in Verbindung mit einem korrespondierenden Element gebracht werden. Dadurch wird eine erste grobe Justierung der Bauteile ermöglicht und die Stabilität der Bauteilverbindungen erhöht.
Der optische Wellenleiter kann generell bei allen Ausführungsformen als Glasfaserkabel ausgebildet sein. Zudem kann an der Trägerplatte und an dem dem Signalausgang entgegengesetztem Ende des Wellenleiters eine Ferrule-Schnittstelle angeordnet sein, über die das Glasfaserkabel zur weiteren Übertragung des optischen Signals mit einem weiteren optischen Wellenleiter/Glasfaserkabel verbindbar ist. Die Ferrule-Schnittstelle ermöglicht es, dass unmittelbar an der Trägerplatte zwei Schnittstellen angeordnet sind, über die das Glasfaserkabel an der einen Seite mit einer Multiplexsignalquelle (über die Ferrule-Schnittstelle) und auf der anderen Seite mit einer Detektorplatte (beispielweise über das Verbindungselement) verbunden werden kann. Dadurch ergibt sich eine besonders kompakte und stabile Form des Demultiplexermoduls
Die vorliegende Erfindung umfasst zudem auch einen Demultiplexer, der aus einem erfindungsgemäßen Demultiplexermodul und einer Detektorplatte besteht. Die Detektorplatte umfasst dabei zumindest eine Leiterplatte und auf der Leiterplatte angebrachte Detektoren (Empfängerelemente). Demultiplexermodul und Detektorplatte können dabei von unterschiedlichen Herstellern produziert werden, aber vor Aushändigung an den Nutzer von einem der beiden Hersteller oder einem Dritten zusammengebaut werden. Aufgrund der zuvor genannten positiven Eigenschaften des Demultiplexermoduls bezüglich Stabilität und Justierung, ist der Zusammenbau der beiden Komponenten dabei einfach und kostengünstig.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen und der zugehörigen Figuren. Es zeigen:

1: eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Demultiplexermoduls,
2: eine vergrößerte Ansicht des in 1 gezeigten erfindungsgemäßen Demultiplexers mit Fokus auf den Anschlag,
3: eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Demultiplexermoduls (ohne Fokussierglied und Verbindungselement) in Verbindung mit einer Detektorplatte,
4: eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Trägerplatte mit Wellenleiter,
5: eine vergrößerte Ansicht der in 4 gezeigten Trägerplatte mit Fokus auf den Anschlag,
6: eine perspektivische Ansicht der in 4 gezeigten Trägerplatte ohne Darstellung des Wellenleiters,
7: eine perspektivische Ansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Trägerplatte,
8: eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Demultiplexermoduls inklusive Ferrule-Schnittstelle und in Verbindung mit einer Detektorplatte.

In den 1 und 2 ist eine Schnittansicht des Demultiplexermoduls 1 zu sehen, bei der die Schnittebene so gewählt ist, dass der Strahlengang 22 in der Schnittebene liegt. Dabei zeigt 2 den durch den Kreis K1 markierten Ausschnitt aus 1.
Der Strahlengang 22 wird im Folgenden exemplarisch für den Fall eines Demultiplexers beschrieben. Ein Multiplexer hat allerdings einen identischen Aufbau und unterscheidet sich ausschließlich in der Richtung des Strahlenganges 22. Im Falle eines Demultiplexers verläuft der Strahlengang 22 in 1 und 2 vom Signalausgang 12 ausgehend in Richtung des Formteils 3. Wird der Strahlengang 22 umgekehrt, so stellt dies den Fall eines Multiplexers dar.
In der in den 1 und 2 gezeigten Darstellung gelangt ein optisches Multiplexsignal über eine Ferrule-Schnittstelle 16 in das streckenweise von einer Ummantelung 26, wie z.B. einem Glas mit geringerer Brechzahl oder einem Kunststoff, umgebene Glasfaserkabel 11 und somit in das Demultiplexermodul 1. Das Glasfaserkabel 11 weist einen Signalausgang 12 auf und ist an der Trägerplatte 2 befestigt, indem es an einem Faseranschlag 20 und auf der dem Signalausgang 12 abgewandten Seite der Trägerplatte 2 mit einem Klebemittel 14 festgeklebt ist. Das Klebemittel 14 fängt dabei bereits Kräfte ab, die sonst bei Bewegungen der Ferrule-Schnittstelle direkt auf das am Faseranschlag 20 befestigte Glasfaserkabel abgeleitet würden. Dem Signalausgang 12 gegenüberliegend ist eine gekrümmte reflektierende Fläche 10 angeordnet, die einstückig mit dem Formteil 3 ausgebildet ist, so dass ein den Signalausgang 12 verlassendes optisches Signal als erstes auf die gekrümmte reflektierende Fläche 10 trifft. Das den Signalausgang 12 verlassende Lichtbündel besteht zunächst aus divergenten Lichtstrahlen (erkennbar in 3). Es trifft dann, auf der dem Signalausgang gegenüberliegenden Seite, auf die gekrümmte Fläche 10 und wird dort unter einem Winkeln α in Richtung der Trägerplatte zurückreflektiert und in ein paralleles Lichtbündel umgewandelt. Die gekrümmte Fläche 10 ist somit als Kollimationsoptik ausgebildet.
Das parallele Lichtbündel trifft anschließend auf der dem Formteil 3 abgewandten Seite der Trägerplatte 2 auf ein reflektierendes Element 6, welches das Lichtbündel auf ein auf der dem Formteil 3 zugewandten Seite der Trägerplatte 2 angeordneten wellenlängenselektiven Element 4 lenkt. Dieses wellenlängenselektive Element 4 transmittiert einen Anteil des Lichtbündels in einem Wellenlängenbereich, der einem einzelnen Übertragungskanal des Multiplexsignals entspricht, und reflektiert den Anteil des Lichtbündels im restlichen Bereich des gesamten Wellenlängenspektrums. Das transmittierte Lichtbündel weist somit nur noch einen Übertragungskanal auf und trifft anschließend auf ein sich am Formteil 3 befindliches fokussierendes Element 5, das dafür vorgesehen ist, das einfallende Lichtbündel auf einen Fokuspunkt 21 (erkennbar in 3) zu fokussieren. Das am wellenlängenselektiven Element reflektierte Lichtbündel trifft im Anschluss wiederum - auf der vom Formteil 3 abgewandten Seite der Trägerplatte 2 - auf ein reflektierendes Element 6. Von dort aus wird das Lichtbündel wieder in Richtung des Formteils 3 reflektiert, sodass es auf ein weiteres wellenlängenselektives Element 4 trifft, das einen anderen Anteil des Signals transmittieren lässt und das restliche Signal reflektiert. Von da an wiederholt sich der beschriebene Strahlengang, bis alle Übertragungskanäle von dem einstigen Multiplexsignal abgespalten wurden. Das Demultiplexermodul 1 ist dabei derart dimensioniert, dass die jeweiligen Fokuspunkte 21 bei einer bestimmten Temperatur (z.B. 25°C) mit den Zentren der Detektoren 17 übereinstimmen, die sich auf der Detektorplatte 18 befinden, mit der das Demultiplexermodul 1 verbunden werden soll (erkennbar in 3).
3 zeigt eine perspektivische Ansicht bestimmter Teile des Demultiplexermoduls 1 in einem mit einer Detektorplatte 18 verbundenen Zustand. Ebenso wie in den 1 und 2 ist anhand dieser Darstellung zu erkennen, dass die vier wellenlängenselektiven Elemente 4 entlang einer Längsachse angeordnet sind. Ebenso sind auch die in dieser Darstellung nicht sichtbaren vier reflektierenden Elemente 6 und die vier fokussierenden Elemente 5 entlang parallel dazu verlaufenden Längsachsen angeordnet. In einer Ebene senkrecht zu diesen Längsachsen weist die Trägerplatte 2 eine Querschnittsfläche auf, die vergleichbar mit der Querschnittsfläche eines Amboss ist. Als Raum für den Strahlengang 22 ist die Durchlassöffnung 13 vorgesehen, welche mittig in der Trägerplatte 2 angeordnet ist. Die an einen Amboss erinnernde Querschnittsfläche der Trägerplatte 2 entsteht durch die an den beiden offenen Seiten der Durchlassöffnung 13 angebrachten U-förmigen Klebestoppnuten 25. Auf der dem Betrachter zugewandten Seite der Trägerplatte ist das Glasfaserkabel 11 an einer Seitenwand der Durchlassöffnung 13 mit der Trägerplatte 2 verbunden. Ferner sind an der Trägerplatte 2 auf der dem Betrachter zugewandten Seite die wellenlängenselektiven Elemente 4 zu erkennen. Des Weiteren ist auch in dieser Darstellung der Strahlengang 22 gezeigt, wobei die am Formteil 3 befindlichen fokussierenden Elemente 5 (die in dieser Darstellung nicht gezeigt sind) die einfallenden Lichtbündel aus parallel verlaufenden Lichtstrahlen in Lichtbündel aus Lichtstrahlen umwandeln, sodass diese jeweils in einem bestimmten Fokuspunkt 21 zusammenlaufen. In diesem Fall ist ein idealer Zustand gezeigt, in dem das Zentrum eines Detektors 17 mit dem jeweiligen Fokuspunkt 21 eines dem Detektor 17 zugeordneten fokussierenden Elements 5 übereinstimmt. Die Detektoren 17 befinden sich wie hier gezeigt auf der Detektorplatte 18, welche über ein in dieser Darstellung nicht gezeigtes Verbindungselement 7 mit dem Demultiplexermodul 1 verbunden ist.
4 und 5 zeigen eine perspektivische Ansicht der dem Formteil 3 abgewandten Seite der Trägerplatte 2. Dabei zeigt 5 den durch den Kreis K2 markierten Ausschnitt aus 4. In dieser Darstellung ist im Besonderen die Durchlassöffnung 13 zu erkennen, innerhalb derer sich ein Teil des Strahlengangs 22 der Filterkaskade ausbreitet. Die Durchlassöffnung 13 weist auf der vom Betrachter gesehenen linken Seite einen Faseranschlag 20 auf, der als U-förmige Nut ausgebildet ist. Das streckenweise von einer Ummantelung 26 umgebene Glasfaserkabel 11 ist mittels eines Klebemittels 14 an dem Faseranschlag 20 befestigt, sodass der auf der von dem Betrachter abgewandten Seite liegende Signalausgang 12 präzise gegenüber dem Formteil 3 justiert ist. Des Weiteren sind in dieser Darstellung auch die reflektierenden Elemente 6 zu sehen, die an den Auflageflächen der Trägerplatte 2 befestigt sind.
6 zeigt die in den 4 und 5 dargestellte erfindungsgemäße Trägerplatte 2 ohne Wellenleiter 11. Hier ist der Aufbau der in der Durchlassöffnung 13 angebrachten Nut mit einem ersten Nutabschnitt 15 und einem zweiten Nutabschnitt 19 besonders gut zu erkennen. Der erste Nutabschnitt 15 ist als Anschlag ausgebildet und weist eine kleinere Querschnittsfläche auf als der zweite Nutabschnitt 19.
In 7 ist eine Trägerplatte mit einer alternativ ausgebildeten Nut gezeigt, die U-förmig und durchgängig als Anschlag 20 ausgebildet ist. Diese Nut weist im Gegensatz zu der in 6 gezeigten Nut keine unterschiedlichen Abschnitte auf. In 7 ist die dem Formteil 3 zugewandte Seite der Trägerplatte 2 gezeigt, an der die wellenlängenselektiven Elemente 4 befestigt sind.
8 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des kompletten Demultiplexermoduls 1 in Verbindung mit einer Detektorplatte 18. In dieser Darstellung ist im Besonderen das Verbindungselement 7 zu erkennen, welches den Großteil der restlichen Bestandteile des Demultiplexermoduls 1 in drei Raumrichtungen umschließt und somit eine Gehäusefunktion übernimmt.
Die Trägerplatte 2 und das Formteil 3 sind über das Verbindungselement 7 miteinander verbunden. Dabei stellen die Federelemente 9 eine direkte Verbindung zwischen Trägerplatte 2 und Formteil 3 her. Das ebenfalls zum Verbindungselement 7 zählende Schenkelelement/Befestigungsfederelement 8 ist hingegen dafür vorgesehen, das Demultiplexermodul 1 mit der Detektorplatte 18 zu verbinden.
Das hier gezeigte Verbindungselement 7 weist dabei eine U-Form auf, wobei die beiden Schenkelelemente 8 der U-Form als Befestigungsfederelemente ausgebildet sind und dementsprechend die Trägerplatte 2 und das Formteil 3 anisotrop elastisch gegenüber der Detektorplatte 18 lagern. Innerhalb des Schenkelelements 8, das sich auf der dem Betrachter zugewandten Seite befindet, ist ein Federelement 9 zu erkennen, welches durch eine U-förmige Aussparung 23 integral mit dem Verbindungselement 7 bzw. dem Schenkelelement 8 ausgebildet ist. Ein weiteres Federelement befindet sich innerhalb des Bodenelements 24, welches die beiden Schenkelelemente 8 miteinander verbindet. Die beiden Federelemente 9 bewirken eine anisotrope elastische Lagerung des Formteils 3 gegenüber der Trägerplatte 2. Durch die Anordnung dieser beiden Federelemente 9 lässt sich der Fixpunkt (Pivotpunkt) des Formteils einstellen. Die 8 zeigt darüber hinaus eine Ferrule-Schnittstelle 16 an einem dem Demultiplexermodul abgewandten Ende des Glasfaserkabels 11, über die auf einfache Weise ein optisches Signal in das Demultiplexermodul 1 eingekoppelt werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Demultiplexermodul
2: Trägerplatte
3: Fokussierglied (Formteil)
4: Wellenlängenselektives Element (passiver Filter)
5: Fokussierendes Element
6: Reflektierendes Element
7: Verbindungselement
8: Schenkelelement/Befestigungsfederelement
9: Federelement
10: Gekrümmte reflektierende Flächen
11: Wellenleiter (Glasfaserkabel)
12: Signalausgang
13: Durchlassöffnung
14: Klebemittel
15: Erster Nutabschnitt
16: Ferrule-Schnittstelle
17: Detektor
18: Detektorplatte
19: Zweiter Nutabschnitt
20: Faseranschlag
21: Fokuspunkt
22: Strahlengang
23: U-förmige Aussparung
24: Bodenelement
25: Klebestoppnut
26: Ummantelung (des Wellenleiters)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008042719 A1 [0015, 0022]
DE 10043985 [0033]
DE 102005010557 [0033]
DE 102005040731 [0034]

Claims

Multiplexer- bzw. Demultiplexermodul bestehend aus einer Trägerplatte mit mindestens einem wellenlängenselektiven Element, mindestens zwei fokussierenden Elementen, einem Wellenleiter, vorzugsweise einem Glasfaserkabel, zur Übertragung eines optischen Signals, das einen Signalausgang bzw. -eingang für ein Einkoppeln oder ein Auskoppeln des optischen Signals aufweist und einer Kollimationsoptik, die zwischen Signalausgang und einem ersten wellenlängenselektiven Element angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte einen vorzugweise einstückig mit der Trägerplatte ausgebildeten Anschlag für den Wellenleiter aufweist, wobei der Wellenleiter oder eine den Wellenleiter umgebende Ummantelung an dem Anschlag anliegt oder befestigt, vorzugsweise festgeklebt, ist.
Multiplexer- bzw. Demultiplexermodul gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fokussierglied vorgesehen ist, das die mindestens zwei fokussierenden Elemente aufweist.
Multiplexer- bzw. Demultiplexermodul gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag als Nut, vorzugsweise als V-förmige oder U-förmige Nut ausgebildet ist, in welcher der Wellenleiter oder die den Wellenleiter umgebene Ummantelung angeordnet ist.
Multiplexer- bzw. Demultiplexermodul gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut mindestens zwei Nutabschnitte mit unterschiedlichen Nutquerschnitten aufweist, wobei ein erster Nutabschnitt als Anschlag ausgebildet ist, wobei vorzugsweise ein zweiter Nutabschnitt eine größere Querschnittsfläche aufweist als der erste Nutabschnitt.
Multiplexer- bzw. Demultiplexermodul gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte zwei parallel zueinander angeordnete Auflageflächen aufweist, wobei auf der einen Auflagefläche das zumindest eine wellenlängenselektive Element und auf der anderen Auflagefläche mindestens ein reflektierendes Element oder ein weiteres wellenlängenselektives Element angeordnet ist und die Trägerplatte eine sich zwischen beiden Auflageflächen erstreckende Durchlassöffnung aufweist.
Multiplexer- bzw. Demultiplexermodul gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte mindestens eine weitere, vorzugsweise V-förmige oder U-förmige, Nut aufweist, die derart ausgebildet ist, dass ein offenes Ende der Durchlassöffnung innerhalb der Nut angeordnet ist.
Multiplexer- bzw. Demultiplexermodul gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der für die Befestigung des Wellenleiters vorgesehene Anschlag an einer Außenwand der Trägerplatte angeordnet ist.
Multiplexer- bzw. Demultiplexermodul gemäß Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der für die Befestigung des Wellenleiters vorgesehene Anschlag an einer Innenwand der Trägerplatte angeordnet ist.
Multiplexer- bzw. Demultiplexermodul gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Fokussierglied als Formteil ausgebildet ist und die Kollimationsoptik aufweist, wobei die Kollimationsoptik als gekrümmte reflektierende Fläche und vorzugsweise einstückig mit dem Formteil ausgebildet ist und das Formteil und die Trägerplatte über ein Verbindungselement miteinander verbunden sind, wobei das Verbindungselement mindestens zwei Federelemente aufweist, die eine anisotrope elastische Verbindung zwischen der Trägerplatte und dem Formteil herstellen, wobei die beiden Federelemente in jeweils in zwei zueinander senkrechten Richtungen jeweils mindestens doppelt so große Federkonstanten wie in der dritten, zu den ersten beiden Richtungen senkrechten Raumrichtung, der sogenannten Elastizitätsrichtung, haben, wobei die beiden Federelemente nicht parallel zueinander verlaufende Elastizitätsrichtungen haben, die eine erste Elastizitätsebene aufspannen.
Multiplexer- bzw. Demultiplexermodul gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei fokussierenden Elemente als gekrümmte reflektierende Flächen, vorzugsweise einstückig mit dem Formteil, ausgebildet sind, das Formteil eine Längsachse aufweist, entlang derer die mindestens zwei fokussierenden Elemente und die Kollimationsoptik angeordnet sind, und das Verbindungselement das Fokussierglied derart gegenüber der Trägerplatte lagert, dass die Federelemente Kontaktflächen aufweisen, an denen das Formteil befestigt ist, und gedachte Geraden, die von Mittelpunkten der Kontaktflächen der mindestens zwei Federelementen ausgehend jeweils entlang der jeweiligen Elastizitätsrichtung der mindestens zwei Federelemente verlaufen, sich im Wesentlichen in einem Schnittpunkt schneiden, der innerhalb des Formteils angeordnet ist.
Multiplexer- bzw. Demultiplexermodul gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, das die mindestens zwei Federelemente derart angeordnet sind, dass der Schnittpunkt sich bezüglich der Längsachse des Formteils zwischen der Position der Kollimationsoptik und der Mitte eines Abschnittes der Längsachse, der von der Kollimationsoptik und dem am weitesten von der Kollimationsoptik beabstandeten fokussierenden Elementen begrenzt wird, befindet.
Multiplexer- bzw. Demultiplexermodul gemäß Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement ein mit der Trägerplatte verbundenes Basisteil aufweist, wobei das Basisteil ein Bodenelement, an welchem das erste Federelement befestigt ist, und ein erstes Schenkelelement, an dem das zweite Federelement befestigt ist, aufweist, wobei das erste Schenkelelement mindestens ein Befestigungselement zur Befestigung der Trägerplatte an einer Sende- oder Detektorplatte aufweist, wobei das Basisteil vorzugsweise ein zweites Schenkelelement aufweist, das am Bodenelement befestigt ist.
Multiplexer- bzw. Demultiplexermodul gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Schenkelelement als Befestigungsfederelemente ausgebildet sind, welche jeweils in eine in zwei zueinander senkrechten Raumrichtungen jeweils mindestens doppelt so große Federkonstante wie in der dritten, zu den beiden ersten Raumrichtungen senkrechten Raumrichtungen, der sogenannten Elastizitätsrichtung, haben, wobei die Elastizitätsrichtung des ersten Befestigungsfederelements und die Elastizitätsrichtung des zweiten Befestigungsfederelements nicht parallel zueinander verlaufen und eine zweite Elastizitätsebene festlegt, die vorzugsweise rechtwinklig zur ersten Elastizitätsebene angeordnet ist.
Multiplexer- bzw. Demultiplexermodul gemäß Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement ein Biegeteil ist, wobei das erste Schenkelelement und das Bodenelement jeweils eine U-förmige Aussparung aufweisen, so dass die zwischen den U-Schenkeln jeder Aussparung verbleibenden Abschnitte das erste und zweite Federelement bilden.
Multiplexer- bzw. Demultiplexermodul gemäß Anspruch 12, 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Befestigungselement ein Vorsprung ist, der derart ausgebildet ist, dass er in in einer Detektor- oder Senderplatte vorgesehene korrespondierende Ausnehmung gesteckt werden kann oder eine Ausnehmung ist, die derart ausgebildet ist, dass ein auf einer Detektor- oder Senderplatte angeordneter korrespondierender Vorsprung in sie gesteckt werden kann.
Multiplexer bzw. Demultiplexer bestehend aus einem Multiplexer- bzw. Demultiplexermodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15 und einer Sender- bzw. Detektorplatte, wobei eine Senderplatte zumindest aus einer Leiterplatte und aus auf der Leiterplatte angebrachten Sendeelementen besteht und eine Detektorplatte zumindest aus einer Leiterplatte und aus auf der Leiterplatte angebrachten Empfängerelementen besteht.