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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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Aus
der
DE 38 34 395 A1 und
der
DE 38 34 394 A1 sind
Kopplungsvorrichtungen einer optischen Faser mit einer lichtemittierenden
Diode bekannt, bei der die Diode und eine anzukoppelnde Lichtleitfaser in
einer gemeinsamen, einstückigen
Koppeleinheit angeordnet sind.
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Aus
der
DE 33 16 236 A1 ist
ein optischer Koppler für
faseroptische Schaltungen bekannt, bei dem die Kopplung einer Lichtleitfaser
mit einem elektrooptischen Bauteil über eine mit fokussierenden Grenzfläche versehenen
Koppeleinheit vorgenommen wird.
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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 einstückiger
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, wobei der Koppelbereich
in einer horizontal verlaufenden Basisplatte ausgebildet ist, an
deren einen (oberen) Seite sich der dazu im wesentlichen senkrecht
verlaufende Aufnahmebereich und an deren anderen (unteren) Seite
sich der Verbindungsbereich anschließen.
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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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Der
Aufnahmebereich ist 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.