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Die Erfindung betrifft eine Koppeleinheit
zur Kopplung eines optischen Sende- und/oder Empfangsmoduls mit
einer Lichtleitfaser gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1. Die erfindungsgemäße Koppeleinheit findet insbesondere
Verwendung zur Kopplung einer in einem TO- (Transistor Outline)
Gehäuse
angeordneten Laserdiode oder Empfangsdiode mit einer einmodigen
Glasfaser.
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Es ist bekannt, eine in einem optischen
Stecker angeordnete Lichtleitfaser über eine Koppeleinheit mit
einem Sende- und/oder
Empfangsmodul zu koppeln. Aus der Lichtleitfaser austretendes Licht wird
dabei auf die photosensitive Fläche
eines Empfangselements, insbesondere eine Monitordiode geleitet
und von einem Sendeelement, insbesondere einer Laserdiode. ausgesandtes
Licht wird in die Lichtleitfaser eingekoppelt.
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Um Reflexionen an der Lichteintritts-
bzw. Lichtaustrittsfläche
der Lichtleitfaser möglichst
gering zu halten, ist ein direkter Kontakt (physical contact) des
Faserkerns zu einem optischen Medium sinnvoll, das den gleichen
oder einen ähnlichen
Brechungsindex wie der Faserkern aufweist. So entstehen bei einem
Faser-Luft Übergang
Reflexionen in der Größenordnung
von –15
dB. Oft werden jedoch wesentlich bessere Werte von –27 dB gefordert.
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Zur Realisierung eines solchen physical
contact ist es bekannt, in eine Koppeleinheit eine hochpolierte
Glasfaser einzubringen, die in einen präzisen Keramikstift eingeklept
ist. Die eine Stirnfläche
der hochpolierte Glasfaser dient als Anschlagfläche für die Lichtleitfaser des anzukoppelnden optischen
Steckers. Über
die andere Stirnfläche
der Glasfaser erfolgt eine Lichtkopplung mit dem Sende- und/oder Empfangsmodul.
Derartige Ausführungen
einer Koppeleinheit werden unter anderem in optoelektronischen Transceivern
eingesetzt, die unter der Bezeichnung „OC48 SFF(P)-Transceiver" von der Infineon
Technologies AG hergestellt und vertrieben werden.
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Eine solche Koppeleinheit ist allerdings
relativ teuer in der Herstellung und erfordert einen relativ hohen
Montageaufwand. So muss die mit der Lichtleitfaser des optischen
Steckers in direkten Kontakt tretende Stirnfläche der hochpolierten Glasfaser
eine sehr hohe Güte
besitzen. Auch muss der Durchmesser des Keramikstiftes, in den die
hochpolierte Glasfaser eingeklebt ist, auf wenige μm genau ausgeführt sein.
Es sind eine große
Zahl hochpräziser,
relativ teuerer Einzelteile erforderlich.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt
der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Koppeleinheit
zur Kopplung eines optischen Sende- und/oder Empfangsmoduls mit
einer Lichtleitfaser zur Verfügung
zu stellen, die einfach und kostengünstig in der Herstellung ist
und dabei die Vorteile bekannter Koppeleinheiten aufweist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Koppeleinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte
und vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Danach zeichnet sich die erfindungsgemäße Lösung durch
einen als einstückigen
Bestandteil der Koppeleinheit ausgebildeten transparenten Koppelbereich
aus, über
den Licht zwischen einer in den Aufnahmebereich der Koppeleinheit
eingeführten Lichtleitfaser
und einem mit dem Verbindungsbereich der Koppeleinheit verbundenen
Sende- und/oder Empfangsmodul direkt gekoppelt wird. Die erfindungsgemäße Lösung kommt dementsprechend ohne
eine zusätzliche,
in die Koppeleinheit eingebrachte Glasfaser aus. Stattdessen übernimmt
ein transparenter Koppelbereich, der einstückiger Bestandteil der Koppeleinheit
ist, die Funktion der im Stand der Technik vorgesehenen Glasfaser.
Auf diese Weise kommt die erfindungsgemäße Koppeleinheit mit weniger
Teilen aus und ist einfacher und kostengünstiger herzustellen.
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Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass
der Koppelbereich an seiner dem Aufnahmebereich zugewandten Seite
eine vorstehende Anschlagfläche für eine in
den Aufnahmebereich eingeführte
Lichtleitfaser ausbildet. Diese Anschlagfläche steht in direktem Kontakt
mit dem Faserkern der in den Aufnahmebereich der Koppeleinheit eingeführten Lichtleitfaser.
Bevorzugt verläuft
die Anschlagfläche
dabei senkrecht zur Längsachse
des Aufnahmebereichs bzw. der anzukoppelnden Lichtleitfaser. Die
Stirnfläche
der Lichtleitfaser verläuft
dementsprechend ebenfalls senkrecht zur Strahlrichtung.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist
der Koppelbereich einen an den Brechungsindex einer eingeführten Lichtleitfaser
angepassten Brechungsindex auf. Hierdurch lässt sich eine Rückreflexion
des aus der Lichtleitfaser austretenden Lichts von weniger als –27 dB realisieren.
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Der Koppelbereich weist an seiner
dem Sende- und/oder Empfangsmodul zugewandten Seite bevorzugt eine
angeschrägte
Lichteintritts- bzw. Lichtaustrittsfläche auf. Durch die Ausrichtung schräg zur Strahlrichtung
werden Rückreflexionen
in die Faser weiter minimiert und können solche Rückreflexionen
auf einen Wert zwischen –30
dB und –40 dB
gesenkt werden.
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Die Koppeleinheit ist mit Vorteil
als Spritzgussteil aus transparentem Kunststoff ausgebildet, d.h.
aus einem Kunststoff ausgebildet, der für die verwendeten Wellenlängen transparent
ist. Die Ausbildung der Koppeleinheit als Spritzgußteil ermöglicht eine
besonders kostengünstige
Herstellung. Als Kunststoffe werden beispielsweise die im Handel
erhältlichen
Kunststoffe Apec 2000 und Apec DP1 9389 der Bayer AG, der Kunststoff
Topas 6017 der Hoechst AG oder der Kunststoff Arton der JSR Corporation,
Japan verwendet.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung
der Erfindung ist der Koppelbereich in einer horizontal verlaufenden
Basisplatte ausgebildet, an deren einen (oberen) Seite sich der
dazu im wesentlichen senkrecht verlaufende Aufnahmebereich und an
deren anderen (unteren) Seite sich der Verbindungsbereich anschließen. Der
Aufnahmebereich ist dabei bevorzugt eine längliche Hülse mit einer Präzisionsführung, die
der Aufnahme einer Keramikferrule dient, die die anzukoppelnde Lichtleitfaser
enthält.
Die Keramikferrule mit der Lichtleitfaser ist Bestandteil eines
an sich bekannten optischen Steckers.
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Der Verbindungsbereich der Koppeleinheit ist
bevorzugt im wesentlichen zylindrisch ausgebildet und dient bevorzugt
der Verbindung der Koppeleinheit mit einem Sende- und/oder Empfangsmodul,
das in einem TO-Gehäuse
angeordnet ist. Bevorzugt wird die Koppeleinheit mit dem TO-Modul
justiert und fest verklebt. Hierzu können Rastelemente und passive Justageelemente
vorgesehen sein. Anschließend wird
die Ferrule mit der Lichtleitfaser in den Aufnahmebereich der Koppeleinheit
eingebracht.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter
Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es
zeigen
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1 eine
perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht einer Koppeleinheit
zur Kopplung eines optischen Sende- und/oder Empfangsmoduls mit
einer Lichtleitfaser;
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2 einen
Schnitt quer zur Längsrichtung der
Koppeleinheit der 1;
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3 eine
vergrößerte Darstellung
des Details Z der 2;
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4 eine
perspektivische Darstellung der Koppeleinheit der 1 bis 3 und
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5 eine
perspektivische, teilweise geschnittene Darstellung der Koppeleinheit
der 1 bis 4 in Verbindung mit einem
TO-Modul.
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Die in den Figuren dargestellte Koppeleinheit 1 ist
als Spritzgussteil ausgebildet. Sämtliche Komponenten der Koppeleinheit 1 sind
dementsprechend einstückiger
Bestandteil der Koppeleinheit 1. Als Kunststoffmaterialien
werden insbesondere Polymere eingesetzt, die kommerziell unter den
Bezeichnungen „APEC
2000", „APEC DP1
9389", „TOPAS
6017" oder „ARTON" erhältlich sind.
Der Brechungsindex dieser Kunststoffe liegt zwischen einem Wert
von 1,4 und einem Wert von 1,56 und damit im gleichen Bereich wie
der Brechungsindex von Glas.
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Die als Spritzgussteil ausgebildete
Koppeleinheit 1 bildet eine Basisplatte 2 aus,
an die sich in entgegengesetzten Richtungen zum einen ein Aufnahmebereich 3 und
zum anderen ein Verbindungsbereich 4 anschließen.
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Der Aufnahmebereich ist als längliche
Hülse 3 ausgebildet,
die eine Präzisionsführung für eine in die
längliche
Hülse 3 einzuführende Steckerferrule mit
einer mittigen Single-Mode-Glasfaser
(nicht dargestellt) bereitstellt. Die Stirnfläche der Glasfaser ist dabei
zusammen mit der Stirnfläche
der Steckerferrule senkrecht zur Strahlrichtung bzw. Längsachse der
Glasfaser poliert.
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Der zylindrisch ausgebildete Verbindungsbereich 4 der
Koppeleinheit 1 dient der Aufnahme und Ankopplung eines
in 5 dargestellten,
an sich bekannten TO-Standardmoduls, das eine optische Sendeeinheit,
insbesondere eine Laserdiode und/oder eine optische Empfangseinheit,
insbesondere eine Monitordiode enthält. Die elektrische Ansteuerung des
TO-Moduls 5 erfolgt über Anschlussbeine 6.
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Über
den Verbindungsbereich 4 wird die Koppeleinheit 1 gegenüber dem
TO-Modul 5 justiert und mit diesem fest verklebt. Hierzu
ist eine Öffnung 41 im
Verbindungsbereich 4 vorgesehen, durch die ein Klebstoff
in den Zwischenraum zwischen dem Verbindungsbereich 4 und
dem Gehäuse
des TO-Moduls 5 eingeführt werden
kann. Die Justage der Koppeleinheit 1 gegenüber dem
TO-Modul 5 kann aktiv oder alternativ mittels passiver
Justagemarken erfolgen. Eine solche passive Justagemarke stellt
zum Beispiel der angeschrägte
untere Rand 41 des Verbindungsbereichs 4 dar,
der auf einem mit einer entsprechenden Schräge versehenen Rand 51 des
TO-Moduls 5 zur Anlage kommt. Über die Ränder 41, 51 erfolgt
auch eine Abstützung
der Koppeleinheit 1 gegenüber dem TO-Gehäuse 5.
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Zwischen der Aufnahmehülse 3 und
dem zylindrischen Verbindungsbereich 4 zur Ankopplung eines
TO-Moduls 5 erstreckt sich die gegenüber der Strahlrichtung im wesentlichen
senkrecht verlaufende Basisplatte 2. Wie insbesondere den
Schnittdarstellungen der 2 und 3 entnommen werden kann,
bildet die Basisplatte 2 einen Koppelbereich 21 aus,
der der direkten Lichtkopplung zwischen einer in die Koppelhülse 3 eingeführten Glasfaser
und einer Sende- und/oder Empfangseinheit des TO-Moduls 5 dient.
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Der Koppelbereich 21 weist
dazu eine der Aufnahmehülse 3 zugewandte,
gegenüber
der Basisplatte 2 leicht vorstehende Anschlagfläche 22 und eine
dem TO-Modul zugewandte Lichteintritts-/Lichtaustrittsfläche 23 auf.
Die Anschlagfläche 22 verläuft senkrecht
zur Strahlrichtung einer in die Aufnahmehülse 3 eingeführten Ferrule
und Lichtleitfaser und ist mittig in Bezug auf die Aufnahmehülse 3 ausgebildet.
Die Stirnfläche
des Faserkerns einer in die Aufnahmehülse 3 eingeführten Glasfaser
tritt dabei in direkten Kontakt (physical contact) mit der Anschlagfläche 22 des
Koppelbereichs 21. Hierbei kann die Stirnfläche der
Glasfaser in an sich bekannter Weise eine leichte Kugelwölbung aufweisen.
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Das Kunststoffmaterial des Koppelbereichs 21 (bzw.
die gesamte Koppeleinheit 1) weist einen Brechungsindex
auf, der an den Brechungsindex einer in die Koppelhülse 3 eingeführten und
mit ihrer Stirnfläche
an der Anschlagfläche 22 anliegenden Lichtleitfaser
angepasst ist, d.h. der Brechungsindex des Kuntststoffmaterials
des Koppelbereichs 21 weist den gleichen oder einen nur
geringfügig
anderen Brechungsindex als der Faserkern auf. Hierdurch werden Reflexionen
an der Stirnfläche
der anzukoppelnden Lichtleitfaser möglichst klein gehalten und auf
Werte von –27
dB oder kleiner reduziert. Kunststoffmaterialien mit einem entsprechenden
Brechungsindex wurden eingangs genannt. Solche Kunststoffmaterialien
sind auch spritzgussfähig,
so dass eine kostengünstige
und einfache Herstellung der Koppeleinheit 1 möglich ist.
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Zur Sicherung eines direkten Kontakts
zwischen der Stirnfläche
des Faserkerns einer in die Aufnahmehülse 3 eingeführten Glasfaser
und der Anschlagfläche 22 des
Koppelbereichs 21 der Koppeleinheit 1 ist vorgesehen,
dass auf die die Glasfaser enthaltende Steckerferrule in an sich
bekannter Weise eine Federkraft wirkt, die durch einen optischen
Stecker bereitgestellt wird, der die Steckerferrule mit der Lichtleitfaser
enthält.
Alternativ und/oder ergänzend
kann die Aufnahmehülse 3 als
geschlitzte Hülse
ausgebildet sein, die eine radiale Federkraft auf eine eingeführte Steckerferrule
ausübt.
Auch können
andere Mittel in die Koppeleinheit integriert sein, die eine feste
Anbindung und Aufnahme einer Ferrule/Lichtleitfaser in der Aufnahmehülse 3 sicherstellen,
etwa eine Querbohrung in der Hülse 3 zum Einfüllen eines
Klebstoffes oder zum Einführen
einer Feststellschraube.
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Die Lichteintritts-/Lichtaustrittsfläche 23 auf der
dem TO-Modul 5 zugewandten
unteren Seite des Koppelbereichs 21 weist eine Schrägstellung
zur Strahlrichtung auf. Hierdurch werden Rückreflexionen in die anzukoppelnde
Lichtleitfaser weiter minimiert.
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Über
den Koppelbereich 21 und die beiden den Koppelbereich 21 begrenzenden
Flächen 22, 23 erfolgt
somit eine direkte Lichtkopplung zwischen einer in die Aufnahmehülse 3 eingeführten Lichtleitfaser
und einer Sende- und/oder Empfangseinheit des TO-Moduls 5.
Das aus der Lichteintritts-/Lichtaustrittsfläche 23 ein-
bzw. austretende Licht wird dabei über ein Fenster 52 in
das TO-Modul 5 ein- bzw. ausgekoppelt. Der Einsatz einer
zusätzlichen,
in die Koppeleinheit eingeklebten Lichtleitfaser ist nicht erforderlich.
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Es wird darauf hingewiesen, dass
in der Basisplatte 2 benachbart dem Koppelbereich 21 eine durchgehende
Aussparung 7 ausgebildet ist. Die Aussparung 7 spielt
allerdings keine funktionelle Rolle bei der Lichtkopplung. Sie ist
aus fertigungstechnischen Gründen
vorgesehen, um bei der verwendeten Spritzgusstechnik die vorstehenden
Strukturen der Anschlagfläche 22 und
der Lichteintritts-/Lichtaustrittsfläche 23 mit
hoher Präzision
ausbilden zu können.
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Gemäß 4 sind im Bereich der Basisplatte 2 umfangsseitig
Griffbereiche 8 vorgesehen, die der Halterung und Justage
der Koppeleinheit gegenüber
dem TO-Modul 5 dienen.
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Die beschriebene Koppelanordnung
wird bevorzugt zur Kopplung einer Lichtleitfaser mit einem Empfangsmodul
eingesetzt. Insbesondere bei niedrigen Sendeleistungen kann sie
jedoch ebenso zur Lichtkopplung von einem Sendemodul in eine Lichtleitfaser
dienen.
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Die Erfindung beschränkt sich
in ihrer Ausführung
nicht auf das vorstehend dargestellte Ausführungsbeispiel. Beispielsweise
kann eine Kopplung mit einem Sende- und/oder Empfangsmodul erfolgen,
das in anderer als TO-Bauweise ausgebildet ist, wobei dann der Verbindungsbereich 4 entsprechend anders
ausgeführt
ist. Allgemein kann der Verbindungsbereich jede Form aufweisen,
die eine irgendwie geartete Verbindung mit einem Sende- und/oder Empfangsmodul
erlaubt. Beispielsweise kann es sich lediglich um eine ebene Begrenzungsfläche handeln, die
mit einem Sende- und/oder Empfangsmodul verklebbar ist.
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Des Weiteren kann vorgesehen sein,
dass in den Koppelbereich 21 der Koppeleinheit 1 zusätzlich Lichtformungselemente,
insbesondere Linsen integriert sind. Solche Lichtformungselemente
können an
der Oberfläche
des Koppelbereichs und/oder an innenliegenden Hohlräumen des
Koppelbereichs ausgebildet sein.
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In einer weiteren alternativen Ausgestaltung ist
die Anschlagfläche 22 des
Koppelbereichs 21 nicht vorstehend ausgebildet, sondern
verläuft
in der Ebene der Basisplatte 2.
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Auch kann der Aufnahmebereich 3 in
Abhängigkeit
von der Ausgestaltung des anzukoppelnden optischen Steckers in anderer
Weise ausgebildet sein als in den Figuren dargestellt.