DE3430762A1 - Licht emittierendes bauelement - Google Patents
Licht emittierendes bauelementInfo
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Description
-A-
Beschreibung^
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Licht emittierendes Bauelement, das insbesondere als Lichtquelle für optische
Kommunikationssysteme zu verwenden ist.
Der Aufbau eines von den Anmeldern schon früher vorgeschlagenen Laserdioden-Bauelements mit einer optischen Faser
(japanische Patentanmeldung Nr. 57-177654) wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 erläutert.
Bei diesem Bauelement ist ein Laserdioden-Chip (Chip) 3 auf der Hauptoberfläche einer Grundplatte 1 mittels eines
Trägers (2) unter Verwendung eines Lotes 4 und 5 angebracht. Das photogekoppelte Ende 8 einer optischen Faser
7, die von einer durch den Rand der Grundplatte 1 hindurchtretenden und daran befestigten Faserführung 6 gehaltert
ist, steht der Austrittsfläche des Chips 3 gegenüber. Die aus dieser Fläche des Chips 3 austretende Laserstrahlung
9 wird durch das photogekoppelte Ende 8 in die optische Faser 7 eingeleitet und unter Verwendung dieser Faser 7 als
Ubertragungsmedium für die Laserstrahlung 9 nach außen abgeführt. Zusätzlich ist der Teil der optischen Faser 7 mit
dem photogekoppelten Ende in eine öffnung 11 eingeführt, die in einer auf der Hauptoberfläche der Grundplatte 1
vorgesehenen, hervortretenden Halterung gebildet ist. Die Faser ist darin durch ein Befestigungsmaterial 12, wie
z.B. ein Harz oder ein Lot, fixiert, mit dem die öffnung 11 gefüllt ist. Die öffnung 11 ist so ausgelegt, daß ihr
Zentrum dem Mittelteil der Austrittsfläche des Chips 3 entspricht.
Auf den gesamten Umfang der in die öffnung 11 eingeführten optischen Faser 7 wirkt beim Aushärten des
Befestigungsmaterials 12 eine einheitliche Zugkraft, wodurch die optische Faser 7 selbst nach dem Aushärten des
Befestigungsmaterials in der Mitte der öffnung 11 gehalten
werden kann. Dadurch erfolgt die Lichteinführung in die optische
Faser 7 mit hoher Wirksamkeit, d.h. der Wirkungsgrad der Photokopplung wird hoch. Die Faserführung 6 ist mit
einer Silberpaste 13 hermetisch mit der Grundplatte 1 verbunden. Die optische Faser 7 ist an der Faserführung 6 mit
einem Harz 14 befestigt.
Weitere Untersuchungen der Erfinder ergaben jedoch, daß selbst bei Anwendung der oben genannten Technik die optischen
Achsen der optischen Faser und des Chips manchmal abweichen, wodurch sich ein nicht abgestimmtes Bauelement
ergibt.
Als Gründe für die Abweichung oder Fehlanpassung der optischen Achsen ergaben sich folgende Punkte:
Die Justierung der optischen Achsen der Laserstrahlung und der optischen Faser erfolgt derart, daß das photogekoppelte
Ende 8 der in der Faserführung 6 sitzenden optischen Faser 7 in die Öffnung 11 der Halterung 10 eingeführt und daraufhin
das aus einem flüssigen Harz bestehende Befestigungsmaterial 12 in die öffnung 11 eingebracht wird. Wie oben beschrieben,
ist das Bauelement so ausgelegt, daß durch die Haftkraft des Harzes auf die optische Faser 7 ein gleichmäßiger
Zug in ihrer Ümfangsrichtung ausgeübt wird, und daß sie deshalb in der Mitte der kreisförmigen öffnung 11 liegt.
Bei der Justierung der optischen Achsen wird die Position des feinen stirrseitigen Endbereiches der Faserführung 6
durch Aufbringen einer äußeren Kraft eingestellt, um die Position zu suchen, in der ein Maximum der aus dem befestigten
Chip 3 austretenden Laserstrahlung in die optische Faser 7 aufgenommen werden kann. Nachdem diese Position in dieser
Weise festgelegt ist, wird Harz in die öffnung 11 eingebracht und thermisch ausgehärtet, um das stirnseitige Ende
-ier optischen Faser zu fixieren. Demgemäß sollten die optischen Achsen der Laserstrahlung und der optischen Faser un-
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- 6 - Ci ^ O U / C ..
mittelbar nach dem thermischen Aushärten des in die Öffnung 11 als Fixiermaterial eingebrachten Harzes in der Lage
sein, in der der Wirkungsgrad der Photokopplung maximal ist. Wie oben beschrieben, treten jedoch manchmal nach dem thermisehen
Aushärten des Harzes Abweichungen der Position der optischen Faser auf, wodurch ihre Wirksamkeit für den Empfang
des Lichts stark verringert wird.
Der Grund für diesen Nachteil liegt im folgenden: Wenn vor dem Einfüllen des Harzes das stirnseitige Ende der Faserführung
verformt wird/ um die optischen Achsen der optischen Faser 7 und des Laserchips 3 zu justieren, tritt in der Faserführung
6 eine Restspannung auf. Wird für das thermische Aushärten des Harzes Wärme aufgebracht, so erfolgt in manchen Fällen
eine Verformung der die Restspannung aufweisenden Faserführung 6, so daß Schwankungen der Position des stirnseitigen
Endbereiches der optischen Faser 7 auftreten, die zu einer DeJustierung der optischen Achsen führen.
Die Positionsabweichungen der optischen Faser können auch aufgrund von Wärmebehandlungen (bei 7O0C für einige zehn Minuten)
auftreten, die im Zusammenhang mit der Verbindung zwischen einer Leitung und einem Golddraht, dem dichten Aufbringen
(Nahtschweißung) einer Kappe für den hermetischen Verschluß usw. vorgenommen werden. Es stellte sich jedoch
heraus, daß diese Positionsabweichungen der optischen Faser nicht häufig sind, und daß die Dejustierung der optischen
Achsen vor allem während des thermischen Aushärtens des Harzes auftritt. Man fand heraus, daß die dabei auftretende Abweichung
der Position der optischen Faser in einer Größenordnung von etwa 0,2 bis 0,4 μΐη liegt und damit den erlaubten
Wert von 0,1 bis 0,2 μΐη überschreitet, so daß die Fehlanpassung
der optischen Achsen auftritt.
Die generelle Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, ein Licht emittierendes Bauelement anzugeben, das
die dem Stand der Technik anhaftenden Nachteile zumindest teilweise vermeidet.
Eine spezielle Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein Licht emittierendes Bauelement zu schaffen, das einen hohen Wirkungsgrad
der Photokopplung zwischen einem Licht abgebenden Bauteil und einer optischen Faser für die Weiterleitung der
von diesem Bauteil abgegebenen Strahlung aus dem Bauelement heraus aufweist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Licht emittierendes Bauelement mit einer hohen Produktionsausbeute
anzugeben.
Erfindungsgemäß wird ein Bauelement für die optische Kommunikation
mit einer Struktur, in der ein Chip mit einem Licht aussendenden Bauteil und das photogekoppelte Ende einer optisehen
Faser einander gegenüber auf der Oberfläche einer Grundplatte befestigt sind, so aufgebaut, daß der photogekoppelte
Endbereich der optischen Faser durch ein Harz in einer öffnung fixiert ist, die in einer auf der Grundplatte angebrachten
flexiblen Halterung gebildet ist. Der Zustand der Photokopplung zwischen dem Chip und der optischen Faser wird untersucht,
während von dem Chip Strahlung emittiert wird. Ist der Zustand der Photokopplung des Bauelements mangelhaft, so
wird in einer gewünschten Richtung auf den Kopfteil der Halterung eine äußere Kraft ausgeübt, um die Position des photogekoppelten
Endes der optischen Faser nachzustellen, wodurch der Wirkungsgrad der Photokopplung erhöht werden kann. Als
Folge davon lassen sich Bauelemente für die optische Kommunikation, die einen günstigen Photokopplungs-Wirkungsgrad aufweisen,
mit hoher Produktionsausbeute herstellen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend
anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht der wesentlichen Bereiche eines oben beschriebenen Laserdioden-Bauelements mit einer
optischen Faser;
Fig. 2 eine Draufsicht auf ein Laserdioden-Bauelement mit einer optischen Faser nach einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 eine Schnittansicht entlang der Linie III-III' in
Fig. 2;
Fig. 4 eine vergrößerte Schnittansicht wesentlicher Bereiche von Fig. 2;
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer in Fig. 2 gezeigten Halterung während der Justierung;
Fig. .6 eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform
der Halterung;
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform
der Halterung;
Fig. 8 eine Schnittansicht der wesentlichen Bereiche eines Laserdioden-Bauelements mit einer optischen Faser nach
einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 9
und 1o perspektivische Ansichten der wesentlichen Bereiche
einer Halterung für die optische Faser nach einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
und
Fig. 11 eine Ansicht der wesentlichen Bereiche einer Halterung
für die optische Faser gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt, ist ein Bauelement mit einer Laserdiode gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung auf einer länglichen Grundplatte 1 angeordnet. Für die Grundplatte 1 wird eine Oberfläche einer länglichen Metallplatte
so bearbeitet, daß in ihrem Mittenbereich eine ringförmige Verschlußwand 15 gebildet wird. Die Metallplatte
wird auf der Innenseite dieser ringförmigen Verschlußwand 15
noch weiter ausgenommen, und daraufhin wird in der Mitte auf dem Boden der Ausnehmung ein Sockelbereich 16 gebildet. Wie
in Fig. 4 dargestellt, ist auf dem Sockelbereich 16 durch ein Lot 5 ein Träger 2 angebracht, auf dem mit einem Lot 4 ein
Laserdioden-Chip (Chip) 3 befestigt ist. An beiden Enden der Grundplatte 1 sind jeweils Führungsöffnungen 17 und 18 vorgesehen,
die in Richtung der Austrittsflächen des Chips 3 verlaufen, von denen die Laserstrahlung 9 ausgeht. Eine Faserführung
6, in der eine optische Ein-Mode-Faser 7 mittig und mit guter Passung eingeführt und befestigt ist, ist in eine Führungsöffnung
17 eingesetzt und auf der Grundplatte 1 mit einer Silberpaste 13 befestigt. Das stirnseitige Ende der optischen
Faser 7 liegt einer Austrittsfläche des Chips 3 gegenüber, um die Laserstrahlung 9 in die optische Faser 7 aufzunehmen.
In diesem Falle ist, wie ebenfalls in Fig. 4 gezeigt, ein photogekoppeltes Ende 8 am stirnseitigen Ende der
optischen Faser 7 in eine in einer Halterung 20 gebildete öffnung mit kreisförmigem Querschnitt eingeführt, wobei die
Halterung 20 die Form eines Rundstabes aufweist, z.B. aus Kovar hergestellt und auf dem Sockelbereich 16 der Grundplatte
1 mit einer Silberpaste 19 befestigt ist. Zusätzlich ist die Faser 7 mit einem Befestigungsmaterial 22 fixiert, das in die
Öffnung 21 eingebracht ist.
Weiterhin ist in der anderen Führungsöffnung 18 eine überwachungsfaser
23 mit guter Passung eingesetzt und befestigt. Das stirnseitige Ende dieser Überwachungsfaser 23 liegt der
anderen Austrittsfläche des Chips 3 gegenüber, um die Lichtintensität
der Laserstrahlung zu überwachen. Daneben sind in der Grundplatte 1 zwei Leitungen 24 und 25 angeordnet. Die
eine Leitung 24 ist eine Masseleitung, die mit der Grundplatte 1 verschweißt und mit der unteren Elektrode des Chips
3 über die Grundplatte 1 sowie den Träger 2 elektrisch verbunden ist. Die andere Leitung 25 ist an der Grundplatte 1
durch ein nicht gezeigtes Glas (Isolator) angebracht. Ihr
inneres Ende tritt aus der Endfläche der Grundplatte 1 in einen Leerraum innerhalb der ringförmigen Verschlußwand 15. Dieses
innere Ende und die obere Elektrode des Chips 3 sind durch eine aus einem Golddraht hergestellte Leitung 26 elektrisch verbunden.
Weiterhin ist auf der Oberseite der ringförmigen Verschlußwand 15 durch Nahtschweißung eine flache Kappe 27 hermetisch
angebracht, um den Chip 3 usw. hermetisch zu verkapseln. Zusätzlich sind in den vier Ecken der Grundplatte 1 Montageöffnungen 28 vorgesehen, die bei der Verkapselung des Bauelements
genutzt werden.
Die Herstellung eines derartigen Laserdioden-Bauelements erfolgt in folgenden Schritten:
Nach der Vorbereitung der Grundplatte 1 werden die Faserführung 6, die Halterung 20 und die Überwachungsfaser 23 mit der
Silberpaste befestigt. Anschließend wird der Träger 2, auf dem der Chip 3 angebracht ist, ausgerichtet und auf dem Sokkelbereich
16 der Grundplatte 1 mit dem Lot 5 befestigt. Daneben werden die obere Elektrode des Chips 3 (die nicht dargestellte
Elektrode, die auf der oberen Oberfläche des Chips liegt) und die Leitung 25 durch den Draht 26 verbunden.
Anschließend wird die optische Faser 7 in die Faserführung 6, und das photogekoppelte Ende 8 an deren stirnseitigem Ende
in die öffnung 21 der Halterung 20 eingeführt, so daß es der Austrittsfläche des Chips 3 gegenüberliegt. Wie in Fig. 4 gezeigt,
ist die plattierte Schicht der optischen Faser 7 in deren stirnseitigem Endbereich mit einem Feinschliff in Form
einer Verjüngung ähnlich einer Bleistiftspitze versehen,und
der Kern der Faser an seinem äußersten Ende sphärisch bearbeitet, so daß er eine Krümmung aufweist. Der sphärisch bearbeitete
Teil des Kerns arbeitet als eine Linse, so daß die Laserstrahlung 9 wirksam in die optische Faser 7 eingeleitet
werden kann. Danach wird die optische Faser 7 unter Verwendung eines Befestigungsmaterials 29 aus einem Harz am stirnseitigen
Endbereich der Faserführung 6 befestigt, und die Öffnung der
Faserführung geschlossen.
Im nächsten Schritt wird, während an den Chip 3 eine vorgegebene Spannung angelegt ist, so daß dieser Licht emittiert,
eine optische Ausgabe erfaßt, die in die optische Faser eingeleitet wird. Um diese optische Ausgabe zu maximieren, wird
der stirnseitige Endbereich der Faserführung 6 geringfügig in allen Richtungen bewegt, wodurch das photogekoppelte Ende 8
so ausgerichtet wird, daß es in der Mitte der öffnung 21
liegt. Konstruktionsgemäß wird der Wirkungsgrad der Photokopplung maximal, wenn der photogekoppelte Endbereich der optischen
Faser 7 in der Mitte der öffnung 21 positioniert ist.
Daraufhin wird das aus einem Harz bestehende,flüssige Befestigung
smaterial 22 in die Öffnung 21 der Halterung 20 eingebracht. Das Befestigungsmaterial 22 weist eine Haftkraft auf.
Daneben hat die optische Faser 7 einen Außendurchmesser von z.B. 125 μΐϋ und die Öffnung 21 einen Durchmesser von z.B.
400 μπι, so daß sie nahe beieinander liegen. Deshalb wirkt
eine Zugkraft zwischen der ümfangsflache der optischen Faser
7 und der der Öffnung 21, die auf die Haftung zurückzuführen
ist. Da die Öffnung 21 kreisförmig ist, ist das im gesamten Umfangsbereich der optischen Faser 7 vorhandene Befestigungsmaterial 22 gleichmäßig verteilt, so daß auf die gesamte Umfangsfläche
von einer gleichmäßigen Kraft ein radialer Zug ausgeübt wird, wodurch die optische Faser 7 automatisch in
der Mitte der öffnung 21 positioniert wird.
Als nächster Schritt wird eine Wärmebehandlung durchgeführt, um das Befestigungsmaterial 22 in der öffnung 21 auszuhärten.
In diesem Falle ist die Temperatur der Wärmebehandlung auf einen niedrigen Wert von z.B. 700C festgesetzt, um eine Ummantelung
30, die die optische Faser 7 bedeckt, nicht zu beschädigen.
Im nächsten Schritt wird eine erneute Erfassung der optischen
Ausgabe durchgeführt. Wenn sich die optische Ausgabe verringert hat, wird die Halterung 20 beispielsweise mit einem Korrekturwerkzeug
31, wie in Fig. 5 gezeigt, geringfügig gebogen. Da dieses Korrekturwerkzeug 31 an seiner unteren Endfläche
mit einer Einführöffnung 32 für die Halterung 20 versehen ist, wird es auf die Halterung 20 so aufgesetzt, daß deren
Kopfbereich in die Einführöffnung 32 eingreift. Daraufhin wird die Halterung 20 geringfügig nach unten bewegt, um das
photogekoppelte Ende zu justieren, so daß die optische Ausgabe der optischen Faser 7 maximiert werden kann. Wenn der Kopfbereich
der Halterung 20 nach unten in Richtung des Chips bewegt wird, wird auch das photogekoppelte Ende 8 nach unten verschwenkt;
wenn der Kopfbereich jedoch in der Gegenrichtung nach unten bewegt wird, bewegt sich das photogekoppelte Ende
nach oben. Bei einer Bewegung des Kopfbereiches der Halterung 20 in Seitenrichtung bewegt sich das photogekoppelte Ende
seitlich entlang der Hauptoberfläche der Grundplatte 1. Die
Höhe W1 der öffnung 21 der Halterung 20 und die Länge W2 von der Öffnung 21 zum Kopfbereich der Halterung 20 sollten möglichst
groß gewählt werden, um zu verhindern, daß das Korrekturwerkzeug 31 beim Verschwenken der Halterung 20 die optische
Faser 7 berührt und bricht. Aus diesem Grund sollte für die Werte W1 und W2 möglichst folgende Beziehung gelten:
W2 > W1. Wenn der Kopfbereich einer Kraft ausgesetzt wird, krümmt sich die Halterung 20 ausgehend von ihrem Fußbereich.
Das Ausmaß dieser Krümmung nimmt in Richtung des Kopfbereiches zu. Wird W2 größer gemacht, genügt demnach eine geringere
Kraft zur Bewegung des Werkzeugs 31 für die Einstellung der Position des stirnseitigen Endes der Faser 7, so daß
feine Einstellungen erleichtert werden. Um auf einfache Art eine plastische Verformung der Halterung 20 mit einer geringen
Kraft zu ermöglichen, wird die Halterung 20 mit einem kleinen Durchmesser von z.B. 1 mm ausgeführt. Um Schwankungen
der Position der Halterung 20 relativ zum Chip usw. auf-
grund von Wärme zu verhindern, wird sie aus dem gleichen Material (z.B. Kovar) wie die Grundplatte 1 und die Faserführung
6 hergestellt, so daß die thermischen Ausdehnungskoeffizienten
dieser Bauteile übereinstimmen. Kovar ist als Material für die Halterung 20 gut geeignet, da es sich bei Aufbringen
von Hitze nur schwer plastisch deformiert. Ohne spezielle Beschränkung darauf besteht die Halterung 20
aus einem dünnen Bereich 33, der die Öffnung 21 aufweist und
verformbar ist, und aus einem flachen Sockelbereich 34, der auf der Grundplatte 1 befestigt ist.
Im nächsten Schritt wird die aus Kovar hergestellte Kappe 27 auf der ringförmigen Verschlußwand 15 angeordnet und mittels
Nahtschweißung hermetisch befestigt.
In Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform
der Halterung gezeigt. Danach ist bei der oben beschriebenen Halterung 20 der Fußbereich des an den Sockelbereich
34 anschließenden,verformbaren Teiles 33 verjüngt, so daß er leicht gebogen werden kann. Diese Verjüngung oder Einschnürung
35 ist leicht gekrümmt, weil dadurch die Spannungskonzentration bei Aufbringen einer äußeren Kraft auf den Kopfbereich
der Halterung 20 ansteigt. Da der verformbare Teil mit der öffnung 21 für die Einführung der optischen Faser 7
versehen ist, ruft auch der mit der Öffnung 21 ausgebildete Teil eine Spannungskonzentration hervor, selbst wenn die optische
Faser 7 und das Befestigungsmaterial 22 darin aufgenommen sind. In einigen Fällen könnte die Halterung 20 im
Bereich der Öffnung 21 abbrechen. Ist jedoch, wie in dieser Ausführungsform, die Einschnürung 35 vorgesehen, ist die
Spannungskonzentration in diesem Einschnürungsbereich größer, so daß sich die Halterung 20 hier verbiegt und kein Bruch
auftritt.
In Fig. 7 ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels
der Halterung gezeigt. Danach haben der verformbare Teil 33 und der Sockelbereich 34 der Halterung 20
rechteckige Querschnitte; es lassen sich jedoch ähnliche Wirkungen
wie mit der oben beschriebenen ersten Ausführungsform erzielen. Das heißt, die Halterung 20 kann außer als runder
Stab durchaus auch mit einer anderen Struktur ausgebildet werden. Da nach diesem Ausführungsbeispiel der Sockelbereich 34
rechteckig ist, läßt sich die Halterung 20 bei ihrer Befestigung auf der Grundplatte 1 ohne weiteres ausrichten.
In Fig. 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt. In der Zeichnung sind die Teile, die
mit denen in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen übereinstimmen oder ihnen entsprechen, mit denselben Bezugszeichen
versehen. Das wesentliche Merkmal dieser Ausführungsform besteht darin, daß die Faserführung 6 durch die in der Halterung
20 vorgesehene Öffnung 21 hindurchtritt und darin durch eine Silberpaste 36 befestigt ist. Der Durchmesser der Faserführung
6 wird beispielsweise auf 500 μπι, der Durchmesser der
Öffnung 21 auf 800 μΐη festgesetzt. Die Halterung 20, die Faserführung
6 und die Grundplatte 1 sind aus demselben Material (beispielsweise Kovar) hergestellt, so daß ihre thermischen
Ausdehnungskoeffizienten übereinstimmen, um Positionsschwankungen relativ zum Chip aufgrund von Wärme zu verhindern. Da
in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen eine aus Siliziumoxid hergestellte optische Faser 7 direkt in der Öffnung der
Halterung 20 befestigt ist, ist eine Silberpaste als Befestigungsmaterial dafür ungeeignet. (Mit der Silberpaste wird die
auf die Faser wirkende thermische Spannung groß.) Im Gegensatz dazu wird nach diesem Ausführungsbeispiel die Faserführung verlängert,
um die optische Faser 7 in der öffnung 21 der Halterung 20 mittels dieser Faserführung zu befestigen, so daß
die Silberpaste als Befestigungsmaterial verwendet werden kann. Die Silberpaste hat vorteilhafte Eigenschaften betreffend
die Verbindung mit der Faserführung und weist eine höhere Zuverlässigkeit
als ein Harz auf. In einer derartigen Struktur werden die thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Kontaktteile
zwischen der Grundplatte und der Faserhalterung und zwischen der Faserführung und der Faserhalterung im wesentlichen
gleich, so daß die auf die Faser wirkende thermische Spannung sehr klein gehalten werden kann. Weiterhin wird
eine mechanische Spannung, die von der Halterung 20 bei der Feinjustierung der optischen Achsen nach der Fixierung der
Faser ausgeübt wird, zu einem gewissen Anteil durch die verlängerte Faserführung absorbiert, so daß eine etwaige überschüssige
mechanische Spannung nicht auf die optische Faser wirkt. Als Folge davon wird die gewünschte Wirkung, nämlich
die Verschlechterung des Wirkungsgrads der Photokopplung zu verhindern, weiter gesteigert und auch die Zuverlässigkeit
erhöht.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Halterung für die optische Faser nicht als getrenntes Bauteil, sondern
mittels entsprechender Materialbearbeitung einstückig mit der Grundplatte ausgebildet. Da die Lagegenauigkeit der Halterung
relativ zur Grundplatte in diesem Fall von der Bearbeitung abhängt, läßt sie sich steigern. Weiterhin ist die optische
Faser auch nach dieser Ausführungsform in der in der Halterung
gebildeten öffnung fixiert, wobei diese Öffnung nicht
nur kreisförmig, sondern beispielsweise ebenso rechteckig oder quadratisch sein kann. Eine öffnung in dieser Ausführungsform
ist mit Bezugsziffer 37 in Fig. 9 dargestellt.
Wie in Fig. 10 gezeigt, kann auch eine Struktur gewählt werden,
in der eine öffnung 38 mit einem feinen Schlitz 39 versehen ist, durch den die Silberpaste eingebracht wird. Weiterhin
ist ein Aufbau möglich, in dem die optische Faser in der Halterung 20 nicht in einer Loch-Öffnung, sondern in
e:ner Nut oder Rinne oder auf einem Vorsprung gelagert ist,
die jeweils in oder an der Halterung vorgesehen sind. Weiterhin ist als Befestigungsmaterial für die Fixierung der optischen
Faser auch ein spezielles Lot möglich, das für das Verbinden eines Glases verwendet wird. Durch die Haftkraft des
Lotes kann die optische Faser in der Mitte der kreisförmigen öffnung positioniert und fixiert werden.
Gemäß dem in Fig. 11 gezeigten Ausführungsbeispiel weist die
Halterung 20 wiederum einen Einschnürungs-Bereich 41 auf. Untersuchungen der Erfinder ergaben, daß diese Struktur für
die praktische Anwendung am besten geeignet ist, da sich bei Aufbringen einer Kraft auf den Kopfbereich der Halterung ein
verformbarer Bereich 33 leicht bewegen läßt, wodurch die Justierung der optischen Faser erleichtert wird, und da die
plastische Deformation der Halterung 20 bei Aufbringen von Wärme gering ist. Im einzelnen beträgt in diesem Ausführungsbeispiel
der Durchmesser der Halterung 1 mm, die Höhe des verformbaren Bereiches 33, ausgehend von der Oberfläche
eines Sockelbereiches 34, 2,6 mm, der Durchmesser der Öffnung
21 0,4 mm, der Durchmesser des Sockelbereiches 34 1,8 mm, die Länge von der Oberseite der Halterung bis zur Mitte der
öffnung 1,55 mm, die Breite des Einschnürungsbereiches 41 0,4 mm, der geringste Durchmesser des Einschnürungsbereiches
41 0,6 mm, die Länge vom Mittelpunkt der öffnung bis zur Mitte des Einschnürungsbereiches 0,6 mm und die Höhe von der Oberfläche
des Sockelbereiches bis zur Mitte des Einschnürungsbereiches 0,45 mm.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung lassen sich folgende Wirkungen erzielen:
(1) Nach Fixierung der optischen Faser 7 kann die Position eines photogekoppelten Endbereiches für die Aufnahme von
Licht korrigiert werden. Daher können die optischen Achsen des Chips 3 und der optischen Faser 7 in einem abschließenden
Montageschritt vor dem Aufbringen des Gehäu-
ses justiert werden, selbst wenn während der Fixierung der optischen Faser usw. eine Positionsabweichung der Faser
aufgetreten ist. Damit ergibt sich ein Laserdioden-Bauelement mit einem hohen Wirkungsgrad der Photokopplung.
(2) Nach dem obigen Punkt (1) kann im abschließenden Montageschritt
der Zustand der Photokopplung eingestellt werden, so daß das Auftreten der Fehlanpassung der optischen
Achsen reduziert werden kann, wodurch eine Steigerung der Ausbeute erzielt wird.
(3) Die Justierung der optischen Achse der optischen Faser 7 relativ zum Chip 3 ist einfach durchzuführen, indem die
Halterung 20 für die optische Faser 7 in einer gewünschten Richtung gebogen wird. Damit wird auch die Arbeitsausbeute gut.
(4) Der photogekoppelte Endteil der optischen Faser 7 ist in die kreisförmige Öffnung 21 eingesteckt und so gehaltert,
daß auf seinen gesamten Umfang durch ein flüssiges Befestigungsmaterial 22 ein gleichmäßiger Zug ausgeübt wird.
Daher wird er automatisch in der Mitte der Öffnung 21 positioniert; die Lagegenauigkeit des photogekoppelten Endes
8 wird hoch, und das Akzeptanzverhältnis betreffend die Justierung der optischen Achse der optischen Faser
zum Chip 3 steigt an. Dementsprechend muß der Arbeitsschritt der NachJustierung der optischen Achse, bei dem
die Halterung 20 verbogen wird, nicht für alle Produkte durchgeführt werden, so daß die für die Montage aufzuwendende
Arbeitszeit reduziert werden kann.
(5) Wenn die Halterung 20 für die optische Faser 7 in ihrem unteren Teil mit einem Einschnürungsbereich 35 versehen
ist, tritt leicht eine Spannungskonzentration auf, und die Korrektur der Halterung 20 wird erleichtert.
34307ü2
(6) Die Halterung 20 ist aus demselben Material wie die Grundplatte
1 und die Faserführung 6 für die Halterung der optischen Faser 7 ausgebildet, um die thermischen Ausdehnungskoeffizienten
einander anzugleichen. Selbst bei Auftreten einer Temperaturänderung ändert sich daher nicht
die relative Lage zwischen dem Chip 3 und der optischen Faser 7, so daß eine stabile optische Verbindung aufrechterhalten
werden kann.
(7) In einem Aufbau, in dem die Faserführung bis zu der Öffnung für die Befestigung der Faser verlängert ist, und
die Faser mittels dieser Faserführung mit einer Silberpaste fixiert ist, werden die thermischen Ausdehnungskoeffizienten
der Kontaktteile zwischen der Grundplatte und der Faserhalterung und der Faserführung und der Faserhalterung
im wesentlichen gleich, so daß eine auf die Faser wirkende thermische Spannung reduziert werden kann. Darüberhinaus
wirkt keinerlei überschüssige mechanische Spannung auf die optische Faser, da die Faserführung die mechanische
Spannung zu einem gewissen Teil absorbiert. Daher wird der angestrebte Effekt, die Verschlechterung des
Wirkungsgrades der Photokopplung zu verhindern, weiter gesteigert.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen im einzelnen beschrieben. Sie ist jedoch nicht auf diese
Ausführungsbeispxele beschränkt, sondern läßt sich im Rahmen ihres Erfindungsgedankens vielfältig abwandeln.
Im obigen wurde hauptsächlich der Fall beschrieben, in dem die Erfindung auf ein optisches Kommunikationssystem mit einer Laserdiode
angewandt wird. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, sondern beispielsweise auch bei einem optischen
Kommunikationsverfahren anwendbar, bei dem eine Leuchtdiode oder ein Licht emittierendes Bauelement Anwendung findet,
in dem ein Licht emittierendes Bauteil, wie z.B. eine Laserdiode
oder eine Leuchtdiode, angeordnet ist. Die vorliegende Erfindung ist grundsätzlich auf jedes Bauelement anwendbar,
in dem ein Licht emittierendes Bauteil und eine optische Faser angeordnet sind.
in dem ein Licht emittierendes Bauteil und eine optische Faser angeordnet sind.
Ah/bi
ZO
- Leerseite -
Claims (8)
1. Licht emittierendes^Bauelement,
gekennzeichnet durch
gekennzeichnet durch
(a) eine Einrichtung (3), aus der das Licht austritt,
(b) eine optische Faser (7), die das aus der genannten Einrichtung
(3) austretende Licht aufnimmt, und
(c) eine Halterungseinrichtung (20) für die optische Faser (7) mit einem Schlitz oder einer Öffnung (21) für die Aufnahme
und Fixierung der optischen Faser (7) , wobei die Form der Halterungseinrichtung (20) bei Aufbringen einer äußeren
Kraft veränderbar ist.
2. Licht emittierendes Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Halterungseinrichtung (20) die Form eines Rundstabes hat,
3. Licht emittierendes Bauelement nach Anspruch 1 oder 2,
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dadurch gekennzeichnet, daß die optische Faser (7) in dem Schlitz oder in der
öffnung (21) der Halterungseinrichtung (20) mit einem Befestigungsmaterial (22) fixiert ist.
4. Licht emittierendes Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die in der Halterungseinrichtung (20) vorgesehene Öffnung
(21) kreisförmig ist.
5. Licht emittierendes Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß in einem Teil der Halterungseinrichtung (20) eine
Einschnürung (35) vorgesehen ist, um die Deformation der Halterungseinrichtung (20) zu erleichtern.
6. Licht emittierendes Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (3), aus der das Licht austritt, ein
Halbleiterlaser ist.
7. Licht emittierendes Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (3), aus der das Licht austritt, die
optische Faser (7) und die Halterungseinrichtung (20) für die optische Faser in einem einzigen Gehäuse (1, 15, 27)
verkapselt sind.
8. Licht emittierendes Bauelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß das Gehäuse (1, 15, 27) und die Halterungseinrichtung (20) für die optische Faser (7) gleiche thermische Ausdehnungskoeffizienten
aufweisen.
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