DE19932907A1 - Anordnung zum Ankoppeln von optoelektronischen Elementen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Ankoppeln von optoelektronischen Elementen (4a, 4b) mit jeweils einer optisch aktiven Zone (13a, 13b) an zugeordnete Lichtwellenleiterabschnitte (2a, 2b), wobei die Lichtwellenleiterabschnitte (2a, 2b) in einem Koppelelement (1) enthalten sind und optische Kopplungspfade (15a, 15b) zwischen den Lichtwellenleiterabschnitten und den optoelektronischen Elementen verlaufen. DOLLAR A Um mit derartigen Anordnungen eine große Anzahl von Lichtwellenleiterabschnitten mit ihnen individuell zugeordneten optoelektronischen Elementen auf engem Raum zu koppeln, sind erfindungsgemäß die Lichtwellenleiterabschnitte in mindestens zwei Ebenen (11a, 11b) so angeordnet, daß zumindest einige der den Lichtwellenleiterabschnitten einer Ebene (11a) zugeordneten Kopplungspfade (15a) durch Zwischenräume verlaufen, die zwischen Lichtleiterwellenabschnitten der anderen Ebene (11b) bestehen.

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der optischen Datenüber­ tragungstechnik und betrifft eine Anordnung zum Ankoppeln von optoelektronischen Elementen mit jeweils einer optisch akti­ ven Zone an individuell zugeordnete Lichtwellenleiterab­ schnitte, wobei die Lichtwellenleiterabschnitte in einem Kop­ pelelement enthalten sind und optische Kopplungspfade zwi­ schen den Lichtwellenleiterabschnitten und den Zonen verlau­ fen.

Im Sinne der Erfindung soll unter einem optoelektronischen Element ein Sender oder ein Empfänger verstanden werden. Ein als Sender ausgebildetes optoelektronisches Element wandelt bei elektrischer Ansteuerung die elektrischen Signale in op­ tische Signale, die in Form von Lichtsignalen ausgesendet werden. Ein als Empfänger ausgebildetes optoelektronisches Element wandelt bei Beaufschlagung mit optischen Signalen diese in entsprechende elektrische ausgangsseitig abgreifbare Signale. Der Bereich eines optoelektronischen Elementes, in dem die vorbeschriebenen Signalwandlungen erfolgen, wird nachfolgend auch als optisch aktive Zone bezeichnet.

Weiterhin wird unter einem Lichtwellenleiter jede Vorrichtung zur räumlich begrenzt geführten Weiterleitung eines optischen Signals verstanden, insbesondere konfektionierte Lichtwellen­ leiter und sogenannte "wave guides".

Der Bereich, innerhalb dessen die optischen Signale zwischen der optisch aktiven Zone und der Eintritts- bzw. Austritts­ stelle eines Lichtwellenleiterabschnittes, der individuell nur dieser Zone zugeordnet ist, freistrahlend in Luft und/oder einem anderen, im verwendeten Wellenlängenbereich optisch transparenten Medium und/oder durch abbildende opti­ sche Elemente weitergeleitet werden, wird im weiteren als op­ tischer Kopplungspfad bezeichnet.

Aus der DE 197 05 042 C1 ist eine Koppelanordnung der ein­ gangs beschriebenen Art bekannt, bei der z. B. zwölf paral­ lele Lichtwellenleiterabschnitte (Fasern) zwischen zwei hoch­ genauen Bohrungen für Justierstifte angeordnet sind und mit ihnen individuell zugeordneten optoelektronischen Elementen gekoppelt sind. Ein Träger umfaßt strukturierte Vertiefungen, in denen die Lichtwellenleiterabschnitte untergebracht sind, und reflektierende Oberflächen zur Lichtumlenkung.

Die ältere Patentanmeldung DE 198 29 630 beschreibt einen optischen Mehrfachstecker (Ferrule). Die Ferrule weist ein Steckergehäuse mit zwei Aufnahmebereichen zur Aufnahme von Lichtwellenleiterabschnitten auf. Diese Aufnahmebereiche sind in Einsteckrichtung gesehen übereinander angeordnet. Zur Ver­ bindung zweier Steckergehäuse können in Einsteckrichtung ver­ laufende Führungsbohrungen für Führungsstifte vorgesehen sein.

Aus der US-PS 5,230,030 ist eine Ankopplung von mehreren Lichtwellenleiterabschnitten, die in mehreren Ebenen zuge­ führt sind, an Halbleiter-Chips entnehmbar. Über die jewei­ lige Zuordnung der Lichtwellenleiterabschnitte zu den Halb­ leiter-Chips ist in der US-PS 5,230,030 nichts Näheres ge­ sagt.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung eine Anordnung zu schaf­ fen, mit der eine große Anzahl von Lichtwellenleiterabschnit­ ten auf engem Raum an individuell zugeordnete optoelektroni­ sche Elemente gekoppelt ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Anordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Lichtwellenlei­ terabschnitte in mindestens zwei Ebenen so angeordnet sind, daß zumindest einige der den Lichtwellenleiterabschnitten einer Ebene zugeordneten Kopplungspfade durch Zwischenräume verlaufen, die zwischen Lichtwellenleiterabschnitte der ande­ ren Ebene bestehen.

Durch die Anordnung der Lichtwellenleiterabschnitte in mehre­ ren Ebenen kann eine große Anzahl von Lichtwellenleiterab­ schnitten mit ihnen individuell zugeordneten optoelektroni­ schen Elementen störungsfrei und verlustarm gekoppelt werden, ohne die Kopplungsanordnung zu verbreitern. Damit ist es mög­ lich, Geometrien, die sich am Markt durchgesetzt haben (z. B. die Abstände der Positioniermittel), weiterhin einzuhalten. Die Beabstandung (Teilung) der Lichtwellenleiterabschnitte in den einzelnen Ebenen gestattet, daß die Kopplungspfade, die den Lichtwellenleiterabschnitten einer Ebene zugeordnet sind, durch Zwischenräume zwischen den Lichtwellenleiterabschnitten der anderen Ebenen hindurch verlaufen. Damit kann auf konstruktiv einfache und platzsparende Weise eine große An­ zahl von Lichtwellenleiterabschnitten mit ihnen individuell zugeordneten optoelektronischen Elementen gekoppelt werden.

Eine fertigungstechnisch besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Anordnung zeichnet sich dadurch aus, daß die in einer ge­ meinsamen Ebene liegenden Lichtwellenleiterabschnitte jeweils in einer konstanten Teilung zueinander beabstandet sind und die Lichtwellenleiterabschnitte verschiedener Ebenen zueinan­ der versetzt sind.

Hinsichtlich einer einfachen und kompakten Ausgestaltung der Kopplungspfade zwischen den Lichtwellenleiterabschnitten und den optoelektronischen Elementen sieht eine weitere vorteil­ hafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung vor, daß die ankopplungsseitigen Stirnflächen der Lichtwellenleiterab­ schnitte unter einem Winkel angeschliffen und poliert sind und beispielsweise eine spiegelnde Beschichtung tragen.

Im Hinblick auf eine besonders genaue Anordnung und zuverläs­ sige Festlegung der Lichtwellenleiterabschnitte im Koppelele­ ment umfaßt dieses in einer bevorzugten Fortbildung der Er­ findung ein Präzisionsteil und zwei Schieber, die die Licht­ wellenleiterabschnitte in dem Präzisionsteil festlegen.

Zusätzlich dazu können die Lichtwellenleiterabschnitte und die Schieber in ihrer Sollage verklebt sein.

Eine konstruktiv günstige und materialsparende weitere Ausge­ staltung der erfindungsgemäßen Anordnung sieht vor, daß ein Teil des Präzisionsteils die optoelektronischen Elemente kragträgerartig überragt.

Eine besonders verlustarme Kopplung ist nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung dadurch möglich, daß das Koppelelement Materialaussparungen im Bereich der optischen Kopplungspfade aufweist.

Fertigungstechnisch besonders bevorzugt und preisgünstig ist die Verwendung eines Koppelelementes, das aus einem Kunst­ stoff besteht und im Präzisionsspritzguß hergestellt ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekenn­ zeichnet, daß die optoelektronischen Elemente auf mindestens einem Träger aufgebracht sind und die optisch aktiven Zonen der optoelektronischen Elemente in mindestens zwei Reihe an­ geordnet sind.

Im Hinblick auf eine einfache Anbindung der elektrischen An­ steuerung an die optoelektronischen Elemente kann der Träger über elektrische Kontaktierungen und Leiterbahnen zu den op­ toelektronischen Elementen verfügen. Zusätzlich dazu können das Koppelelement und der Träger auf einer gemeinsamen Gehäu­ seplatine montiert sein.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung weiter erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Anordnung in perspektivischer Darstellung mit in einem Koppelelement festgelegten Lichtwel­ lenleiterabschnitten und optoelektronischen Elementen, die auf einem Träger aufgebracht sind,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Koppelelementes ge­ mäß Fig. 1 von einer ersten Seite,

Fig. 3 einen vergrößerten Auschnitt aus Fig. 2,

Fig. 4 und 5 Schnitte entlang der Linien A-A und B-B in Fig. 1.

Nach Fig. 1 umfaßt die Anordnung ein Koppelelement 1, in dem Lichtwellenleiterabschnitte 2a, 2b enthalten sind und einen Träger 3, auf dem optoelektronische Elemente 4a, 4b aufge­ bracht sind. Die optoelektronischen Elemente 4a, 4b sind in Form von Sende- und/oder Empfangsarrays auf dem Träger 3 auf­ gebracht.

Das Koppelelement 1 besteht aus einem Präzisionsteil 5 und zwei Schiebern 6a, 6b und weist eine in der Fig. 1 nicht sichtbare (z. B. einem nicht dargestellten Anschlußstecker zugewandte) erste Seite 7 mit einer ersten Stirnfläche 8 auf. Eine zweite Seite 9 mit einer zweiten Stirnfläche 10 liegt der ersten Seite 7 gegenüber und ist den optoelektronischen Elementen 4a, 4b zugewandt. Im Präzisionsteil 5 verlaufen die Lichtwellenleiterabschnitte 2a, 2b in zwei parallelen Ebenen 11a, 11b (vgl. Fig. 3). Das Präzisionsteil wird gemeinsam mit den darin festgelegten Lichtwellenleiterabschnitten 2a, 2b und den eingeschobenen Schiebern 6a, 6b an der ersten Stirnfläche 8 senkrecht zu den Ebenen 11a, 11b der Lichtwellenleiterabschnitte geschliffen und poliert. Auf der zweiten Seite 9 des Präzisionsteils steht ein Teil 12, in dem die Lichtwellenleiterabschnitte enthalten sind, gegenüber der zweiten Stirnfläche 10 kragträgerartig hervor und überragt optisch aktive Zonen 13a, 13b der optoelektronischen Elemente 4a, 4b. Auch die beiden Schieber 6a, 6b können über die zweite Stirnfläche 10 hervorstehen, um den Lichtwellenleiter­ abschnitten im Hinblick auf eine nachfolgende Bearbeitung (z. B. Polieren) den notwendigen Halt zu geben und sie somit vor Beschädigung zu schützen. Das Teil 12 hat eine zu den Ebenen 11a, 11b der Lichtwellenleiterabschnitte um 45° geneigte Flä­ che 14. Diese Fläche 14 wird gemeinsam mit den Lichtwellen­ leiterabschnitten geschliffen und poliert. Anschließend wird diese Fläche metallisiert. Die ankopplungsseitigen metalli­ sierten Stirnflächen der einzelnen Lichtwellenleiterab­ schnitte 2a, 2b dienen damit als Spiegel 14a, 14b für eine 90°-Strahlumlenkung, sodaß die Lichtsignale von den Spiegeln 14a, 14b nach unten auf die optisch aktiven Zonen 13a, 13b der optoelektronischen Elemente (Empfänger) bzw. von den op­ tisch aktiven Zonen 13a, 13b (Sender) auf die Spiegel 14a, 14b weitergeleitet werden.

Zwischen den optisch aktiven Zonen 13a, 13b und den Spiegeln 14a, 14b verlaufen somit optische Kopplungspfade 15a, 15b (vgl. auch Fig. 4 und 5), entlang derer Lichtsignale wei­ tergeleitet werden.

Der Träger 3 und das Koppelelement 1 können sich auf einer in Fig. 1 nicht dargestellten Gehäuseplatine befinden und das Kernstück eines Sende- oder Empfangsmoduls oder eines Sende- und Empfangsmoduls (Transceiver) sein.

An der Oberseite 16a und der Unterseite 16b des Präzi­ sionsteils sind Aufnahmebereiche 17a, 17b (vgl. auch Fig. 2) ausgebildet. Im Präzisionsteil sind in einem Bereich links und rechts der Aufnahmebereiche jeweils Führungsbohrungen 18, 19 vorgesehen, die sich durch das gesamte Präzisionsteil 5 hindurch erstrecken können und die auf der ersten und zweiten Stirnfläche des Präzisionsteiles austreten können. In den Führungsbohrungen sind in dieser Ansicht nicht gezeigte Füh­ rungsstifte vorgesehen, die vom Präzisionsteil aus über die erste und zweite Stirnfläche abstehen und über die eine Kopp­ lung mit einem anderen Element sehr genau realisiert werden kann. Vorteilhafterweise sind alle Konturen mit hoher Präzi­ sion nur im Präzisionsteil realisiert.

Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht von der ersten Seite 7 des Koppelelementes.

Die Aufnahmebereiche 17a, 17b werden von je zwei Seitenflä­ chen 21a, 22a bzw. 21b, 22b und je einer Grundfläche 23a, 23b begrenzt und weisen an der Oberseite 16a bzw. Unterseite 16b eine Öffnung 24a bzw. 24b auf. Die Seitenflächen dienen zur Führung der Schieber 6a, 6b. Der Abstand der Seitenflächen wird an der Öffnung beginnend in Richtung zu den Grundflächen stetig größer. Die Aufnahmebereiche 17a, 17b weisen damit ei­ nen trapezförmigen Querschnitt auf. Entsprechend weisen auch die Schieber 6a, 6b einen trapezförmigen Querschnitt auf. Ihre Seitenflächen 25a, 26a bzw. 25b, 26b dienen ebenfalls der Führung. Im eingeschobenen Zustand schließen schmale Flä­ chen 27a, 27b der Schieber bündig mit der Oberseite 16a bzw. Unterseite 16b des Präzisionsteils ab. Breitere Flächen 28a, 28b der Schieber liegen zu den Grundflächen 23a, 23b der Auf­ nahmebereiche 17a, 17b dicht beabstandet. Durch die tra­ pezförmige bzw. schwalbenschwanzförmige Form der Aufnahmebe­ reiche wird ein Herausfallen der Schieber im eingeschobenen Zustand verhindert.

Die Zentren der Führungsbohrungen 18, 19 links und rechts der Aufnahmebereiche liegen auf einer Ebene, die mittig zwischen den Ebenen 11a, 11b der Lichtwellenleiterabschnitte verläuft. Die Führungsbohrungen können zum Zwecke der Codierung auch versetzt angeordnet sein um zu gewährleisten, daß nur ein dazu komplementäres Gegenteil eingesteckt werden kann.

Fig. 3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des Koppelelemen­ tes, in dem die Lichtwellenleiterabschnitte festgelegt sind.

In den Grundflächen 23a, 23b der Aufnahmebereiche des Präzi­ sionsteils 5 sind Nuten 29a, 29b enthalten, die von der er­ sten Stirnfläche 8 bis zur Fläche 14 verlaufen und in die die Lichtwellenleiterabschnitte eingelegt sind. Die Lichtwellen­ leiterabschnitte sind damit in den beiden Ebenen 11a, 11b im Präzisionsteil des Koppelelementes angeordnet, wobei jeder Lichtwellenleiterabschnitt 2a durch eine Dreilinienlagerung an je zwei Seitenflächen einer Nut 29a und der dicht beab­ standenten breitere Fläche 28a des Schiebers 6a in seiner Lage eindeutig festgelegt ist. Zusätzlich dazu können die Lichtwellenleiterabschnitte und/oder die Schieber in ihrer Solllage mit einem speziellen Kleber fixiert sein.

Die in einer gemeinsamen Ebene 11a liegenden Lichtwellenlei­ terabschnitte 2a sind in einer konstanten Teilung T zueinan­ der beabstandet und die Lichtwellenleiterabschnitte 2a, 2b verschiedener Ebenen sind zueinander um die Hälfte der Tei­ lung T versetzt (T/2).

Die Fig. 4 und 5 zeigen Schnittdarstellungen der Anordnung entsprechend der Fig. 1 entlang den Linien A-A und B-B. Die Linie A-A verläuft entlang der Längsachse eines Lichtwellen­ leiterabschnittes 2a, der in der oberen Ebene 11a enthalten ist, und die Linie B-B verläuft entlang der Längsachse eines Lichtwellenleiterabschnittes 2b, der in der unteren Lichtwel­ lenleiterabschnittsebene 11b enthalten ist. Das Präzi­ sionsteil 5 weist insbesondere im Teil 12 im Bereich der op­ tischen Kopplungspfade 15a Materialaussparungen 30 zwischen den Lichtwellenleiterabschnitten der Ebenen 11b auf.

Die Materialaussparungen 30 dienen dazu, Lichtsignale mög­ lichst verlustarm von der optisch aktiven Zone 13a eines op­ toelektronischen Elements 4a (Sender) durch den Mantel der Lichtwellenleiterabschnitte der oberen Ebene 11a zum Spiegel 14a hindurchtreten zu lassen. Am Spiegel 14a werden die Lichtsignale um 90° umgelenkt und anschließend im Lichtwel­ lenleiterabschnitt 2a in Richtung der ersten Stirnfläche 8 weitergeleitet. In entgegengesetzter Weise könnten Lichtsi­ gnale, die von der ersten Stirnfläche 8 kommend im Lichtwel­ lenleiterabschnitt 2a geführt werden, am Spiegel 14a um 90° umgelenkt werden. Das Licht träte dann durch den Mantel der Lichtwellenleiterabschnitte 2a der oberen Ebene 11a aus und würde durch die Materialaussparungen 30 hindurch freistrah­ lend und damit störungsfrei bis zu der optisch aktiven Zone 13a des zugeordneten optoelektronischen Elements 4a (Empfän­ ger) weitergeleitet. Der Bereich, in dem die optischen Kopp­ lungspfade 15a, 15b verlaufen, kann auch mit einem optisch transparenten Medium ausgefüllt sein.

Die Lichtsignale, die aus den Mänteln der Lichtwellenleiter­ abschnitte 2b der unteren Ebene 11b austreten, werden freistrahlend zu den Zonen 13b zugeordneter optoelektroni­ scher Elemente 4b (Empfänger) weitergeleitet. In entgegenge­ setzter Richtung würden Lichtsignale, die aus den Zonen 13b optoelektronischer Elemente 4b (Sender) austräten, bis zum Mantel der Lichtwellenleiterabschnitte 2b freistrahlend wei­ tergeleitet. Von dort würden die Lichtsignale in die Licht­ wellenleiterabschnitte eintreten, am Spiegel 14b um 90° umge­ lenkt und bis zur ersten Stirnfläche 8 geführt werden.

Claims (10)

1. Anordnung zum Ankoppeln von optoelektronischen Elementen (4a, 4b) mit jeweils einer optisch aktiven Zone (13a, 13b) an individuell zugeordnete Lichtwellenleiterab­ schnitte (2a, 2b),
wobei die Lichtwellenleiterabschnitte (2a, 2b) in einem Kop­ pelelement (1) enthalten sind und
optische Kopplungspfade (15a, 15b) zwischen den Lichtwellen­ leiterabschnitten und den Zonen (13a, 13b) verlaufen,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Lichtwellenleiterabschnitte (2a, 2b) in mindestens zwei Ebenen (11a, 11b) so angeordnet sind, daß zumindest einige der den Lichtwellenleiterabschnitten einer Ebene (11a) zuge­ ordneten Kopplungspfade (15a) durch Zwischenräume verlaufen, die zwischen Lichtwellenleiterabschnitten der anderen Ebene (11b) bestehen.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in einer gemeinsamen Ebene (11a) liegenden Lichtwellen­ leiterabschnitte jeweils in einer konstanten Teilung (T) zu­ einander beabstandet sind und die Lichtwellenleiterabschnitte verschiedener Ebenen zueinander versetzt sind.

3. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ankopplungsseitigen Stirnflächen der Lichtwellenleiterab­ schnitte unter einem Winkel angeschliffen und poliert sind und eine spiegelnde Beschichtung tragen.

4. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelelement ein Präzisionsteil (5) und zwei Schieber (6a, 6b) umfaßt, die die Lichtwellenleiterabschnitte in dem Präzisionsteil festlegen.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtwellenleiterabschnitte und die Schieber in ihrer Sollage verklebt sind.

6. Anordnung nach den Ansprüchen 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil (12) des Präzisionsteils die optoelektronischen Ele­ mente kragträgerartig überragt.

7. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelelement Materialaussparungen (30) im Bereich der optischen Kopplungspfade aufweist.

8. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelelement aus einem Kunststoff besteht und im Präzi­ sionsspritzguß hergestellt ist.

9. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die optoelektronischen Elemente (4a, 4b) auf mindestens einem Träger (3) aufgebracht sind und die optisch aktiven Zonen (13a, 13b) der optoelektronischen Elemente in mindestens zwei Reihen angeordnet sind.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (3) über elektrische Kontaktierungen und Leiter­ bahnen zu den optoelektronischen Elementen verfügt.