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Die
Erfindung betrifft eine opto-elektronische Sende- und/oder Empfangsanordnung mit einem Sende-
und/oder Empfangsmodul und einer Steckerschnittstelle. Sie betrifft
insbesondere die optische Kopplung eines optoelektronischen, oberflächenmontierbaren
Bauelements mit einer Standard-Steckerschnittstelle.
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Aus
der
DE 199 09 242
A1 ist ein opto-elektronisches Modul bekannt, bei dem ein
Leadframe mit einem opto-elektronischen Wandler in einem Modulgehäuse positioniert
und mit einem lichtdurchlässigen,
formbaren Material vergossen wird. Eine Lichtein- oder Auskopplung
erfolgt über
eine Lichtleitfaser, die an einem Stutzen des Modulgehäuses angekoppelt
wird. Auf dem Leadframe befindet sich auch der Treiberbaustein bzw.
Empfangsbaustein für
den opto-elektronischen Wandler.
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Die
DE 199 61 624 A1 beschreibt
eine Kopplungsanordnung zum Anschluss eines Lichtleiters an ein
opto-elektronisches Sende- oder Empfangsbauelement, das in einem
TO-Gehäuse
angeordnet ist. Zur optischen Kopplung zwischen dem Lichtleiter und
dem opto-elektronischen Bauelement des TO-Gehäuses
ist eine Koppellinse vorgesehen, die in einem Koppelgehäuse angeordnet
oder in diesem einstückig
ausgebildet ist.
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Des
weiteren sind Kopplungsanordnungen bekannt, bei denen in eine Steckerschnittstelle
ein Lichtwellenleiterabschnitt integriert ist, der als Koppelelement
dient und zum einen mit einem opto-elektronischen Sende- und/oder
Empfangsbauelement und zum anderen mit einer anzukoppelnden Lichtleitfaser
optisch gekoppelt ist. Ein solcher in einer Steckerschnittstelle
angeordneter Lichtwellenleiterabschnitt wird auch als Faserstummel
bzw. als Fiberstub bezeichnet.
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Aus
US 4 875 752 A ist
eine opto-elektronische Sende- und/oder
Empfangsanordnung bekannt, bei der als Koppelelemente zwischen einer
Steckerfaser und einem optoelektronischen Element der Anordnung
ein Faserstummel und eine Linse vorgesehen sind. Die Linse wird
in eine dafür
vorgesehene Aussparung eingeführt,
nachdem der Lichtwellenleiterabschnitt in die entsprechende Steckerschnittstelle
eingesetzt ist. Die Justierung der Bestandteile zueinander ist beim
Zusammenbau bis zum endgültigen
Fixieren der Einzelteile möglich.
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Im
Zuge der Kostensenkung bei der Herstellung optoelektronischer Sende-
und/oder Empfangsanordnungen besteht zunehmend ein Interesse, die
opto-elektronischen Komponenten unter Verwendung der in der Elektronik üblichen
Gehäuse
und Fertigungsverfahren in einem oberflächenmontierbaren (SMD-) Gehäuse anzuordnen,
das mit einem Leadframe mit elektrischen Anschlüssen hergestellt wird.
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Es
besteht somit ein Bedarf nach Lösungen, die
eine optische Kopplung eines Lichtleiters mit einem in einem oberflächenmontierbaren
Bauelement angeordneten Sende- und/oder
Empfangsmodul ermöglichen.
Dabei ist anzustreben, den Justageaufwand dadurch zu reduzieren,
dass der Abstand zwischen der anzukoppelnden Lichtleitfaser und
dem Sende- und/oder
Empfangsbauelement mechanisch ausreichend genau festgelegt ist,
so dass eine Justage dieses Abstandes nicht erforderlich ist. Des
weiteren sind Rückkopplungen
zum Laser zu vermeiden. So führen
Rückkopplungen
an im Strahlengang angeordneten optischen Grenzflächen zu
Fehlern im Übertragungsverhalten
des Lasers.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde,
eine opto-elektronische Sende- und/oder Empfangsanordnung mit einem
Sende- und/oder Empfangsmodul und einer Steckerschnittstelle zu
Verfügung
zu stellen, die in kostengünstiger
Weise, wenig Justageschritten und unter Vermeidung einer Rückkopplung
eine optische Kopplung zwischen einem Sende- und/oder Empfangsbaumodul
und einer anzukoppelnden Lichtleitfaser ermöglicht. Des weiteren soll die
bereitgestellte opto-elektronische Sende- und/oder Empfangsanordnung
besonders für
Ausgestaltungen verwendbar sein, bei denen die opto-elektronischen
Bauelemente in ein oberflächenmontierbares
Bauelement integriert sind.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
optoelektronische Sende- und/oder Empfangsanordnung 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 Lösung dadurch
aus, dass ein in einer Steckerschnittstelle angeordneter Lichtwellenleiterabschnitt und
eine Linse zur optischen Abbildung des Lichts zwischen dem Lichtwellenleiterabschnitt
und dem Sende- und/oder Empfangsbauelement als vorgefertigte Unterbaugruppe
bzw. als Teil einer vorgefertigten Unterbaugruppe ausgebildet sind,
in der die Linse in definiertem Abstand von der einen Stirnfläche des Lichtwellenleiterabschnitts
fest angeordnet ist. Die Unterbaugruppe wird vorgefertigt und derart
in der Steckerschnittstelle befestigt oder durch diese realisiert,
dass eine gewünschte
Abbildung zwischen dem Sende- und/oder Empfangsbauelement und der Kopplungsstirnfläche des
Lichtwellenleiterabschnittes bereitgestellt wird.
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Die
Erfindung sieht somit vor, den bildseitigen Abstand zwischen der
Linse und der Stirnfläche des
Lichtwellenleiterabschnitts, in den das Licht ein- oder aus dem
das Licht ausgekoppelt wird, in einer vorgefertigten Unterbaugruppe
festzulegen. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Unterbaugruppe durch
die Steckerschnittstelle bzw. deren Komponenten gebildet wird.
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Durch
genaue Justage der Linse zum Lichtwellenleiterabschnitt in der Unterbaugruppe
bei deren Herstellung entfällt
das Erfordernis, bei der Verbindung der Steckerschnittstelle mit
dem Sende- und/oder Empfangsmodul den Abstand zwischen dem Lichtwellenleiterabschnitt
und dem Sende- und/oder Empfangsbauelement noch aktiv justieren zu
müssen.
Auf eine Justage in axialer (Z-) Richtung kann somit auch bei einem
gegebenen Abbildungsverhältnis
verzichtet werden.
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Zwischen
der Stirnfläche
des Lichtwellenleiterabschnitts und der Linse befindet sich ein
optisches Medium. Dieses ist in einer bevorzugten Ausgestaltung
der Erfindung als Abstandhalter mit definierter Dicke und definiertem
Brechungsindex ausgebildet. Der Abstandshalter stellt einen Teil
der Unterbaugruppe dar und ist fest mit dem Lichtwellenleiterabschnitt
als auch der Linse verbunden. Beispielsweise besteht der Abstandshalter
aus einem Glasblock, wobei jedoch auch andere Materialien eingesetzt
werden können.
Grundsätzlich
kann auf einen Abstandhalter auch verzichtet werden oder er kann so
ausgestaltet sein, dass sich zwischen der Stirnfläche des
Lichtwellenleiterabschnitts und der Linse dann lediglich Luft oder
ein Immersionsmedium mit angepaßtem
Brechungsindex befindet.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung dieser Erfindungsvariante befindet
sich der Lichtwellenleiterabschnitt in der Bohrung einer Ferrule.
Der Abstandhalter ist dabei direkt auf die Stirnfläche der
Ferrule aufgesetzt. Hierzu ist der Abstandhalter beispielsweise
mittels eines transparenten Klebers auf die Stirnfläche der
Ferrule und die Stirnfläche
des in der Ferrule angeordneten Lichtwellenleiterabschnitts aufgesetzt.
Die Ferrule stellt dabei ebenfalls einen Teil der Unterbaugruppe
dar. Ferrule und Lichtwellenleiterabschnitt bilden einen sogenannten
Faserstummel (Fiberstub).
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Diese
Ausgestaltung weist unter anderem den Vorteil auf, dass auf eine
aufwändige
Politur der dem Sende- und/oder Empfangsmodul zugewandten Stirnfläche des
Lichtwellenleiterabschnitts verzichtet werden kann. Es ist beispielsweise
ausreichend, die Stirnfläche
zu sägen.
So wirkt der transparente Kleber, mit dem das Abstandselement auf
die Stirnfläche des
Faserstummels aufgesetzt wird, gleichzeitig als Immersionsmedium
und eliminiert die unebenen und ebenen optischen Grenzflächen.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass unter einer Ferrule im Sinne der vorliegenden
Erfindung jedes Aufnahmeröhrchen
und jede Struktur verstanden wird, die einen Lichtwellenleiter bzw.
einen Lichtwellenleiterabschnitt umgibt und mechanische Stabilität bereitstellt.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist kein Abstandshalter
vorgesehen. Vielmehr befindet sich der Lichtwellenleiterabschnitt
derart in einer Bohrung einer Ferrule, dass die eine Stirnseite des
Lichtwellenleiterabschnitts in der Bohrung der Ferrule gegenüber der
entsprechenden Stirnseite der Ferrule zurücksteht, mit anderen Worten
also vor der Stirnseite der Ferrule endet. Die Linse ist dabei direkt auf
die Stirnseite der Ferrule aufgesetzt, so dass sich insgesamt ein
definierter Abstand zwischen der Linse und der Stirnfläche des
Lichtwellenleiterabschnitts ergibt. Der Bereich der Bohrung der
Ferrule zwischen der Stirnseite des Lichtwellenleiterabschnitts
und der entsprechenden Stirnseite der Ferrule bzw. der dort angeordneten
Linse ist dabei bevorzugt mit einem indexangepassten Material gefüllt, so
dass ein Matching der Brechzahlen vorliegt. Das Maß, um das
die Faser gegenüber
der Stirnfläche
zurücksteht,
bestimmt das Abbildungsverhältnis.
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Bei
beiden Ausgestaltungen der Unterbaugruppe wird die Linse relativ
zum Lichtwellenleiterabschnitt sehr genau justiert. Bevorzugt wird
die Linse dabei relativ zu dem aus dem Lichtwellenleiterabschnitt
austretenden Licht derart ausgerichtet und fixiert, dass die Linsenkalotte
genau in ihrem Zentrum durchstrahlt wird. Es kann dann eine symmetrische koaxiale
Abbildung vorliegen. Dies ist aber nicht zwingend notwendig und über die
Position der Linse frei wählbar.
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Die
verwendete Linse ist bevorzugt als plan-konvexe Linse ausgebildet.
Dabei ist die Linse bevorzugt derart angeordnet, dass die konvexe
Fläche
der Linse dem Sende- und/oder Empfangsmodul zugewandt ist. Die Zuwendung
der konvexen Fläche der
Linse (d.h. der Linsenkalotte) in Richtung des Sende- und/oder Empfangsmoduls
weist den Vorteil auf, dass das aus einem Sendebauelement emittierte divergente
Licht verstärkt
divergent reflektiert wird. Auf diese Weise werden ohne weitere
Maßnahmen unerwünschte Rückreflexionen
und damit Rückkopplungen
in den Laser stark reduziert. Eine aufwändige schräge Ausgestaltung der Endfläche des
Lichtwellenleiterabschnittes oder das Einkoppeln von Licht aus dem
Laser unter einem Schielwinkel, wie es im Stand der Technik bekannt
ist, ist daher nicht erforderlich.
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Zusätzlich kann
vorgesehen sein, dass die dem Sende- und/oder Empfangsmodul abgewandte Seite
der Linse mit einer Antireflexionsschicht beschichtet ist. Hierdurch
werden Rückreflexionen
weiter reduziert.
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Die
verwendete Linse kann aus unterschiedlichen Materialien und Materialkombinationen,
insbesondere aus Glas, Kunststoff, Saphir, Silizium oder Siliziumdioxid
gefertigt sein. Die einzige Maßgabe
ist, dass das geforderte Abbildungsverhältnis zwischen dem opto-elektronischen
Sende- und/oder Empfangsbauelement und der Stirnfläche des
Lichtwellenleiterabschnitts der Steckerschnittstelle bereitgestellt
wird.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung bildet die Steckerschnittstelle
einen Flansch aus, in dem die Unterbaugruppe aus Lichtwellenleiterabschnitt
(mit Ferrule) und Linse angeordnet ist. Der Flansch weist dabei
eine dem Sende- und/oder Empfangsmodul zugewandte Flansch-Fläche auf, über die
eine mechanische Verbindung mit dem Sende- und/oder Empfangsmodul
erfolgen kann. Die Linsenkalotte der Linse steht dabei ein definiertes
Maß gegenüber der
Flanschfläche
vor, so dass der genaue Abstand zwischen der Linsenkalotte und dem Sende-
und/oder Empfangsmodul nach Befestigung des Sende- und/oder Empfangsmoduls
mit dem Flansch eindeutig festgelegt ist.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung ist zur Verbindung des Sende- und/oder
Empfangsmoduls mit dem Flansch der Steckerschnittstelle eine gesonderte
Montageschnittstelle vorgesehen, die insbesondere als Montagering
ausgebildet ist. Die eine Seite des Montagerings ist dabei vorab
mit dem Sende- und/oder Empfangsmodul verbunden. Die andere Seite
des Montagerings ist mit dem Flansch verbindbar. Die dem Flansch
zugewandte Seite des Montagerings weist dabei eine ebene Fläche auf,
gegenüber
der der Flansch bei der Montage zunächst verschiebbar und dann
fixierbar ist. Es ist auf diese Weise eine aktive Justage in X/Y-Richtung
möglich, bevor
der Flansch und der Montagering bzw. die Steckschnittstelle und
das Sende- und/oder Empfangsmodul zueinander fixiert werden.
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Der
Montagering weist bevorzugt eine zentrale Bohrung auf, durch die
das zu koppelnde Licht tritt. Des weiteren weist der Montagering
bevorzugt Zentrierelemente wie Zentrierrippen auf, die eine Vorfixierung
des Sende- und/oder Empfangsmoduls in Bezug auf den Montagering
ermöglichen
und insbesondere ein Verrutschen des Sende- und/oder Empfangsmoduls
bei der Montage verhindern.
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Die
erfindungsgemäße opto-elektronische Sende-
und/oder Empfangsanordnung weist bevorzugt einen Modulträger auf,
auf dem das Sende- und/oder Empfangsmodul in Oberflächenmontage montiert
ist. Eine Lichtein- und/oder Lichtauskopplung erfolgt dabei durch
den Modulträger
hindurch. Hierzu ist bevorzugt vorgesehen, dass der Modulträger mindestens
eine Öffnung
aufweist und das Sende- und/oder Empfangsmodul derart auf der einen Seite
des Modulträgers
angeordnet ist, dass der optische Pfad von und zu dem Sende- und/oder
Empfangsmodul durch die Öffnung
zur anderen Seite (Rückseite)
des Modulträgers
verläuft.
Der Modulträger
ist dabei rückseitig
mit der Steckerschnittstelle verbunden, beispielsweise über den
erwähnten
Montagering. Es kann aber auch eine direkte Verbindung mit der Steckerschnittstelle
bzw. einem Flansch der Steckerschnittstelle erfolgen.
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Das
Sende- und/oder Empfangsmodul ist bevorzugt als oberflächenmontierbares
Bauelement ausgebildet. Die Erfindung ermöglicht die Verwendung eines
unter Einsatz üblicher
Fertigungslinien kostengünstig
hergestellten optoelektronischen SMD-Bauelements, das kein integriertes,
optisch abbildendes Element aufweisen muss. Durch die Verwendung
einer Subbaugruppe mit einem Lichtwellenleiterabschnitt und einer
in definiertem Abstand hierzu angeordneten Koppellinse wird mit
hoher Koppeleffizienz und ohne das Erfordernis einer aktiven Justage
in Z-Richtung dennoch eine optische Kopplung eines solchen SMD-Bauelements
mit einem anzukoppelnden Lichtwellenleiter bereitgestellt.
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Die
verwendete Linse kann aus einem planaren Substrat, wie beispielsweise
Silizium bestehen. Für
diesen Fall ist eine Montage im Nutzen mit anschließender Vereinzelung
möglich,
so dass eine besonders kostengünstige
Lösung
vorliegt. Die plane Rückseite
des Linsensubstrats, die keinen lichtformenden Bereich aufweist,
ist dabei auf einem Abstandshalter bzw. der Stirnseite einer Ferrule
befestigt. Es kann dementsprechend in einfacher Weise etwa durch
Kleben eine Verbindung zwischen der Linse und dem Abstandshalter
bzw. der Stirnseite der Ferrule hergestellt werden.
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In
einer anderen Variante wird die Linse in einem planaren Substrat
gehalten, beispielsweise durch Formschluss oder Kleben. Es liegt
bei dieser Variante keine monolithische Integration der Linse in das
planare Substrat vor.
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Des
weiteren kann vorgesehen sein, dass die Linse und der Abstandshalter
aus einem gemeinsamen Material bestehen, insbesondere einstückig hergestellt
sind. In einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung ist in dem gemeinsamen
Material ein Teil des Bereichs des optischen Pfades ausgespart und durch
ein anderes transparentes optisches Medium ersetzt. Dieses andere
optische Medium weist einen ausgewählten Brechungsindex insbesondere
für Licht
mit Wellenlängen
zwischen 1100 nm und 1600 nm auf. Die optische Weglänge im Abstandshalter kann
hierdurch verändert
werden.
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Die
Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren anhand
mehrerer Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 – eine Schnittansicht eines
ersten Ausführungsbeispiels
einer opto-elektronischen Sende- und/oder Empfangsanordnung mit
einer Subbaugruppe mit einem Lichtwellenleiterabschnitt und einer Koppellinse,
wobei der Schnitt entlang der Linie A-A der 3 erfolgt;
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2 – eine Detailansicht der Schnittansicht der 1;
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3 – eine Seitenansicht der Anordnung der 1, wobei zusätzlich eine
flexible Leiterplatte zu erkennen ist;
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4a – eine Schnittansicht einer
alternativ ausgestalteten Subbaugruppe einer optoelektronischen
Sende- und/oder Empfangsanordnung, wobei der Schnitt entlang der
Linie C-C der 4b erfolgt;
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4b – eine Seitenansicht der Subbaugruppe
der 4a;
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5 – eine seitliche perspektivische
Ansicht der Anordnung der 1 bis 3;
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6 – eine perspektivische Ansicht
von vorn der Anordnung der 1 bis 3;
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7a – eine Seitenansicht eines
weiteren Ausführungsbeispiels
einer opto-elektronischen Sende- und/oder Empfangsanordnung mit
einer Subbaugruppe mit einem Lichtwellenleiterabschnitt und einer Linse;
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7b – eine Schnittansicht der Anordnung der 7a entlang der Linie E-E;
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8a – ein drittes Ausführungsbeispiel
einer optoelektronischen Sende- und/oder Empfangsanordnung mit einer
Subbaugruppe mit einem Lichtwellenleiterabschnitt und einer Linse
und
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8b – eine Schnittansicht der Anordnung der 8a entlang der Linie B-B.
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Die 1 bis 3, 5 und 6 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel
einer opto-elektronischen Sende- und/oder Empfangsanordnung mit
einem als SMD-Bauelement ausgeführten
Sende- und/oder Empfangsmodul 1 und einer mit dem Sende- und/oder Empfangsmodul 1 gekoppelten
Steckerschnittstelle 2.
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Das
SMD-Bauelement 1 weist als wesentliche Elemente einen vertikal
emittierenden Laser 101, eine Monitordiode 102,
einen Submount 103, ein Leadframe 104 und eine
Kunststoffummantelung 105 auf. Der Laser 101 ist
dabei mit der aktiven Seite nach unten (Face-Down-Montage) auf dem
Submount 103 angeordnet, wobei der Submount für die Sende- bzw. Empfangswellenlänge transparent
ist. Ein eventuell existierender Spalt zwischen dem Laser 101 und
dem Submount 103 ist im optisch aktiven Bereich mit einem
optisch transparenten Medium gefüllt.
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Auf
der Rückseite
des Lasers 101 ist die Monitordiode 102 angeordnet,
die einen Bruchteil der von der Laserdiode 101 ausgestrahlten
Strahlung detektiert und in an sich bekannter Weise einer Regelung
des Lasers 101 dient.
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Der
Submount 103 ist auf einem Leadframe 104 befestigt,
das mittig eine Aussparung 104a aufweist, die eine Lichtein- und/oder Lichtauskopplung durch
das Leadframe hindurch ermöglicht.
Das Leadframe 104 dient zum einen als Träger für das Submount 103 und
zum anderen der Zuführung
elektrischer Kontakte 104b, die randseitig als Anschlussbeine
ausgebildet sind. Die elektrische Kontaktierung des Lasers 101 und
der Monitordiode 102 erfolgt über Bonddrähte, die zum einen mit den
elektrischen Kontakten 104b und zum anderen mit Bondpads
am Laser 101 bzw. an der Monitordiode 102 bzw.
an der Oberfläche
des Submounts 103 verbunden sind.
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Der
Leadframe 104 ist zusammen mit den weiteren Komponenten 101, 102, 103 mit
einer Moldmasse umspritzt, die die Kunststoffummantelung 105 bildet.
Das Leadframe 104 und die Kunststoffummantelung 105 schließen dabei
an der Unterseite bündig ab.
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Zur
elektrischen Kontaktierung des als SMD-Bauelement ausgebildeten
Moduls ist ein Verdrahtungsträger 3 vorgesehen,
bei dem es sich beispielsweise um eine Leiterplatte, insbesondere
eine flexible Leiterplatte handelt, deren elektrische Leitbahnen
an den Anschlussbeinen 104b des Leadframes 104 elektrisch
leitfähig
kontaktiert sind.
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In
einer alternativen Ausgestaltung (nicht dargestellt) ist statt einer
Laserdiode eine Empfangsdiode vorgesehen, die von einem Lichtwellenleiter ausgekoppeltes
Licht detektiert und in elektrische Signale umwandelt. Der geschilderte
Aufbau bleibt dabei grundsätzlich
unverändert.
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Die
Steckerschnittstelle 2 dient der Anordnung und Aufnahme
eines Lichtwellenleiters, in den vom Laser 101 ausgestrahltes
Licht eingekoppelt wird bzw. aus dem Licht ausgekoppelt wird, das
von einem Empfangsbauelement des opto-elektronischen SMD-Bauelements 1 zu
detektieren ist. Die Steckerschnittstelle weist als wesentliche
Elemente einen Flansch 21, eine Führungshülse 22 und eine vorgefertigte
Unterbaugruppe 4 auf, die aus einer Glas- oder Keramikferrule 41,
einem Lichtwellenleiterabschnitt 42, einem Abstandhalter 43 und
einer Koppellinse 44 besteht.
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Die
Glas- oder Keramikferrule 41 weist in üblicher Weise eine zentrische
Bohrung auf, in der der Lichtwellenleiterabschnitt 42 befestigt
ist. Der Lichtwellenleiterabschnitt 42 kann dabei nachträglich in die
Bohrung der Ferrule 41 eingebracht oder bei Herstellen
der Ferrule unmittelbar in diese integriert werden, wobei letzteres
insbesondere bei Ferrulen aus Glas sinnvoll ist. Die Ferrule 41 und
der darin angeordnete Lichtwellenleiterabschnitt 42 werden
im Folgenden auch als Faserstummel bzw. Fibrestub 45 bezeichnet.
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Der
Faserstummel 45 ist mittig und auf der optischen Achse 5 des
Lasers 101 im Flansch 21 montiert. Der Lichtwellenleiterabschnitt 202 wird durch
eine Faser realisiert, deren beiden Endflächen im dargestellten Ausführungsbeispiel
bündig
mit der Ferrule 41 abschließen, so dass sie eine gemeinsame
Stirnfläche
bilden. Auf der dem opto-elektronischen SMD-Bauelement 1 zugewandten
Seite des Faserstummels 45 ist das Abstandselement 43 befestigt,
auf dem wiederum die Linse 44 angeordnet ist. Das Abstandselement 43 besteht
beispielsweise aus Glas, kann jedoch auch aus anderen für Wellenlängen insbesondere
zwischen 1 μm
und 1,6 μm
optisch transparenten Materialen, auch gasförmigen Medien, bestehen.
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Durch
das Abstandselement 43 wird ein definierter Abstand zwischen
der Linsenkalotte 44a der Linse 44 und der Stirnfläche des
Faserstummels 45 bzw. des Lichtwellenleiterabschnitts 42 fest
eingestellt. Der Faserstummel 45 ist dabei im Flansch 21 so
fixiert, dass die Linsenkalotte 44a um ein definiertes
Maß M
gegenüber
einer Flanschfläche 211 hervorsteht,
die der Flansch 21 an seiner dem SMD-Bauelement 1 zugewandten
Seite ausbildet. Der Abstand M wird festgelegt durch die Dicke der Linse 44,
die Dicke des Abstandselements 43 und das Maß, um das
die Ferrule 41 gegenüber
der Flanschfläche 211 hervorsteht.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass die Linse im dargestellten Ausführungsbeispiel
in vorteilhafter Weise in einem planaren Substrat ausgebildet ist, das
an seiner dem SMD-Bauelement 1 zugewandten Seite die Linsenkalotte 44a als
strahlformendes Element ausbildet. Eine solche planare Linse kann
auf einem Wafer hergestellt und durch anschließende Vereinzelung gewonnen
werden, wodurch eine kostengünstige
Herstellung möglich
ist. Auch ist eine auf diese Weise hergestellte Linse in natürlicher
Weise an der Unterseite eben, so dass eine einfache Montage auf
dem Abstandselement 43 möglich ist. Grundsätzlich kann
die Linse jedoch auch in anderer Weise, beispielsweise als Glaslinse
ausgebildet sein, die in einer geeigneten Halterung auf dem Abstandselement 43 angebracht
oder sonstwie mit dem Abstandselement 43 verbunden ist.
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Das
dem SMD-Bauelement 1 abgewandte Ende der Steckerschnittstelle 2 bzw.
des Flansches 21 dient der Aufnahme und Ankopplung eines
optischen Steckers. Hierzu ist in den Flansch 21 die Führungshülse 22 eingepresst.
In dieser wiederum ist eine geschlitzte Hülse 23 (so genannte
Split Sleeve) eingesetzt, die auf das rückseitige Ende des Faserstummels 45 aufgeschoben
ist. Die Führungshülse 22 zentriert
einen Lichtwellenleiterabschnitt eines zu kontaktierenden optischen
Steckers zu dem in die Steckerschnittstelle 2 eingepressten
Faserstummel 45. Beim Steckvorgang kann sich die geschlitzte
Hülse 23 um
ein gewisses Maß öffnen, so
dass der Lichtwellenleiterabschnitt des zu kontaktierenden Steckers
sicher in der Hülse 23 gehalten
ist. Ein Hinterschnitt 24 an der Führungshülse 22 verhindert
ein versehentliches Herausfallen der geschlitzten Hülse 23 aus
der Führungshülse 22.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass die dargestellte Ausgestaltung des
Steckerbereichs der Steckerschnittstelle 2 nur beispielhaft
zu verstehen ist. Es sind zahlreiche andere Ausgestaltungen denkbar, wie
ein anzukoppelnder Lichtwellenleiter optisch an das rückseitige
Ende des Lichtwellenleiterabschnitts 42 des Faserstummels 45 angeschlossen
werden kann. Dabei sind auch Ausgestaltungen der Steckerschnittstelle
denkbar, bei denen der Faserstummel 45 vollständig aus
der Steckerschnittstelle herausgeführt wird und beabstandet von
der Steckerschnittstelle mit einem weiteren Lichtwellenleiter bzw.
einem geeigneten optischen Stecker gekoppelt wird (so genannte Pigtail-Ausführung).
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Zur
Verbindung des opto-elektronischen SMD-Bauelements 1 mit
der Steckerschnittstelle 2 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel
ein Montageinterface vorgesehen, das durch eine im Wesentlichen ringförmige Struktur
gebildet und im Folgenden als Montagering 6 bezeichnet
wird.
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Der
Montagering 6 weist eine dem SMD-Bauelement zugewandte
ebene Fläche 61 auf, die
an der Unterseite des SMD-Bauelements 1 befestigt
ist. Die Unterseite 106 wird dabei durch die Unterseite
des Leadframes 104 und die dazu bündige Unterseite des Kunststoffgehäuses 105 gebildet.
Wie der Darstellung der 5 zu
entnehmen ist, kann der Montagering 6 an der dem SMD-Bauelement 1 zugewandten
Seite zwei Zentrierrippen 62, 63 aufweisen, die
einer Vorfixierung des SMD-Bauelements 1 gegenüber dem
Montagering dienen und ein Verrutschen des SMD-Bauelements 1 bei
der Montage verhindern. Diese Zentrierrippen können auch vollständig entfallen.
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Der
Montagering 6 weist des weiteren eine zentrale Bohrung 63 auf,
die einen Lichtdurchtritt erlaubt. Wie der 1 zu entnehmen ist, kann der Montagering 6 an
seiner dem Flansch 1 zugewandten Seite eine rotationssymmetrisch
und eben ausgebildete Anschlagfläche 64 aufweisen, über die
eine Verbindung mit der Flansch-Fläche 211 des Flansches 21 herbeiführbar ist.
Insbesondere ist hierbei die Kontur dieser Flanschfläche 211 an
die des Montagerings 6 angepasst. Dabei wird der Flansch 22 bei einer
aktiven Justage auf die Anschlagfläche 64 des Montagerings
aufgedrückt
und in der X-Y-Ebene (senkrecht
zur optischen Achse 5) so justiert, dass möglichst
viel Licht aus der Laserdiode 101 durch den Submount 103,
den Freistrahlbereich 63 im Montagering 6, durch
die Linse 44 und das Abstandselement 43 hindurch
in den Kern des Lichtwellenleiterabschnitts 42 eingekoppelt
wird. Der axiale Abstand in Z-Richtung (koaxial zur optischen Achse 5)
zwischen der Laserdiode 101 bzw. dem optischen Austrittsfenster
des SMD-Bauelements 1 einerseits und der Stirnfläche der
Linsenkalotte andererseits wird durch eine Summe gut kontrollierbarer
Abstände
bestimmt, nämlich
den Abstand M zwischen der Stirnfläche der Linsenkalotte und der
Anschlagsfläche 211 des
Flansches 21, der Dicke des Montagerings 6 und
der Dicke des Leadframes 104, so dass dieser axiale Abstand
bis auf wenige Mikrometer genau dimensionierbar ist. Dementsprechend
kann eine Justage in Z-Richtung
entfallen.
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In
einer anderen Ausgestaltung (nicht dargestellt) ist es aber auch
möglich,
durch eine entsprechende Aufteilung des Montagerings 6 in
zwei Teile diese Justage in Z-Richtung zu realisieren.
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Um
eine Justagetoleranz in X,Y-Richtung auszugleichen, weist die Anschlagsfläche 64 des Montagerings 6 einen
größeren Durchmesser
als die Flanschfläche 211 des
Flansches 21 auf. Weiter wird darauf hingewiesen, dass
die Flanschfläche 211 im Randbereich
durch eine umlaufende Kontur 212 für eine Punktlaserschweißung optimiert
ist.
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Das
Herstellungsverfahren der Sende- und/oder Empfangsanordnung ist
derart, dass zunächst
das optoelektronische SMD-Bauelement mit der flexiblen Leiterplatte 3 und
dem Montageinterface 6 im Nutzen als eine für sich prüfbare Baugruppe
vorgefertigt und für
den Koppelprozess mit der Steckerschnittstelle 2 bereitgestellt
wird. Die Dicke des Montagerings 6 zwischen den vorderen
und hinteren Flächen 61 und 64 kann
dabei bis auf wenige Mikrometer genau dimensioniert werden. Bei
der Steckerschnittstelle 2 wird die Unterbaugruppe bestehend aus
dem Faserstummel 45, dem Abstandhalter 43 und
der Linse 44 ebenfalls vorgefertigt und dann in die entsprechende
Bohrung des Flansches 21 der Steckerschnittstelle 2 eingepresst.
Anschließend werden
das SMD-Bauelement 1 und die Steckerschnittstelle 2 über den
Montagering 6 miteinander verbunden. Es kann nun ein optischer
Stecker in die Führungshülse 22 eingeführt werden,
wodurch über den
Lichtwellenleiterabschnitt 42 und die weiteren Kopplungselemente
eine optische Kopplung mit dem SMD-Bauelement 1 bzw. dessen
optoelektronischen Bauelement 101 hergestellt wird.
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In
einer Alternative zu diesem Herstellungsverfahren ist die Unterbaugruppe
anders aufgebaut. Es wird dabei der Faserstummel 45 zunächst in
die Bohrung des Flansches 21 eingepresst und dann der Abstandhalter 43 und
die Linse 44 montiert. In dieser Variante ist auch der
Flansch Teil der Unterbaugruppe, so dass die Unterbaugruppe durch
die Elemente der Steckerschnittstelle 2 gebildet wird.
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In
den 4a und 4b ist eine alternative Ausgestaltung
der Subbaugruppe der Steckerschnittstelle 2 dargestellt.
Die Ausgestaltung der Sende- und/oder Empfangsanordnung ist ansonsten
wie in Bezug auf die 1 bis 3, 5 und 6 beschrieben.
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Gemäß der Ausgestaltung
der 4a, 4b ist die Linse 41 direkt auf
die Stirnfläche 41a der
Ferrule 41 aufgesetzt, ohne dass ein Abstandselement vorhanden
wäre. Um
bildseitig einen definierten Abstand zwischen der Linse 41 und
dem Lichtwellenleiterabschnitt 42 bereitzustellen, der
sich wiederum in der Ferrule 41 befindet, steht die senkrecht
verlaufende Stirnfläche 42a des
Lichtwellenleiterabschnitts 42 einen definierten Abstand
D gegenüber
der Stirnfläche 41a der
Ferrule 41 zurück.
Der dadurch entstehende Zwischenraum 46 mit der Länge D wird
mit einem Medium mit definiertem Brechungsindex befüllt. Die
Justage der auf diese Weise hergestellten Unterbaugruppe erfolgt
wie in Bezug auf die 1 bis 3 beschrieben. Auch bei dieser
Ausgestaltung entsteht eine vorgefertigte Baugruppe, die vor dem
Koppelprozess mit dem SMD-Bauelement 1 prüfbar ist.
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Das
Ausführungsbeispiel
der 7a, 7b unterscheidet sich insofern von dem
Ausführungsbeispiel
der vorangehenden Figuren, als der Montagering 6 dieser
Figuren entfällt.
Statt dessen ist lediglich eine Montagescheibe 7 mit einer
mittigen Bohrung 71 vorgesehen, auf deren einen Seite der
SMD-Bauelement 1 mit
dem Leadframe befestigt wird und deren andere Seite der Verbindung
mit der Flansch-Fläche 211 des
Flansches 21 der Steckerschnittstelle 2 dient.
Dementsprechend ist die Linse 44 versenkt in dem Flansch 21 angeordnet,
wozu der Flansch 21 an seiner dem SMD-Bauelement 12 zugewandten
Seite eine Aussparung 25 aufweist, in die ein Teil des
Faserstummels 45, das Abstandelement 43 und eben die
Linse 44 hineinragen. Im Übrigen bestehen keine grundsätzlichen
Unterschiede zu dem zuvor geschilderten Ausführungsbeispiel.
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Das
Ausführungsbeispiel
der 8a, 8b zeigt wiederum eine Ausgestaltung,
bei der zwischen der Steckerschnittstelle 2 und dem SMD-Bauelement 1 ein
Montageinterface 6' angeordnet
ist, wobei das Montageinterface 6' in einer mittigen Bohrung 63' das Abstandselement 43 und
die Linse 44 der Subbaugruppe 4 aufnimmt. Das
Montageinterface 6' dient der
Einstellung des optischen Abstandes zwischen dem SMD-Bauelement 1 und
der Koppellinse 44 der Subbaugruppe. Zum anderen dient
es der mechanischen Verbindung des Bauelements 1 mit der
Steckerschnittstelle 2 durch an sich bekannte Verfahren wie
Schweißen,
Kleben oder Löten.
Durch eine zusätzliche
Abstandsscheibe 7',
die den optischen Abstand zwischen der Linse 44 und dem
SMD-Bauelement 1 bzw. dem Sende- und/oder Empfangsbauelement
des SMD-Bauelements 1 mitbestimmt, kann rationell eine
Anpassung an verschiedene Ausgestaltungen der Steckschnittstelle
und an automatische Fertigungsprozesse für die Verbindung des SMD-Bauelements
zur Steckerschnittstelle erfolgen.
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Die
Erfindung beschränkt
sich in ihrer Ausgestaltung nicht auf die vorstehend dargestellten
Ausführungsbeispiele.
Beispielsweise kann auch ein Sende- und/oder Empfangsmodul eingesetzt
werden, das nicht in SMD-Bauweise ausgeführt und beipielsweise in einem
TO-Gehäuse
angeordnet ist. Eine weitere Alternative sieht vor, dass bei Verwendung
eines SMD-Bauelements
die optische Schnittstelle auf der Oberseite und nicht wie in den
dargestellten Ausführungsbeispielen
auf der dem Leadframe zugewandten Unterseite ausgebildet ist. Des
weiteren können
unterschiedlichste Ausgestaltungen der Steckerschnittstelle vorgesehen
sein. Wesentlich für
die Erfindung ist allein, dass eine vorgefertigte Unterbaugruppe
vorgesehen ist, in der die Linse in definiertem Abstand von der
Stirnfläche
eines Lichtwellenleiterabschnitts fest angeordnet ist.