DE10238741A1

DE10238741A1 - Planare optische Komponente und Kopplungsvorrichtung zur Kopplung von Licht zwischen einer planaren optischen Komponente und einem optischen Bauteil

Info

Publication number: DE10238741A1
Application number: DE10238741A
Authority: DE
Inventors: Jörg-Reinhard Dr.re.nat. Kropp
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2002-08-19
Filing date: 2002-08-19
Publication date: 2004-03-04
Also published as: US20040033016A1; US20050281507A1; US6973248B2

Abstract

In einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine mehrlagige planare optische Komponente mit einer Vielzahl von Lichtwellenleitern bereitgestellt, wobei DOLLAR A - jedem Lichtwellenleiter (2) eine Umlenkeinrichtung (3) zugeordnet ist, die Licht winklig zur Längsrichtung des jeweiligen Lichtwellenleiters (2) ein- oder auskoppelt, und DOLLAR A - die Umlenkeinrichtungen in der Projektion auf eine Ebene parallel zur Oberfläche der planaren optischen Komponente (1) ein zweidimensionales Raster bilden. DOLLAR A In einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Kopplungsvorrichtung zur Kopplung von Licht zwischen einer solchen planaren optischen Komponente und einem optischen Bauteil bereitgestellt, wobei die Kopplungsvorrichtung ein Linsenarray (11) mit einer Vielzahl entlang eines zweidimensionalen Rasters angeordneter Linsen (111) aufweist.

Description

Bezeichnung der Erfindung: Planare optische Komponente und Kopplungsvorichtung zur Kopplung von Licht zwischen einer planaren optischen Komponente und einem optischen Bauteil.
Die Erfindung betrifft eine planare optische Komponente mit einer Vielzahl von Lichtwellenleitern, deren lichtführende Kernbereiche in mindestens zwei parallel zueinander angeordneten Lagen verlaufen, eine Kopplungsvorichtung zur Kopplung von Licht zwischen einer solchen planaren optischen Komponente und einem optischen Bauteil sowie eine Anordnung mit einer solchen planaren optischen Komponente und einer solchen Kopplungsvorrichtung.

Optische Parallelverbindungen (Parallel Optical Interconnects, POIs) werden insbesondere für Hochgeschwindigkeitsverbindungen in lokalen Netzwerken (Locah Area Networks, LANs) und Systemnetzen (System Area Networks, SANs) eingesetzt. Ein bekanntes System wird unter der Bezeichung „PAROLI" von der Infineon Technologies AG angeboten. Ein Sendemodul mit einer VCSEL-Senderzeile und eine Empfangsmodul mit einer Photodioden-Empfangszeile sind dabei über Faserbänder miteinander verbunden.

Die Verbindung einzelner Leiterplatten eines Gestellschrankes erfolgt üblicherweise über die Rückwand des Gestellschrankes. Zur Vermeidung oder Reduzierung einer aufwendigen elektrischen Verdrahtung ist es bekannt, optische Parallelverbindungen einzusetzen. Optische Module, welche auf den Leiterplatten montiert sind, werden dabei jeweils über Steckerdurchführungen in der Rückwand kontaktiert. Die Rückwandverdrahtung erfolgt dann mit den einzelnen optischen-Wellenleiter-Kabeln. Ein Problem besteht in dem Datenvolumen, dass durch die vorgegebene Fläche der Rückwand technisch mechanisch begrenzt ist.

Es besteht angesichts stetig steigender Datenvolumen ein Bedarf an Strukturen, die in optischen Parallelverbindungen und insbesondere zur Verbindung von Leiterplatten einsetzbar sind, die einem erhöhten Bedarf an Übertragungsbandbreite Rechnung tragen.

Dementsprechend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, Strukturen bereitzustellen, die eine hochvolumige Datenübertragung in optischen Parallelverbindungen ermöglichen und hierzu insbesondere ein hohes Maß an Parallelität bereitstellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine planare optische Komponente mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Kopplungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 16 und eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 27 gelöst. Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in der Unteransprüchen angegegeben.

Danach zeichnet sich die erfindungsgemäße planare optische Komponente dadurch aus, dass eine Vielzahl von Lichtwellenleitern in mindestens zwei parallel zueinander angeordneten Lagen verlaufen, jedem Lichtwellenleiter eine Umlenkeinrichtung zugeordnet ist, die Licht winklig zur Längsrichtung des jeweiligen Lichtwellenleiters ein- oder auskoppelt, und die Umlenkeinrichtungen in der Projektion auf eine Ebene parallel zur Oberfläche der planaren optischen Komponente ein zweidimensionales Raster bilden.

Es wird somit eine planare optische Komponente bereitgestellt, die mehrlagig ausgebildet ist und dabei Strukturen aufweist, die eine Kopplung der Lichtwellenleiter der planaren optischen Komponente mit den Lichtwellenleitern eines zweidimensionalen optischen Arraysteckers ermöglichen. Damit wird ein höheres Maß an Parallelität bereitgestellt und eine hohe Übertragungsrate ermöglicht.

Bei der planaren optischen Komponente handelt es sich insbesondere um eine mehrlagige optische Leiterplatte, die beispielsweise als Rückwandplatine (Backplane) in einem Gestellschrank eingesetzt wird.

In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die einer optischen Lage zugeordneten Umlenkeinrichtungen entlang einer Geraden angeordnet. Die Umlenkeinrichtungen unterschiedlicher Lagen der optischen Komponente sind bevorzugt versetzt zueinander angeordnet. Hierdurch entsteht in der Projektion auf die Oberfläche der planaren optischen Komponente ein zweidimensionales Raster mit einer hohen Dichte von Datenleitungen.

Die Umlenkeinrichtungen weisen bevorzugt jeweils Reflexionsbereiche auf, die das in den Lichtwellenleitern geführte Licht in Richtung der Oberfläche der planaren optischen Komponente reflektieren. Der Reflexionsbereich der Umlenkeinrichtungen ist dabei bevorzugt jeweils in einem Winkel von im Wesentlichen 45° zur Längsrichtung des jeweiligen Lichtwellenleiters angeordnet, so dass das Licht im wesentlichen unter einem rechten Winkel zur Oberfläche der planaren Komponente ein- oder ausgekoppelt wird.

Die Umlenkeinrichtungen sind bevorzugt durch in die jeweilige Lage eingebettete gesonderte Spiegel gebildet. Das durch eine Umlenkeinrichtung ein- oder ausgekoppelte Licht durchstrahlt dabei die jeweils höheren Lagen.

Alternativ ist vorgesehen, dass die planare Struktur derart Aussparungen auf ihrer Oberfläche aufweist, dass das durch die Umlenkeinrichtungen jeweils ausgekoppelte Licht bis zur Oberfläche der Komponente einen Freistrahlbereich durchläuft. Hierdurch wird eine Dämpfung des ein- oder ausgekoppelten Lichts in den darüberliegenden Lagen vermieden.

In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Umlenkeinrichtungen mittels einer in die Komponente eingebrachten keilförmigen Aussparung gebildet sind, die eine unter einem Winkel von im Wesentlichen 45° zur Längsrichtung der Lichtwellenleiter verlaufende, verspiegelte Begrenzungsfläche aufweist, wobei das an der Begrenzungsfläche reflektierte Licht jeweils die darüberliegenden Schichten durchstrahlt. Die Aussparung wird beispielsweise durch Fräsen, Ätzen oder Laserablation der Komponente gebildet.

Es liegt ebenfalls im Rahmen der Erfindung, dass die Umlenkeinrichtungen ein einer gesonderten Komponente ausgebildet sind, die in eine Aussparung der planaren optischen Komponente eingesetzt ist oder sich an einen Randbereich der planaren optischen Komponente anschließt. Beispielsweise handelt es sich bei der Komponente um einen in einem Winkel von 45° angeordneten Spiegel, der in einer rechteckigen Aussparung der Komponente angeordnet ist oder sich an die Komponente anschließt. Das Licht der einzelnen Lichtwellenleiter durchstrahlt dabei vor einem Auftreffen auf die jeweilige Umlenkeinrichtung einen Freistrahlbereich. Vorteilhaft ist eine vereinfachte Herstellung der Umlenmkreinrichtungen unabhängig von der planaren optischen Komponente.

Die planare optische Komponente weist bevorzugt Ausrichtmittel zur passiven Ausrichtung der optischen Komponente auf. Dabei handelt es sich beispielsweise um Bohrungen in der optischen Komponente, die der Aufnahme von Führungsstiften dienen. Bevorzugt sind die Umlenkeinrichtungen jeder optischen Lage zu den Ausrichtmitteln ausgerichtet. Dies führt dazu, dass die Position jeder Umlenkeinrichtung sowohl in Bezug auf die Position der anderen Unlenkeinrichtung als auch in Bezug auf einen anzukoppelnden Stecker, der über die Ausrichtmittel gegenüber der planaren optischen Komponente positioniert wird, genau definiert und justiert ist.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass die einzelnen optischen Lagen der planaren optischen Komponente jeweils gesondert hergestellt und dann miteinander verbunden sind. So können in einfacher Weise mehrlagige optische Komponenten mit einer Vielzahl von Lagen hergestellt werden. Die einzelnen optischen Lagen bestehen beispielsweise aus Kunststoff oder Glas.

Eine erfindungsgemäße Kopplungsvorrichtung dient der Kopplung von Licht zwischen einer planaren optischen Komponente gemäß Anspruch 1 und einem optischen Bauteil, das eine Vielzahl von Koppelflächen aufweist, die ein zweidimensionales Raster bilden. Die Kopplungsvorrichtung weist ein Linsenarray mit einer Vielzahl entlang eines zweidimensionalen Rasters angeordneter Linsen auf, wobei die Linsen des Linsenarrays jeweils Licht zwischen einer Umlenkeinrichtung eines Lichtwellenleiters der zugeordneten planaren optischen Komponente und einer Koppelfläche eines zugeordneten optischen Bauteils koppeln.

Bei dem zugeordneten optischen Bauteil handelt es sich bevorzugt um einen optischen Stecker, der eine Vielzahl von Lichtwellenleitern aufweist. Die optischen Koppelflächen sind dabei die Lichtwellenleiter-Koppelflächen, die ein zweidimensionales Raster bilden. Grundsätzlich kann das optische Bauteil aber beispielsweise auch ein optoelektronischer Sende- oder Empfangswandler mit Sende- oder Empfangselementen sein, die in einem zweidimensionalen Raster angeordnet sind, wobei jeweils ein Sende- oder Empfangselement eine Koppelfläche im Sinne der Erfindung bildet.

Die erfindungsgemäße Kopplungseinrichtung ermöglicht insbesondere die Ankopplung eines zweidimesionalen optischen Arraysteckers an eine mehrlagige planare optische Komponente gemäß Anspruch 1, wobei eine erfindungsgemäße Parallelität der Datenübertragung in zwei Dimensionen erfolgt.

Das Linsenarray ist bevorzugt derart ausgebildet, dass eine unterschiedliche Abbildung des Lichts auf die jeweils zugeordnete Koppelfläche realisiert wird. Hierdurch wird der unterschiedliche Abstand der Umlenkeinrichtungen der einzelnen optischen Lagen der zugeordneten planaren optischen Komponente zu deren Oberfläche ausgeglichen. Hierzu sind mehrere Alternativen vorgesehen.

In einer ersten Alternative weisen die einzelnen Linsen des Linsenarrays das gleiche Abbildungsverhalten auf, wobei die optische Abbildung der Endfläche eines angekoppelten Bauelements, insbesondere optischen Steckers in etwa in die mittlere Tiefe der optischen Lagen gelegt wird. Dieser Aufbau ist besonders einfach. Die optische Einkopplung in die oberste und unterste Lage der planaren optischen Komponente ist aufgrund der Aufweitung des Strahlenganges allerdings etwa schlechter als bei den mittleren Lagen.

In einer zweiten Alternative weisen die Linsen jeder Reihe des Linsenarrays, die einer bestimmten optischen Lage zugeordnet sind, eine an den Abstand der optischen Lage zur Oberfläche der planaren optischen Komponente angepasste Fokuslage auf. Es erfolgt somit eine genaue Abbildung zwischen Umlenkeinrichtung und zugeordneter Koppelfläche. Zwar ist die Vergrößerung bei der optischen Abbildung für jede Lage unterschiedlich. Dies ist jedoch so lange von untergeordneter Bedeutung, wie die optische Kopplung ausreichend ist.

In einer dritten Alternative weisen die Linsen jeder Reihe des Linsenarrays, die einer bestimmten optischen Lage zugeordnet sind, einen im Vergleich zu den Linsen anderer Reihen unterschiedlichen Abstand von der Oberfläche der zugeordneten planaren optischen Komponente derart auf, dass der Strahlengang in den Linsenkörpern jeweils parallel ist. Die Linsen können dabei alle die gleiche Brechkraft besitzen. Je näher eine optische Lage an der Oberfläche der planaren optischen Struktur ist, desto größer wird der Abstand der zugehörigen Linsen des Linsenarrays von der Oberfläche sein. Die Linsen jeder Reihe des Linsenarrays weisen des weiteren bevorzugt eine im Vergleich zu den Linsen anderer Reihen unterschiedliche Linsendicke auf, so dass gleiche Abbildungsverhältnisse für sämtliche Lagen vorliegen.

Die Kopplungsvorrichtung weist bevorzugt Ausrichtmittel auf, die mit Ausrichtmitteln der zugeordneten planaren optischen Komponente fluchten. Hierzu sind beispielsweise zwei Bohrungen in dem Körper des Linsenarrays vorgesehen, die mit entsprechenden Bohrungen der zugeordneten planaren optischen Komponente fluchten. Das Linsenarray und die planare optische Komponente sind über in die jeweiligen Bohrungen eingesetzte Führungsstifte zueinander ausrichtbar.

Das Linsenarray ist bevorzugt in einer Steckeraufnahme zur Aufnahme eines zweidimensionalen optischen Steckers montiert. Die Steckeraufnahme bildet des weiteren bevorzugt Verrastungselemente zur Verrastung eines solchen optischen Steckers aus.

Das Linsenarray ist bevorzugt fest mit der zugeordneten optischen Komponente verbindbar, etwa durch Löten, Kleben oder mittels Rastelementen. Linsenarray, Steckeraufnahme und Führungsstifte können dabei eine konstruktive Einheit bilden, die mit der planaren optischen Komponente verbunden wird.

Die Erfindung betrifft schließlich auch eine Anordnung mit einer planaren optischen Komponente nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 15 und einer Kopplungsvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 16 bis 26, wobei die Kopplungsvorrichtung mit der planaren optischen Komponente derart verbunden ist, dass jeweils eine Umlenkeinrichtung der planaren optischen Komponente einer Linse des Linsenarrays der Kopplungsvorrichtung zugeordnet ist. Dies erfolgt beispielsweise über die erwähnten Ausrichtmittel. Die spezielle Ausgestaltung einer mehrlagigen planaren optischen Komponente in Verbindung mit einem zweidimenionalen Linsenarray erlaubt die Ankopplung eines zweidimensionalen optischen Steckers an eine mehrlagige planare optische Komponente, wobei Licht bevorzugt unter einem rechten Winkel zur Oberfläche der planaren optischen Komponente ein- oder ausgekoppelt wird. Die Anordnung eignet sich besonders zur Ankopplung eines zweidimensionalen optischen Steckers an eine mehrlagige optische Rückwandplatine eines Gestellschranks.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
1 schematisch eine Draufsicht auf eine mehrlagige optische Leiterplatte mit einem zweidimensionalen Array von Umlenkspiegeln;
2 in Schnittdarstellung eine mehrlagige optische Leiterplatte mit einer Vielzahl von Umlenkspiegeln;
3 in Schnittdarstellung eine mehrlagige optische Leiterplatte mit einer Vielzahl von Umlenkspiegeln, wobei über jedem Umlenkspiegel ein Freistrahlbereich ausgebildet ist;
4 in Schnittdarstellung eine mehrlagige optische Leiterplatte mit einer keilförmigen Aussparung, die eine Spiegelschicht ausbildet;
5 eine Draufsicht und eine Schnittansicht eines Linsenarrays;
6 in Schnittdarstellung eine erste Anordnung mit einer mehrlagigen optischen Leiterplatte, einem Linsenarray und einem optischen Stecker;
7 in Schnittdarstellung eine zweite Anordnung mit einer mehrlagigen optischen Leiterplatte, einem Linsenarray und einem optischen Stecker;
8 in Schnittdarstellung eine dritte Anordnung mit einer mehrlagigen optischen Leiterplatte, einem Linsenarray und einem optischen Stecker;
9 in Schnittdarstellung einer Steckereinheit mit einer mehrlagigen optischen Leiterplatte, einem Linsenarray und einer Steckeraufnahme; und
10 in Schnittdarstellung eine mehrlagige optische Leiterplatte mit einer Aussparung, in der ein schräg verlaufender Spiegel angeordnet ist.
Die 1 zeigt in Draufsicht eine mehrlagige optische Leiterplatte 1 mit einer Vielzahl von Lichtwellenleitern 2, an deren Enden jeweils ein reflektierender Umlenkspiegel 3 angeordnet ist. Die Wellenleiter 2 verlaufen in unterschiedlichen parallelen Ebenen bzw. optischen Lagen der Leiterplatte 1. In jeder optischen Lage befinden sich dabei mehrere Wellenleiter 2. Die Wellenleiterenden bzw. die diesen zugeordneten Umlenkspiegel 3 sind von Lage zu Lage versetzt zueinander angeordnet, so dass die Umlenkspiegel 3 in der Projektion auf die Oberfläche der planaren optischen Komponente 1 ein zweidimensionales Raster 4 bilden, dass im dargestellten Ausführungsbeispiel 4 x 8 Rasterpunkte aufweist.
Das Raster ist wie in 1 dargestellt bevorzugt derart, dass der Abstand zwischen den Rasterpunkten in beiden Raumrichtungen des Rasters der gleiche ist. Grundsätzlich können die Abstände sich jedoch auch unterscheiden.
In der Leiterplatte 1 sind zwei Bohrungen 51, 52 in symmetrischer Anordnung zu dem Raster 4 der Umlenkspiegel 3 angeordnet. Die Bohrungen 51, 52 dienen zum einen der Ausrichtung der Leiterplatte 1 gegenüber weiteren Komponenten und zum anderen der Ausrichtung der einzelnen Ebenen zueinander. So werden die einzelnen Ebenen der Leiterplatte 1 derart hergestellt, dass die Wellenleiterenden bzw. die an diesen angeordneten Umlenkspiegel 3 in jeder Ebene eine definierte Ausrichtung gegenüber den Bohrungen 51, 52 besitzen.
Die mehrlagige optische Leiterplatte bildet beispielsweise die Rückwandplatine eines Schaltungsgehäuses. Weitere Leiterplatten des Schaltungsgehäuses werden jeweils über einen zweidimensionalen Array-Stecker an die Rückwandplatine angeschlossen, so dass eine Rückwandverkabelung entfällt. Grundsätzlich kann die Leiterplatte aber in einem beliebigen Kontext eingesetzt werden, in dem mit hoher Parallelität Daten übertragen werden sollen und eine Kopplung zwischen einer mehrlagigen planaren optischen Komponte und einem Array-Stecker und/oder einem opto-elektronische Modul erfolgen soll. Dabei kann insbesondere auch vorgesehen sein, dass auf der Leiterplatte opto-elektronische Module und weitere elektrische Komponenten angeordnet sind. Die optoelektronischen Module koppeln Licht in die einzelnen Lichtwellenleiter 2 ein oder aus diesen aus.
Die Herstellung der planaren optischen Komponente mit der Vielzahl von Wellenleitern 2 in unterschiedlichen Lagen kann auf mehrere Arten erfolgen. Bei Verwendung mehrmodiger Wellenleiter kann eine Herstellung in der besonders einfachen Kunststofftechnologie erfolgen. Dabei wird eine erste Lage flächigen Kunststoffs beispielsweise durch Heißprägung mit den in dieser Lage vorgesehenen lichtführenden Kernbereichen samt der zugehörigen Reflexionsflächen bzw. Umlenkspiegel 3 strukturiert. Die Reflexionsflächen werden dazu mit einer entsprechenden Verspiegelung versehen. Dabei ist es durchaus möglich, dass die Verspiegelung wellenlängenselektiv ist. Anschließend wird das Kunststoffmaterial mit dem höherem Brechungsindex in die geprägten Gräben gerakelt. Durch Anordnung mehrerer auf diese Weise hergestellter Lagen übereinander entsteht eine mehrlagige optische Leiterplatte.
Es sind jedoch auch andere Herstellungsverfahren denkbar. Beispielsweise können die einzelnen Lagen aus dünnen Glasschichten einer Dicke von beispielsweise 100 μm bestehen, wie sie käuflich erhältlich sind. Die einzelnen Wellenleiter können durch Ätzen und anschließendes Vergießen eines Kernmaterials oder auch durch Diffusion und Ionenaustausch eingebracht werden.
Die 2 zeigt ein erstes Beispiel für die Realisierung einer planaren optischen Komponente gemäß 1 in seitlicher Schnittansicht. Der Schnitt ist dabei entlang der Linie X-X der 1 und damit so gelegt, dass auch mehrere Wellenleiter geschnitten sind. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind auf einem Substrat 6 vier Wellenleiterebenen bzw. -lagen 1a, 1b, 1c, 1d übereinander angeordnet. Jede Lage 1a, 1b, 1c, 1d weist mehrere Lichtwellenleiter in Form von Streifenwellenleitern auf. In der Schnittdarstellung ist jeweils ein Lichtwellenleiter mit einem lichtführenden Kern 21a, 21b, 21c, 21d zu erkennen. In jeder Lage 1a, 1b, 1c, 1d versetzt sind die reflektierenden Spiegel 3 angeordnet, die jeweils Licht des zugehörigen Wellenleiters rechtwinklig zur Längsrichtung des Lichtwellenleiters und damit senkrecht zur Oberfläche 101 der planaren optischen Komponente auskoppeln bzw. – bei umgekehrtem Strahlengang – einkoppeln. Das Licht durchstrahlt dabei jeweils die darüberliegenden Lagen. Die Spiegel 3 sind jeweils als gesonderte Elemente ausgebildet.
3 zeigt eine alternativ ausgebildete optische Leiterplatte 1' mit Spiegelflächen 3. Danach ist in der optischen Leiterplatte 1' eine Aussparung 7 vorgesehen, die dadurch gebildet ist, dass in den einzelnen Wellenleiterebenen 1a', 1b', 1c', 1d' Aussparungen gebildet sind, die sich an den jeweiligen reflektierenden Spiegel 3 anschließen. Die einzelnen Lagen 1a', 1b', 1c', 1d' sind dabei derart versetzt, dass sich über den einzelnen Spiegeln 3 der einzelnen Lagen jeweils kein Wellenleitermaterial befindet. Das aus- oder eingekoppelte Licht wird somit nicht durch darüberliegende Lagen gedämpft. Der durch die Aussparung 7 bereitgestellte Freistrahlbereich kann ggf. auch durch ein optisch transparentes Material gefüllt sein.
In dem Ausführungsbeispiel der 4 werden die reflektierenden Spiegel durch eine keilförmige Aussparung 8 bereitgestellt, die in Richtung der Oberfläche 101" der optischen Leiterplatte 1" zusammenläuft und in der Leiterplatte 1" eine unter einem Winkel von wesentlich 45° verlaufende verspiegelte Koppelfläche 81 ausbildet. Die Aussparung ist beispielsweise durch Fräsen, Laserablation oder Ätzen ausgebildet. Die unter einem Winkel von 45° verlaufende Koppelfläche 81 wird nach der Einbringung in das Leiterplattenmaterial von hinten verspiegelt, so dass sie eine Vielzahl von reflektierenden Spiegeln für die einzelnen Lichtwellenleiter-Kernbereiche 21a" , 21b" , 21c" , 21d" bereitstellt.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt die 10. Danach ist in der Leiterplatte 1" ' eine Aussparung 9 vorgesehen, in der sich ein unter einem Winkel von 45° verlaufender Spiegel 10 erstreckt. Das Licht tritt jeweils aus den Lichtwellenleitern 21a''', 21b''', 21c''' und 21d''' aus und wird nach Durchlaufen eines Freistrahlbereichs durch den Spiegel 10, der eine Vielzahl von Umlenkspiegeln bereitstellt, nach oben reflektiert. Diese Ausgestaltung ist besonders einfach, da die Umlenkspiegel nicht in die optische Leiterplatte 1''' integriert werden müssen. Nachteilig ist eine zusätzliche Strahlaufweitung aufgrund des Freistrahlbereichs nach Austreten des Lichts aus dem jeweiligen Wellenleiter. Die Aussparung 9 kann mit einem optisch transparenten Material gefüllt sein.
Statt eines Spiegels 10 kann auch eine andere Struktur mit einer Vielzahl von individuell ausgebildeten Umlenkspiegeln verwendet werden. Dabei kann jeder Umlenkspiegel mit gesonderten optisch abbildenden Eigenschaften ausgestattet, beispielsweise fokussierend ausgebildet sein. Jeder Umlenkspiegel kann beispielsweise eine fokussierende Wirkung realisieren, deren Stärke von der Lage abhängt, der der Spiegel zugeordnet ist, und ggf. auch von der Länge des Freistrahlbereichs, den das Licht vor einem Auftreffen auf den Spiegel durchläuft.
Auch kann der Spiegel 10 oder die andere Struktur alternativ seitlich des Randes der Leiterplatte 1''' angeordnet sein.
5 zeigt in Draufsicht und im Schnitt ein zweidimensionales Linsenarray 11 mit einer Vielzahl von Linsen 111, die entlang eines Rasters angeordnet sind. Das Raster ist im dargestellten Ausführungsbeispiel identisch mit dem Raster 4 der Umlenkspiegel 3 der optischen Leiterplatte der 1 bis 4.
Das Linsenarray ist bevorzugt zwischen der mehrlagigen optischen Leiterplatte 1 und einem zweidimensionalen optischen Mehrfachstecker angeordnet und koppelt das Licht zwischen den jeweiligen Umlenkspiegel 3 der Leiterplatte 1 und einzelnen Lichtwellenleiter-Koppelflächen, die der optische Stecker in an sich bekannte Weise ausbildet.
Das Linsenarray weist zwei Bohrungen 131, 132 auf, die die gleiche Größe und den gleichen Abstand wie die Bohrungen 51, 52 der Leiterplatte 1 aufweisen, so dass die Leiterplatte 1 und das Linsenarray 11 über in die Bohrungen 51, 52, 131, 132 eingesetzte Führungsstifte fixiert und zueinander ausgerichtet werden können. Bei dem Aufsetzen des Linsenarrays 11 auf die Leiterplatte 1 wird das Linsenarray 11 dabei automatisch zu den Spiegelflächen 3 der Leiterplatte 1 ausgerichtet.
Die Umlenkspiegel 3 der einzelnen Lagen 1a, 1b, 1c, 1d der optischen Leiterplatte 1 weisen naturgemäß einen unterschiedlichen Abstand zu der Oberfläche 101 der Komponente auf. Hieraus folgt, dass die an den Umlenkspiegeln 3 reflektierte Strahlung der einzelnen Lichtwellenleiter je nachdem, in welcher Lage bzw. Tiefe sich der Wellenleiter befindet, bis zur Kopplung mit der zugehörigen Linse des Linsenarrays eine unterschiedliche Strahlaufweitung erfährt. Dies kann bei der Fokussierung des Lichtstrahls auf die zugehörige Koppelfläche eines Lichtwellenleiters eines optischen Steckers zu Problemen führen. Es werden im Folgenden mehrere alternative Ausführungsvarianten erläutert, die solche Probleme vermeiden oder reduzieren.
In den 6 bis 8 sind schematisch eine optische Leiterplatte 1, ein Linsenarray 11 und ein optischer Stecker 12 dargestellt, der in zweidimensionaler Array-Anordnung eine Vielzahl von Lichtwellenleitern 123 aufweist. Über die Linsen 111 des Linsenarrays 11 wird jeweils Licht zwischen den Stirnflächen 122 der Lichtwellenleiter 123 des Steckers 12 und den Umlenkspiegeln 3 der Lichtwellenleitern der optischen Leiterplatte 1 gekoppelt. Dabei wird darauf hingewiesen, dass die Umlenkspiegel auch entsprechend der Ausgestaltung der 2, 3 und 10 oder in anderer Weise ausgebildet sein können.
Gemäß 6 sind die Linsen 111 des Linsenarrays 11 identisch ausgebildet. Dies ermöglicht mit Vorteil eine besonders einfache Herstellung des Linsenarrays. Die Linsen 111 sind dabei derart ausgebildet, dass die optische Abbildung der Steckerendfläche 121 eines angekoppelten optischen Steckers 12 etwa in die mittlere der optischen Lagen 1a, 1b, 1c, 1d gelegt wird. Für Licht der Wellenleiter der mittleren optischen Lagen 1b, 1c erfolgt somit eine ideale Abbildung auf die entsprechenden Koppelflächen 122 der Lichtwellenleiter 123 des optischen Steckers 121. Die optische Kopplung zwischen Licht der Wellenleitern der oberen und unteren Lagen 1a, 1d ist aufgrund der Aufweitung des Strahlenganges etwas schlechter als in den mittleren Lagen, aber immer noch akzeptabel.
Eine Anordnung mit einer alternativen Ausgestaltung des Linsenarrays 11' ist in der 7 dargestellt. Zunächst wird dabei darauf hingewiesen, dass jede Reihe 111a', 111b', 111c', 111d' des Linsenarrays 11' einer Reihe von Umlenkspiegeln einer Lage 1a, 1b, 1c, 1d der planaren optischen Komponente zugeordnet ist. Es ist nun vorgesehen, dass jede Linsenreihe 111a', 111b', 111c', 111d' des Linsenarrays 11' derart ausgebildet ist, dass die Fokuslage jeweils unterschiedlich ist und auf den Abstand der den Linsen zugeordneten Umlenkmittel 3 abgestimmt ist. So zu erkennen, dass die links angeordneten Linsen 111a' der 4 eine geringere Fokussierung bewirken als die rechts angeordneten Linsen 111d' des Linsenarrays.
Nachteilig bei dieser Ausführung ist, dass die Vergrößerung bei der optischen Abbildung für jede optische Lage 1a, 1b, 1c, 1d unterschiedlich ist. Dies ist jedoch solange von untergeordneter Bedeutung, wie die optische Kopplung ausreichend ist.
Die 8 zeigt eine Ausführungsvariante, bei der der Strahlengang in den Linsen der einzelnen Reihen 111a" , 111b", 111c'', 111d'' des Linsenarrays 11" derart ausgelegt ist, dass der Strahlengang im Linsenkörper jeweils parallel verläuft. Dementsprechend weist jede Reihe der Linsenarrays einen zur Leiterplatte 1 hin anderen Abstand und eine andere Linsendicke auf. Der unterschiedliche Abstand der Linsen zur Leiterplatte 1 sorgt dafür, dass trotz gleicher Brechkraft der Linsen das Licht jeder Lage im Linsenkörper parallel geführt wird. Die unterschiedliche Dicke der Linsen stellt einen einheitlichen Abstand gegenüber dem optischen Stecker 12 bereit. Es entsteht eine angepasste Höhenabstufung der Linsenoberflächen zu den optischen Lagen der Leiterplatte 1. Es werden damit trotz der Abstandsunterschiede gleiche Abbildungsverhältnisse für die Wellenleiter sämtlicher Lagen 1a, 1b, 1c, 1d bereitgestellt.
Es können auch Kombinationen der in der 7 und 8 dargestellten Ausführungsformen des Linsenarrays eingesetzt werden, d.h. die Linsen der einzelnen Reihen sowohl eine unterschiedliche Brennweite als auch eine unterschiedliche Linsendicke aufweisen.
Die Linsen des Linsenarrays 11, 11', 11" werden beispielsweise durch Präzisions-Abformtechnik aus optisch transparenten Kunststoffen hergestellt. Bei den Varianten der 6 und 7 können auch andere Herstellungsverfahren eingesetzt und z.B. durch Ionenaustausch hergestellte Gradientenindex-Linsen oder Fresnel-Linsen eingesetzt werden.
Die 9 zeigt sämtliche wesentliche Komponenten einer Anordnung, die die optische Leiterplatte 1 und das Linsenarray 11 umfasst. Die Leiterplatte 1 und das Linsenarray 11 sind über in jeweilige Bohrungen eingesetzte Führungsstifte 14a, 14b miteinander fixiert und derart aufeinander ausgerichtet, dass die jeweiligen durch Linsen 111 bzw. durch Umlenkspiegel gebildeten Raster übereinanderliegen. Da die Führungsstifte 14a, 14b in Richtung eines anzukoppelnden Steckers über das Linsenarray 11 hervorragen, dienen sie zusätzlich der Zentrierung eines anzukoppelnden, mit einem Faser-Array versehenen Steckers.
Das Linsen-Array ist fest in einer äußeren Steckerfassung 15 bzw. Steckeraufnahme montiert. Die Steckerfassung 15 hat die Aufgabe, eine Vorführung eines anzukoppelnden optischen Steckers bei einem Steckvorgang herbeizuführen. Sie kann wie in 9 beispielsweise als Trichter ausgeführt sein, aber auch davon abweichende, aufeinander abgestimmte Zentrierstufen enthalten. Des weiteren sind in der Steckerfassung Funktionselemente 16 zur Verrastung des anzukoppelnden optischen Steckers mit der Steckerfassung 15 vorgesehen.
Die Steckerfassung 15, das Linsenarray 11 und die Steckerstifte 14a, 14b bilden in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine feste konstruktive Übertragungseinheit. Diese wird bei der Montage mit Hilfe der Steckerstifte 14a, 14b auf die mehrlagige optische Leiterplatte 1 gesetzt und dabei zentriert. Eine Fixierung dieser Übertragungseinheit auf der Leiterplatte 1 kann durch Kleben oder auch durch Löten erfolgen. Im letzteren Fall weisen Teile der Oberflächen der Leiterplatte und der Übertragungseinheit geeignete Metallisierungen auf. Auch kann vorgesehen sein, dass die Übertragungseinheit und die Leiterplatte 1 Formschlusselemente wie Rasthaken und korrespondierende Öffnungen aufweist, so dass die Übertragungseinheit auch rastbar mit der Leiterplatte 1 verbindbar ist.

Claims

Planare optische Komponente mit einer Vielzahl von Lichtwellenleitern, deren lichtführende Kernbereiche in mindestens zwei parallel zueinander angeordneten Lagen verlaufen, wobei – jedem Lichtwellenleiter (2) eine Umlenkeinrichtung (3) zugeordnet ist, die Licht winklig zur Längsrichtung des jeweiligen Lichtwellenleiters (2) ein- oder auskoppelt, und – die Umlenkeinrichtungen (3) in der Projektion auf eine Ebene parallel zur Oberfläche der planaren optischen Komponente (1) ein zweidimensionales Raster bilden.
Optische Komponente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einer Lage zugeordneten Umlenkeinrichtungen (3) entlang einer Geraden angeordnet sind.
Optische Komponente nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkeinrichtungen (3) unterschiedlicher Lagen der optischen Komponente versetzt zueinander angeordnet sind.
Optische Komponente nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurchh gekennzeichnet, dass die Umlenkeinrichtungen (3) jeweils Reflexionsbereiche aufweisen, die das in den Lichtwellenleitern geführte Licht in Richtung der Oberfläche der planaren optischen Komponente reflektieren.
Optische Komponente nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflexionsbereich der Umlenkeinrichtungen (3) jeweils in einem Winkel von im Wesentlichen 45° zur Längsrichtung des jeweiligen Lichtwellenleiters angeordnet ist.
Optische Komponente nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkeinrichtungen durch in die jeweilige Lage eingebettete gesonderte Spiegel (3) gebildet sind.
Optische Komponente nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die planare Struktur derart Aussparungen (7) auf ihrer Oberfläche aufweist, dass das durch die Umlenkeinrichtungen jeweils ausgekoppelte Licht bis zur Oberfläche der Komponente einen Freistrahlbereich durchläuft.
Optische Komponente nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkeinrichtungen mittels einer in die Komponente eingebrachten keilförmigen Aussparung (8) gebildet sind, die eine unter einem Winkel von im Wesentlichen 45° zur Längsrichtung der Lichtwellenleiter verlaufende, verspiegelte Begrenzungsfläche (81) aufweist, wobei das an der Begrenzungsfläche reflektierte Licht jeweils die darüberliegenden Schichten durchstrahlt.
Optische Komponente nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (8) durch Fräsen, Ätzen oder Laserablation der Komponente gebildet ist.
Optische Komponente nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkeinrichtungen (3) in einer gesonderten Komponente (10) ausgebildet sind, die in eine Aussparung (9) der planaren optischen Komponente (1) eingesetzt ist oder sich an einen Randbereich der planaren optischen Komponente (1) anschließt.
Optische Komponente nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch in der optischen Komponente ausgebildete Ausrichtmittel (51, 52) zur passiven Ausrichtung der optischen Komponente.
Optische Komponente nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkeinrichtungen (3) jeder optischen Lage zu den Ausrichtmitteln (51, 52) ausgerichtet sind.
Optische Komponente nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtmittel durch Bohrungen (51, 52) in der optischen Komponente gebildet sind, die der Aufnahme von Führungsstiften (14a, 14b) dienen.
Optische Komponente nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen optischen Lagen (1a, 1b, 1c, 1d) der planaren optischen Komponente (1) jeweils gesondert hergestellt und dann miteinander verbunden sind.
Optische Komponente nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Komponente eine mehrlagige optische Leiterplatte (1), insbesondere eine Rückwandplatine eines Gestellschrankes ist.
Kopplungsvorrichtung zur Kopplung von Licht zwischen einer planaren optischen Komponente gemäß Anspruch 1 und einem optischen Bauteil, das eine Vielzahl von optischen Koppelflächen aufweist, die ein zweidimensionales Raster bilden, mit – einem Linsenarray (11, 11', 11") mit einer Vielzahl entlang eines zweidimensionalen Rasters angeordneter Linsen (111), – wobei die Linsen (111) des Linsenarrays (11) jeweils Licht zwischen einer Umlenkeinrichtung (3) eines Lichtwellenleiters (2) einer zugordneten planaren optischen Komponente (1) gemäß Anspruch 1 und einer Koppelfläche (122) eines zugeordneten optischen Bauteils (12) koppeln.
Kopplungsvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Linsenarray (11) derart ausgebildet ist, dass eine unterschiedliche Abbildung des Lichts auf die jeweils zugeordnete Koppelfläche (122) realisiert wird, die die unterschiedlichen Abstände der Umlenkeinrichtungen (3) der einzelnen optischen Lagen (1a, 1b, 1c, 1d) der zugeordneten planaren optischen Komponente (1) zu deren Oberfläche (101) ausgleicht.
Kopplungsvorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Linsen des Linsenarrays (11) das gleiche Abbildungsverhalten aufweisen, wobei die optische Abbildung der Endfläche eines angekoppelten optischen Bauteils in etwa in die mittlere Tiefe der optischen Lagen gelegt wird.
Kopplungsvorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Linsen jeder Reihe (111a', 111b', 111c', 111d') des Linsenarrays (11'), die einer bestimmten optischen Lage zugeordnet sind, eine an den Abstand der optischen Lage zur Oberfläche der planaren optischen Komponente angepasste Fokuslage aufweisen.
Kopplungsvorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Linsen jeder Reihe (111a" , 111b'' , 111c'' , 111d'') des Linsenarrays (11"), die einer bestimmten optischen Lage zugeordnet sind, einen im Vergleich zu den Linsen anderer Reihen unterschiedlichen Abstand von der Oberfläche (101) der zugeordneten planaren optischen Komponente (1) derart aufweisen, dass der Strahlengang in den Linsenkörpern jeweils parallel ist.
Kopplungsvorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Linsen jeder Reihe (111a'', 111b'', 111c'', 111d'') des Linsenarrays eine im Vergleich zu den Linsen anderer Reihen unterschiedliche Linsendicke derart aufweisen, dass gleiche Abbildungsverhältnisse für sämtliche Lagen vorliegen.
Kopplungsvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Linsenarray Ausrichtmittel (131, 132) aufweist, die mit Ausrichtmitteln (51, 52) der zugeordneten planaren optischen Komponente fluchten.
Kopplungsvorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Linsenarray zwei Bohrungen aufweist (131, 132), die mit entsprechenden Bohrungen der zugeordneten planaren optischen Komponente fluchten und das Linsenarray und die planare optische Komponente über in die jeweiligen Bohrungen eingesetzte Führungsstifte (14a, 14b) zueinander ausrichtbar sind.
Kopplungsvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 16 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Linsenarray in einer Steckeraufnahme (15) montiert ist.
Kopplungsvorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckeraufnahme (15 ) Verrastungselemente (16) zur Verrastung eines optischen Steckers ausbildet.
Kopplungsvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 16 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Linsenarray (11) durch Löten, Kleben oder mittles Rastelemente fest mit einer zugeordneten planaren optischen Komponente (1) verbindbar ist.
Anordnung mit einer planaren optischen Komponente (1) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 15 und einer Kopplungsvorrichtung (11) nach mindestens einem der Ansprüche 16 bis 26, wobei die Kopplungsvorrichtung (11) mit der planaren optischen Komponente (1) derart verbunden ist, dass jeweils eine Umlenkeinrichtung (3) der planaren optischen Komponente einer Linse (111) des Linsenarrays (11) der Kopplungsvorrichtung zugeordnet ist.