DE3729009A1 - Lichtleitelement, insbesondere fuer lasersender in modulbauweise - Google Patents
Lichtleitelement, insbesondere fuer lasersender in modulbauweiseInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Lichtleitelement, insbesondere für
Lasersender in Modulbauweise, nach dem Oberbegriff des An
spruchs 1.
Es ist seit langem bekannt, daß sich Licht in dünnen Glasfasern
durch Totalreflexion auf nahezu beliebig gekrümmten Bahnen lei
ten läßt. Bis vor einigen Jahren waren allerdings die Lichtver
luste der verfügbaren Gläser zu hoch, um größere Strecken zu
überbrücken. Inzwischen gibt es sogenannte Lichtwellenleiter,
insbesondere dünne Fasern aus hochreinem Quarz, die Lichtwellen
mit geringen Verlusten über weite Strecken weiterleiten. Bei
den damit realisierbaren leistungsfähigen Nachrichtenübertra
gungssystemen dienen Lumineszenzdioden (LED), vorzugsweise La
serdioden (LD) als optische Sender und Photodioden, vorzugsweise
Halbleiterphotodioden als Empfänger. Von den Lichtwellenleitern
werden vor allem gute Lichtführung, geringe Lichtverluste und
große Übertragungsbandbreite gefordert. Inzwischen hat der ra
sche Fortschritt in der Mikroelektronik nicht nur die Massen
fertigung hochintegrierter elektronischer Bauelemente ermög
licht, sondern läßt auch die Entwicklung optischer Bauelemente
zu, in denen Lichtsignale übertragen, verteilt und verarbeitet
werden. Als Substratmaterialien der integrierten Optik können
durchsichtige dielektrische Werkstoffe, vor allem Lithiumniobat
(LiNbO3) und Glas, aber auch Halbleitermaterialien, z.B. III-V-
Halbleiter, verwendet werden. Bei der integrierten Optik werden
Lichtwellenleiter, die nur wenige Mikrometer breit, aber mehrere
Zentimeter lang sind, an der Oberfläche der Substratplättchen
hergestellt, wobei Photolithographie- und Strukturierungsverfah
ren der Mikroelektronik angewendet werden. Bei den bekannten
elektrooptischen Übertragungssystemen ist der Lichtsender (LD),
allerdings nur einseitig an den Lichtwellenleiter angekoppelt.
Das bedeutet bei Laserdioden als Sender, daß ein Teil des
emittierten Lichtes, nämlich das Rückseitenlicht ungenutzt
bleibt oder aber für andere Zwecke, wie z.B. Überwachung, elek
trische Regelung und Ansteuerung der Laserdiode genutzt wird.
Zur effizienten Einkopplung des von einem Halbleiterlaser abge
strahlten Laserlichtes in einen Lichtwellenleiter ist es weite
terhin bekannt, als Hilfsmittel einen Fasertaper zu verwenden.
Eine effiziente Kopplung des Laserlichts in den Lichtwellenlei
ter ist eine wichtige Voraussetzung für die Realisierung opti
scher Übertragungsstrecken. Der große Öffnungswinkel des Laser
strahls begrenzt in der Regel den Einkoppelwirkungsgrad. Durch
die Verwendung eines zwischen der Faser und dem Laser angeord
neten Taper und einer zwischen dem Taper und dem Laser angeord
neten sphärischen Linse läßt sich eine sehr effiziente Kopplung
erreichen. Der Taper wird dabei so angeordnet, daß er sich zum
Laser hin verjüngt. Allerdings sind derartige Hilfsmittel rela
tiv aufwendig, vor allem im Hinblick auf den Zusammenbau und
die damit verbundene Justage, insbesondere dann, wenn als wei
teres Hilfsmittel noch eine Linse, z.B. Kugellinse, zur exakten
Lichteinkopplung benötigt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optimale Einkopp
lung von Licht einer Laserdiode in einen Lichtwellenleiter zu
erreichen.
Diese Aufgabe wird bei einem Lichtleitelement der eingangs ge
nannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1
gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung
sind Gegenstand zusätzlicher Ansprüche.
Bei dem erfindungsgemäßen Lichtleitelement wird das Licht von
beiden Laserspiegeln in das Element eingekoppelt, das sich im
Lichtweg zwischen der Laserdiode und dem Lichtwellenleiter be
findet. Hieraus resultiert die maximale Lichteinkopplung.
Bei einem solchen Lichtleitelement ergeben sich verschiedene
Möglichkeiten der Formgebung, Materialverwendung und Lichtbeein
flussung: Beispielsweise kann das Licht aus beiden Laserspiegeln
einer Laserdiode in eine Faser eingekoppelt werden. Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung läßt sich das Licht
in dem Lichtleitelement zur Einkopplung aufbereiten, z.B. durch
Korrektur des Astigmatismus, die sonst in herkömmlicher Weise
mit Zylinderlinsen oder einer komplizierten, in die Reflexions
stellen des Lichtes integrierten Optik vorgenommen werden müßte;
oder Korrektur des Fernfeldes einer Laserdiode. Weiterhin kann
auf ein Lichtwellenleiter-Taper als zusätzliches Hilfsmittel
zur Lichteinkopplung verzichtet werden. Daraus resultiert eine
Verbilligung des Lichtwellenleiters und eine höhere Lichteinkopp
lung. Außerdem läßt sich eine Monitordiode leicht integrieren,
indem entweder photoempfindliches Material an der entsprechenden
Stelle auf das Lichtleitelement aufgedampft oder die Monitordio
de an der betreffenden Stelle z.B. aufgeklebt wird. Schließlich
ist auch eine Modulationsmöglichkeit des Lichtes gegeben, indem
man als Material für das Lichtleitelement z.B. Lithiumniobat
(LiNbO3) verwendet und eine Brechungsindexänderung im Material
durch eine Spannungsänderung von außen (durch Außenelektroden)
bewirkt.
Auch die verwendbaren Materialien und Herstellverfahren sind
vielfältig. Beispielsweise kann das Lichtleitelement aus Glas
bzw. Quarz, dotiert oder undotiert hergestellt werden. Auch
eine Herstellung aus Kunststoffen, z.B. auf photochemischem Weg
ist möglich. Vorzugsweise läßt sich das Lichtleitelement mit
den Methoden der integrierten Optik herstellen, und zwar unter
Zuhilfenahme der eingangs erwähnten Photolithographie- und
Strukturierverfahren der Mikroelektronik.
Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Lichtleitelements
besteht insbesondere darin, daß durch die - in der Hauptlicht
ausbreitungsrichtung der Einzelelemente gesehene - Anordnung
der Laserdiode quer zum Lichtleitelement und anschließendem
Lichtwellenleiter, die eingekoppelte Lichtmenge - bedingt durch
die daraus resultierende beidseitige Lichteinkopplung - ver
doppelt ist.
Anhand eines in den Figuren der Zeichnung rein schematisch darge
stellten, bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Lichtleitelements
für Lasersender in Modulbauweise wird die Erfindung weiter erläu
tert. Es zeigen
Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Lichtleitelement im Schnitt und
Fig. 2 das Lichtleitelement nach Fig. 1 in Draufsicht.
Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Lichtleitelement für La
sersender in Modulbauweise besteht im wesentlichen aus dem Licht
leitelement 1, das lichteingangsseitig in zwei symmetrische Teile
aufgezweigt und so abgewinkelt ist, daß zwei einander zugewandte
Lichteintrittsflächen 2, 3 gebildet sind, die den beiden planparal
lelen, als optischer Resonator wirksamen Lichtaustrittsflächen der
Laserdiode 4 gegenüberstehen. Am Lichtausgang 5 ist das Lichtleit
element 1 im Querschnitt - in diesem Beispiel durch eine Verjün
gung - an den optisch zu koppelnden Lichtwellenleiter 9 angepaßt.
Das Lichtleitelement 1 besteht beispielsweise aus einer auf dem
Trägerplättchen 6 aufgebrachten Glasfaser oder aus einer Substrat
bahn aus Halbleitermaterial. Das Trägerplättchen 6 besteht aus Me
tall oder Keramik. Es kann aber auch aus Halbleitermaterial beste
hen. Besonders zweckmäßig ist die Verwendung von Halbleitermate
rial für das Trägerplättchen 6 dann, wenn es nicht nur als Boden
platte für das Lichtleitelement 1 dient, sondern gleichzeitig das
Grundmaterial für die einzubringende Substratbahn bildet. Für den
Fall, daß das Trägerplättchen 6 aus Halbleitersubstrat besteht
und das Lichtleitelement 1 sowie vorzugsweise auch die Laserdiode
4 mit den Methoden der integrierten Optik in das Halbleitersub
strat eingebracht sind, ist es besonders zweckmäßig, für das Licht
leitelement 1 das gleiche Halbleitermaterial, z.B. Galliumarsenid
(GaAs) oder Indiumphosphid (InP), wie für die Laserdiode 4 selbst
zu verwenden. Die Laserdiode 4 kann aber mit besonderem Vorteil
auch auf einem Silizium-Chip als Substratträger 6 aufgebracht
sein. Entscheidend für die zu treffende Materialauswahl für das
Lichtleitelement 1 ist eine optimale Anpassung an die Wellenlänge
des von der Laserdiode 4 emittierten Lichtes. Hinzu kommen noch
Anforderungen an die Dicke des Trägerplättchens 6, die im Hinblick
auf die daraus resultierenden Verluste möglichst gering sein
sollte.
Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Lichtleitelement 1 wird
vorzugsweise für Lasersender in Modulbauweise verwendet. Ein
derartiger Lasersender ist an sich bekannt und in der Zeit
schrift "Siemens telcom report 6", Beiheft April 1983, Seiten
90 bis 96 näher beschrieben. Das Lichtleitelement 1 mit den
daran angebrachten Monitordioden 7, 8 und der Laserdiode 4 ist
auf einem Trägerplättchen 6 aufgebracht. Das Lichtleitelement 1
ist von einem hermetisch dichten Gehäuse 10 umgeben. Das Gehäu
se 10 kann verschieden ausgeführt sein und z.B. aus Metall,
aber auch aus Keramik oder Kunststoff bestehen. Das Lichtleit
element 1 ist an die in einer Halterung 15 geführte Anschlußfa
ser (pig tail) für einen Lichtwellenleiter 9 optisch angekop
pelt, der in eine Führungshülse 11 aus z.B. Metall oder Kunst
stoff eingeglast, eingelötet bzw. eingeklebt nach außen geführt
ist. Das Trägerplättchen 6 ist innerhalb des Gehäuses 10 an
einem Peltier-Kühler 12 befestigt, der mit einer äußeren Wärme
senke 13 in Verbindung steht. Die elektrischen Anschlüsse 14
der aktiven Bauelemente 4, 7, 8, 12 sind hermetisch dicht und
elektrisch isoliert durch das Gehäuse 10 nach außen geführt.
Die Erfindung ist auf das dargestellte Ausführungsbeispiel
nicht beschränkt. Insbesondere kann der Lichtausgang 5 des
Lichtleitelementes 1 so angeordnet und gestaltet sein, daß
das Licht möglichst parallel oder unter einem definierten
Winkel durch ein im hermetisch dichten Gehäuse 10 vorgesehenes
Fenster ohne Anschlußfaser (pig tail) für den Lichtwellenleiter
9 aus dem Gehäuse 10 austritt.
Claims (8)
1. Lichtleitelement, insbesondere für Lasersender in Modulbau
weise, in Form einer auf einem Trägerplättchen aufgebrachten
länglichen, einen Lichteingang und einen Lichtausgang aufwei
senden Faser oder Substratbahn aus einem die Lichtstrahlen mit
geringen Verlusten im Inneren durch Reflexion weiterleitenden
Medium mit einer entsprechend höheren Brechzahl als die des an
grenzenden Mediums, zur optischen Kopplung einer Laserdiode an
einen Lichtwellenleiter, dadurch gekennzeich
net, daß das Lichtleitelement (1) lichteingangsseitig in
zwei symmetrische Teile aufgezweigt und so gekrümmt oder abge
winkelt ist, daß zwei einander zugewandte Lichteintrittsflächen
(2, 3) gebildet sind, die den beiden planparallelen, als opti
scher Resonator wirksamen Lichtaustrittsflächen der Laserdiode
(4) gegenüberstehen, und daß das Lichtleitelement (1) am Licht
ausgang (5) optisch an den zu koppelnden Lichtwellenleiter (9)
angepaßt ist.
2. Lichtleitelement nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Lichtleitelement (1) am Lichtausgang
(5) eine Querschnittsverjüngung aufweist.
3. Lichtleitelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das Lichtleitelement (1) aus
dotiertem oder undotiertem Quarz oder Glas besteht.
4. Lichtleitelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da
durch gekennzeichnet, daß das Trägerplätt
chen (6) aus Metall, Keramik oder Halbleitersubstrat besteht.
5. Lichtleitelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das Trägerplättchen (6) aus
Halbleitersubstrat besteht, und daß das Lichtleitelement (1)
und die Laserdiode (4) mit den Methoden der integrierten Optik
in das Halbleitersubstrat eingebracht sind.
6. Lichtleitelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da
durch gekennzeichnet, daß außen am Licht
leitelement (1) gegenüber dessen Lichteintrittsflächen (2, 3)
bzw. den Lichtaustrittsflächen der Laserdiode (4) wenigstens
eine Monitordiode (7, 8) vorgesehen ist.
7. Lichtleitelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da
durch gekennzeichnet, daß am Lichtleit
element (1) eine elektronische Steuervorichtung zur Modulation
des Lichtes vorgesehen ist.
8. Lichtleitelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7 für einen
Lasersender in Modulbauweise, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Lichtleitelement (1) mit mindestens
einer daran angebrachten Monitordiode (7; 8) und einer Laserdio
de (4) auf einem Trägerplättchen (6) aufgebracht ist, daß das
Lichtleitelement (1) von einem hermetisch dichten Gehäuse (10)
umgeben an die Anschlußfaser eines Lichtwellenleiters (9) op
tisch angekoppelt ist, die durch das Gehäuse (10) in eine Füh
rungshülse (11) eingeglast oder eingelötet nach außen geführt
ist, daß das Trägerplättchen (6) innerhalb des Gehäuses (10) an
einem Peltier-Kühler (12) angebracht ist, der mit einer äußeren
Wärmesenke (13) in Verbindung steht, und daß die elektrischen
Anschlüsse (14) der aktiven Bauelemente (4, 7, 8, 12) herme
tisch dicht und elektrisch isoliert durch das Gehäuse (10) nach
außen geführt sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19873729009 DE3729009A1 (de) | 1987-08-31 | 1987-08-31 | Lichtleitelement, insbesondere fuer lasersender in modulbauweise |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19873729009 DE3729009A1 (de) | 1987-08-31 | 1987-08-31 | Lichtleitelement, insbesondere fuer lasersender in modulbauweise |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3729009A1 true DE3729009A1 (de) | 1989-03-09 |
Family
ID=6334857
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19873729009 Withdrawn DE3729009A1 (de) | 1987-08-31 | 1987-08-31 | Lichtleitelement, insbesondere fuer lasersender in modulbauweise |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3729009A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19823691A1 (de) * | 1998-05-27 | 1999-12-02 | Siemens Ag | Gehäuseanordnung für Lasermodul |
-
1987
- 1987-08-31 DE DE19873729009 patent/DE3729009A1/de not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19823691A1 (de) * | 1998-05-27 | 1999-12-02 | Siemens Ag | Gehäuseanordnung für Lasermodul |
US6422766B1 (en) | 1998-05-27 | 2002-07-23 | Siemens Aktiengesellschaft Ag | Housing configuration for a laser module |
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Legal Events
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---|---|---|---|
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