DE3022893A1 - Faseroptikmodul und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Faseroptikmodul und verfahren zu seiner herstellung

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DE3022893A1
DE3022893A1 DE19803022893 DE3022893A DE3022893A1 DE 3022893 A1 DE3022893 A1 DE 3022893A1 DE 19803022893 DE19803022893 DE 19803022893 DE 3022893 A DE3022893 A DE 3022893A DE 3022893 A1 DE3022893 A1 DE 3022893A1
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Robert Mark Stitt
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Description

Dipl.-Phys. 0. E Weber Patentanwalt
zugelassener Vertreter beim Europäischen Patentamt
Representative before the European Patent Office
D-8000 München 71 Hofbrunnstraße 47
Telefon:
Telegramm
Telex:
(089)7915050
monopolweber
manchen
05-212877
B 126
Burr-Brown Research Corp. P.O.Box 11400
International Airport Ind. Pk. Tucson, Arizona 8575^-
USA
Faseroptikmodul und Verfahren zu seiner Herstellung
0300S4/0702
- τ-
Die Erfindung betrifft allgemein optoelektronische Einrichtungen und solche Einrichtungen, die optisch damit zu koppeln sind.
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Anordnung einer optoelektronischen Einrichtung und einer zugehörigen optischen Kopplungseinrichtung mit niedrigem Profil.
Die Erfindung betrifft speziell ein planares Substrat, welches eine optoelektronische Einrichtung aufweist, die im wesentlichen planar auf dem Substrat angeordnet ist, so daß ein Modul gebildet wird, in den eine optische Lichtfaser in einer Richtung eingeführt werden kann, die im wesent lichen parallel zu dem planaren Substrat angeordnet ist.
Eine optoelektronische Einrichtung ist eine solche elektronische Einrichtung, welche optische und elektrische Anschlüsse aufweist. Nachfolgend wird die optoelektronische Einrichtung auch kurz als optische Einrichtung bezeichnet. Eine solche optoelektronische Einrichtung, kurz also auch optische Einrichtung genannt, kann entweder ein Lichtempfänger wie eine Fotodiode sein oder kann ein Lichtsender wie eine lichtemittierende Diode sein. Die optische Einrichtung kann aus optischen Zellen bestehen, die einen Teil einer integrierten Schaltung darstellen, oder sie kann als diskretes Bauelement in einer Hybrideinrichtung angeordnet sein.
Im allgemeinen werden nach dem Stand der Technik zwei Metho den angewandt,"um eine Lichtkopplung mit einem optoelektronischen Modul herbeizuführen. Bei der ersten Methode ist die optische Einrichtung im allgemeinen planar mit dem Substrat der zugehörigen Schaltung. Wenn eine planare An-
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Ordnung verwendet wird, kann eine herkömmliche Produktionstechnik angewandt werden, um die erforderlichen elektrischen Anschlüsse mit den elektrischen Anschlußöffnungen der optischen Einrichtung herbeizuführen. Eine Lichtkopplungseinrichtung, am häufigsten in der Form einer Lichtleitfaser, wird in die optische Einrichtung unter einem Winkel eingeführt, so daß die Lichtleitfaser normal zu der Substratebene angeordnet ist, in welcher die optische bzw. optoelektrische Einrichtung liegt. Die Lichtfaser wird in einem optischen Anschlußstück gehalten, und die Gesamtanordnung des optischen Anschlußstückes und der Modulanordnung entspricht in groben Umrissen annähernd einem einstöckigen Fabrikgebäude, welches einen hoch aufragenden Kamin hat, der sich weit über das Dach erhebt.
Um das Profil des Umrisses einer solchen Anordnung zu vermindern, wird eine zweite Methode verwendet, um die optische Kopplung herbeizuführen. Bei dieser alternativen Methode ist die optoelektronische bzw. optische Einrichtung ein diskretes Bauteil, welches in einer dielektrischen Halterung oberhalb des Substrats der zugehörigen Schaltung derart befestigt ist, daß die Ebene der optischen öffnungen der optoelektrischen bzw. optischen Einrichtung im wesentlichen senkrecht zu der Ebene des Substrats angeordnet ist. Diese Konfiguration hat bestimmte Nachteile, welche beispielsweise darin bestehen, das Standard-Fertigungsverfahren zur Herstellung einer Verbindung mit den elektrischen Anschlüssen der optoelektrischen bzw. optischen Einrichtung nicht weiter verwendet werden können. Es müssen spezielle Herstellungsverfahren entwicleLt werden, um einen Modul dieser Art herzustellen. Bei dieser Konfiguration besteht jedoch bei dem optischen Anschlußstück die Möglichkeit, die optische Faser in einer Ebene einzuführen, die im wesent-
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lichen parallel zu der Ebene des Substrats angeordnet ist. Dadurch wird die Länge der Anordnung etwas vergrößert, während der Umriß mit flachem Profil erhalten bleibt.
Zum Stand der Technik wird auf die US-Patentschriften 3 757 127, 4 112 308 und 4- 136 357 hingewiesen. Keine dieser Druckschriften beschreibt eine Einrichtung oder eine Methode, um einen Grundriß mit niedrigem Profil mit einer optischen Kopplung an eine optoelektronische bzw. optische Einrichtung herbeizuführen, während zugleich die optoelektrische bzw. optische Einrichtung im wesentlichen planar mit dem Substrat der zugehörigen Schaltung augeordnet bleibt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung der eingangs näher genannten Art zu schaffen, so daß bei besonders einfacher Herstellung die Gesamtanordnung einen Umriß mit außerordentlich niedrigem Profil aufweist.
Zur Lösung dieser Aufgabe dienen insbesondere die im Patentbegehren niedergelegten Merkmale.
Gemäß der Erfindung ist der wesentliche Vorteil erreichbar, daß eine optische Kopplung bei einer Anordnung mit niedrigem Profil ermöglicht wird, und zwar unter Verwendung einer optischen Faser, so daß eine optische Kopplung mit einer optoelektrischen Einrichtung herbeigeführt wird, die im wesentlichen planar zu der zugehörigen Schaltung innerhalb der Anordnung gehalten ist.
Gemäß der Erfindung wird somit ein opitscher Kopplungseffekt erreicht, indem die optische Faser eine Doppelfunktion ausübt, nämlich außer der Lichtleitung auch die Herstellung und den Zusammenbau eires optoelektrischen Moduls vereinfacht.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß eine Lichtfaser vorgesehen ist, die einen ersten Abschnitt aufweist, welcher in einer Ebene angeordnet ist, die im wesentlichen parallel zu der Ebene der planaren lichtaktiven Oberfläche der optoelektronischen Einrichtung angeordnet ist, und daß ein zweiter Abschnitt der Lichtfaser im wesentlichen unter einem rechten Winkel zu dem ersten Abschnitt angeordnet ist, um eine Lichtkopplung mit der planaren, lichtaktiven Oberfläche der optoelektronischen Einrichtung zu gewährleisten.
Nach dem Grundgedanken der Erfindung wird somit eine Modulanordnung geschaffen, die ein Substrat enthält, auf dem entweder eine Hybridschaltung oder eine integrierte Schaltung angeordnet ist, zu der eine optoelektrische bzw. optische Einrichtung gehört, die im wesentlichen planar dazu liegt. Eine optische Faser, die eine Lichtkopplung mit der optoelektrischen bzw. optischen· Einrichtung herbeiführt, ist in einer Ebene angeordnet, die parallel zu dem Substrat liegt. Eine Kopplung zwischen der Lichtfaser und der optoelektrischen Einrichtung wird dadurch erreicht, daß die Lichtfaser so geformt wird, daß sie von der Ebene ausgeht, in welcher sie normalerweise liegt, und die optische Anschlußöffnung der optoelektrischen Einrichtung im wesentlichen unter einem rechten Winkel trifft. Wenn das Ende der optischen Paser mit der optischen Anschlußöffnung der optoelektrischen bzw. optischen Einrichtung in Berührung gebracht ist, übt die optische Paser eine Druckkraft auf die optoelektrische bzw. optische Einrichtung aus. Ein posi ^iver Kontakt zwischen der optischen Faser und der optoelektrischen bzw. elektrischen Einrichtung wird auf diese Weise gewährleistet. Wenn die optoelektrische bzw. optische Einrichtung ein diskretes Bauteil in eine Hybridschaltung aufweist, kann die Druckkraft der optischen Pa-
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ser dazu verwendet werden, die optoelektrieche bzw. optische Einrichtung während der Herstellung des Moduls an Ort und Stelle zu fixieren. Die optoelektrisch^ bzw. optische Einrichtung kann entweder eine Einrichtung sein, die Photonen aussendet, oder aber eine Einrichtung, die Photonen empfängt.
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Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen:
Fig. 1 einen herkömmlichen, mit einer optischen Faser gekoppelten optischen Modul, welcher im wesentlichen mit dem Substrat der zugehörigen Schaltung in einer Ebene angeordnet ist, wobei die optische Faser direkt in den optischen Modul eingeführt ist, und zwar entlang einer Linie, die im wesentlichen normal zu der optischen Anschlußoffnung des Moduls angeordnet ist,
Fig. 2 eine alternative herkömmliche Ausführungsform, welche dazu verwendet wird, die Ankopplung einer optischen Faser an eine optische Einrichtung herbeizuführen, wobei die optische Einrichtung über das Substrat erhöht ist und an einer dielektrischen Halterung angebracht ist, während die optische Faser in die optische Einrichtung derart eingeführt ist, daß sie normal zu der optischen Anschlußöffnung der optischen Einrichtung angeordnet ist und dabei in einer Ebene liegt, die im wesentlichen parallel zu der Ebene des Substrats angeordnet ist,
Fig. 3 eine erfindungsgemäße Anordnung, bei welcher eine optische Faser mit einem optischen Modul gekoppelt ist, so daß ein Umriß mit einem niedrigen Profil entsteht, indem die optische Faser in die Anordnung in einer Ebene eingeführt ist, welche im wesentlichen parallel zu dem Substrat der zugehörigen Schaltung liegt und wobei die optische Faser derart geformt ist, daß sie unter einem im wesentlichen rechten Winkel zu der optischen Anschlußöffnung der optischen Einrichtung angeordnet ist, so daß die
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optische Einrichtung im wesentlichen mit dem Substrat in einer Ebene angeordnet ist, und
Fig. 4A und 4B optische Fasern im Querschnitt.
Ein Bückblick auf den Stand der Technik dient dazu, den Aufbau und die Vorteile der Erfindung naher zu beschreiben. Die Fig. 1 veranschaulicht eine optische Einrichtung 10, die im wesentlichen planar zu einem Substrat 11 angeordnet ist, und die gesamte Anordnung ist in einer schützenden Kapselung 12 untergebracht. Eine Einrichtung zur Herstellung einer Verbindung mit elektrischen Signalen, die der Schaltung auf dem Substrat 11 zugeführt werden oder von dieser Schaltung ausgehen, ist in Form von Steckkontakten 13 vorgesehen.
Die optische Anschlußöffnung der optischen Einrichtung 10 ist eine optisch aktive Oberfläche, die im wesentlichen planar ausgebildet ist. Die Abdeckung 121 der Kapselung 12 hat einen erhöhten Teil oder einen Vorsprung 122, der die Einrichtung darstellt, welche dazu dient, ein Anschlußstück 14 einer optischen Faser anzubringen. Das Anschlußstück 14 trägt eine optische Faser 15 und führt sie in die Kapselung 12 ein, so daß sie direkt unter einem im wesentlichen rechten Winkel mit der planaren, lichtaktiven Anschlußöffnung verbunden werden kann, wrdche die optische Anschlußöffnung der Einrichtung 10 darstellt.
Die Konstruktion der Kapselung nach der Fig. 1 ermöglicht es, daß die Schaltung auf dem Substrat 11 unter Verwendung einer herkömmlichen Technik hergestellt werden kann. Das Anschlußstück 14, welches senkrecht zu der Oberseite der Kapselung 12 angeordnet ist, führt jedoch dazu, daß die Packungsdichte der Anordnung verhältnismäßig gering ist.
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In der Fig. 2 ist eine Ausführungsform dargestellt, welche die Packungsdichte der Anordnung erhöht, indem das Packungsprofil vermindert wird. Bei dieser Ausführungsform ist die optische Einrichtung 10 oberhalb der Oberfläche des Substrats 11 angebracht, und zwar ist diese optische Einrichtung an einer dielektrischen Halterung 16 angebracht. Diese Anordnung erfordert' eine spezielle Technik bei der Übertragung von elektrischen Signalen zu und von der elektrischen Anschlußöffnung der optischen Einrichtung 10. Eine spezielle Herstollunpstechnik, die sich von der gewohnten Herstellung einer solchen Einrichtung unterscheidet, wie sie bei der Einrichtung nach der Fig. 1 angewandt werden kann, muß hierfür entwickelt werden.
Das niedrige Profil der Kapselung gemäß der Fig. 2 wird dadurch erreicht, daß das optische Anschlußstück 14 durch die Seitenwand 125 der Kapselung 12 eingeführt wird. Das Anschlußstück 14 hält die optische Faser 15 in einer Ebene, die im wesentlichen zu der Oberfläche des Substrats 11 parallel ist. Die optische Faser 15 wird direkt an die optische Einrichtung 10 herangeführt und damit unter einem im wesentlichen rechten Winkel mit der optischen Anschlußöffnung verbunden. Obwohl gemäß den obigen Erläuterungen bei dieser Ausführungsform ein niedriges Profil und eine höhere Packungsdichte erreicht werden können, liegt der Nachteil dieser Anordnung darin, daß eine spezielle Fertigungstechnik und zusätzliche Herstdlungsschritte erforderlich sind,um elektrische Anschlüsse mit den elektrischen Anschlußöffnungen der optischen Einrichtung 10 herzustellen.
In der Fig. 3 wird die Lehre der Erfindung veranschaulicht, Ein optisches Anschlußstück 14 führt eine optische Faser 15 durch die Wand 123 der Kapselung. Die optische Faser 15 ist
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somit in einer Ebene in den Modul eingeführt, die im wesentlichen parallel zu der lichtaktiven planaren Oberfläche der optischen Einrichtung 10 angeordnet ist. Es wird eine glatte Biegung 151 an der optischen Paser 15 vorgesehen, um eine ■Lichtkopplung zwischen der optischen Paser 15 und der optischen Einrichtung 10 herbeizuführen. Eine hermetische Dichtung wird zwischen der optischen Faser 15 und dem Anschlußstück 1A- mit Hilfe einer Glas-Metall-Dichtung zwischen der optischen Faser und dem Teil 14-2 des Anschlußstückes 14 angebracht, welches in die Kapselung 12 eindringt. Die hermetische Einrichtung wird dadurch erreicht, daß eine Metalli sierung verwendet wird, um die optische Faser 15 zu metallisieren und sie innerhalb des Anschlußteils 142 zu befestigen, und zwar mit Hilfe einer Lötdichtung.
Bei der in der Fig. 3 dargestellten Anordnung übt die Lichtfaser 15 eine Druckkraft auf die optische Anschlußoffnung der optischen Einrichtung 10 aus. Diese Druckkraft kann dazu verwendet werden, die Ausrichtung der optischen Faser 15 und der optischen Anschlußoffnung der optischen Einrichtung
10 zu vereinfachen. Weiterhin kc^nn durch die Druckkraft die optische Einrichtung 10 auf dem Substrat 11 positioniert werden, während die erforderlichen elektrischen Verbindungen mit der elektrischen Anschlußoffnung hergestellt werden. Es sei angenommen, daß die optische Einrichtung 10 eine lichtemittierende Diode oder eine Photodiode ist. Um ein derai^tiges diskretes Bauteil mit der Schaltung auf dem Substrat 11 zu verbinden, wird die Diode mit einer entsprechenden Lötstelle, beispielsweise einer Gold-Germanium-Legierung, die unter der Diode angeordnet ist, mit der optischen Faser 15 verbunden und in eine entsprechende gewünschte Position auf dem Substrat
11 gebracht. Die leichte Druckkraft, welche durch die optische Faser 15 ausgeübt'wird, hält die Diode, die optische
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Einrichtung 10 und ihre vorgefertigte Lötstelle auf dem Substrat 11 positioniert, während die gesamte Anordnung einer entsprechenden Wärme ausgesetzt wird, so daß die Gold-Germanium-Legierung flüssig werden kann und auf diese Weise eine Lötverbindung und elektrische Anschlüsse zwischen den elektrischen Leitungen auf dem Substrat 11 und den elektrischen Anschlüssen der Diode sowie der Einrichtung 10 herstellt.
Um bei dem Zusammenfügen einen guten Wirkungsgrad zu erreichen, müssen die Anpaßprobleme an der Verbindungsstelle zwischen der Querschnittsfläche der optischen Faser 15 und der optischen Anschlußöffnung der Einrichtung 10 im wesentlichen eliminiert werden. Wenn keine Anpaßprobleme auftreten sollen, ist erforderlich, daß der Brechungsindex für die optische Faser und die optische Anschlußöffnung jeweils ^Loich ist und kein Luftspalt zwischen diesen beiden Bauelementen vorhanden is4'. Ler Lufspalt kann durch die Verwendung eines Epoxy-Materials oder eines Gießharzes eliminiert werden, oder es kann auch dazu eine andere geeignete Substanz verwendet werden, die einen Brechungsindex hat, welcher demjenigen der optischen Faser und der optischen Anschlußöffnung entspricht. Bei einer solchen Anordnung treten keine Reflexionsverluste an der Verbindungsstelle zwischen der Faser und der optischen Anschlußöffnung auf.
Wenn die Faser und die optische Anschlußöffnung unterschiedliche Brechungsindizes haben, kann ein Epoxy-Material, ein Gießharz ader eine andere geeignete Substanz verwendet werden, die einen Brechungsindex "n" aufweist, der etwa dem geometrischen Mittelwert der Brechungsindizes des Faserkerns einerseits und der optischen Anschlußöffnung andererseits entspricht. Dieser Mittelwert läßt sich folgendermaßen ausdrücken:
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nf + n P
wobei Hx. der Index des Faserkerns ist und wobei η der Index der optischen Anschlußöffnung ist.
Mit einer Anordnung, wie sie in den Fig. 4 A bzw. 4 B dargestellt ist und jeweils unterschiedliche Faseroptik-Bauelemente darstellt, läßt sich eine weitere Verbesserung beim Wirkungsgrad erreichen, indem durch eine Metallisierung 18 die äußere Oberfläche der optischen Faser 1 5 beschichtet wird. Wenn beispielsweise bei der Metallisierung der Faseroberfläche zunächst eine Goldschicht mit einer Dicke von 100 Mikron auf die Außenoberfläche der optischen Faser 15 aufgebracht wird, entsteht für dasjenige Licht, welches gebrochene Lichtstrahlen reflektiert, eine spiegelähnliche Zwischenfläche 19- Durch die Spiegelung wird das Licht innerhalb der optischen Faser 15 gehalten. Dadurch wird die Lichtausbeute verbessert, und zwar für solches Licht, welches durch die optische Faser 15 zu oder von der optischen Einrichtung 10 übertragen wird. Es wird in diesem Zusammenhang insbesondere auf die Fig. 4 A hingewiesen.
Das Bauteil 141 des optischen Anschlußstückes 14 ist derart ausgebildet, daß es eine optische Faser, eine Lichtübertragungsleitung aufnehmen kann, welche der optischen Faser 15 an der Verbindungsstelle 143 angepaßt ist. Das Bauteil 141 des Anschlußstückes 14 hält die optische Faser, die Lichtübertragungsleitung, so daß deren Kern im wesentlichen in der Mitte auf dem Kern der optischen Faser 15 sitzt. Wenn der Kern der Lichtübertragungsleitung genau so groß wie oder kleiner als der Kern der optischen Faser 15 ist, wird im wesentlichen das gesamte Licht, welches in der Lichtübertragungsleitung zur optischen Faser 15 geleitet wird, auf die optische Einrichtung 10 übertragen.
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Wenn der Kern der Lichtübertragungsleitung jedoch größer ist als der Kern der optischen Paser 15 oder wenn eine Fehlausrichtung bei der Anordnung der Bauteile 141 und 142 des optischen Anschlußstückes 14 auftritt, dann wird ein Teil des Lichtes, welches in der Lichtübertragungsleitung geführt wird, nicht in die optische Faser 15 eingekoppelt, um der optischen Einrichtung 10 zugeführt zu werden.
Dieses Problem einer unvollständigen Lichtübertragung zwischen der externen Lichtübertragungsleitung und der optischen Faser 15 kann dadurch vermieden werden, daß die nachfolgend beschriebene Lehre der Erfindung angewandt wird.
Optische Glasfasern können allgemein in zwei Typen unterteilt werden. Beide haben einen zentralen Kern 16 mit einem Durchmesser von etwa 0,2 mm. Beide haben eine Glasverkleidung 17 über dem zentralen Kern. Bei dem einen Typ ist die Glasumkleidung dünn und hat eine Dicke von etwa 0,025 rom, so daß eine zusammengesetzte Faser von etwa 0,25 nim Durchmesser entsteht. Der zweite Typ hat eine dicke Umkleidung, die etwa 0,1 mm dick ist, so daß eine zusammengesetzte Faser von etwa 0,4 mm Durchmesser entsteht. Es wird hierzu auf die Fig. 4 A und 4 B hingewiesen.
Bei beiden Typen kann Licht, welches aus dem Kern 16 in die Umkleidung 17 entweicht, als verloren betrachtet werden. Technisch besteht der größte Unterschied zwischen der. Faser mit der dicken und der Faser mit der dünnen Umkleidung darin, daß die dicke Umkleidung leicht herstellbar ist, wenn die Fasern auf ihre endgültigen Abmessungen gezogen werden.
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Eine noch stärkere Verbesserung im Wirkungsgrad bei der Lichtübertragung läßt sich dadurch erreichen, daß die optische Faser 15 mit einer dicken Umkleidung gemäß der Darstellung in der Fig. 4 B ausgebildet wird. Die mit der dicken Umkleidung ausgestattete optische Faser 15 wird dann mit einer Metallisierung 18 über ihre gesamte Länge versehen, um eine spiegelähnliche Zwischenschicht 19 auf der äußeren Oberfläche der Faser zu frzeu'-en. Nunmehr wird Licht, welches in die Faser eingestrahlt wir-d Oicr aus der Faser austritt, wenn es in die umkleidung 17 gelangt, innerhalb dieser Umkleidung oder Verkleidung gehalten, und zwar mit Hilfe der reflektierenden Anpaßschicht 19, die um die äußere Oberfläche herum -elegt ist. Sowohl der Kern als auch die Verkleidung oder Umkleidung können nunmehr zur Übertragung von Lichtenergie verwendet werden.
Die koaxiale Ausrichtung des Kerns der externen Lichtübertragungslei"tung und des Kerns der optischen Faser 15 ist nicht mehr kritisch, da solches Licht, welches in die Umkleidung der optischen Faser 15 gelangt, nicht mehr verlorengeht.
Weiterhin kann eine externe Lichtübertragungsleitung mit einem dicken Kern verwendet werden, so daß die Lichtübertragungsleistung erhöht wird, weil der dickere Korn dor externen. Übertragungsleitung nunmehr gemäß der Erfindung sowohl mit dem zentralen Kern als auch mit der Verkleidung oder Umkleidung der optischen Faser 15 gekoppelt werden kann.
Es zeigt sich eine reziproke Zunahme im Wirkungsgrad, wenn angenommen wird, daß die optische Einrichtung 10 eine Lichtquelle ist, weil Licht, welches bisher als verloren gelten
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mußte, wenn eine Kopplung mit der Verkleidung oder Umkleidung der optischen Faser 15 von der optischen Einrichtung 10 herbeigeführt wurde, nunmehr sowohl über den Kern als auch über die Umkleidung oder Verkleidung der optischen Paser 15 der externen Lichtübertragungsleitung an der Verbindungsstelle 143 in der optischen Anschlußeinrichtung 14 zugeführt werden kann.
Gemäß der Erfindung kann die optische Paser 15 eine einzelne optische Faser sein, die einen Kerndurchmesser von beispielsweise 200 Mikron aufweist. Dabei kann entweder eine dünne oder eine dicke Umkleidung verwendet werden. Es kann auch eine Metallisierung verwendet werden, um eine spiegel-/ihnliche Anpaßfläche entlang dem Außenumfang herbeizuführen. Die Au r.füh rungs form, welche im Hinblick auf den größten
grad und die beste Fähigkeit zur Lichtleitung vorwird, besteht darin, daß die optische Faser 15 eine dicke, verkleidete Faser ist, die gemäß den obigen Ausführungen umkleidet ist, in welcher die Verkleidung als Li ohlübertragungsmedium ebenso wie der zentrale Kern verwendet ist.
Das Anschlußstück 14 der Faseroptik kann ein auf dem Markt erhältliches Anschlußstück sein, beispielsweise ein Produkt, wie es von der Firma Amphenol in den Serien 905 und 906 her gestellt und geliefe r-t wird.
G'. maß der Erfindung werden eine Einrichtung und eine Methode geschaffen, um eine optische Kopplung mit niedrigem Profil für eine planar angeordnete optische Einrichtung zu erreichen. Um die optische Einrichtung planar auf dem Substrat anzuordnen, auf welchem die mit der zugehörigen Schaltung untergebracht ist, läßt sich gemäß der Erfindung eine herkömmliche
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Fertigungs- und Zusammenbautechnik verwenden, während ein elektrischer Anschluß zu den elektrischen Anschlußöffnungen der optischen Einrichtung herbeigeführt wird. Es wird eine optische Lichtfaserkopplung verwendet. Das niedrige Profil der Gesamtanordnung wird dadurch erreicht, daß die optische Faser in einer Ebene eingeführt wird, die im wesentlichen parallel zu der lichtaktiven Oberfläche der optischen Anschlußöffnung der optischen Einrichtung angeordnet ist. Die tatsächliche optische Kopplung wird dadurch erreicht, daß in der optischen Faser eine glatte Biegung eingeführt wird, so daß die Faser und die licht aktive Oberfläche, der optischen Einrichtung zueinander in eine wesentlichen orthogonale Beziehung gebracht werden. Eine Glas-Metall-Dichtung dient dazu, die optische Faser dort abzudichten, wo sie in die Anordnung eingeführt ist, so daß eine hermetische Abdichtung gewährleistet ist. Weiterhin werden eine mechanische und eine äußere Halterung durch eine entsprechende Einkapselung der Anordnung vorgesehen, wobei ein Kapselungsstoff verwendet wird, der einen Brechungsindex aufweist, welcher im wesentlichen dem Brechungsindex des Kern der optischen Faser entspricht, so daß die Gefahr von Heflexionsverlusten an der Verbindung zwischen der optischen Faser und der lichtaktiven Oberfläche vermieden wird.
Weiterhin werden gemäß der Erfindung eine Einrichtung und e.'.ne Methode geschaffen, um den Wirkungsgrad und die Lichtleistung einer optischen Lichtfaser zu erhöhen, indem eine spiegelähnliche Anpaßfläche über die gesamte Lunge vorgesehen wird und sowohl der zentrale Kern als auch die Umkleidung als Lichtübertragun^smedium verwendet werden.
Gemäß der Erfindung wird eine optische Faser in einer Ebene in eine optische Einrichtung eingeführt, die im wesentlichen parallel zu der lichtaktiven Oberfläche einer optischen Eiri-
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richtung angeordnet ist. Die Faser wird dann leicht und frlntt gebogen, um sie orthogonal mit der lichtaktiven Oberfläche zu koppeln, so daß die Faser selbst als Halterung dafür verwendet werden kann, die optische Einrichtung während der Herstellung der Einkapselung an Ort und Stelle zu halten, wobei eine Lötverbindung zwischen der optischen Einrichtung und ihren elektrischen Anschlußöffnungen für die Schaltung der Substratanordnung erzeugt wird. Da die Konfiguration der Faser die Möglichkeit bietet, daß sie dazu verwendet wird, eine Haltekraft in Form einer Druckkraft auf die optische Anschlußöffnung der optischen Einrichtung auszuüben, werden keine externen Befestigungselemente benötigt, um die optische Faser fest mit der optischen Einrichtung zu verbinden oder um mechanisch und elektrisch die optische Einrichtung mit dem Substrat und der zugehörigen Schaltung in Verbindung zu bringen.
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Claims (1)

  1. Pateptansprüche
    Q/. Faseroptikmodul mit einem Substrat, welches eine
    Oberfläche aufweist, mit wenigstens einer optoelektronischen Einrichtung, die auf der Oberfläche des Substrats angeordnet ist, und mit einer planaren lichtaktiven Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, daß eine
    Lichtfaser vorgesehen ist, die einen ersten Abschnitt
    aufweist, welcher in einer Ebene angeordnet ist, die
    im wesentlichen parallel zu der Ebene der planaren lichtaktiven Oberfläche der optoelektronischen Einrichtung angeordnet ist, und daß ein zweiter Abschnitt der Lichtfaser im wesentlichen unter einem rechten Winkel zu dem
    ersten Abschnitt angeordnet ist, um eine Lichtkopplung
    mit der planaren, lichtaktiven Oberfläche der optoelektronischen Einrichtung zu gewährleisten.
    2. Faseroptikmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optoelektronische Einrichtung
    einen Teil einer integrierten Schaltung bildet.
    3. Faseroptikmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optoelektronische Einrichtung
    eine diskrete Einrichtung ist.
    4. Faseroptikmodul nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die optoelektronische Einrichtung eine photonenemittierende Einrichtung ist.
    5. Faseroptikmodul nach einem der Ansprüche 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß die optoelektronische Einrichtung eine photonenempfangende Einrichtung ist.
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    6. Faseroptikmodul nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die photonenemittierende Einrichtung eine lichtemittierende Diode ist.
    7· Faseroptikmodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangseinrichtung ein lichtempfindlicher Fotofühler ist.
    8. Faseroptikmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtfaser eine Federdruckeinrichtung aufweist, um die optoelektronische Einrichtung fest an Ort und Stelle auf dem Substrat in bezug auf die Lichtfaser zu halten.
    9- Faseroptikmodul nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Federdruckeinrichtung den zweiten Abschnitt und einen Endabschnitt der Lichtfaser aufweist, so daß eine ausreichende Federdruckkraft geliefert wird, um eine positive Haltekraft an der planaren lichtaktiven Oberfläche der optoelektronischen Einrichtung zu gewährleisten, und zwar dort, wo der Endabschnitt der Lichtfaser auf die planare, lichtaktive Oberfläche auftrifft.
    10. Faseroptikmodul nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtfaser zumindest teilweise mechanisch durch eine Einkapselung gestützt ist.
    11. Faseroptikmodul nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der für die Einkapselung verwendete Stoff einen Brechungsindex aufweist, der zumindest demjenigen des äußeren Kerns der Lichtfaser und der optischen Anschlußöffnung der optoelektronischen Einrichtung annähernd gleich ist.
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    12. Faseroptikmodul nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Modulumhüllung vorgesehen ist, um einen Schutz für die eingekapselte Lichtfaser und die optoelektronische Einrichtung zu gewährleisten, die auf dem Substrat aufgebracht ist.
    13· Faseroptikmodul nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Halterung zur Befestigung des Faseroptikmoduls vorhanden ist.
    14. Faseroptikmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet,daß die Lichtfaser aus einem einzigen Faseroptikelement besteht.
    15· Faseroptikmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das einzige Faseroptikelement der Lichtfaser folgende Teile aufweist: Ein erstes optisches Übertragungsmedium mit einem vorgebbaren Durchmesser, welches einen zentralen Kern bildet, und ein zweites optisches Übertragungsmedium mit einer vorgebbaren Dicke, welche eine Umkleidung um den zentralen Kern herum bildet, und daß die Umkleidung und der zentrale Kern für die Weiterleitung des Lichtes entlang der Lichtleitfaser verwendbar sind.
    16. Faseroptikmodul nach Anspruch^, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Umkleidung aus einem optischen Übertragungsmedium besteht, welches im Verhältnis zu dem Durchmesser des zentralen Kerns eine geringe Dicke aufweist.
    17. Faseroptikmodul nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtfaser weiterhin eine spiegelähnliche Anpaßfläche an dem äußeren Umfang der Umkleidung
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    aufweist, welche Licht reflektiert, welches andernfalls von dem zweiten optischen Ubertragungsmedium gebrochen würde.
    18. Faseroptikmodul nach Anspruch 15, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Umkleidung aus einem optischen Übertragungsmedium besteht, welches im Verhältnis zu dem Durchmesser des zentralen Kerns eine große Dicke aufweist.
    19- Faseroptikmodul nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtfaser eine spiegelahnIiehe Anpaßfläche an der äußeren Oberfläche der Umkleidung aufweist, welche Licht reflektiert, welches andernfalls von dem zweiten optischen Übertragungsmedium gebrochen würde.
    20. Faseroptikmodul nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Umkleidung eine Dicke aufweist, die in der Größenordnung liegt, welche dem halben Durchmesser des zentralen Kerns entspricht.
    21. Faseroptikmodul nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Umkleidung in bezug auf den zentralen Kern verhältnismäßig dünn ausgebildet ist.
    22. Faseroptikmodul nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Umkleidung eine Dicke in der Größenordnung aufweist, die einem achtel des Durchmessers des zentralen Kerns entspricht.
    25. Verfahren zur Herstellung einer optischen Kopplungseinrichtung mit niedrigem Profil zur Kopplung mit einer planaren optoelektronischen Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
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    daß eine optische Lichtfaser mit der optischen Anschlußöffnung einer optoelektronischen Einrichtung derart gekoppelt wird, daß die Lichtfaser mit der optischen Anschlußöffnung unter einem im wesentlichen rechten Winkel zu der planaren, lichtaktiven Oberfläche der optoelektronischen Einrichtung angeordnet wird, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die optische Lichtfaser derart ausgebildet wird, daß sie hinter ihrem Kopplungspunkt mit der optischen Anschlußöffnung die Konfiguration der optischen Lichtfaser derart gewählt ist, daß sie in einem glatten Bogen über einen Winkel von 90° geführt ist und von dort in eine Ebene fortgesetzt wird, welche im wesentlichen parallel zu der planaren lichtaktiven Oberfläche der optischen Anschlußöffnung der optoelektronischen Einrichtung angeordnet ist.
    24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß eine Druckkraft auf die lichtaktive Oberfläche der optoelektronischen Einrichtung ausgeübt wird, so daß dadurch die Einrichtung in bezug auf die optische Lichtfaser fest positioniert wird.
    25- Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Lichtfaser dazu verwendet wird, die Druckkraft auf die planare lichtaktive Oberfläche der optoelektronischen Einrichtung auszuüben.
    26. Verfahren nach einem der Ansprüche 23, 24 oder 25» dadurch gekennzeichnet, daß eine mechanische Halterung für zumindest einen Teil dei Lichtfaser dadurch gebildet wird, daß der Teil der Lichtfaser in ein Kapselungsmedium eingeschlossen wird.
    27· Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Kapselungsmedium derart gewählt
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    wird, daß es einen Brechungsindex aufweist, der demjenigen des Kerns der optischen Lichtfaser und der optischen Anschlußöffnung der optoelektronischen Einrichtung zumindest annähernd gleich ist.
    28. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch g e k e η η ζ e i c h η .et, daß die eingekapselte optische Lichtfaser und die optoelektronische Einrichtung dadurch geschützt werden, daß die gesamte Anordnung in eine Schutzhülle eingebracht wird.
    29· Verfahren nach Anspruch 28, dadurch g e k e η η zeichnet, daßdie Schutzhülle als Halterung für den Faseroptikmodul verwendet wird.
    30. Verfahren nach Anspruch 23," dadurch gekennzeichnet, daß die optische Lichtfaser aus einem einzigen Faseroptikelement hergestellt wird.
    31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die einzige optische Lichtfaser derart hergestellt wird, daß sie ein erstes optisches tlbertragungsmedium als zentralen Kern aufweist und ein zweites optisches Ubertragungsmedium als"eine um den Kern herum angeordnete Verkleidung hat und das sowohl die Verkleidung als auch der zentrale Kern zur Lichtleitung entlang dem optischen Lichtfaserelement verwendet werden.
    32. Verfahren nach Anspruch 3O5 dadurch gekennzeichnet, daß die Umkleidung in bezug auf den Durchmesser des zentralen Kerns verhältnismäßig dünn ausgebildet wird.
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    33· Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Umkleidung über die Länge der optischen Lichtfaser metallisiert wird, so daß eine spiegelähnliche reflektierende Anpaßschicht gebildet wird, welche Licht reflektiert, welches durch das zweite optische Übertragungsmedium hindurchgeht.
    34-. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Umkleidung in bezug auf den Durchmesser des zentralen Kerns verhältnismäßig dick ausgebildet wird.
    35· Verfahren nach Anspruch 34-, dadurch gekennzeichnet, daß die Umkleidung über die Länge der optischen Lichtfaser metallisiert wird, so daß eine spiegelähnliche reflektierende Anpaßschicht gebildet wird, welche Licht reflektiert, welches durch das zweite optische Übertragungsmedium hindurchgeht.
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DE19803022893 1979-07-05 1980-06-19 Faseroptikmodul und verfahren zu seiner herstellung Withdrawn DE3022893A1 (de)

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