DE2922949C2 - Vorrichtung zum Anschluß wenigstens einer Licht emittierenden Diode an einen optischen Lichtleiter - Google Patents

Description

weist. Der lichtbündelnde Körper ist jedoch relativ kostspielig und die Befestigung der Anschlußvorrichtung erfordert einen relativ großen Raum.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine leicht kuppelbare Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die den genauen Anschluß einer Licht emittierenden Diode an einen optischen Leiter, insbesondere Faserleiter, erlaubt, ohne daß dabei die Diode oder deren elektrischer Anschluß beschädigt wird.

Die Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung können den Merkmalen der Unleransprüche entnommen werden.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen mehr im einzelnen beschrieben, die in den Zeichnungen schematisch dargestellt ist Hierin zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung,

F i g. 2a eine Draufsicht und eine Einzelheit nach Fig. 1,

F i g. 2b einen Querschnitt durch die Einzelheit nach F i g. 2a,

F i g. 3a eine Draufsicht auf eine gegenüber F i g. 2a, 2b abgewandelte Einzelheit,

F i g. 3b einen Querschnitt durch die Einzelheit nach F i g. 3a,

F i g. 4a eine Draufsicht auf eine nach F i g. 2b weiter abgewandelte Einzelheit,

Fig.4b einen Querschnitt durch die Einzelheit nach F i g. 4a,

F i g. 5a eine Draufsicht auf eine gegenüber den vorherigen Ausführungen noch weiter abgewandelte Einzelheit, und

F i g. 5b einen Querschnitt durch die Einzelheit nach F i g. 5a.

In F i g. 1 ist ein Steckergehäuse mit 90 und ein eine Licht emittierende Diode tragendes Basisteil mit 2 bezeichnet. Das Steckergehäuse 90 besteht aus einer Grundplatte 93 mit einem sich von ihr senkrecht erstreckenden zylindrischen Ansatz 94, der eine zentrale erste zylindrische Bohrung 91 mit einem inneren Durchmesser von im Beispielsfalle 5,0 mm und eine abgesetzte zentrale zweite zylindrische Bohrung 92 mit einem inneren Durchmesser von im Beispielsfalle 2,01 mm aufweist. Das Basisteil 2 ist in die erste Bohrung 91 eingesetzt, wobei die Licht emittierende Fläche der Diode innerhalb der Bohrung liegt. Das Basisteil 2 ist an der Grundplatte 93 befestigt, nachdem es derart einjustiert worden ist, daß die Licht emittierende Diodenfläche sich im wesentlichen innerhalb der Bohrung 91 in einer zentralen Lage befindet. Wie nachstehend noch ausführlicher beschrieben wird, besitzt das Basisteil eine Aussparung 2a zur Aufnahme einer LED-Diode 1, ein^ elektrische Leitung 5 und einen Elektrodenanschluß 3, wobei diese Teile über die obere Stirnfläche 18 des Basisteiis mit hinausragen. Der innere Durchmesser der zweiten Bohrung 92 ist größer als die Weite der Aussparung 2a. Ein Steckerteil 12 hält eine optische Faser 10 von beispielsweise 100 μιη Durchmesser mit einer numerischen Eingangsöffnung von 0,3. Die Faser 10 befindet sich innerhalb einer Hülse oder Buchse 11 aus Metall, welche einen Außendurchmesser von z. B. 2,0 mm aufweist. Die vordere Stirnfläche des Steckerteils 12 ragt etwas in die /weite Bohrung 92 hinein und ist mit einem Schraubverschluß t3 in seiner Lage festgehalten, dabei befindet sich die vordere Stirnfläche des Steckerteils 12 im festen Koniakt mit der oberen Stirnfläche 18 des Basisteils 200. Gemäß der in Fig. I dargestellten Anordnung 300 des Basisteils 2 besitzt das Steckerteil 12 einen Außendurchmesser, der größer ist als die Weite der Aussparung la des Basisteils 2, so daß die Diode 1 und die elektrische Leitung 5 in der Aussparung la nicht beschädigt werden. Außerdem kann die Diode 1 in einem festen Abstand von der Endfläche der optischen Faser gehalten werden, wodurch unterschiedliche Kupplungsgüten vermieden werden können. Aufgrund der Lösbarkeit des Steckerteils 12 kann das Basisteil 2 auch leicht an ίο einer faseroptischen Nachrichtenübertragungsanlage installiert werden.

Das Basisteil 2 ist in den Fig.2a und 2b mehr im einzelnen dargestellt Das Basisteil 2 besteht aus einem goldbeschichteten Stahlzylinder 2d mit einem Durchmesser von beispielsweise 4,5 mm. Der Zylinder 24 besitzt einen Flansch 2b, Elektrodenanschlüsse 3 und 4 von im Beisnielsfalle jeweils 0,4 mm Durchmesser und ein Isolierteil 6 mit einem beispielsweisen Durchmesser von 1 mm. Das IsolierteiJ 6 isoliert den Elektrodenanschluß 3 elektrisch von dem Basisteil 2. Der Metallzylinder 2d besitzt eine U-förmige Aussparung 2a, die im Beispielsfalle von der oberen Endfläche 18 aus gemessen 300 μπι tief, 1 mm breit und in Durchmesserrichtung 2,5 mm lang ist (F i g. 2a). In der Aussparung 2a und im Zentrum des Metallzylinders 2 ist das LED-Dioden-Pellet 1 eingesetzt, das im Beispielsfalle 300 μπι breit, 700 μπι lang und 150 μιη dick ist und das obenauf eine Licht emittierende Fläche von 30 μπι Durchmesser besitzt. Die Diode 1 ist auf dem Basisteil mit einer Schmelze aus einer Gold-Zinn-Legierung aufgeschweißt, um einen elektrischen Kontakt mit dem Elektrodenanschluß 4 zu erhalten. Die Schweißschicht beträgt nur etwa 10 μπι Stärke und bewirkt damit keine wesentliche Änderung im Abstand zwischen der Licht emittierenden Fläche der Diode und der oberen Endfläche des Basisteils. Der Anschluß 3, der sich vom Boden der Aussparung 2a aus erstreckt, besitzt im Beispielsfalle einen Durchmesser von 50 μιη und dient als eine Elektrode. Dabei ist der Elektrodenanschluß 3 derart angeordnet, daß er sich nicht über die obere Endfläche 18 des Basisteils hinaus erstreckt.

Zurückkommend auf F i g. 1 besitzt das Steckerteil 11 für die optische Faser einen beispielsweisen Außendurchmesser von 0,2 mm, wohingegen die Aussparung 2a in dem Basisteil 2 eine Breite von etwa 1 mm aufweist, so daß das Anschlußteil 12 der optischen Faser 10 keinen der Teile beschädigen kann, die sich in der Aussparung 2a befinden. Experimente zeigten, daß eine Licht emittierende Fläche, die von der vorderen Stirnfläche des Steckerteils 12 der optischen Faser 10 einen Abstand von 300 Mikron aufwies, einen um 3 dB höheren Kupplungsverlust verursacht als bei einem Abstand Null und daß der Kupplungsverlust exponentiell mit dem Abstand zunimmt.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann der Kupplungsabstand auf etwa 50 μιη verringert werden, wodurch lediglich ein optischer Kupplungsverlust von 1 bis 2 dB entsteht.

Gemäß den F i g. 3a und 3b besteht das zylindrische Basisteil 2 aus einem Zylinder 2d mit einer flachen Stirnfläche und einem Durchmesser von beispielsweise 4,5 mm. Die Aussparung 2a wird durch einen etwa halbmonüförmigen oder C-förmigen flachen Körper 7 aus korrosionsfestem Stahl gebildet, der durch Punktschweißung auf dem Zylinder 2d befestigt ist und der einen freien inneren Durchmesser von beispielsweise 1,5 mm, einen äußeren Durchmesser von 4 mm und eine Dicke von 300 μπι aufweist. Die Punktschweißung wird

von einem YAG-Laser ausgeführt. Die LED-Pelletdiode 1 wird mittels einer geschmolzenen Schicht einer Gold-Zinn-Legierung derart auf das Basisteil 2 aufgeschweißt, daß die Licht emittierende Fläche sich im wesentlichen im Zentrum der Aussparung 2a befindet und elektrisch an die Elektrode 4 angeschlossen ist Die obere Fläche der Diode ist mittels einer elektrischen Leitung 5 an die Elektrode 3 angeschlossen. Die Dimensionen dieser Elemente können vorteilhafterweise mit denjenigen in F i g. 2a und 2b übereinstimmen.

Bezugnehmend auf die F i g. 4a und 4b besteht das Basisteil 2 aus einem Zylinderteil 2d mit einem Außendurchmesser von beispielsweise 4 mm. Das Zylinderteil 2d besitzt einen Flansch 2b. Im Zentrum des Zylinderteils Id befindet sich eine kreisrunde Aussparung 2a von beispielsweise 1 mm Tiefe, mit einem inneren Durchmesser von 1,5 mm und einem flachen Boden. Die Aussparung 2a besitzt zwei symmetrisch zur Achse eines Durchmessers der Aussparung liegende rechteckige Ausbuchtungen 2c und 2c'. Die elektrischen Anschlüsse 3 und 3' sind durch Isolierteile 6 und 6' von dem Basisteil isoliert und in einer solchen Weise befestigt, daß sie sich vom Boden der Ausbuchtungen 2c und 2c'beispielswei* se 500 μπι nach oben erstrecken. Die Elektrodenanschlüsse 3,3' und 4 erstrecken sich vom Basisteil nach unten. Eine Isolierplatte 14 und AI2O3, die im Beispielsfalle 800 μπι lang, 500 Mikron breit und 500 μπι dick ist und deren obere Fläche mit Gold beschichtet ist, ist auf den Boden der Aussparung 2a durch eine geschmolzene Schicht einer Gold-Zinn-Legierung aufgeschweißt Auf die Isolierplatte ist mittels einer Gold-Zinn-Legierung ein LED-Dioden-Pellet aufgeschweißt, das im Beispielsfalie 300 μηη breit 500 μιη lang und 150 μΐη dick ist und das eine Licht emittierende Fläche von 50 μιη im Durchmesser aufweist Eine sphärische Linse 15 besitzt im Beispielsfalle einen Durchmesser von etwa 200 μιη die durch Schmelzen einer Glasfaser hergestellt ist und mittels eines durchsichtigen Kunstharzes 16 auf die obere Fläche der Diode 1 aufgeklebt ist Das obere Ende des Elektrodenanschlusses 3 ist mittels eines Leiters 5 elektrisch an die Diode 1 angeschlossen. Der Leiter 5 besitzt im Beispielsfalle einen Durchmesser von 50 μιη und das obere Ende des Elektrodenanschlusses 3' ist über einen Leiter 17 und die Goldschicht auf der Isolierplatte 14 an die Diode 1 angeschlossen. Der Leiter 17 besitzt im Beispielsfalle einen Durchmesser von 50 μπι. Die obere Stirnfläche 18 des Basisteils 2 besitzt damit im Beispielsfalle einen freien Abstand von 150 μιη von der sphärischen Linse 15, so daß weder die Linse 15 noch die Diode 1, die Elektrodenanschlüsse 3 und 3' und die Leiter 11 und 17 aus der Aussparung 2a, und den Ausbuchtungen 2c oder 2c'hervorragen. Wenn das Basisteil nach F i g. 4a und 4b in die Bohrung 90 von F i g. 1 eingesetzt ist und mit dem Anschlußteil der optischen Faser gekuppelt ist, wird vergleichsweise ein optischer Kupplungs- verlust von weniger als 0,5 dB erhalten, der weit geringer ist als wenn die optische Faser sich in Kontakt mit der oberen Fläche der spährischen Linse befindet Die Verbesserung der Kupplung aufgrund der sphärischen Linse ist deutlich erkennbar, sogar wenn der Durchmesser der Licht emittierenden Diodenfiäche kleiner wird als der Leiterdurchmesser der optischen Faser. Die erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtung nach den F i g. 4a und 4b erreicht damit eine verbesserte Kupplungswirkung von 3 dB. es

Die Fi g. 5a und 5b zeigen einen Basisteil 2 mit einer rechteckigen Aussparung 2a, die im Beispielsfalle 2J5 mm breit, 3)5 mm lang und 1 mm tief ist Innerhalb der Aussparung 2a befindet sich eine goldbeschichtete Isolierplatte 14 von im Beispielsfalle 1 mm Breite, _; 2$ mm Länge und 0,5 mm Dicke und ein LED-Dioden-Pellet 1 von 0,8 mm Breite, 2,1 mm Länge und 0,15 mm Stärke. Die Platte ist mittels einer Schmelze aus einer Gold-Zinn-Legierung auf der Isolierplatte aufgeschweißt. In der Diode sind sechs Licht emittierende Zonen im Abstand von 300 μιη vorhanden, die die entsprechenden LED-Dioden-Pellets bilden. Sphärische Linsen 41 bis 46 sind derart angeordnet, daß sie im wesentlichen mit den Oberflächen der entsprechenden Licht emittierenden Zonen in Kontakt sind. Die oberen ; Enden der Elektroden der Licht emittierenden Dioden ·■·; sind voneinander elektrisch isoliert und übeY Leiter 61 bis 66 elektrisch an Eiektrcdcnanschlüsse Si bis 56 an- < geschlossen. Die Diode 1 ist an eine Elektrode angeschlossen, die allen Licht emittierenden Zonen gemein- -:\ sam ist und die durch die Goldschicht an der oberen Seite der Isolierplatte 14 und einen Leiter 17 elektrisch an den Elektrodenanschluß 3' angeschlossen ist. Die Elektrodenanschlüsse 3' und 51 bis 56 sind von dem Basisteil 2 durch Isolierteile 6 isoliert, von denen in F i g. 5a nur der Isolierteil für den Elektrodenanschluß 3' sichtbar ist Der Elektrodenanschluß 4 ist direkt an das Basisteil 2 angeschlossen. Die Enden der optischen Fa- ' sern 71 bis 76 sind in dem Steckerteil 11 entsprechend ' dem Abstand der Licht emittierenden Zonen der Diode im Abstand voneinander gehalten (im Beispielsfalle 3 · 4 mm). Die vorderen Stirnflächen der Fasern liegen oberhalb der Aussparung 2a des Basisteils 2 nahe seiner oberen Stirnflächen 18. In den F i g. 5a und 5b sind der Einfachheit halber die Grundplatte 93 und die Gewindekappe 13 aus F i g. 1 nicht dargestellt Die Achsen der ί Ausgangsstrahlen der sphärischen Linsen 41 bis 46 sind < gegenüber den optischen Fasern 71 bis 76 ausgerichtet, so daß die Ausgangsstrahlen der sechs Licht emittierenden Zonen den zugehörigen optischen fasern 71 bis 76 aufgegeben werden können. Dabei sind die Ausmaße der Hülse 11 und der Aussparung 2a derart bemessen, daß die Hülse nicht in die Aussparung eindringt Im Ergebnis kommet! weder die Hülse noch die optischen Fasern 71 bis 76 in Kontakt mit den sphärischen Linsen 41 bis 46.

Die Aussparung in dem Basisteil ist vorzugsweise mit einem transparenten Epoxydharz, Acryl- oder Siliconharz oder dergleichen Kunststoffe ausgefüllt. Entsprechend können auch die Aussparungen in den Basisteilen der vorstehend beschriebenen Figuren mit einer trans- , parenten Kunststoffmasse ausgegossen sein.

Hierzu 5 Blau Zeichnungen

Claims (6)

ι 2 von denen jeweils eine Lichtleitfaser einer Dioden-Patentansprüche: fläche zugeordnet ist 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6.

1. Vorrichtung zum Anschluß wenigstens einer dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung {2a) Licht emittierenden Diode an eine Lichtleitfaser mit 5 mit einem transparenten Kunststoff ausgegossen ist. einem zylindrischen Steckerteil zur Halterung der

Lichtleitfaser, einem eine Bohrung aufweisenden

Steckergehäuse zur lösbaren Lagerung des Steckerteiles und einem in einer zylindrischen Ausnehmung

des Steckergehäuses eingesetzten Basisteil zum Tra- to Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung gegen der Diode und zur Halterung der elektrischen maß dem Oberbegriff des Anspruches. Diodenanschlüsse, wobei die Diode in der Anschluß- Solche Dioden werden z. B. als Lichtquellen für optistellung der im Zentrum der vorderen Stirnfläche sehe Nachrichtenübertragungssysteme verwendet. Wedes Steckerteiles gehaltenen Anschlußfläche der sentlich ist dabei, daß ein die Diode tragendes Basisteil Lichtleitfaser gegenüberliegt, dadurch ge- is leicht mit einer optischen Faser gekuppelt werden kann, kennzeichnet, wobei ein hoher Kupplungsgrad erzielt wird, ohne daß

dabei das Basisteil mit der Diode und den zugehörigen

— daß das Basisteil (2) in seiner oberen Stirnfläche Anschlüssen beschädigt wird.

(18) eine Aussparung (2a, 2c, 2c') aufweist, auf Bekannte optische Nachrichtenübertragungssysteme,

deren Boden die Diode (1) ruht, 20 welche ein oder mehrere optische Fasern als Obertra-

— daß die Aussparung (2a) eine solche Tiefe auf- gungswege benutzen, weisen verschiedene Vorteile auf: weist, daß die obere flache Stirnfläche (18) des Sie besitzen vor allem die Fähigkeit Signale über eine Basisteiles (2) die Diode (1) mit den elektrischen große Bandbreite zu übertragen, wobei die Signalüber-Anschlüssen (5) überragt, tragung gegenüber elektrischer Induktion unempfind-

— daß der innere Durchmesser der Gehäuseboh- 25 lieh und eine besonders leichte Installation der optirung (92) größer ist als die Weite der Ausspa- sehen Fasern aufgrund ihrer Flexibilität und Leichtigrung (2a, 2c, 2c')des Basisteils (2), und keit gegeben ist Von einem faseroptischen Nachrich-

— daß die vordere Stirnfläche des Steckerteils mit tenübertragungssystem über eine kurze Distanz, z. B. in einem die Anschlußfläche der Lichtleitfaser (10) einem Gebäude oder zwischen Rechenmaschinen innerumfassenden Flächenabschnitt sich auf der obe- 30 halb eines Gebäudes, wird eine Bit-Rate von weniger als ren Stirnfläche des Basisteiis (2) abstützt, einige zehn Megabits pro Sekunde und ein Verstär-

— wobei die Anschlußfläche des Lichtleiters (10) kungsabstand von weniger als ein Kilometer erwartet einen vorbestimmten Abstand von der Diode Eine Licht emittierende Diode, die in einem optischen (1) aufweist Datenübertragungssystem verwendet wird, erfordert

35 nicht nur ausreichende optische und elektrische Charak-

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- teristiken, sondern muß auch von einer derart einfachen zeichnet, daß das Basisteil (2) wenigstens einen Elek- Ausbildung sein, daß eine direkte Kupplung an eine optrodenanschluß (3,3'; 51—56) trägt, der gegenüber tische Faser leicht möglich ist. Ein Beispiel für eine soldem Basisteil elektrisch isoliert ist und in die Ausspa- ehe Ausbildung ist in »IEEE TRANSACTIONS ON rung (2a, 2c, 2c') des Basisteiles hineinragt, ohne die 40 ELECTRON DEVICES« Vol. ED-24, No. 7, Juli 1977, obere Stirnfläche des Basisteiles zu überragen, wo- Seiten 990—994, veröffentlicht Hier ist eine Anschlußbei innerhalb der Aussparung ein elektrischer Leiter vorrichtung gezeigt, in der eine Kappe mit einem von (5,17, 61—66) zwischen der Elektrode und der Di- einer Metallhülse ummantelten sphärischen Faserende ode vorhanden ist mittels Epoxydharz an einen Halter geklebt ist, so daß

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 45 die Faser oberhalb eines LED-Laserpellets liegt, das an zeichnet, daß das Basisteil eine zylindrische Öffnung dem Halter befestigt ist Die Vorrichtung erfordert jeaufweist, die an die Ausnehmung anschließt und daß doch Änderungen in der Stärke der Epoxydharzschicht die öffnung zum Einsatz eines Isolierringes (6) dient zwischen der Kappe und dem Halter in einem Bereich der einen Elektrodenanschluß (3) gegenüber dem von 100 bis 300 μιη, was zu unterschiedlichen Abstän-Basisteil (2) isoliert hält 50 den zwischen dem Faserende und der Oberfläche des

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, LED-Laserpellets führt, woraus aber verschiedene dadurch gekennzeichnet daß die die obere Stirnflä- Kupplungsleistungen zwischen dem LED-Laserpellet ehe (18) des Basisteils (2) bildende seitliche Wandung und der optischen Faser resultieren. Da das Faserende der Aussparung (2a) Teil eines von einer Anschluß- sich außerdem außerhalb des Kopfendes der Kappe erfläche des Basisteiles (2) getragenen Ringkörpers (7) 55 streckt, kann die sphärische Linse, die am Ende der Faist. ser gebildet ist, den elektrischen Draht berühren und

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, zerstören, wenn die Kappe in ihre richtige Position eindadurch gekennzeichnet daß auf einer Licht emittie- justiert wird.

renden Diodenfläche eine die obere Stirnfläche (18) Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die An-

des Basisteils nicht überragenden sphärischen Linse 60 Schlußvorrichtung nicht von der optischen Faser einfach

fest angeordnet ist. getrennt werden kann. Auf der ar.deren Seite ist eine

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, trennbare Ausbildung schon in »National Convention dadurch gekennzeichnet, daß die Diode (1) mehrere Record of the Institute of Electronics and Communica-Licht emittierende Flächen aufweist, wobei auf jeder tions Engineers of Japan« March 5, Seiten 4 —38, 1978 Diodenfläche eine die obere Stirnfläche (18) des Ba- 65 beschrieben. Diese Vorrichtung zeigt ein Anschlußelesisteils nicht überragende sphärische Linse fest an- ment, auf dem eine LED-Laserbaueinheit und ein lichtgeordnet ist und wobei das Steckerteil (11) entspre- bündelnder Übertragungskörper befestigt sind, der eine chend mehrere Lichtleitfasern (71 — 76) einschließt, bekannte parabolische Brechungsindexverteilung auf-