DE19635363A1 - Kopplungsmodul - Google Patents

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Lichtwellenleiterver­ bindungstechnik und betrifft ein Kopplungsmodul mit einer Trägerplatte zur genauen Positionierung einer in einer ersten Vertiefung gelagerten Mikrolinse bezüglich eines in einer zweiten Vertiefung gelagerten Lichtwellenleiters, wobei die Vertiefungen über einen Freistrahlbereich miteinander verbun­ den sind und die Trägerplatte vermittels eines Verbindungs­ mittels mit einer Deckplatte verbunden ist.

Für eine effiziente Ankopplung eines Lichtwellenleiters an integriert-optische Baugruppen oder optoelektronische Wandlerelemente ist eine maximale Lichtsignalübertragung unerläßlich. Bei einer häufig genutzten Ankopplungskonfigura­ tion werden Mikrolinsen zur Fokussierung eines Lichtsignals auf einen Lichtwellenleiter bzw. auf das an den Lichtwellen­ leiter anzukoppelnde Bauteil verwendet.

Ein Kopplungsmodul der eingangs genannten Art wird in der DE 41 33 220 A1 vorgestellt. Dieses Kopplungsmodul besteht aus einer Grundplatte und einer zu dieser im wesentlichen sym­ metrisch aufgebauten Deckplatte. Die Grund- und Deckplatte weisen parallele Fasernuten zur Aufnahme von Lichtwellen­ leitern auf. In Längsrichtung jeder Fasernut schließt sich ein Freistrahlbereich an, gefolgt von einer Vertiefung zur Aufnahme einer Kugellinse. Die Fasernuten, die Freistrahl­ bereiche und die Vertiefungen für die Kugellinsenlagerung sind in einem gemeinsamen Ätzprozeß geschaffen. Die Übergänge zwischen diesen Einätzungen sind durch zur Längsrichtung der Fasernuten quer verlaufende Einfräsungen gebildet. Durch ein Verbindungsmittel wird die Deckplatte mit der Grundplatte dauerhaft verbunden, wobei die Fasernuten der Grund- bzw. Deckplatte die Lichtwellenleiter fixieren und die Vertiefun­ gen beider Platten die Kugellinsen in einer gewünschten Aus­ richtung bezüglich eines stirnseitigen Endes der Lichtwellen­ leiter positionieren. Der Freistrahlbereich ermöglicht die Ausbreitung eines Lichtsignals zwischen Lichtwellenleiter und Kugellinse. Ein als Verbindungsmittel dienendes und sowohl die Deck- und Grundplatte, als auch die Kugellinsen be­ netzendes Glaslot schränkt jedoch die für eine effiziente Übertragung des Lichtsignals notwendige Apertur der Kugel­ linsen ein. Dies führt zu hohen Verlusten bei der Signalüber­ tragung.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Kopplungsmodul zu schaffen, das eine möglichst verlustfreie Lichtsignalübertra­ gung ermöglicht und kostengünstig herzustellen ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Kopplungsmodul der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Mikrolinse durch genau einen punktförmigen Kontakt mit der Deckplatte in Berührung steht.

Die Deckplatte ist nur teilweise symmetrisch zur Trägerplatte ausgebildet. Zumindest im Bereich der Mikrolinse ist die Deckplatte im wesentlichen eben ausgeführt. Dadurch wird ein nur punktförmiger Kontakt zwischen der Mikrolinse und der Deckplatte hergestellt. Ein teilweises Eintauchen der Mikrolinse in eine Vertiefung der Deckplatte und eine damit verbundene Abschattung des Lichtsignals wird vermieden.

Die genaue Ausrichtung der Mikrolinse ist ein weiterer Vorteil des erfindungsgemaßen Kopplungsmoduls. Die Mikrolinse wird durch eine Vierpunktlagerung in der trägerplattenseiti­ gen Vertiefung exakt positioniert. Durch die Deckplatte wird die Mikrolinse gegen die Auflagepunkte der Vertiefung ge­ drückt und somit genau fixiert. Eine Überbestimmung der Lage der Mikrolinse durch korrespondierende Vertiefungen in der Träger- und Deckplatte wird vermieden. Weiterhin werden Fehlausrichtungen der Mikrolinse durch ungenaue Vertiefungen infolge von Ätzfehlern oder fehlangepaßten Ätzmasken von Träger- und Deckplatte ausgeschlossen. Durch die ebene Aus­ führung der Deckplatte im Bereich der Mikrolinse ist eine einfache und kostengünstige Herstellung der Deckplatte möglich.

Die dauerhafte Verbindung der Trägerplatte mit der Deckplatte zu einer kompakten Baugruppe wird durch das Verbindungsmittel geschaffen, beispielsweise durch Aufbringen eines Glaslots auf die einander zugewandten Seiten von Träger- und Deckplatte und einen anschließenden gesteuerten Ofenprozeß. Weitere geeignete Verbindungsmittel sind licht- oder wärmeaushärtbarer Kleber oder Epoxydharze. Die Apertur der Mikrolinse wird nur noch durch das Eintauchen in die Vertiefung auf der Trägerplatte eingeschränkt.

Hochgenaue Träger- und Deckplatten werden beispielsweise aus kristallinen Siliziumplatten mit Oberflächen, die mit einer geeigneten Kristallebene korrespondieren, geschaffen. Unter Ausnutzung geeigneter Ätzprozesse werden exakt ausgearbeitete Vertiefungen gebildet.

Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, daß das Ver­ bindungsmittel im Bereich der Mikrolinse nur auf der Deck­ platte aufgebracht ist. Das Verbindungsmittel benetzt die Deckplatte nur im Bereich der Mikrolinse. Durch die punktför­ mige Berührung von Mikrolinse und Deckplatte ist ein ad­ häsionsbedingter Fluß des Verbindungsmittels nur in unmittel­ barer Umgebung des punktförmigen Kontakts gegeben. Die nutzbare Apertur der Mikrolinse wird dabei nur unmerklich verkleinert. Gleichzeitig wird eine Aperturverminderung durch eine Benetzung der Mikrolinse im Bereich der trägerplatten­ seitigen Vertiefung ausgeschlossen. Die Qualität der deck­ plattenseitigen Benetzung kann durch mikroskopische Beobach­ tung überprüft werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Deckplatte die Mikrolinse nur teilweise überdeckt. Hierdurch wird eine mikroskopische Kontrolle senk­ recht auf die Trägerplatte bei der Montage des Kopplungs­ moduls ermöglicht. Es können sowohl die korrekte Lageausrich­ tung der Mikrolinse, als auch die optimale Abbildung des Lichtsignals beim Montageprozeß überprüft werden. Eventuelle Fehlanpassungen von Mikrolinse und Lichtwellenleiter können einfach erkannt werden.

Vorteilhafterweise kann die Beobachtung senkrecht auf die Trägerplatte auch bei einer Ankopplung des Fasermoduls an eine optoelektronische oder integriert-optische Komponente erfolgen. Der aus Mikrolinse und Lichtwellenleiter gebildete Signalkanal wird durch den optisch offenen Zugang zur Mikrolinse erkannt und kann unter mikroskopischer Kontrolle leicht an der anzukoppelnden Komponente ausgerichtet werden. Dies führt zu einer schnellen und kostengünstigen Herstellung und Montage größerer Baugruppen. Die Zahl fehlerhafter An­ passungen kann durch die ermöglichte mikroskopische Beobach­ tung deutlich verringert werden.

Die Vertiefungen, der Freistrahlbereich und die Übergänge zwischen den Vertiefungen und dem Freistrahlbereich können bevorzugt in einem zweistufigen Ätzprozeß geschaffen werden, der für sich aus der europäischen Patentanmeldung EP 0 418 423 A1 bekannt ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Trägerplatte und die Deckplatte kor­ respondierende Ausrichtvertiefungen aufweisen. Diese dienen der Aufnahme von geeignet geformten Körpern, beispielsweise Kugeln, zur genauen gegenseitigen Ausrichtung beider Platten bei der Montage. Durch das Zusammenwirken der Kugeln mit den Vertiefungen oder Aussparungen werden die Deck- und Träger­ platten zueinander lagegerecht ausgerichtet und beabstandet. Eventuell auftretende mechanische Druckkräfte bei der Montage der Platten werden durch die Kugeln aufgenommen und verhin­ dern eine Beschädigung der Mikrolinse und des Lichtwellen­ leiters. Zusätzlich kann durch eine wunschgemäße Beabstandung der Platten zueinander die Benetzung der Mikrolinse durch das Verbindungsmittel eingestellt werden. Die Vertiefungen er­ füllen gleichzeitig die Funktion eines Montageschlüssels, wenn die räumliche Anordnung der Aussparungen auf den Platten geeignet gewählt wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiels weiter erläutert. Es zei­ gen:

Fig. 1 eine Trägerplatte eines Kopplungsmoduls,

Fig. 2 eine Deckplatte eines Kopplungsmoduls und

Fig. 3 ein Kopplungsmodul in Längsschnitt entlang eines Lichtwellenleiters und einer Mikrolinse.

Fig. 1 zeigt eine Trägerplatte in Draufsicht. In die Träger­ platte 1 aus kristallinem Silizium sind zueinander parallel verlaufende Fasernuten 2 eingeätzt. Der Querschnitt jeder Fasernut 2 verjüngt sich schrittweise, um einen ab­ schnittsweise von Buffer und Coating befreiten Lichtwellen­ leiter aufnehmen zu können. Dabei korrespondiert je ein Quer­ schnitt der Fasernut derart mit einem Abschnitt des Lichtwel­ lenleiters, daß die optische Achse des Lichtwellenleiters stets parallel zur Trägerplattenoberseite verläuft. Im ersten Abschnitt 4 der Fasernut 2 wird der noch vollständig umman­ telte Lichtwellenleiter zur Zugentlastung aufgenommen. Ein sich anschließender zweiter Abschnitt 6 trägt den bereits vom Coating befreiten Lichtwellenleiter, während ein dritter Abschnitt 8 den vollständig entblößten Lichtwellenleiter aufnimmt. An den dritten Abschnitt 8 der Fasernut 2 schließt sich eine eingeätzte Grube 14 an, gefolgt von einem Frei­ strahlbereich 12, der optisch mit einer Vertiefung 10 zur Aufnahme einer Kugellinse kommuniziert. Durch die pyramiden­ förmige Vertiefung 10 wird die Kugellinse durch eine Vier­ punktlagerung an den zur Trägerplattenoberfläche geneigten Wänden der Vertiefung 10 exakt positioniert. Die Ausrichtung der Vertiefung 10 zum Abschnitt 8 ist so gewählt, daß eine maximale Einkopplung des vom Lichtwellenleiter abgestrahlten Lichtsignals in die Kugellinse erfolgt. Weiterhin sind auf der Trägerplatte Ausrichtvertiefungen 16 und 18 eingeätzt. Diese dienen der Aufnahme von Justagekugeln, die mit kor­ respondierenden Vertiefungen der Deckplatte wechselwirken und eine genaue Ausrichtung und Beabstandung von Träger- und Deckplatte (Fig. 2) sichern.

Fig. 2 zeigt eine Deckplatte 20 mit den Vertiefungen 32 und 34 zur Gegenlagerung der nicht näher dargestellten Justage­ kugeln. Durch eine geeignet gewählte räumliche Anordnung der Vertiefungen 32 und 34 zu den Vertiefungen 16 und 18 in Fig. 1 wird eine Fehlmontage miteinander nicht korrespondierender Träger- und Deckplatten ausgeschlossen. Die Deckplatte 20 weist weiterhin stufenweise sich verjüngende Fasernuten 22 auf. Die dadurch gebildeten einzelnen Abschnitte 24, 26 und 28 korrespondieren mit den in die Trägerplatte 1 (Fig. 1) eingearbeiteten Abschnitten 4,6 und 8 zur Gegenlagerung eines Lichtwellenleiters. An die Fasernut 22 schließt sich eine Vertiefung 30 mit ebenem Boden an. Diese Vertiefung 30 überdeckt nach dem Zusammenfügen von Träger- und Deckplatte die trägerplattenseitige Grube 14, den Freistrahlbereich 12 und die Vertiefung 10 zur Lagerung der Kugellinse.

Zur weiteren Verdeutlichung der Lagerung und Fixierung der Lichtwellenleiter und der Kugellinse ist in Fig. 3 ein aus Träger- und Deckplatte bestehendes Kopplungsmodul im Quer­ schnitt dargestellt. Ein Lichtwellenleiter 44 wird in einer Fasernut 46 parallel zur Oberfläche einer Trägerplatte 42 gelagert und reicht mit seinem stirnseitigen Ende 60 bis in eine Grube 50 hinein. Der Freistrahlbereich 58 verbindet die Grube 50 mit einer Vertiefung 56, die eine Kugellinse 52 trägt. Durch ein Verbindungsmittel 54 ist die Trägerplatte 42 mit der Deckplatte 40 (Fig. 2) dauerhaft verbunden. Dabei ist das Verbindungsmittel 54 im Bereich der Kugellinse 52 im wesentlichen auf der Deckplatte 40 aufgetragen. Durch den punktförmigen Kontakt zwischen Kugellinse 52 und Deckplatte 40 wird ein adhäsionsbedingter Fluß des Verbindungsmittels 54 bei der Montage von Deckplatte 40 und Trägerplatte 42 weit­ estgehend verhindert. Im Bereich des Lichtwellenleiters 44 ist das Verbindungsmittel 54 hingegen sowohl auf der Deck­ platte 40, als auch auf der Trägerplatte 42 aufgebracht, wobei eine Benetzung des stirnseitigen Endes 60 des Lichtwel­ lenleiters 44 unterbleibt. Die Vertiefung 56 ist verbindungs­ mittelfrei, um eine Benetzung der Kugellinse 52 in diesem Bereich zu unterbinden. Die Apertur der Kugellinse 52 wird somit nur geometrisch - durch das teilweise Eintauchen der Kugellinse 52 in die Vertiefung 56 -, nicht jedoch durch das Verbindungsmittel 54 begrenzt. Bei einem vollständigen Ver­ zicht auf das Verbindungsmittel 54 im Bereich der Kugellinse 52 z. B. durch Verschmelzen von Träger- und Deckplatte, wird die Kugellinse 52 allein durch den Druck der Deckplatte in der Vertiefung 56 der Trägerplatte 42 gehalten. Zum Beobachten des aus Kugellinse 52 und Lichtwellenleiter 44 gebildeten Signalkanals ist die Deckplatte 40 etwas kürzer ausgeführt und überdeckt die Kugellinse 52 nur teilweise.

Claims (4)

1. Kopplungsmodul mit einer Trägerplatte (1) zur genauen Positionierung einer in einer ersten Vertiefung (10) gelagerten Mikrolinse (52) bezüglich eines in einer zweiten Vertiefung (2) gelagerten Lichtwellenleiters (44), wobei die Vertiefungen (2, 10) über einen Freistrahlbereich (12) miteinander verbunden sind und die Trägerplatte (1) vermittels eines Verbindungsmittels (54) mit einer Deckplatte (20) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrolinse (52) durch genau einen punktförmigen Kontakt mit der Deckplatte (20) in Berührung steht.

2. Kopplungsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsmittel (54) im Bereich der Mikrolinse (52) nur auf der Deckplatte (40) aufgebracht ist.

3. Kopplungsmodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckplatte (40) die Mikrolinse (52) nur teilweise überdeckt.

4. Kopplungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (1) und die Deckplatte (20) korrespondierende Ausrichtvertiefungen (16,18,32,34) aufweisen.