DE202008009454U1

DE202008009454U1 - Optische Koppelvorrichtung

Info

Publication number: DE202008009454U1
Application number: DE200820009454
Authority: DE
Original assignee: CCS Technology Inc
Current assignee: Corning Research and Development Corp
Priority date: 2008-07-14
Filing date: 2008-07-14
Publication date: 2008-09-11
Anticipated expiration: 2018-07-15

Abstract

Optische Koppelvorrichtung (100), umfassend:
– einen Schichtstapel (110), der aufweist:
– mindestens eine Trägerschicht (101) mit einer in einer ersten Ebene verlaufenden ersten Oberfläche (105) und eine in einer von der ersten Ebene beabstandeten zweiten Ebene verlaufende zweite Oberfläche (106),
– mindestens eine erste und eine zweite ein Haftmaterial umfassende Schicht (102; 103), die an der zweiten Oberfläche (106) angeordnet sind,
– eine Mehrzahl von Lichtwellenleitern (104), die in dem Schichtenstapel (110) angeordnet sind und die von dem Haftmaterial fixiert sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Koppelvorrichtung.
Zur Übertragung von Signalen über eine optische Übertragungsstrecke werden häufig aus elektrischen Signalen optische Signale erzeugt und in Lichtwellenleiter eingespeist. Beim Empfang der Signale werden die optischen Signale aus Lichtwellenleitern ausgekoppelt und zur weiteren Verarbeitung wieder in elektrische Signale umgewandelt. Dabei können Aderendhülsen eingesetzt werden, die eine Vielzahl von Lichtwellenleitern vereinigen, so genannte Multi-Port-Connector.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine optische Koppelvorrichtung anzugeben, die eine geringe Dämpfung aufweist und die sich kostengünstig herstellen lässt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Koppelvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Eine optische Koppelvorrichtung umfasst einen Schichtstapel. Der Schichtstapel weist mindestens eine Trägerschicht mit einer in einer ersten Ebene verlaufenden ersten Oberfläche auf. Die optische Koppelvorrichtung kann mit der ersten Ebene auf eine Fläche aufgelegt werden. Die Trägerschicht weist eine in einer von der ersten Ebene beabstandeten zweiten Ebene verlaufende zweite Oberfläche auf. Der Schichtstapel weist mindestens eine erste und eine zweite ein Haftmaterial umfassende Schicht auf, die an der zweiten Oberfläche angeordnet sind. Die optische Koppelvorrichtung umfasst eine Mehrzahl von Lichtwellenleitern, die in dem Schichtstapel angeordnet sind und die von dem Haftmaterial fixiert sind.
Die erste ein Haftmaterial umfassende Schicht kann auf der zweiten Oberfläche angeordnet sein. Die erste ein Haftmaterial umfassende Schicht kann eine in einer von der ersten Ebene weiter beabstandeten dritten Ebene verlaufende dritte Oberfläche aufweisen. Auf der dritten Oberfläche kann eine weitere Trägerschicht angeordnet sein, wobei in dem Schichtstapel die ein Haftmaterial umfassenden Schichten jeweils zwischen zwei Trägerschichten angeordnet sind.
Die Mehrzahl von Lichtwellenleitern kann jeweils teilweise in den ein Haftmaterial umfassenden Schichten angeordnet sein.
Die mindestens eine Trägerschicht kann eine Mehrzahl von Nuten aufweisen, die beginnend an der zweiten Ebene in die mindestens eine Trägerschicht dringen. Je ein Lichtwellenleiter kann in einer der Nuten angeordnet sein. Die Trägerschicht kann eine in einer vierten Ebene verlaufende vierte Oberfläche aufweisen. Die vierte Ebene ist von der ersten Oberfläche weiter beabstandet als die zweite Oberfläche. Mindestens eine weitere Nut kann beginnend an der vierten Oberfläche in die Trägerschicht dringen. Die Mehrzahl von Nuten und die mindestens eine weitere Nut dringen jeweils bis zu einer fünften Ebene in die mindestens eine Trägerschicht.
In einer weiteren Ausführungsform ist die erste ein Haftmaterial umfassende Schicht an der zweiten Oberfläche angeordnet. Die erste ein Haftmaterial umfassende Schicht kann eine in einer von der ersten Ebene weiter beabstandeten dritten Ebene verlaufende dritte Oberfläche aufweisen. Die Mehrzahl der Lichtwellenleiter ist in den ein Haftmaterial umfassenden Schichten jeweils teilweise angeordnet. Die erste ein Haftmaterial umfassende Schicht und die zweite ein Haftmaterial umfassende Schicht können eine gemeinsame Kontaktfläche aufweisen. Der Abstand der Lichtwellenleiter zueinander kann in den jeweiligen ein Haftmaterial umfassenden Schichten durch das Haftmaterial fixiert sein.
Die mindestens eine Trägerschicht kann mindestens eine Einkerbung aufweisen, die beginnend an der ersten Oberfläche in die Trägerschicht dringt.
Die Mehrzahl von Lichtwellenleitern kann an der mindestens einen Trägerschicht durch eine Mehrzahl von Schweißverbindungen befestigt sein. Die mindestens eine Trägerschicht kann ein Glas umfassen. In einer weiteren Ausführungsform umfasst die mindestens eine Trägerschicht ein für das Licht eines Lasers zum Laserschweißen durchlässiges Material.
Weitere Merkmale, Vorteile und Weiterbildungen ergeben sich aus den nachfolgenden in Verbindung mit den 1 bis 7 erläuterten Beispielen.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer optischen Koppelvorrichtung gemäß einer Ausführungsform,
2 eine schematische Darstellung einer optischen Koppelvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform,
3 eine schematische Darstellung einer optischen Koppelvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform,
4 eine schematische Darstellung einer Trägerschicht gemäß einer Ausführungsform,
5 eine schematische Darstellung einer Aufsicht auf eine Trägerschicht gemäß einer Ausführungsform,
6 eine schematische Darstellung eines Lichtwellenleiters, der mit einer Schweißverbindungen einer Trägerschicht gekoppelt ist,
7 eine schematische Darstellung eines Systems zur Verarbeitung optischer Signale.
1 zeigt eine optische Koppelvorrichtung 100. Die optische Koppelvorrichtung 100 umfasst einen Schichtstapel 110, der eine Trägerschicht 101, eine erste ein Haftmaterial umfassende Schicht 102 und eine zweite ein Haftmaterial umfassende Schicht 103 aufweist. Innerhalb der Schicht 102 und der Schicht 103 ist eine Mehrzahl von Lichtwellenleitern 104 angeordnet. Die Trägerschicht 101 weist eine erste Oberfläche 105 auf, mit der die Vorrichtung auf einer Fläche angeordnet werden kann. Die Trägerschicht 101 weist eine zweite Oberfläche 106 auf, die im Wesentlichen parallel zur ersten Oberfläche 105 verläuft. Auf der zweiten Oberfläche 106 ist ein Teil der Mehrzahl von Lichtwellenleitern angeordnet. Die Trägerschicht ist eingerichtet, Lichtwellenleiter zu tragen.
Die Lichtwellenleiter, die auf der zweiten Oberfläche 106 angeordnet sind, sind von Haftmaterial umgeben, das die Schicht 102 ausbildet. Das Haftmaterial der Schicht 102 weist eine dritte Oberfläche 107 auf, die im Wesentlichen parallel zu den Oberflächen 105 und 106 ist. Auf der Oberfläche 107 ist ein weiterer Teil der Mehrzahl von Lichtwellenleitern angeordnet. Die Lichtwellenleiter, die auf der Oberfläche 107 angeordnet sind, sind von Haftmaterial umgeben, das die Schicht 103 bildet. Es können weitere Schichten angeordnet sein, die weitere Lichtwellenleiter umfassen.
Die Trägerschicht 101 umfasst beispielsweise ein Glas, sie kann beispielsweise Zinksulfid, Zinksilinid oder Siliziumdioxid umfassen. Die Trägerschicht umfasst ein Material, das sich in hoher Genauigkeit bezüglich ihrer Abmessungen bearbeiten lässt. In einer Ausführungsform ist die Trägerschicht für das Licht eines Lasers zum Laserschweißen durchlässig. Die Schichten aus Haftmaterial umfassen ein Klebematerial, das sich in einem ersten Zustand formen lässt und zu einem zweiten Zustand aushärtet. In dem zweiten Zustand ist das Klebematerial fest. Beispielsweise umfasst das Haftmaterial ein Acrylat oder ein Epoxid, insbesondere ein UV-aushärtbares Acrylat oder ein UV-aushärtbares Epoxid. Es kann aber auch ein anderes Material aufweisen, beispielsweise ein Polymer, insbesondere ein UV-aushärtbares Polymer. Das Haftmaterial umfasst insbesondere ein Material, das UV-aushärtbar ist und/oder durch Wärme aushärtbar ist. Das Haftmaterial der Schichten 102 beziehungsweise 103 weist einen niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf. Das Haftmaterial weist eine geringe Volumenänderung zwischen dem viskosen und dem ausgehärteten Zustand auf. Das Haftmaterial umgibt die Lichtwellenleiter und fixiert die Lage der Lichtwellenleiter im ausgehärteten Zustand. Das Haftmaterial fixiert die Lichtwellenleiter mit jeweils sehr genauen Abständen 109 zueinander.
Das Haftmaterial der Schicht 102 fixiert die Lichtwellenleiter auf der Trägerschicht 101 und hält die Lichtwellenleiter untereinander in einem festen vorgegebenen Abstand, insbesondere die jeweils unmittelbar benachbarten Lichtwellenleiter.
Das Haftmaterial der Schicht 102 bildet die möglichst plane Oberfläche 107 aus. Der Abstand zu der Oberfläche 105 der Lichtwellenleiter, die auf der Oberfläche 107 angeordnet sind, ist sehr genau durch den Abstand der Oberfläche 107 zu der Oberfläche 106 festgelegt. Die Lichtwellenleiter, die auf der Oberfläche 107 angeordnet sind, werden von dem Haftmaterial der Schicht 103 fixiert.
Die Schicht, die den Schichtstapel in eine der Trägerschicht 101 entgegengesetzte Richtung abschließt, kann dicker ausgebildet sein als der Durchmesser der Lichtwellenleiter ist. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Schicht 103 dicker ausgebildet als der Durchmesser der Lichtwellenleiter ist. Dadurch werden die Lichtwellenleiter auf der der Oberfläche 107 entgegengesetzten Seite bedeckt. Die Lichtwellenleiter der Schicht 103 werden so von dem Haftmaterial gegenüber Umwelteinflüssen geschützt. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist auf der Schicht 103 eine weitere Trägerschicht angeordnet. Die weitere Trägerschicht kann das gleiche Material umfassen, wie die Trägerschicht 101. Diese dient zum Schutz der Lichtwellenleiter in der obersten Schicht. Wenn eine weitere Trägerschicht angeordnet ist, muss die Schicht, die den Schichtstapel in eine der Trägerschicht 101 entgegengesetzte Richtung abschließt, nicht dicker ausgebildet sein als der Durchmesser der Lichtwellenleiter ist.
Die Schicht 102 und die Schicht 103 weisen eine gemeinsame Kontaktfläche 108 auf. Es können auch mehr als zwei Schichten entsprechend den Schichten 102 oder 103 angeordnet sein, die jeweils ein Haftmaterial umfassen und die jeweils Lichtwellenleiter fixieren. Beispielsweise sind drei oder mehr Schichten angeordnet, wobei jeweils zwei benachbarte Schichten eine gemeinsame Kontaktfläche aufweisen.
Bei einem Verfahren zur Herstellung einer optischen Koppelvorrichtung wird ein Teil der Mehrzahl von Lichtwellenleitern relativ zueinander in einem vorgegebenen Abstand angeordnet. Der Teil der Mehrzahl von Lichtwellenleitern wird auf der Trägerschicht 101 angeordnet. Das Haftmaterial wird auf der Trägerschicht 101 angeordnet, so dass es die Lichtwellenleiter umgibt, insbesondere die freiliegenden Flächen der Lichtwellenleiter. Die Enden der Lichtwellenleiter, aus denen Licht ausgekoppelt beziehungsweise eingekoppelt werden kann, werden jeweils vor dem Haftmaterial geschützt und bleibt frei von Haftmaterial, beispielsweise durch eine wieder entfernbare Abdeckung. Das Haftmaterial härtet aus und bildet die Oberfläche 107 aus. Das Haftmaterial härtet beispielsweise durch eine Bestrahlung mit ultraviolettem Licht oder mit Wärme aus.
Ein weiterer Teil der Mehrzahl von Lichtwellenleitern wird auf der Oberfläche 107 der Schicht 102 aus Haftmaterial angeordnet. Die Lichtwellenleiter sind relativ zueinander in einem sehr genau einstellbaren Abstand angeordnet. Beispielsweise werden die jeweiligen Lichtwellenleiter vor dem Ankleben beziehungsweise Umgießen mit Haftmaterial an die jeweiligen Schichten in Nuten einer Haltevorrichtung angeordnet und mittels der Haltevorrichtung auf den jeweiligen Oberflächen der Schichten ausgerichtet. Es wird Haftmaterial auf der Schicht 102 angeordnet, das die weitere Mehrzahl von Lichtwellenleitern umgibt und im ausgehärteten Zustand die Schicht 103 bildet. Der weitere Teil von Lichtwellenleitern wird in der Schicht 103 fixiert.
2 zeigt eine Koppelvorrichtung 200. Die optische Koppelvorrichtung 200 umfasst eine Trägerschicht 201. Die Trägerschicht weist eine erste Oberfläche 205 auf, die in einer ersten Ebene 212 verläuft. Die Trägerschicht 201 weist eine zweite Oberfläche 206 auf, die in einer zweiten Ebene 213 verläuft. Die zweite Ebene ist von der ersten Ebene beabstandet. Auf der Oberfläche 206 ist eine Schicht 202, die ein Haftmaterial umfasst, angeordnet. Die Schicht 202 weist eine Oberfläche 207 auf, die in einer dritten Ebene 214 verläuft. Die dritte Ebene ist von der ersten Ebene weiter beabstandet als die zweite Ebene.
In der Schicht 202 ist ein Teil einer Mehrzahl von Lichtwellenleitern 211 angeordnet, die von dem Haftmaterial umgeben sind. Auf der Oberfläche 207 ist eine zweite Trägerschicht 203 angeordnet. Die Schicht 203 weist eine Oberfläche 208 auf, die in einer vierten Ebene 215 verläuft. Die vierte Ebene 215 ist von der ersten Ebene 212 weiter beabstandet als die dritte Ebene 214 und die zweite Ebene 213. Auf der Oberfläche 208 ist eine weitere Schicht 204 angeordnet, die ein Haftmaterial umfasst. Die Schichten, die ein Haftmaterial umfassen, sind jeweils zwischen zwei Trägerschichten angeordnet. Die Schichten, die ein Haftmaterial umfassen, und die Trägerschichten bilden einen Schichtstapel 210.
Die Trägerschichten sind möglichst präzise in ihren Abmessungen gefertigt. Die Trägerschichten umfassen beispielsweise ein Glas, sie können auch ein anderes Material umfassen, das sich präzise verarbeiten lässt, wie oben beschrieben. Beispielsweise umfassen die Trägerschichten ein Material, das ein Laserschweißen ermöglicht, so dass die Lichtwellenleiter jeweils durch eine Schweißverbindung mit der Trägerschicht gekoppelt werden können. Eine Dicke der Trägerschichten gibt den Abstand der Lichtwellenleiter zu der Oberfläche 205 vor. Die Dicke reicht von der Oberfläche 205 bis zur Oberfläche 206. Der Abstand der jeweiligen Schichten mit Lichtwellenleitern ist durch die Dicke der Trägerschichten festgelegt. Der Abstand der Lichtwellenleiter in den jeweiligen Schichten zueinander ist vorgegeben und wird durch das Haftmaterial fixiert. Die ein Haftmaterial umfassenden Schichten sind jeweils zwischen zwei Trägerschichten angeordnet. Beispielsweise ist die Schicht 202 zwischen der Schicht 201 und der Schicht 203 angeordnet. Die Dicke der Schichten aus Haftmaterial, beispielsweise zwischen der Oberfläche 206 und der Oberfläche 207, entspricht dem Durchmesser der Lichtwellenleiter 211, beispielsweise in etwa 125 μm oder 250 μm.
Zur Herstellung der optischen Koppelvorrichtung 200 wird die Trägerschicht 201 bereitgestellt und auf der Oberfläche 206 ein Teil der Mehrzahl von Lichtwellenleitern 211 positioniert. Die Abstände der jeweiligen Lichtwellenleiter zueinander werden sehr genau vorgegeben, beispielsweise werden die jeweiligen Lichtwellenleiter in Nuten einer Haltevorrichtung angeordnet und mittels der Haltevorrichtung auf den jeweiligen Oberflächen der Schichten ausgerichtet. Die Lichtwellenleiter werden relativ zueinander möglichst präzise auf der Oberfläche 206 positioniert. Haftmaterial, das die Schicht 202 bildet, wird auf die Oberfläche 206 aufgebracht, so dass es die Lichtwellenleiter umgibt. Die Trägerschicht 203 wird im Wesentlichen parallel zur Trägerschicht 201 an den Lichtwellenleitern 211 angeordnet.
Das Haftmaterial der Schicht 202 härtet aus, beispielsweise indem es ultravioletter Strahlung ausgesetzt wird. Das Haftmaterial der Schicht 202 kann auch über andere Verfahren aushärten, beispielsweise indem es Wärme ausgesetzt wird, beziehungsweise indem es erhitzt wird. Die Lichtwellenleiter werden in einem vorgegebenen Abstand zueinander durch das Haftmaterial fixiert, das in der Schicht 202 und zwischen den Lichtwellenleitern angeordnet ist. Auf der Oberfläche 208 der Schicht 203 werden weitere Lichtwellenleiter angeordnet. Der Abstand der Lichtwellenleiter zueinander ist wiederum möglichst genau vorgegeben. Zur Fixierung der Abstände der Lichtwellenleiter zueinander wird Haftmaterial auf der Oberfläche 203 angeordnet, das die Schicht 204 bildet. Im Wesentlichen parallel zur Oberfläche 208 wird eine weitere Trägerschicht angeordnet.
Es können wie im gezeigten Ausführungsbeispiel drei Schichten angeordnet sein, die ein Haftmaterial umfassen und die Lichtwellenleiter fixieren. Es können mehr als drei Schichten angeordnet sein, die ein Haftmaterial umfassen und die Lichtwellenleiter fixieren. Beispielsweise sind vier oder mehr solcher Schichten angeordnet, wobei jeweils eine Schicht, die ein Haftmaterial umfasst, zwischen zwei Trägerschichten angeordnet ist. Es können weniger als drei Schichten angeordnet sein, die ein Haftmaterial umfassen und die Lichtwellenleiter fixieren. Beispielsweise sind zwei solcher Schichten angeordnet, wobei jeweils eine Schicht, die ein Haftmaterial umfasst, zwischen zwei Trägerschichten angeordnet ist.
Die Länge eines aus dem Schichtstapel hervorstehenden Abschnitts eines Lichtwellenleiters 211 senkrecht zur Blattebene der Zeichnung kann jeweils durch Polieren oder Laserschneiden eingestellt werden. Die Länge des aus dem Schicht stapel hervorstehenden Abschnitts eines Lichtwellenleiters 211 kann entweder vor dem Zusammenfügen der Koppelvorrichtung auf ihre endgültige Länge getrimmt werden, sie können auch nach dem Zusammenfügen der Koppelvorrichtung gekürzt werden. Die Lichtwellenleiter können in einer weiteren Ausführungsform mit den Enden zum Ein- und Auskoppeln von Licht auf eine plane Glasplatte geklebt werden, bevor die Koppelvorrichtung zusammengefügt wird. Daraufhin kann die Positionierung der Lichtwellenleiter durch den Aufbau des Schichtstapels gefestigt werden.
Die Lichtwellenleiter können so positioniert sein, dass ihre Endflächen mit den Schichten möglichst plan abschließen. Die Endflächen schließen mit einer Stirnseite des Schichtenstapels möglichst plan ab. Die Stirnseite verläuft quer zu der Oberfläche 205. Die Endflächen der Lichtwellenleiter können auch aus der Stirnseite des Schichtenstapels hervorspringen, so dass der zur Endfläche benachbarte Bereich der Lichtwellenleiter nicht in dem Schichtstapel angeordnet ist.
Die Lichtwellenleiter können auch so angeordnet sein, dass sie mit den jeweiligen Enden zum Ein- beziehungsweise Auskoppeln von Licht unterschiedlich weit von der Stirnseite des Schichtstapels beabstandet sind. Die Lichtwellenleiter einer Schicht ragen gleich weit aus dem Schichtstapel hervor. Die Lichtwellenleiter unterschiedlicher Schichten ragen unterschiedlich weit aus dem Schichtstapel hervor. Die Stirnseite verläuft im Wesentlichen quer zur Ausrichtung der Trägerschicht. Die Lichtwellenleiter können jeweils eine schräge Endfläche aufweisen. Die Endflächen weisen insbesondere einen Winkel ungleich 90° in Bezug auf die Längsrichtung des Lichtwellenleiters auf, insbesondere einen Winkel zwischen 40° und 50°. Die Endflächen der Lichtwellenleiten können jeweils eine konvexe Oberfläche aufweisen, die einen Hohlspiegel bildet, so dass der optische Strahlengang eine Umlenkung von etwa 90° aufweist und im Wesentlichen auf das Zentrum des Lichtwellenleiters fokussiert ist.
3 zeigt eine optische Koppelvorrichtung 300. Die Koppelvorrichtung 300 umfasst einen Schichtstapel 310 in dem Lichtwellenleiter 304 fixiert sind. Der Schichtstapel 310 umfasst eine Mehrzahl von Trägerschichten 301 und 303. Zwischen den Trägerschichten ist jeweils eine Schicht 302 aus Haftmaterial angeordnet.
Die Trägerschicht 301 weist eine erste Oberfläche 305 auf. Die erste Oberfläche verläuft in einer ersten Ebene. Die Trägerschicht 301 weist eine zweite Oberfläche 306 auf, die in einer zweiten Ebene verläuft. Die zweite Ebene ist von der ersten Ebene beabstandet. Mindestens eine Einkerbung 308 dringt beginnend an der ersten Oberfläche 305 in die Trägerschicht 301 ein. Die Einkerbung 308 ist beispielsweise durch einen Laserritzvorgang in die Trägerschicht 301 eingebracht. Der Laser ist beispielsweise Laser, der dauerhaft betrieben wird, ein so genannter Continuous-Wave-Laser. Durch die Einkerbungen 308 kann die Positionierung der optischen Koppelvorrichtung zu einem weiteren Bauelement, beispielsweise einer Leiterplatte, möglichst genau eingestellt werden. Das weitere Bauelement weist dazu Gegenstücke wie Pins auf, die in den Einkerbungen 308 angeordnet werden können. Durch das Einritzen der Einkerbungen mit einem Laser können diese relativ genau hergestellt werden, so dass eine möglichst genaue Positionierung des Trägerelements in Bezug auf das weitere Bauelement möglicht ist.
Beginnend an der Oberfläche 306 dringen Nuten 309 in die Trägerschicht ein. Je ein Lichtwellenleiter ist in einer der Nuten angeordnet. Dadurch kann der Abstand der Lichtwellenleiter zueinander festlegt werden. Die Nuten 309 dringen bis zu einer Tiefe 311 in die Trägerschicht ein. Die Nuten sind beispielsweise über einen Laserritzvorgang in die Trägerschicht eingebracht. Insbesondere kann dazu der gleiche Laseraufbau verwendet werden, mit dem auch die Einkerbungen 308 in die Trägerschicht eingebracht werden. Durch die Verwendung eines Lasers zum Einritzen der Nuten 309 können die Abstände und die Tiefe 311 möglichst präzise eingestellt werden. Durch eine Variation der Tiefe 311, die von der Oberfläche 306 bis zur Spitze der Nut verläuft, können Unebenheiten der Trägerschicht 301 ausgeglichen werden.
Zwischen der Trägerschicht 303 und der Trägerschicht 301 ist die Schicht 302 angeordnet, deren Haftmaterial die Lichtwellenleiter fixiert. Das Haftmaterial koppelt ebenfalls die Trägerschicht 301 und die Trägerschicht 303. Die Trägerschicht 303 ist an einer Oberfläche 307 der Haftschicht 302 angeordnet. Die Länge der Lichtwellenleiter quer zur Blattebene kann durch ein Laserschneiden der Lichtwellenleiter gekürzt werden. Zum Kürzen der Lichtwellenleiter, zum Einbringen der Nuten 309 und zum Einritzen der Einkerbungen 308 kann eine gleiche Laserschneidevorrichtung verwendet werden. Beispielsweise wird zwischen den einzelnen Schritten die Laserleistung verändert, die Position des Lasers verändert und/oder die Koppelvorrichtung bewegt.
In einer Ausführungsform umfassen die Trägerschichten ein Material, das das Licht eines Lasers zum Laserschweißen transmittiert, beispielsweise umfassen die Trägerschichten Zinksilinid oder Zinksulfid. Die Lichtwellenleiter können in dieser Ausführungsform durch eine Laserschweißverbindung mit den Trägerschichten gekoppelt sein. Der Laserstrahl wird durch die Trägerschichten auf die Kontaktstellen zwischen Lichtwellenleiter und Trägerschicht fokussiert, so dass eine Schweißverbindung entsteht.
Die Trägerschicht weist in einer Ausführungsform im Bereich eines Lichtwellenleiters mindestens einen vorspringenden Bereich auf. Der zugehörige Lichtwellenleiter weist eine Einkerbung auf und der mindestens eine vorspringende Bereich ist in der Einkerbung angeordnet, um den mindestens einen Lichtwellenleiter örtlich relativ zur Trägerschicht zu fixieren. Die Trägerschicht 303 kann jeweils im Bereich der Lichtwellenleiter an der Oberfläche 307 einen vorspringenden Bereich aufweisen. Die Lichtwellenleiter weisen jeweils eine Einkerbung auf, so dass jeweils der vorspringende Bereich in der Einkerbung angeordnet ist. Dadurch können die Lichtwellenleiter relativ zu der Trägerschicht 303 in Längsrichtung der Lichtwellenleiter fixiert werden. Die Position der Lichtwellenleiter kann durch den vorspringenden Bereich in eine erste Richtung X vorgegeben sein, durch die Tiefe 311 der Nuten 309 in eine zweite Richtung Z, die quer zur ersten Richtung verläuft und durch den Abstand der Nuten zueinander und in eine dritte Richtung Y.
4 zeigt eine Trägerschicht 400, die eine erste Oberfläche 403 aufweist. Beabstandet zu der ersten Oberfläche 403 weist die Trägerschicht 400 eine weitere Oberfläche 404 auf. Die Trägerschicht 400 weist eine weitere Oberfläche 405 auf, die von der Oberfläche 403 weiter beabstandet ist als die Oberfläche 404. An der Oberfläche 404 beginnend dringt eine Nut 401 in die Trägerschicht ein. An der Oberfläche 405 beginnend dringt eine weitere Nut 402 in die Trägerschicht ein.
Die Nuten dringen bis zu einer Ebene 406 in die Trägerschicht ein. Die Ebene 406 verläuft im Wesentlichen parallel zu einer Ebene, in der die erste Oberfläche 403 verläuft. Dadurch, dass die Nuten bis zu der gemeinsamen Ebene 406 in die Trägerschicht eindringen, können Unebenheiten der Trägerschicht ausgeglichen werden, insbesondere Unebenheiten der Oberflächen der Trägerschicht. Die Trägerschicht 400 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel im Bereich der Oberfläche 404 etwas dünner als im Bereich der Oberfläche 405. Die Oberfläche 404 ist von der Oberfläche 403 weniger weit beabstandet als die Oberfläche 405. Dadurch, dass die Nut 402 bezogen auf die Oberfläche 405 bis zur Ebene 406 weiter eindringt als die Nut 401, wird diese Unebenheit ausgeglichen. Die Nuten können besonders präzise durch ein Laserritzverfahren in die Trägerschicht 400 eingebracht werden.
5 zeigt eine Trägerschicht 501 in einer Aufsicht. Die Trägerschicht 501 weist Einkerbungen 502 und Nuten 503 auf. Durch die Einkerbungen 502 kann die Trägerschicht präzise mit Hilfe von Pins auf einem Bauelement angeordnet werden. Beispielsweise dringen drei Einkerbungen 502 in die Trägerschicht, es kann auch eine andere Anzahl von Einkerbungen angeordnet sein, die die Lage der Trägerschicht relativ zu dem Bauelement festlegen können. Durch die Nuten 503 kann die Position von Lichtwellenleitern vorgegeben werden. In einer Ausführungsform weist die Trägerschicht keine Nuten 503 auf und der Abstand der Lichtwellenleiter zueinander wird über ein Element vorgegeben, das später wieder entfernt wird. Die Lichtwellenleiter können auf der Trägerschicht 501 durch ein Haftmaterial fixiert werden. In einem weiteren Ausführungsbeispiel werden die Lichtwellenleiter auf der Trägerschicht 501 durch eine Schweißverbindung fixiert.
Eine solche Schweißverbindung 605 ist in 6 gezeigt. Die Laserschweißverbindung 605 verbindet einen Lichtwellenleiter 602 mit einer Trägerschicht 601. Der Lichtwellenleiter 602 weist im Zentrum einen Kern 603 auf, in dem Licht geführt werden kann. Der Kern 603 ist von einem Material mit niedrigerem Brechungsindex als der Kern 604 umgeben. Die Schweißverbindung, die durch ein Laserschweißverfahren gebildet wird, verbindet den Mantel 604 mit der Trägerschicht 601, die beispielsweise ein Glas oder einen Halbleiterkristall umfasst.
7 zeigt ein System 700 zur Verarbeitung optischer Signale. Das System umfasst eine optische Koppelvorrichtung 701, eine digital arbeitende Einrichtung 702 und eine Mehrzahl von optisch-elektrischen Wandlereinrichtungen 703. Die Koppelvorrichtung, die digital arbeitende Einrichtung und die optisch-elektrischen Wandlereinrichtungen sind auf einer Leiterplatte 704 angeordnet. Die Koppelvorrichtung 701 umfasst eine Mehrzahl von Lichtwellenleitern 705, die jeweils eine Endfläche 706 aufweisen. Die Koppelvorrichtung umfasst weiterhin einen Schichtstapel, der eine Mehrzahl von Trägerschichten 711 und eine Mehrzahl von Schichten 712 umfasst, die Haftmaterial umfassen.
Die digital arbeitende Einrichtung 702 ist über elektrische Leitungen der Leiterplatte elektrisch mit den optisch-elektrischen Wandlereinrichtungen 703 gekoppelt. Die optisch-elektrischen Wandlereinrichtungen sind jeweils eingerichtet, optische Signale und elektrische Signale ineinander zu wandeln. Die digital arbeitende Einrichtung umfasst beispielsweise einen nicht-flüchtigen Halbleiterspeicher. Die optisch-elektrischen Wandlereinrichtungen 703 umfassen beispielsweise mindestens einen Laser, insbesondere einen Halbleiterlaser, bei dem das Licht quer zu den Halbleiterschichten abgestrahlt wird. Die optisch-elektrischen Wandlereinrichtungen 703 können einen optischen Empfänger umfassen, insbesondere eine Fotodiode.
Die Lichtwellenleiter 705 der optischen Koppelvorrichtung 701 sind in den Schichten aus Haftmaterial angeordnet. Die Lichtwellenleiter sind so angeordnet, dass sie mit den Enden, die den Wandlereinrichtungen 703 zugewandt sind, unterschiedlich weit von einer Stirnseite 708 des Schichtstapels beabstandet sind. Die Stirnseite 708 verläuft im Wesentlichen quer zur Ausrichtung der Trägerschicht 711 und der Schicht 712. Die Lichtwellenleiter weisen jeweils die schräge Endfläche 706 auf. Die Endfläche 706 weist insbesondere einen Winkel ungleich 90° in Bezug auf die Längsrichtung des Lichtwellenleiters 705 auf. Die Endfläche 706 weist eine konvexe Oberfläche auf. Die Lichtwellenleiter 705 sind mit den der Endfläche 706 zugewandten Enden jeweils optisch mit einer optisch-elektrischen Wandlereinrichtung 703 gekoppelt.
Der optische Strahlengang wird an der Endfläche 706 um etwa 90° umgelenkt. Dazu weist die Endfläche 706 in Bezug auf die Längsrichtung des Lichtwellenleiters 705 einen Winkel von etwa 45° auf. Die Endfläche weist in Bezug auf die Längsrichtung des Lichtwellenleiters 705 einen Winkel zwischen 40 und 50° auf. Durch eine Rundung der Endfläche 706, die beispielsweise konvex ist, kann eine Linsenwirkung realisiert werden. Die schräge Endfläche 706 bildet insbesondere einen Hohlspiegel. Die Lichtwellenleiter der jeweiligen Schichten aus Haftmaterial reichen unterschiedlich weit aus dem Schichtstapel heraus, so dass die jeweiligen Endflächen der Lichtwellenleiter optisch mit Bauelementen gekoppelt sind, die auf der Leiterplatte 705 angeordnet sind. Beispielsweise reichen die Lichtwellenleiter einer Schicht um den doppelten Durchmesser der Lichtwellenleiter weiter aus dem Schichtstapel hervor als die benachbarten Lichtwellenleiter, die eine Schicht näher an der Leiterplatte angeordnet sind.
Die schrägen Endflächen 706 der Lichtwellenleiter sind vorzugsweise durch ein Laserschneidverfahren hergestellt. Ein aus dem Schichtstapel hervorstehender Abschnitt 709 des Lichtwellenleiters wird jeweils durch einen Laser gekürzt, der in einem entsprechenden Winkel angeordnet ist. Die Rundung der Endflächen 706 kann durch ein Anschmelzen der Faserenden durch einen Laser erfolgen. Beispielsweise kann der gleiche Laser verwendet werden wie zum Kürzen der Lichtwellenleiter, in dem seine Leistung vermindert wird. Die Endfläche 706 wird angeschmolzen und bildet die konvexe Endfläche 706 aus. Der Laser, der zum Schneiden der Lichtwellenleiter verwendet wird, kann verschoben werden, beziehungsweise kann die Anordnung relativ zum Laser verschoben werden und somit die gerundete Endfläche hergestellt werden. Durch das Verschieben des Lasers und der Anordnung relativ zu einander wird ändert sich der Fokus des Lasers in Bezug auf die Anordnung. Dadurch wird die Endfläche 706 angeschmolzen und bildet die konvexe Endfläche 706 aus. Es kann auch die Ausrichtung zwischen den Lichtwellenleitern und dem Laser so geändert werden, dass der Laser möglichst senkrecht auf die schräge Endfläche 706 auftrifft, wodurch die Endfläche angeschmolzen wird und die konvexe Endfläche 706 ausbildet.
Die Ausrichtung der Koppelvorrichtung 701 relativ zu der Leiterplatte 704 und dem optisch-elektrischen Wandlereinrichtungen 703 ist durch mindestens eine Kerbe 707 festgelegt. Die Trägerschicht 711, die beispielsweise ein Glas umfasst, weist Einkerbungen auf. Diese sind bevorzugt durch ein Laserritz verfahren in die Trägerschicht eingebracht und ermöglichen eine relativ präzise Ausrichtung der Lichtwellenleiterendflächen 706 zu den Wandlereinrichtungen 703. Die Leiterplatte weist dazu in einem vorgegebenen Abstand zu den Wandlereinrichtungen 703 Pins auf, die ein Gegenstück zu den Einkerbungen der Trägerschicht 711 bilden. Insbesondere kann zum Einritzen der Einkerbungen, zum Schneiden der Lichtwellenleiter und zum Herstellen der konvexen Endfläche der gleiche Laser sein.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ragen die Endflächen 706 nicht aus der Stirnseite 708 des Schichtstapels hervor. Die Endflächen 706 sind in diesem Ausführungsbeispiel quer zur Längsrichtung der Lichtwellenleiter. Die Endflächen 706 und die Stirnseite 708 sind möglichst plan ausgebildet. Es können wie im gezeigten Ausführungsbeispiel drei Schichten 712, die ein Haftmaterial umfassen, zwischen vier Trägerschichten 711 angeordnet sein. Es können auch mehr Schichten 712, die ein Haftmaterial umfassen, angeordnet sein, beispielsweise vier. Es können auch zwei Schichten 712, die ein Haftmaterial umfassen, angeordnet sein. Eine Schicht 712 aus Haftmaterial ist jeweils zwischen zwei Trägerschichten 711 angeordnet. In jeder Schicht 712 aus Haftmaterial sind mehrere Lichtwellenleiter angeordnet, beispielsweise zwölf Lichtwellenleiter, es können aber auch mehr als zwölf Lichtwellenleiter oder weniger angeordnet sein, beispielsweise sechs Lichtwellenleiter je Schicht 712.

Claims

Optische Koppelvorrichtung (100), umfassend: – einen Schichtstapel (110), der aufweist: – mindestens eine Trägerschicht (101) mit einer in einer ersten Ebene verlaufenden ersten Oberfläche (105) und eine in einer von der ersten Ebene beabstandeten zweiten Ebene verlaufende zweite Oberfläche (106), – mindestens eine erste und eine zweite ein Haftmaterial umfassende Schicht (102; 103), die an der zweiten Oberfläche (106) angeordnet sind, – eine Mehrzahl von Lichtwellenleitern (104), die in dem Schichtenstapel (110) angeordnet sind und die von dem Haftmaterial fixiert sind.
Optische Koppelvorrichtung (100; 200) nach Anspruch 1, wobei: – die erste ein Haftmaterial umfassende Schicht (202) auf der zweiten Oberfläche (206) angeordnet ist und eine in einer von der ersten Ebene weiter entfernt beabstandeten dritten Ebene verlaufende dritte Oberfläche (207) aufweist, – eine weitere Trägerschicht (203) auf der dritten Oberfläche (207) angeordnet ist, und – in dem Schichtstapel (210) die ein Haftmaterial umfassenden Schichten jeweils zwischen zwei Trägerschichten angeordnet sind.
Optische Koppelvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Mehrzahl von Lichtwellenleitern (211) jeweils teilweise in den ein Haftmaterial umfassenden Schichten (202, 204) angeordnet ist.
Optische Koppelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die mindestens eine Trägerschicht (201; 301) eine Mehrzahl von Nuten (309) aufweist, die beginnend an der zweiten Ebene (306) in die mindestens eine Trägerschicht (301) dringen, wobei je ein Lichtwellenleiter (304) in einer der Nuten (309) angeordnet ist.
Optische Koppelvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Trägerschicht (400) eine in einer vierten Ebene verlaufende vierte Oberfläche (405) aufweist, die von der ersten Oberfläche (403) weiter beabstandet ist als die zweite Oberfläche (404), wobei mindestens eine weitere Nut (402) zur Aufnahme eines Lichtwellenleiters beginnend an der vierten Oberfläche (405) in die Trägerschicht dringt, und die Mehrzahl von Nuten (401) und die mindestens eine weiter Nut (402) jeweils bis zu einer fünften Ebene (406) in die mindestens eine Trägerschicht (400) dringen.
Optische Koppelvorrichtung nach Anspruch 1, wobei: – die erste ein Haftmaterial umfassende Schicht (102) an der zweiten Oberfläche (106) angeordnet ist und eine in einer von der ersten Ebene weiter beabstandeten dritten Ebene verlaufende dritte Oberfläche (107) aufweist, und – mindestens die zweite ein Haftmaterial umfassende Schicht (103) auf der dritten Oberfläche (107) angeordnet ist, wobei die Mehrzahl der Lichtwellenleiter in den ein Haftmaterial umfassenden Schichten (102; 103) jeweils teilweise angeordnet sind.
Optische Koppelvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die erste ein Haftmaterial umfassende Schicht (102) und die zweite ein Haftmaterial umfassende Schicht (103) eine gemeinsame Kontaktfläche (108) aufweisen.
Optische Koppelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Abstand der Lichtwellenleiter (104) zueinander in den jeweiligen ein Haftmaterial umfassenden Schichten (102; 103) durch das Haftmaterial fixiert ist.
Optische Koppelvorrichtung nach einer der Ansprüche 1 bis 8, wobei die mindestens eine Trägerschicht (301) mindestens eine Einkerbung (308) aufweist, die beginnend an der ersten Oberfläche (305) in die Trägerschicht (301) dringt.
Optische Koppelvorrichtung nach einer der Ansprüche 1 bis 9, umfassend eine Mehrzahl von Schweißverbindungen (605), die die Mehrzahl von Lichtwellenleitern (602) an der mindestens einen aus Trägerschicht (601) befestigt.
Optische Koppelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die mindestens eine Trägerschicht (201) ein Glas umfasst.
Optische Koppelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die mindestens eine Trägerschicht (201) ein für das Licht eines Lasers zum Laserschweißen durchlässiges Material umfasst.