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Die
Erfindung betrifft eine optische Anordnung mit mindestens einem
Sendebauelement und einem dem Sendebauelement jeweils zugeordneten Monitorbauelement
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Es
ist bekannt, zur Überwachung
der Lichtleistung einer Laserdiode eine Monitordiode einzusetzen,
die einen Teil des von der Laserdiode ausgestrahlten Lichts detektiert
und einer Überwachungseinrichtung
zuführt.
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Des
weiteren sind parallele optische Systeme bekannt, bei denen die
optischen Signale einer Vielzahl von optischen Kanälen parallel übertragen werden.
Jedem Kanal ist ein Sendebauelement, in der Regel eine Laserdiode
und ein Empfangsbauelement, in der Regel eine Photodiode zugeordnet.
Die Sendebauelemente und die Empfangsbauelemente sind senderseitig
und empfängerseitig üblicherweise in
Arrays angeordnet.
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Die
DE 199 63 605 A1 beschreibt
eine Vorrichtung mit mehreren als Array angeordneten Laserdioden,
bei der eine Monitoreinrichtung benutzt wird, um die Sendeleistung
der Laserdioden zu überwachen
und zu regeln. Die Monitoreinrichtung umfaßt eine als Laserdiode ausgebildete
Sendeeinrichtung, eine als Photodiode ausgebildete Empfangseinrichtung
und eine Steuereinrichtung. Das von der Sendeeinrichtung emittierte
Licht wird mit Hilfe der Empfangseinrichtung registriert. Ein mittels
der Empfangseinrichtung empfangenes Signal wird an die Steuereinrichtung übermittelt
und von dieser ausgewertet. Die Steuereinrichtung erzeugt auf der
Basis des ausgewerteten Signals Steuersignale zur Regelung der Sendeleistung
der mehreren Sendedioden.
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Bei
diesem Aufbau wird eine Laserdiode stellvertretend für andere überwacht.
Zur Erhöhung der
Zuverlässigkeit
der Überwachung
ist es jedoch wünschenswert,
jede einzelne Laserdiode mittels einer zugeordneten Monitoreinrichtung überwachen
zu können.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optische
Anordnung mit mindestens einem Sendebauelement und einem dem Sendebauelement
jeweils zugeordneten Monitorbauelement bereitzustellen, die sich
durch einen einfachen Aufbau und eine kostengünstige Herstellung auszeichnet.
Bei Verwendung mehrerer Sendebauelemente soll deren individuelle Überwachung
möglich
sein.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
optische Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte
und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Danach
zeichnet sich die erfindungsgemäße optische
Anordnung dadurch aus, dass das Sendebauelement und das Monitorbauelement
auf einem Trägersubstrat
angeordnet sind, das mindestens eine in Bezug auf die Oberfläche des
Trägersubstrats schräg verlaufende
Fläche
aufweist, welche den durch das Monitorbauelement zu detektierenden
Teil der Strahlung des Sendebauelements auf das Monitorbauelement
umlenkt.
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Die
erfindungsgemäße Lösung stellt
einen einfachen Aufbau und eine kostengünstige Lösung bereit. Das Sendebauelement
und das Monitorbauelement können
als gesonderte Elemente bzw. Submodule auf dem Trägersubstrat
angeordnet werden. Eine reflektierende Fläche zur Strahlumlenkung ist
in das planare Trägersubstrat
selbst integriert, so dass die optische Anordnung trotz einer räumlichen
Trennung von Sendebauelement und Monitorbauelement mit wenigen Komponenten
auskommt.
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Darüber hinaus
erlaubt die erfindungsgemäße Anordnung,
die Empfangsbauelemente und die Monitorbauelemente jeweils als Array
anzuordnen. Die schräg
verlaufende Fläche
im Trägersubstrat weist
dann natürlich
eine Länge
auf, die der Länge des
Arrays zumindest entspricht, so dass ein zu detektierendes Teil
des Lichts jedes Sendebauelements durch die schräg verlaufende Fläche jeweils
auf das zugehörige
Empfangsbauelement gelenkt wird.
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Die
erfindungsgemäße Anordnung
ist für eine
Massenfertigung auf der Basis von Waferprozessen geeignet, wobei
Sendebauelemente und Monitorbauelemente auf einem Waver hergestellt
und dann – ggf.
als Array – vereinzelt
werden. Die Sendebauelemente und Monitorbauelemente sind dabei vor
Vereinzelung 100 Prozent prüfbar.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Sendebauelement
den durch das Monitorbauelement zu detektierenden Teil der Strahlung
nach unten, in Richtung des Trägersubstrats
abstrahlt, wobei dieser Teil der Strahlung an der schräg verlaufenden
Fläche
reflektiert wird. Das Sendebauelement ist dabei bevorzugt ein vertikal
emittierendes planares Element, dessen optisch aktive Zone auf der
Oberseite des Elements ausgebildet ist. Ein Teil der erzeugten Strahlung
wird von der Unterseite des Trägerchips
in Richtung des Trägersubstrats
ausgekoppelt. Das Substrat des Sendebauelements ist für die erzeugte
Strahlung dabei transparent. Die optisch aktive Zone des Sendebauelements
ragt über
die schräg
verlaufende Fläche
des Trägersubstrats,
so dass das an der Unterseite austretende Licht direkt auf die schräg verlaufende
Fläche
des Trägersubstrats
fällt.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das Monitorbauelement
eine schräg
angeschliffene Fläche
derart auf, dass die von der schräg verlaufenden Fläche des
Trägersubstrats
reflektierte Strahlung an der schräg angeschliffenen Fläche des Monitorbauelements
in Richtung der optisch aktiven Zone des Monitorbauelements gebrochen
wird. Die optisch aktive Zone des Monitorbauelements ist dabei bevorzugt
auf dessen Oberseite ausgebildet, die dem Trägersubstrat abgewandt ist.
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Das
Trägersubstrat
weist bei dieser Anordnung bevorzugt zwei Ebenen unterschiedlicher
Höhe auf,
die durch die schräg
verlaufenden Fläche
miteinander verbunden sind, wobei das Sendebauelement auf der einen,
höher gelegenen
Ebene und das Monitorbauelement auf der anderen, tiefer gelegenen Ebene
angeordnet ist, so dass das an der schräg verlaufenden Fläche des
Trägersubstrats
reflektierte Licht seitlich auf das Empfangsbauelement fällt.
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Die
schräg
verlaufende Fläche
des Trägersubstrats
verläuft
beispielsweise unter einem Winkel von 45°, wobei andere Winkel ebenfalls
möglich
sind. Die schräg
verlaufende Fläche
wird bevorzugt durch Ätzprozesse
erzeugt, so dass die Schräge
der Fläche durch
die Kristallstruktur des geätzten
Trägersubstrats
vorgegeben ist. Grundsätzlich
kann die Schräge im
Trägersubstrat
auch durch andere Techniken als Ätzen
wie Schleifen und Fräsen
erzeugt werden.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Trägersubstrat eine zweite schräg verlaufende Fläche auf,
die von der ersten schräg
verlaufenden Fläche
reflektierte Strahlung auf das Monitorbauelement umlenkt. Die von
der zweiten schräg
verlaufende Fläche
umgelenkte Strahlung durchstrahlt das Monitorbauelement dabei bevorzugt
von der Unterseite her und wird bevorzugt von einer auf der Oberseite
des Monitorbauelements ausgebildeten optisch aktiven Fläche detektiert.
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Die
beiden schräg
verlaufenden Flächen
des Trägersubstrats
können
beispielsweise seitliche Ränder
einer Aussparung des Trägersubstrats
darstellen, die in dieses beispielsweise geätzt oder gefräst wurde.
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Das
Sendebauelement und das Empfangsbauelement sind bevorzugt als getrennt
hergestellte und zu kontaktierende Submodule ausgebildet. Es handelt
sich bevorzugt um planar ausgebildete Subkomponenten, die in planare
optische Schaltungen oder andere planare Komponenten integrierbar
sind.
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Die
Anordnung bildet wie bereits erwähnt
bevorzugt ein paralleles optisches System aus, das eine Vielzahl
von Sendebauelementen und eine Vielzahl von den Sendebauelementen
jeweils zugeordneten Monitorbauelementen aufweist. Die Submodule
bilden dabei bevorzugt jeweils ein Array von Sendebauelementen und
ein Array von Monitorbauelementen aus.
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Die
Sendebauelemente sind bevorzugt Laser, insbesondere vertikal emittierende
Laser (VCSEL). Grundsätzlich
können
jedoch auch andere lichterzeugende Bauelemente wie Leuchtdioden
eingesetzt werden. Die Monitorbauelemente sind bevorzugt Photodioden.
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Die
Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der
Zeichnung anhand zweier Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 – ein erstes Ausführungsbeispiel
einer optischen Anordnung mit einem Sendebauelement und einem Empfangsbauelement,
die auf einem planaren Träger
angeordnet sind und
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2 – ein zweites Ausführungsbeispiel
einer optischen Anordnung mit einem Sendebauelement und einem Empfangsbauelement,
die auf einem planaren Träger
angeordnet sind.
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Die 1 zeigt eine optische Anordnung
mit einem planaren Trägersubstrat 1,
das zwei ebene Bereiche 101, 102 mit einer ersten
Höhe H1
und einer zweite Höhe
H2 ausbildet. Die Bereiche 101, 102 unterschiedlicher
Höhe H1,
H2 sind durch eine schräg
verlaufende Fläche 2 miteinander
verbunden. Das Trägersubstrat
besteht beispielsweise aus Silizium, kann jedoch auch aus anderen
Materialen bestehen.
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Auf
dem höher
gelegenen Bereich 101 des Trägersubstrats 1 ist
eine vertikal emittierende Laserdiode 3 angeordnet, deren
optisch aktive Zone 31 nach oben, d.h. von der Oberfläche des
Trägersubstrates 1 weg
zeigt. Die Laserdiode 3 weist im Bereich der optisch aktiven
Zone 31 einen optischen Resonator auf, der Laserlicht primär nach oben
emittiert. Die der primären
Lichtaustrittseite des Resonators gegenüberliegende (untere) Seite
emittiert jedoch ebenfalls Licht, wobei die Lichtleistung dieses
Laserlichts nur einen Bruchteil der Lichtleistung des nach oben
abgestrahlten Lichts beträgt.
Dieses rückseitig ausgekoppelte
Licht wird von einer Monitordiode 4 zu Überwachungszwecken detektiert,
wobei die Monitordiode 4 mit einer nicht dargestellten
Steuereinrichtung zur Steuerung der Laserdiode 3 verbunden
ist.
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Das
Substrat der Laserdiode 3 ist für das ausgesandte Licht transparent,
so dass das nach unten abgestrahlte Licht durch das Substrat tritt
und an der Unterseite der Laserdiode 3 abgestrahlt wird,
wie in dem eingezeichneten Strahlengang angedeutet.
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Da
die optisch aktive Zone 31 der Laserdiode 3 sich
oberhalb der schräg
verlaufenden Fläche 2 des
Trägersubstrats
befindet, fällt
das nach unten abgestrahlte Licht auf die schräg verlaufende Fläche 2 und
wird an dieser reflektiert. Dazu kann die schräg verlaufende Fläche 2 zusätzlich mit
einer Verspiegelung versehen sein. Die schräg verlaufende Fläche 2 ist
im dargestellten Ausführungsbeispiel
unter einem Winkel von 45° ausgerichtet,
so dass das von der Laserdiode 3 abgestrahlte Licht seitlich
abgelenkt wird. Es können
jedoch auch andere Winkel gewählt
werden, die eine im wesentlichen seitliche Ablenkung des Licht bereitstellen.
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An
der unteren Ebene 102 des Trägersubstrats 1 befindet
sich die Monitordiode 4, die an der Oberseite eine optisch
aktive Zone ausbildet (pn-Übergang).
Das an der schräg
verlaufenden Fläche 2 reflektierte
Licht wird von der Monitordiode 4 erfasst. Die Monitordiode 4 ist
dazu im dargestellten Ausführungsbeispiel
an der der schräg
verlaufenden Fläche 2 des
Trägersubstrats 1 zugewandten
Seite 41 schräg
angeschliffen, und zwar derart, dass das an der schräg verlaufenden
Fläche 2 reflektierte
Licht auf die optisch aktive Zone 42 der Monitordiode gelenkt
wird. Dabei ist es nicht notwenig, dass hundert Prozent des reflektierten
Lichts an der Monitordiode 4 aufgefangen werden. Es ist
ausreichend, einen repräsentativen
Teil auf die Monitordiode 4 bzw. deren aktive Zone 42 abzubilden.
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Alternativ
kann vorgesehen sein, zwischen der schräg verlaufenden Fläche 2 der
Trägersubstrats 1 und
der Monitordiode eine Optik, etwa in Form einer Linse oder Linsenkombination
vorzusehen, die das Licht präzise
auf die optische aktive Zone 42 der Monitordiode abbildet.
Eine solche Ausgestaltung ist sinnvoll, falls das gesamte Licht
an der Monitordiode 4 erfasst werden soll.
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Die
Laserdiode 3 und die Monitordiode 4 sind als planare
optische Komponenten aufgebaut, die in Massenfertigung auf der Basis
von Waferprozessen fertigbar und vor Vereinzelung hundert Prozent
prüfbar
sind. Eine elektrische Kontaktierung erfolgt in üblicher Weise durch Bonddrähte 6 und
Metallisierungen (nicht dargestellt) auf dem Trägersubstrat 1.
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Bevorzugt
weist die beschrieben optische Anordnung Arrays von Laserdioden 3 und
Arrays von Monitordioden 4 auf, die sich in Richtung senkrecht zur
Zeichenebene der 1 erstrecken.
Die Arrays sind in gesondert hergestellten Submodulen ausgeführt, die
auf dem Trägersubstrat 1 angeordnet
werden. Jeder Laserdiode 3 ist dabei eine Monitordiode 4 zugeordnet,
so dass die Laserdioden 3 mit hoher Genauigkeit und Zuverlässigkeit überwacht
werden können.
Die schräg
verlaufende Fläche 2 weist
eine Länge
senkrecht zur Zeichenebene auf, die der Ausdehnung der Arrays entspricht,
so dass sie jeweils zur Lichtkopplung dienen kann.
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Bei
der Ausgestaltung der 2 weist
das planare Trägersubstrat 1 nur
eine Ebene auf. Neben der ersten schräg verlaufenden Fläche 2 ist
eine zweite schräg
verlaufende Fläche 5 vorgesehen,
an der das an der ersten schräg
verlaufenden Fläche 2 reflektierte
Licht erneut reflektiert wird. Die schrägen Flächen 2, 5 bilden
die Seitenränder
einer in das Trägersubstrat 1 eingebrachten
Aussparung, die beispielsweise durch Vorzugsätzen oder Fräsen erzeugt wurde.
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Die
Schrägstellung
der beiden schrägen
Flächen 2, 5 entspricht
bevorzugt, jedoch nicht notwendigerweise einander. Beide schrägen Flächen 2, 5 können mit
einer Verspiegelung versehen sein.
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Die
oberhalb der zweiten schräg
verlaufenden Fläche 5 angeordnete
Monitordiode 4 wird von dem reflektierten Licht von der
Rückseite
her bestrahlt. Die optisch aktive Fläche 42 befindet sich
an der Oberseite der Monitordiode 4 und oberhalb der zweiten
schräg
verlaufenden Fläche 5 des
Trägersubstrats,
so dass das reflektierte Licht direkt auf sie fällt. Das Substrat der Monitordiode 4 ist
ebenso wie im Ausführungsbeispiel
der 1 für die verwendeten
Wellenlängen
transpartent. Im übrigen
entspricht der Aufbau dem Aufbau der 1.
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Die
Erfindung beschränkt
sich in ihrer Ausgestaltung nicht auf die vorstehend dargestellten
Ausführungsbeispiele.
Beispielsweise können
statt vertikal emittierender Laserdioden seitenemittierende Laserdioden
mit einer Umlenkoptik verwendet werden. Des weiteren kann die optisch
aktive Fläche
grundsätzlich
auch an der unteren, dem Trägersubstrat
zugewandten Seite ausgebildet sein. Die Geometrie von Laserdiode
und Monitordiode ist ebenso wie Kontaktierung der Elemente nur beispielhaft
zu verstehen. Auch ist die Ausbildung des Trägersubstrats nur beispielhaft
zu verstehen. Neben den dargestellten Ebenen bzw. Bereichen können weitere
Ebenen bzw. Bereiche vorhanden sein. Wesentlich ist allein, dass
eine in Bezug auf die Oberfläche
des Trägersubstrats
schräg
verlaufende Fläche
in das Trägersubstrat
integriert ist und eine Lichtkopplung zwischen Sendebauelement und
Monitorbauelement ermöglicht.