DE10248769B3

DE10248769B3 - Optische Anordnung zur geometrischen Strahlformung eines Strahlprofils und Verfahren zur Herstellung derselben

Info

Publication number: DE10248769B3
Application number: DE2002148769
Authority: DE
Inventors: Stefan GRÖTSCH
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2002-10-18
Filing date: 2002-10-18
Publication date: 2004-07-15
Anticipated expiration: 2022-10-19

Abstract

Bei einer optischen Anordnung zur geometrischen Strahlformung des Strahlprofils des Lichtstrahls einer lichtemittierenden Halbleitervorrichtung mit einer ersten Linse (34) und einer zweiten Linse, die derart im Strahlverlauf des Lichtstrahls angeordnet sind, daß das Strahlprofil des Lichtstrahls in einer ersten Richtung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung mit einem ersten Faktor und in einer zur ersten Richtung und zur Ausbreitungsrichtung senkrechten zweiten Richtung mit einem vom ersten Faktor verschiedenen zweiten Faktor aufweitbar oder verkleinerbar ist, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß im Strahlverlauf des Lichtstrahls zwischen der ersten Linse (34) und der zweiten Linse ein Umlenkspiegel (36) vorgesehen ist, so daß der Strahlverlauf zwischen der ersten (34) und der zweiten Linse einen Knick aufweist, und die erste Linse (34) und der Umlenkspiegel (36) auf einem gemeinsamen transparenten Träger (32) montiert sind, derart, daß der Lichtstrahl nach seiner Umlenkung durch den transparenten Träger (32) zur zweiten Linse hin läuft.

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Anordnung zur geometrischen Strahlformung des Strahlprofils des Lichtstrahls einer lichtemittierenden Halbleitervorrichtung mit einer ersten Linse und einer zweiten Linse, die derart im Strahlverlauf des Lichtstrahls angeordnet sind, daß das Strahlprofil des Lichtstrahls in einer ersten Richtung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung mit einem ersten Faktor und in einer zur ersten Richtung und zur Ausbreitungsrichtung senkrechten zweiten Richtung mit einem vom ersten Faktur verschiedenen zweiten Faktor aufweitbar oder verkleinerbar ist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Anordnung.
Bei der Einkopplung von Laserstrahlung aus kantenemittierenden Halbleitervorrichtungen in optische Fasern ergibt sich oft das Problem, daß die geometrische Form des Strahlquerschnitts in der Regel erheblich von der runden Form des Faserquerschnitts abweicht. Beispielsweise weisen Halbleiterlaserbarren eine langgestreckte Lichtaustrittsfläche auf, bei der die Strahldivergenz des abgestrahlten Lichts in Richtung senkrecht zum pn-Übergang (s-Richtung) wesentlich größer ist als parallel zu pn-Übergang (p-Richtung).
Dazu kann zwischen dem Strahlursprung in s-Richtung und in p-Richtung eine axiale Differenz, die sogenannte astigmatische Differenz ΔAs, bestehen. Die unterschiedliche Divergenz des Lichtstrahls führt bei der Kollimation zu einem elliptischen Strahlprofil mit gaußschen Intensitätsprofilen entlang der großen und kleinen Hauptachse. Dabei wird die schnell divergierende Achse auch als "fast axis", die langsam divergierende Achse senkrecht zum pn-Übergang als "slow axis" bezeichnet.

Aus der DE 198 02 389 A1 ist bekannt, diesem Problem durch eine anamorphotische Abbildung des Lichtstrahls zu begegnen, bei der das elliptische Strahlprofil in ein kreisförmiges Strahlprofil umgewandelt wird.

Typischerweise besteht eine anamorphotische Strahlformungsoptik aus zwei gekreuzten Zylinderlinsen, die in einem solchen Abstand voneinander angeordnet sind, daß durch die beiden unterschiedlichen Abbildungsmaßstäbe für die Fast-axis und die Slow-axis gerade der gewünschte kreisförmige Strahlquerschnitt erreicht wird. Bestehende Konzepte zur anamorphotischen Abbildung bei Halbleiterlaserdioden arbeiten auch oft mit sphärischen optischen Elementen. Eine anamorphotische Abbildung kann darüber hinaus bei kantenemittierenden Halbleiterlaserdioden mit stark unterschiedlicher Apertur, stark unterschiedlicher Strahlqualität oder großem Astigmatismus mit Vorteil eingesetzt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gattungsgemäße optische Anordnung anzugeben, die auch bei lichtemittierenden Halbleitervorrichtungen mit großer Verlustleistung gut eingesetzt werden kann. Darüber hinaus soll die optische Anordnung hochstabil und hochpräzise aufgebaut werden können.

Diese Aufgabe wird durch eine optische Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 bzw. durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 16 gelöst. Weitere Ausgestaltungen und bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 15 und 17 bis 19.

Erfindungsgemäß ist bei einer optischen Anordnung der eingangs genannten Art vorgesehen, daß im Strahlverlauf des Lichtstrahls zwischen der ersten Linse und der zweiten Linse ein Umlenkspiegel vorgesehen ist, so daß der Strahlverlauf zwischen der ersten und der zweiten Linse einen Knick aufweist, und die erste Linse und der Umlenkspiegel auf einem gemeinsamen transparenten Träger montiert sind, derart, daß der Lichtstrahl nach seiner Umlenkung durch den transparenten Träger zur zweiten Linse hin läuft.

Die Erfindung beruht somit auf dem Gedanken, eine Strahlumlenkung des Strahlverlaufs mit einer Abbildung durch die erste Linse vor dem Umlenkspiegel zu kombinieren, und die erste Linse und die Umlenkeinrichtung auf einem gemeinsamen Träger anzuordnen.

Durch eine derartige Gestaltung kann die lichtemittierende Halbleitervorrichtung zum einen thermisch wesentlich günstiger aufgebaut werden als bei herkömmlichen Anordnungen. Darüber hinaus können die optischen Elemente auf dem transparenten Träger vormontiert werden, wodurch die Herstellung und die Montage der Optik wesentlich kostengünstiger als bisher erfolgen kann. Zusätzlich kann das optische Material des transparenten Trägers genutzt werden, um den optischen Weg zur zweiten Linse zu reduzieren.

Wird durch die erste Linse die Divergenz der schnell divergierenden Achse einer kantenemittierenden Halbleitervorrichtung verringert, geht am Umlenkspiegel weniger oder keine Lichtleistung verloren. Die mit dem ausgeblendeten Licht einhergehende Verschlechterung der Strahlqualität wird dann vermieden, die schnell divergierende Achse kann beugungsbegrenzt bleiben. Dies kann insbesondere dadurch erreicht werden, daß die erste Linse durch eine Zylinderlinse gebildet ist.

Bevorzugt ist die erste Linse. dabei durch einen Abschnitt einer Faserlinse gebildet. Dies ermöglicht, eine große Anzahl gleichartiger optischer Anordnungen parallel herzustellen und zu justieren. Die Faserlinsen können beispielsweise sphärisch aus optischen Gläsern oder asphärisch ausgebildet sein.

Der Umlenkspiegel ist bei der erfindungsgemäßen optischen Anordnung mit Vorteil durch ein Umlenkprisma, bevorzugt aus Silizium oder Glas gebildet. Dabei ist bevorzugt, wenn der Um lenkspiegel zur Umlenkung des Lichtstrahls um etwa 90° eingerichtet ist.

Der transparente Träger ist in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung durch einen Glaswafer gebildet.

Zweckmäßig weist der transparente Träger passive Justageeinrichtungen, insbesondere Justagevertiefungen oder Montagemarkierungen zur genauen Ausrichtung der ersten Linse und/oder des Umlenkspiegels auf. Insbesondere fototechnisch hergestellte Markierungen und Justagegräben erlauben eine hochgenaue Vormontage der optischen Komponenten zueinander.

Alternativ oder zusätzlich kann der transparente Träger Metallisierungen zur aktiven Justage der ersten Linse und/oder des Umlenkspiegels aufweisen. Damit kann eine aktive und/oder passive Justage von Linse und Umlenkspiegel noch sehr effizient auf Waferbasis erfolgen. Insbesondere ermöglicht die Ausrichtung ganzer Prismenstreifen und langer Faserlinsen eine sehr genaue und parallele Justage der optischen Abstände einer Vielzahl von einzelnen optischen Anordnungen.

Nach einer bevorzugten Gestaltung ist der transparente Träger mit einer Antireflexschicht versehen.

In einer Weiterentwicklung der erfindungsgemäßen optischen Anordnung ist die zweite Linse durch eine Zylinderlinse gebildet. Der transparente Träger trägt dabei auf einer ersten Hauptfläche den Umlenkspiegel und auf einer zweiten, der ersten Hauptfläche gegenüberliegenden Seite die zweite Linse. Mit Vorteil ist die dabei zweite Linse durch eine Zylinderkontur auf der zweiten Hauptfläche gebildet.

Die zweite Linse kann ausgelegt werden, um einen zweiten Abbildungsfaktor zu verwirklichen, einen Astigmatismus zu korrigieren, oder ein elliptisches Laserstrahlprofil zu zirkularisieren.

Die Zylinderlinsenkontur kann etwa durch Heißprägen in optischem Glas, das Aufprägen von Kunststoffkalotten auf ein Trägermaterial oder durch ein abtragendes Verfahren, insbesondere Ätzen oder Diamanthobeln, hergestellt werden.

In dem beschriebenen Zusammenhang kann zweckmäßig vorgesehen sein, daß der transparente Träger zusammen mit der ersten Linse über den Umlenkspiegel mit einem Klebemittel auf einem Montageträger aufgeklebt ist, wobei zwischen dem transparenten Träger und dem Montageträger ein Keilelement angeordnet ist, das nach der Montage den Schrumpf des Klebemittels beim Aushärten auffängt.

Diese Vorgehensweise ermöglicht eine mechanisch stabile Montage der Anordnung in Klebetechnik, bei welcher die kritische Höhe der ersten Linse über dem Montageträger durch Unterschieben des Keils und die daraus resultierende Verkippung des aus transparentem Träger, Linse und Umlenkspiegel gebildeten Optikmoduls eingestellt wird. Durch die permanente Auflage des Keils und des Optikmoduls bleibt dessen Position auch nach dem Schrumpfen des Klebemittels beim Härten erhalten.

In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen optischen Anordnung ist vorgesehen, daß der transparente Träger über den als Umlenkprisma ausgebildeten Umlenkspiegel mit einer Hartlotverbindung zur aktiven Justage des Abstands von Umlenkprisma und lichtemittierender Halbleitervorrichtung auf einem Montageträger fixiert ist.

Dabei kann weiter mit Vorteil vorgesehen sein, daß das Umlenkprisma mit einer Hartlotverbindung zur aktiven Justage des Abstands von erster Linse und lichtemittierender Halbleitervorrichtung auf dem transparenten Träger angebracht ist.

Weiter kann die als Zylinderlinse ausgebildete erste Linse auf einem Linsenträger angeordnet sein, der mit einer Hart lotverbindung zur aktiven Justage der Höhe der Zylinderlinse über dem Montageträger an einer Seitenfläche des transparenten Trägers angebracht ist.

Die Hartlotverbindung kann in allen genannten Fällen vorteilhaft mit AuSn-Lot erfolgen.

Insgesamt ergibt sich so die Möglichkeit, die Verbindungen klebemittelfrei zu gestalten, wodurch eine erhöhte mechanische Stabilität und Zykelbeständigkeit erreicht wird. Dies ist insbesondere für Telekommunikationsanwendungen von Bedeutung. Werden für die einzelnen Elemente etwa BF33, AlN, und Si verwendet und die Elemente durch AlSn Hartlot verbunden, so verspannen sie sich wegen der nahe zusammenliegenden Ausdehnungskoeffizienten der Materialien bei Zykelbelastung nicht oder nur sehr geringfügig.

Bei der Herstellung von derartigen optischen Anordnungen werden erfindungsgemäß auf einen transparenten Wafer, insbesondere einen Glaswafer, lange Faserlinsen und Prismenstreifen montiert und parallel justiert und dann durch Vereinzelung eine Mehrzahl optischer Anordnungen gewonnen.

Die langen Faserlinsen und/oder die Prismenstreifen werden dabei zweckmäßig vor der Vereinzelung der Anordnungen auf dem Wafer mit Hilfe aktiver und/oder passiver Justageeinrichtungen justiert.

Insbesondere können die langen Faserlinsen und/oder die Prismenstreifen durch Löten, anodisches Bonden, Kleben oder Ansprengen mit dem transparenten Träger verbunden werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung der Ausführungsbeispiele und den Zeichnungen.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Es sind jeweils nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente dargestellt. Es zeigt
1 eine schematische Darstellung einer diskret aufgebauten anamorphotischen Optik;
2 eine schematische Darstellung einer im Waferverbund aufgebauten optischen Anordnung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
3 eine Mehrzahl von Anordnungen nach 2 unmittelbar nach ihrer Vereinzelung im Waferverbund;
4 eine perspektivische Ansicht einer optischen Anordnung nach einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung;
5 eine perspektivische Ansicht einer mechanisch stabilen Montage einer optischen Anordnung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in Klebetechnik;
6 eine Seitenansicht des Aufbaus von 5;
7 eine Seitenansicht eines kleberfreien Aufbaus einer optischen Anordnung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
8 eine Seitenansicht einer Variante des Aufbaus von 7.
1 zeigt in schematische Darstellung eine diskret aufgebaute anamorphotische Optik 10 bei der ein Laserstrahl 12 eines selbst nicht dargestellten Breitstreifenlasers nach Durchlaufen einer asphärischen Zylinderlinse 14 durch ein Umlenkspiegelprisma 16 um 90° umgelenkt wird und nach Durchgang durch ein Bauteilfenster 18 über eine Kugellinse 20 in eine Faser 22 eingekoppelt wird.
Die Justage der Zylinderlinse 14 erfolgt dabei aktiv mit einem UV-Kleber. Höhenschwankungen durch eine thermische Ausdehnung des Klebers werden aufgrund der stark unterschiedlichen Strahlqualität in der Slow-axis und der Fast-axis des Breitstreifenlasers durch die Kugellinse aufgefangen. Durch die Strahlumlenkung nach der Fast-axis-Abbildung kann der Breitstreifenlaser thermisch wesentlich günstiger aufgebaut werden. Der Wärmeübergangswiderstand kann dadurch beispielsweise von 10 K/W bei herkömmlicher Gestaltung auf etwa 6 K/W reduziert werden.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer im Waferverbund aufgebauten optischen Anordnung 30 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, welche effizient vorgefertigt werden kann. Die optische Anordnung 30 umfaßt einen Glaswafer 32 auf dem eine Zylinderlinse 34 und ein Spiegelprisma 36 angebracht sind. Für die hochgenaue Vormontage von Zylinderlinse 34 und Spiegelprisma 36 weist der Glaswafer 32 Justagevertiefungen 38, sowie in der 2 nicht gezeigte, fototechnisch hergestellte Markierungen auf.
Der Glaswafer 32 ist darüber hinaus in Teilbereichen mit einer Antireflexschicht 40, das Spiegelprisma mit einer hochreflektierenden Spiegelschicht 42 beschichtet. Beispielsweise kann die Antireflexschicht 40 für den Wellenlängenbereich von 800 bis 980 nm eine Transmission von > 99,5% aufweisen und die Spiegelschicht 42 für diesen Wellenlängenbereich eine Reflektivität von > 99%.
Neben dem signifikant reduzierten thermischen Widerstand der Anordnung im Vergleich zu herkömmlichen Gestaltungen bietet die erfindungsgemäße Lösung den Vorteil, daß aufgrund der stark reduzierten Strahldivergenz am Spiegel keine Lichtleistung verloren geht. Somit wird auch die mit dem ausgeblende ten Licht einhergehende Verschlechterung der Strahlqualität vermieden. Die schnell divergierende Achse kann daher beugungsbegrenzt bleiben. Das optische Material des Wafers 32 wird zusätzlich genutzt, um den optischen Weg der Laserstrahlung zur zweiten Linse für die Slow-axis-Abbildung zu reduzieren.
Wie in 3 gezeigt, lassen sich auf einem Glaswafer eine Vielzahl von optischen Anordnungen 30 parallel herstellen. Durch die Ausrichtung ganzer Prismenstreifen 36A und langer Faserlinsen 34A können gleichzeitig viele in einer Richtung senkrecht zur Papierebene von 3 hintereinander liegende Einzelelemente 30 justiert werden. Dazu werden die langen Faserlinsen 34A jeweils über den ganzen Wafer 32 montiert und Prismenstreifen 36A aus Silizium als ganze Streifen auf den Glaswafer anodisch gebondet. Wie in der 3 weiter gezeigt, sind mehrere dieser Zeilen von Einzelelemente nebeneinander auf dem Wafer angeordnet. In einem weiteren Schritt werden die Einzelelemente 30 in bekannter Art und Weise getrennt und vereinzelt und aus dem Waferverbund herausgelöst.
4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer optischen Anordnung 50 nach einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der der transparente Trägerwafer 52 bereits die zweite brechende Linsenfläche der anamorphotischen Abbildung trägt. Auf der Unterseite 54 des Trägerwafers 52 sind, wie bei dem Ausführungsbeispiel der 2, eine Faserzylinderlinse 34 und ein Spiegelprisma 36 angebracht. Die Oberseite 56 des Wafers 52 weist eine Zylinderkontur auf, die senkrecht zur Faserlinse 34 steht.
Die Zylinderkontur entsteht durch an sich bekannte Verfahren, wie Heißprägen in optischem Glas, Prägen von Kunststoffkalotten auf geeignetem Trägermaterial oder durch abtragende Verfahren. Im Ausführungsbeispiel ist die Zylinderkontur in die Oberfläche 56 des Glaswafers 52 eingeprägt. Auf seiner planen Unterseite 54 trägt der Glaswafer 52 wie oben beschrieben Ju stagevertiefungen und Markierungen für die passive Montage der Faserlinse 34 und des Spiegelprismas 36.
Eine Anwendung der Gestaltung 50 liegt beispielsweise in der Abbildung eines 1 μm × 200 μm großen Laserspots auf eine runde Faser, bei der die schnell divergierende Achse vergrößert und die langsam divergierende Achse verkleinert wird. Die Gestaltung kann auch in Fällen wie etwa der Abbildung/Kollimation von Trapezlasern oder Verstärkern wie MOPAs zum Einsatz kommen, die sich neben ähnlichen Aperturdimensionen noch zusätzlich durch einen großen Astigmatismus auszeichnen.
Die 5 und 6 zeigen eine mechanisch stabile Montage einer optischen Anordnung 60 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in Klebetechnik. Bei dieser Gestaltung trägt der Glaswafer 62 eine geprägte Kunststoffkalotte 64 mit einer Zylinderkontur. Die kritische Höhe der Zylinderlinse 34 zu dem kantenemittierenden Halbleiterlaser 72 wird durch das Unterschieben eines Keils 66 eingestellt. Durch Verschieben des Keils 66 in Pfeilrichtung 68 (6) wird eine Verkippung des Optikmoduls 60 in Pfeilrichtung 70 und damit eine Höheneinstellung der Zylinderlinse 34 erreicht. Die permanente Auflage des Keils 66 und des Optikmoduls 60 stellt sicher, daß dessen Position auch nach dem Schrumpfen des Klebemittels beim Härten erhalten bleibt.
Eine Weiterführung des Konzepts ist in 7 in Verbindung mit einem Powerlaser-Nutzen gezeigt. Der Lasernutzen stellt dabei einen Wafer dar, auf dem eine Vielzahl gleichartiger optischer Anordnungen hergestellt und nachfolgend vereinzelt werden.
Die kantenemittierende Halbleiterlaserdiode 102 emittiert einen Lichtstrahl 104 mit stark unterschiedlicher Apertur, dessen Strahlprofil durch das Optikmodul 110 zirkularisiert wird. Das Optikmodul 110 umfaßt einen Glaswafer 112, ein Spiegelprisma 114 und eine auf einem Linsenträger 116 angebrachte Zylinderlinse 118. Die Laserdiode 102 und das Optikmodul 110 sind auf dem Lasernutzen 106 als Montageträger angebracht.
Abhängig von den Anforderungen an die mechanische Stabilität, die Zykelbeständigkeit und die Kleberfreiheit der Anordnung kann die Montage nach einem der folgenden Montageschemata erfolgen:

a) In einer einfachen Version kann eines der oben beschriebenen Optikmodule 30, 50 oder 60 auf den Lasernutzen 106 geklebt werden.
b) In einer höheren Ansprüchen genügenden Version kann ein vormontiertes Optikmodul 110, etwa eine der optischen Anordnungen 30, 50 oder 60 auf den Nutzen 106 gelötet werden. Dabei wird das Silizium- oder Glasprisma 114 mit einem AuSn-Hartlot 120 auf den Nutzen gelötet. Dies erlaubt eine aktive Justage des Optikmoduls 110 relativ zum Laser 102 entlang der Pfeilrichtungen 122.
c) Bei diesem Schema wird das Optikmodul 110 wie in Schritt b) auf den Nutzen 106 gelötet. Zusätzlich wird die Zylinderlinse 118 über den Linsenträger 116 aktiv justiert. Dazu ist der Linsenträger 116 über eine AuSn-Hartlotverbindung 128 mit dem Glaswafer 112 verbunden. Dies ermöglicht eine sub-mikrometergenaue Höhenjustage der Linse 118 relativ zum Laser 102 (Bewegung entlang der Pfeile 130).
d) Im flexibelsten Fall ist zusätzlich zum Schema c) der Glaswafer 112 über eine AuSn-Lötjustage 124 mit dem Spiegelprisma 114 verbunden. Dadurch kann der Abstand zwischen Laser 102 und Zylinderlinse 118 entlang der Abstrahlrichtung des Lasers 102 aktiv justiert werden (Pfeile 126).

Bei dieser Gestaltung werden alle drei Komponenten 112, 114, 118 separat justiert und mit Lot montiert. Dadurch wird eine sub-μm genaue Justage der Fast-axis-Zylinderlinse 118 in den drei Raumrichtungen und in zwei Rotationsfreiheitsgraden erzielt. Der optische Abstand der langsam divergierenden Achse kann durch die Position des Spiegelprismas 114 separat justiert werden. Auch hier können die drei Raumrichtungen und zwei Rotationsfreiheitsgrade justiert werden. Mit Ausnahme der Höhe der Zylinderlinse 118 können alle Justagen durch eine bloße Verschiebung oder Drehung in der Ebene des Lasernutzens 106 erreicht werden.
Die gekrümmte Zylinderfläche der ersten Linse 118 kann sowohl, wie in 7 gezeigt, vom Laser 102 weg, als auch zum Laser hin ausgebildet sein. Diese ist in der 8 durch die Zylinderlinse 118A illustriert. Diese Variante hat den Vorteil, daß die Herstellung der Asphäre 118A nicht durch die Dicke der Linse beeinflußt wird. Dagegen hat die Variante der 7 den Vorteil, daß die Brechung der Wellenfront auf zwei Flächen verteilt wird und daher günstiger ausfällt.
Wie ebenfalls in 8 gezeigt, kann die Strahlführung auch im Spiegelprisma 114A erfolgen, um die optische Weglänge weiter zu reduzieren.
Es versteht sich, daß auch der Glaswafer 112 der 7 oder 8 mit einer die zweite brechende Linsenfläche bildenden Zylinderkontur versehen sein kann, wie oben im Zusammenhang mit der 4 beschrieben.
Während die Erfindung insbesondere mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsbeispiele gezeigt und beschrieben worden ist, versteht sich für den Fachmann, daß Änderungen in Gestalt und Einzelheiten gemacht werden können, ohne von dem Gedanken und Umfang der Erfindung abzuweichen. Dementsprechend soll die Offenbarung der vorliegenden Erfindung nicht einschränkend sein. Statt dessen soll die Offenbarung der vorliegenden Erfindung den Umfang der Erfindung veranschaulichen, der in den nachfolgenden Ansprüchen dargelegt ist.

Claims

Optische Anordnung zur geometrischen Strahlformung des Strahlprofils des Lichtstrahls einer lichtemittierenden Halbleitervorrichtung mit – einer ersten Linse (34; 118) und einer zweiten Linse (20; 64; 66), die derart im Strahlverlauf des Lichtstrahls angeordnet sind, daß das Strahlprofil des Lichtstrahls in einer ersten Richtung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung mit einem ersten Faktor und in einer zur ersten Richtung und zur Ausbreitungsrichtung senkrechten zweiten Richtung mit einem vom ersten Faktur verschiedenen zweiten Faktor aufweitbar oder verkleinerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß – im Strahlverlauf des Lichtstrahls zwischen der ersten Linse (34; 118) und der zweiten Linse (20; 56; 64) ein Umlenkspiegel (36; 114) vorgesehen ist, so daß der Strahlverlauf zwischen der ersten (34; 118) und der zweiten Linse (20; 56; 64) einen Knick aufweist, und – die erste Linse (34; 118) und der Umlenkspiegel (36; 114) auf einem gemeinsamen transparenten Träger (32; 52; 62; 112) montiert sind, derart, daß der Lichtstrahl nach seiner Umlenkung durch den transparenten Träger (32; 52; 62; 112) zur zweiten Linse (20; 56; 64) hin läuft.
Optische Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Linse durch eine Zylinderlinse (34; 118) gebildet ist.
Optische Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Linse (34; 118) durch einen Abschnitt einer Faserlinse (34A) gebildet ist.
Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlenkspiegel durch ein Umlenkprisma (36; 114), bevorzugt aus Silizium oder Glas gebildet ist.
Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlenkspiegel (36; 114) zur Umlenkung des Lichtstrahls um etwa 90° eingerichtet ist.
Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der transparente Träger (32; 52; 62; 112) durch einen Glaswafer gebildet ist.
Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der transparente Träger (32; 52; 62; 112) passive Justageeinrichtungen, insbesondere Justagevertiefungen (38) oder Montagemarkierungen zur genauen Ausrichtung der ersten Linse (34; 118) und/oder des Umlenkspiegels (36; 114) aufweist.
Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der transparente Träger (112) Metallisierungen (124, 128) zur aktiven Justage der ersten Linse (34; 118) und/oder des Umlenkspiegels (36; 114) aufweist.
Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der transparente Träger (32; 52; 62; 112) mit einer Antireflexschicht (40) versehen ist.
Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Linse durch eine Zylinderlinse (56; 64) gebildet ist und daß der transparente Träger (52; 62) auf einer ersten Hauptfläche (54) den Umlenkspiegel (36) trägt und auf einer zweiten, der ersten Hauptfläche gegenüberliegenden Seite die zweite Linse (56; 64) trägt.
Optische Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Linse durch eine Zylinderkontur (56; 64) auf der zweiten Hauptfläche gebildet ist.
Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der transparente Träger (62) zusammen mit der ersten Linse (34) über den Umlenkspiegel (36) mit einem Klebemittel auf einem Montageträger aufgeklebt ist, wobei zwischen dem transparenten Träger (62) und dem Montageträger ein Keilelement (66) angeordnet ist, das nach der Montage den Schrumpf des Klebemittels beim Aushärten auffängt.
Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der transparente Träger (112) über den als Umlenkprisma ausgebildeten Umlenkspiegel (114) mit einer Hartlotverbindung (120) zur aktiven Justage des Abstands von Umlenkprisma und lichtemittierender Halbleitervorrichtung (102) auf einem Montageträger (106) fixiert ist.
Optische Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Umlenkprisma (114) mit einer Hartlotverbindung (124) zur aktiven Justage des Abstands von erster Linse (118) und lichtemittierender Halbleitervorrichtung (102) auf dem transparenten Träger (112) angebracht ist.
Optische Anordnung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die als Zylinderlinse ausgebildete erste Linse (118) auf einem Linsenträger (116) angeordnet ist, der mit einer Hartlotverbindung (128) zur aktiven Justage der Höhe der Zylinderlinse (118) über dem Montageträger (106) an einer Seitenfläche des transparenten Trägers (112) angebracht ist.
Verfahren zur Herstellung einer optischen Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem auf einen transparenten Wafer, insbesondere einem Glaswafer, lange Faserlinsen und Prismenstreifen montiert und parallel justiert werden, und dann durch Vereinzelung eine Mehrzahl optischer Anordnungen gewonnen werden.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die langen Faserlinsen und/oder die Prismenstreifen vor der Vereinzelung auf dem Wafer der Anordnungen mit Hilfe aktiver und/oder passiver Justageeinrichtungen justiert werden.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die langen Faserlinsen und/oder die Prismenstreifen durch Löten, anodisches Bonden, Kleben oder Ansprengen mit dem transparenten Träger verbunden werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Prismenstreifen auf eine erste Hauptfläche des transparenten Trägers montiert werden und auf einer zweiten, der ersten Hauptfläche gegenüberliegenden Seite des transparenten Trägers durch Heißprägen in optischem Glas, Prägen von Kunststoffkalotten auf einem Trägermaterial oder durch ein abtragendes Verfahren, insbesondere Ätzen oder Diamanthobeln, eine Zylinderkontur eingebracht wird.