DE3338315A1

DE3338315A1 - Optoelektrische koppelanordnung

Info

Publication number: DE3338315A1
Application number: DE19833338315
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl.-Ing. 7253 Renningen Halder; Michael Dipl.-Ing. Ulmer (FH), 7000 Stuttgart
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1983-10-21
Filing date: 1983-10-21
Publication date: 1985-05-02
Also published as: DE3338315C2; JPS6257968B2; JPS60136711A; FR2553901A1; US4741589A; GB8425585D0; FR2553901B1; GB2148535B; GB2148535A; AU3445884A

Description

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Optoelektrisehe KoppeLanordnung

Die Erfindung betrifft eine KoppeLanordnung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 näher bezeichneten Ausführung für die Verwendung in Systemen der optischen Nachrichten-übermittLungstechnik.

Eine optoeLektrise he KoppeLanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist bereits aus der DE-OS 33 07 466 bekannt. Bei dieser Anordnung ist die FührungshüLse mit dem daraus hervorstehenden Faserende des LichtwelLenLeiters auf dem L-förmigen SchenkeL eines BoLzens befestigt. Die Befestigung geschieht mitteLs Löten durch AnLegen von mit Strom beaufsehLagt en Elektroden zu beiden Seiten des L-föi— migen Schenkels. Die in der Flüssigphase des Lotes von einem MikromanipuLator mit dem Faserende auf den Wandler ein- justierte Führungshülse muß jedoch auch noch beim Erkalten des Lotes bis zum übergang in dessen Erstarrungsphase ständig nachjustiert werden, weil das beim Erkalten schrumpfende Lot dejustierend wirkende Kräfte freisetzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und mechanisch stabile Koppelanordnung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, die ohne Nachjustieren gefertigt

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werden kann und ein Verfahren zur Ankopplung des Lichtwellenleiters an den Wandler anzugeben. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen konstruktiven Maßnahmen und die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 9 angegebenen Verfahrensschritte gelöst.

Durch die Ausbildung der Koppelanordnung werden verschiedene Vorteile erreicht. Die gegenüber der Führungshülse im Durchmesser größere Bohrung in der Gehäusewand gewähr leistet den für das Justieren der Führungshülse benötigten Spielraum, während die Abdeckscheibe dafür sorgt, daß die beim Erkalten der Lötverbindung zwischen Abdeckscheibe und Führungshülse entstehenden Kräfte ringsymmetrisch wirken. Sie heben sich dadurch auf und verursachen auch bei die Gehäusewandbohrung exzentrisch durchsetzender

Führungshülse keine von der justierten Lage abweichende Querverschiebung mehr. Die entsprechenden Kräfte der Lötverbindung zwischen Abdeckscheibe und Gehäuse sind ohne Einfluß, weil sie in Längsachsenrichtung der Führungshülse keine gravierende Dejustierung bewirken können. Weitere Vorteile sind in der Beschreibung genannt.

Die Beschreibung der Erfindung wird anhand eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles wie folgt näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen Ausschnitt der Koppelanordnung, teilweise

längsgeschnitten;

Fig. 2 den Gehäuserahmen der Koppelanordnung gemäß Fig. 1 während des Einlötens der Führungshülse, in perspektivischer Ansicht.

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Bei der in Fig. 1 dargestellten optischen Koppelanordnung besteht das Gehäuse 1 aus der Bodenplatte 2 und dem Deckel 3 eines handelsüblichen DIL-Gehäuses mit einem zwischen Bodenplatte 2 und Deckel 3 zusätzlich eingefügten Rahmen 4 aus Kovar. Hierdurch wird ein im Volumen vergrößertes Gehäuse 1 für die Aufnahme des elektro-optisehen oder optoelektrischen Wandlers 5 und für die beim Betrieb mit einem Photodetektor zweckmaßigerweise mit integrierte Verstärkerschaltung sowie für einen an den Wandler 5 gekoppelten LichtwellenLeiter 6 geschaffen, das hierfür in der Bodenplatte 2 mehrere dielektrisch befestigte Anschlußstifte (nicht dargestellt) aufweist.

In einem Schenkel des Rahmens 4 ist eine Bohrung 7 angeordnet. Mit dieser Bohrung 7 fluchtet eine den selben Innen- durchmesser aufweisende und beispielsweise aus Messing gefertigte Schutzhülse 8, die an der Rahmenaußenseite z.B. durch Hartlöten befestigt ist. Durch die Schutzhülse 8 und die Bohrung 7 im Rahmenschenkel hindurch erstreckt sich eine aus lötfähigem Metall bestehende Führungshülse 9 kleineren Außendurchmessers, die zugleich eine an dem Rahmen 4 des Gehäuses 1 innen befestigte Abdeckscheibe 10 durchsetzt. Die z.B. aus Messing oder Stahl hergestellte Abdeckscheibe 10 weist einen gegenüber dem Außendurchmesser der Führungshülse 9 nur gerinfügig vergrößerten Innendurch messer auf. Sie ist mit der Führungshülse 9 und dem Ge häuse 1 bzw. seinem Rahmen 4 durch Löten gasdicht verbunden. Hierfür wird vorzugsweise ein bei ca. 150° relativ niedrigschmelzendes BiSn-Lot verwendet.

Das aus der Führungshülse 9 hervorstehnde Faserende 11 des Lichtwellenleiters 6 ist an seiner Stirnseite mit einer angeschmolzenen Linse versehen. Dieses Faserende 11 ragt bis in die Bohrung 12 einer aus Keramik bestehenden

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Trägerplatte 13, die parallel zu dem die Führungshülse 9 enthaltenden Rahmen 4 angeordnet ist. Vor letztgenannter Bohrung 12 ist der Wandler 5 fixiert, welcher in der Ausführung als Photodetektor die Bohrung 12 vollständig abdeckt.

Bei dem für die Ankopplung an den Wandler 5 vorgesehenen Lichtwellenleiter 6 handelt es sich um einen mit äußerer Kunststoffumhüllung 14 versehenen Typ. Zur Herstellung des blanken Faserendes 11 wird vom Lichtwel lenleiter 6 eine Teillänge der Kunststoffumhül lung 14 und über dieselbe Teillänge sein Primär- sowie Sekundärcoating entfernt, Anschließend erhält das Faserende 11 eine Metallisierung. Mit diesem metallisierten Faserende 11 ist der Lichtwellenleiter 6 mittels eines bei ca. 220 relativ hochschmelzenden PbSn-Lotes in den gegenüber dem Faserende 11 einen nur geringfügig vergrößerten Durchmesser aufweisenden vorderen Teil der Führungshülse 9 eingelötet, deren rückwärtig längerer Teil einen wesentlich größeren Innendurchmesser aufweist. In diesem Teil der Führungshülse 9 ist die äußere Kunst stoffumhüllung 14 durch Kleben befestigt. Am übergang zwischen den beiden Bohrungen unterschiedlichen Durchmessers ist die Führungshülse 9 mit einem quer zur Längsachse verlauf enden Einschnitt 15 versehen, so daß bei der Herstellung der Faser/Hülsen-Anordnung der übergang zwischen Lichtwellenleiter 6 mit Kunststoffumhüllung 14 und blankem Faserende 11 auf blasenfreie Einbettung in ausgetretenen Kleber kontrolliert werden kann, bevor das Faserende 11 in den vorderen Hülsenteil eingelötet und der Einschnitt 15 dabei weitgehend mit Lot ausgefüllt wird.

Die mit dem Gehäuse 1 verbundene Schutzhülse 8 weist am Befestigungsende einen im Durchmesser relativ kleinen Flansch 16 auf, wodurch die Schutzhülse 8 jedoch eine gute

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AufLagefLache zum Anlöten erhält. Das freie, rückwärtige Ende der Schutzhülse 8 ist dagegen mit einem im Außendurchmesser reduzierten Abschnitt 17 versehen, auf dem ein als Kni c kschutztüL Le wirkender Schrumpfsch Laue h (nicht dargestellt) befestigt sein kann, welcher das freie Ende der Führungshülse 9 und eine Teillänge der anschLießenden Kunststoffumhüllung 14 des Lichtwellenleiters 6 mit umschließt. Da die im Gehäuse 1 an der Abdeckscheibe 10 eingespannte Führungshülse 9 einen relativ langen Hebelarm darstellt, ist es zweckmäßig, noch eine weitere mechanische Fixierung vorzusehen. Aus diesem Grunde weist die Führungshülse 9 im Endbereich der Schutzhülse 8 eine Lötverbindung auf, die jedoch nicht gasdicht ausgeführt zu sein braucht. Wei L die Führungshülse 9 im Gehäuseinnern mit niedrig schmelzendem Lot befestigt ist, ist es zur Vermeidung von thermisch ungünstiger Beeinflussung von Vorteil, auch bei der im Endbereich der Schutzhülse 8 vorgesehenen mechanischen Fixierung niedrigschmelzendes BiSn-Lot zu verwenden.

Beim Herstellen der Koppelanordnung wird zunächst der Rahmen 4 des Gehäuses 1 mit der Bohrung 7 für den Durchtritt der Führungshülse 9 angefertigt und die Schutzhülse 8 am Rahmen 4 befestigt. Anschließend wird die separat mit Bohrung 12 und Wandler 5 versehene Trägerplatte 13 in den Rahmen 4 eingesetzt und durch Löten mit dem Rahmen 4 mechanisch fest verbunden. Danach wird die Abdeckscheibe 10 innen auf den Rahmen 4 gelegt, konzentrisch zu dessen Bohrung 7 ausgerichtet und die in getrennten Arbeitsgängen kompLett mit präpariertem LichtwellenLeiter 6 hergestellte Führungshülse 9 durch die öffnungen von Schutzhülse 8, Rahmenbohrung 7 und Abdeckscheibe 10 so weit in das Rahmeninnere eingeführt, bis die am Faserende 11 ausgebildete Linse in der TrägerpLattenbohrung 12 die gewünschte Lage vor dem WandLer 5 einnimmt.

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Die Feinjustage des Faserendes 11 wird von einem Mikromanipulator gesteuert, welcher das aus der Schutzhülse 8 rückwärtig hervorstehende Ende der Führungshülse 9 mittels einer Zange erfaßt und die innerhalb der ausreichend groß bemessenen öffnung mögliche, bzw. erforderliche Verschiebung durchführt. Sobald eine optimale Ankopplung erreicht ist, werden, wie Fig. 2 zeigt, die an beide Schmalseiten des Rahmenschenkels außen angelegten Elektroden 18 unter Spannung gesetzt und die Abdeckscheibe 10 unter Zugäbe von Lot im Stromdurchgang mit dem Rahmen 4 und zugleich mit der Führungshülse 9 durch Löten verbunden.

Anschließend werden die Führungshülse 9 und der rückwärtige Abschnitt 17 der Schutzhülse 8 ebenfalls durch Löten mit niedrigschmelzendem Lot mechanisch aneinander befestigt.

Von Vorteil ist hierbei die im Durchmesser abgestufte Ausbildung der Schutzhülse 8, weil dadurch beim Löten ein Wärmestau entsteht, der ein schnelles, nur kurz andauerndes Löten gestattet, bei dem kein Erweichen der am vorderen Ende der Führungshülse 9 befindlichen Lötstelle mehr ein tritt. Der so hergestellte Rahmen 4 wird sodann auf einer offenen Seite mit der bedarfsweise um die Verstärkerschaltung ergänzten Bodenplatte 2 durch Löten oder Schweißen gasdicht verbunden sowie die elektrischen Verbindungen von der Trägerplatte 13 zu den Anschlußstiften in der Boden platte hergestellt und diese Anordnung unter Einschluß von Schutzgas letztlich mit dem gasdicht aufgesetzten Deckel 3 hermetisch verschlossen.

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Claims

STANDARD ELEKTRIK LORENZ AKTIENGESELLSCHAFT Stuttgart E.Halder-M.Ulmer 3-1 Ansprüche

1. KoppeLanordnung mit einem eLektro-optisehen oder optoeLektrisehen Wandler und einem vor dem Wandler endenden Lichtwellenleiter, bei dem ein von der äußeren Kunststoffumhüllung befreites, metallisiertes Faserende gasdicht in eine Führungshülse eingelötet ist, die sich ihrerseits gasdicht durch eine öffnung der ebenen Wandung eines den Wandler enthaltenden sowie hermetisch verschlossenen Gehäuses erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß der zum Wandler (5) weisende vordere Teil der Führungshülse (9) eine im Durchmesser wesentlich größere Bohrung (7) des Gehäuses (1) sowie eine innerhalb des Gehäuses (1) die Bohrung (7) verschließende Abdeckscheibe (10) durchsetzt, die mit der Führungshülse (9) und dem Gehäuse (1) durch Löten verbunden ist.

2. Koppelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aus der Führungshülse (9) hervorstehende Faserende (11) des Lichtwellenleiters (6) bis in die Bohrung (12) einer Trägerplatte (13) ragt, die parallel zu der

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die Führungshülle (9) enthaltenden Gehäusewand angeordnet ist und an welcher vor der Bohrung (12) der Wandler (5) fixiert ist.

3. Koppelanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Bohrung (7) für den Durchtritt der Führungshülse (9) versehene Gehäusewand aus einem zwischen die Bodenplatte (2) und den Deckel (3) eines DIL-Gehäuses eingefügten Rahmen 4 besteht.

4. Koppelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da-

durch gekennzeichnet, daß der rückwärtige Teil der Führungshülse (9) mit seinem freien Ende aus einer am Gehäuse (1) befestigten Schutzhülse (8) hervorsteht, deren Innendurchmesser wesentlich größer als der Außendurchmesser der Führungshülse (9) ist.

5. Koppelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Rahmen (4) des Gehäuses (1) verbundene Schutzhülse (8) einen rückwärtigen Abschnitt (17) reduzierten Außendurchmessers aufweist, in dessen Bereich die Führungshülse (9) an der Schutzhülse

(8) durch Löten mechanisch befestigt ist.

6. Koppelanordnung nach Anspruch 1, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem rückwärtigen Abschnitt (17) der Schutzhülse (8) ein die Führungshülse (9) und die Kunststoff umhül lung (14) des Lichtwellenleiters (6) mit um- fassender Schrumpfschlauch angeordnet ist.

7. Koppelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungshülse (9) im vorderen Hülsenteil gegenüber dem Faserende (11) einen etwas größeren Innendurchmesser aufweist und am übergang zu dem

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rückwärtigen Hülsenteil, der gegenüber der Kunststoffumhüllung (14) des Lichtwellenleiters (6) innen ebenfalls etwas vergrößert ist, einen quer verlaufenden Einschnitt (15) enthält.

8. Koppelanordnung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Faserende (11) des Lichtwellenleiters (6) in der Führungshülse (9) mit PbSn-Lot befestigt ist, und daß die Verbindungen zwischen Führungshülse (9), Abdeckscheibe (10) und dem Rahmen (4) des Gehäuses (1) aus BiSn-Lot bestehen.

9. Verfahren zum optischen Ankoppeln eines Lichtwellenleiters an einen Wandler, bei dem ein metallisiertes Faserende mit einem relativ hochschmelzenden Lot in eine Führungshülse eingelötet ist, die durch eine im Durchmesser größere Bohrung des Gehäuses der Koppelanordnung geführt, mittels eines Hikromanipulators in optimale Koppelposition gebracht und in dieser Position durch Löten befestigt ist, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lötverbindungen zwischen Führungshülse (9), Abdeckscheibe (10) und dem Gehäuse (1) im Anschluß an das Justieren des Faserendes (11) durch Anlegen von Spannung und Löten im Stromdurchgang von an die beiden äußeren Schmalseiten des Rahmens (4) angedrückten Elektroden (18) hergestellt werden,