DE3731311A1 - Combined transmission and reception module (chip) of a bidirectional optical transmission system - Google Patents
Combined transmission and reception module (chip) of a bidirectional optical transmission systemInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung geht aus von einem kombinierten Sende- und Emp fangsbaustein eines bidirektionalen optischen Übertragungssy stems, bei dem sich zwischen einer Übertragungsfaser und einem elektrooptischen Wandler (Sendediode) sowie einem optoelektri schen Wandler (Empfangsdiode) auf einem Siliziumsubstrat er zeugte streifenförmige optische Wellenleiter aus dotiertem Siliziumdioxyd erstrecken, wobei ein gerader Ast der strei fenförmigen Wellenleiter die Übertragungsfaser mit der Sen dediode verbindet.The invention is based on a combined transmission and emp catch module of a bidirectional optical transmission system stems, in which between a transmission fiber and a electro-optical converter (transmitter diode) and an optoelectri transducer (receiving diode) on a silicon substrate produced streak-shaped optical waveguides from doped Extend silicon dioxide with a straight branch of the strei fen-shaped waveguide the transmission fiber with the Sen dediode connects.
Bei einem solchen Baustein werden die streifenförmigen Licht wellenleiter mit Hilfe einer schon aus der Herstellung von integrierten Schaltungen bekannten Technik erzeugt. Auf das Siliziumsubstrat werden dabei z.B. zunächst eine Silizium dioxydschicht und anschließend auf die Siliziumdioxydschicht eine mit Titandioxyd dotierte Siliziumdioxydschicht aufge bracht und anschließend durch Abätzen nicht benötigter Be reiche der dotierten Siliziumdioxydschicht die streifenför migen Lichtwellenleiter hergestellt. Abschließend wird eine aus Siliziumdioxyd bestehende Deckschicht auf das Substrat aufgebracht.With such a building block, the strip-shaped light waveguide with the help of an already from the production of integrated circuits known technology. On the Silicon substrates are e.g. first a silicon oxide layer and then on the silicon dioxide layer a silicon dioxide layer doped with titanium dioxide brings and then by etching unneeded Be pass the doped silicon dioxide layer to the stripes fiber optic. In conclusion, one top layer consisting of silicon dioxide on the substrate upset.
Von einer solchen Technik ausgehend ist es Aufgabe vorliegender Erfindung, einen Baustein der eingangs genannten Art so auszu bilden, daß ein möglichst einfacher Aufbau des Bausteines erzielbar ist.Starting from such a technique, it is the task of the present one Invention, a building block of the type mentioned in such a way form that the simplest possible structure of the block is achievable.
Erfindungsgemäß ergibt sich die Lösung dieser Aufgabe dadurch, daß ein von einer Verbreiterung des geraden Astes abzweigender gekrümmter Ast der streifenförmigen Wellenleiter sich quer in einen V-förmigen Graben eines auf dem Substrat erzeugten Sili ziumdioxyd-Schichtbereiches erstreckt, daß eine schräge Graben wand, die einem Ende des in den Graben geführten streifenför migen Lichtwellenleiters gegenüberliegt, verspiegelt ist und daß die Empfangsdiode mit ihrer fotoempfindlichen Oberfläche dem Graben zugewandt, als ein den Graben überdeckendes Bau element mit dem Siliziumdioxyd-Schichtbereich verbunden ist.According to the invention, this object is achieved by that one branching from a widening of the straight branch curved branch of the strip-shaped waveguide transversely in a V-shaped trench of a sili produced on the substrate Ziumdioxyd layer area extends that an oblique trench wall, one end of the strip led into the trench opposite optical fiber, is mirrored and that the receiving diode with its photosensitive surface facing the ditch as a structure covering the ditch element is connected to the silicon dioxide layer region.
Hierdurch wird vorteilhaft die Justierung der Empfangsdiode wesentlich vereinfacht, da die Lage des Grabens und damit der verspiegelten Grabenwand bezüglich des Endes des ge krümmten Astes der streifenförmigen Lichtwellenleiter, von dem aus die ankommenden optischen Signale auf die Graben wand fallen und von dieser auf die fotoempfindliche Oberfläche der Empfangsdiode umgelenkt werden, allein durch die Genauig keit der Ätzmasken bestimmt werden kann.This makes the adjustment of the receiving diode advantageous significantly simplified because of the location of the trench and thus the mirrored trench wall with respect to the end of the ge curved branch of the strip-shaped optical waveguide, from from which the incoming optical signals on the trench wall and fall onto the photosensitive surface the receiving diode can be redirected, solely by the accuracy speed of the etching masks can be determined.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die fotoempfindliche Oberfläche der Empfangsdiode mit einer Filterschicht bedampft ist.In a further embodiment of the invention, it can be provided that the photosensitive surface of the receiving diode with a Filter layer is vaporized.
Hierdurch wird die Selektionswirkung zwischen Sende- und Empfangs zweig unkompliziert erhöht.This makes the selection effect between send and receive branch easily increased.
Ferner kann vorgesehen sein, daß die Übertragungsfaser mit einem Endabschnitt in eine auf den geraden Ast der streifen förmigen Lichtwellenleiter ausgerichtetete V-Nut des Substrats eingefügt ist, und daß die V-Nut beidseits von streifenförmigen, auf dem Substrat erzeugten Führungskörpern begleitet ist.It can also be provided that the transmission fiber with one end section into one on the straight branch of the strip shaped optical fiber aligned V-groove of the substrate is inserted, and that the V-groove on both sides of strip-shaped, guide bodies produced on the substrate is accompanied.
Durch die kombinierte Führung eines Endabschnittes der Über tragungsfaser in der V-Nut des Substrats und zwischen den Führungskörpern, die aus Siliziumdioxyd auf dem Substrat aufgebaut sind, brauchen die streifenförmigen Lichtwellen leiter auf dem Substrat nicht besonders dick ausgebildet zu werden, um den lichtleitenden Kern der Übertragungsfaser auf das Zentrum der streifenförmigen Lichtwellenleiter aus zurichten.Through the combined guidance of an end section of the over carrier fiber in the V-groove of the substrate and between the Guide bodies made of silicon dioxide on the substrate are built up, need the strip-shaped light waves conductor not particularly thick on the substrate to become the light-guiding core of the transmission fiber to the center of the strip-shaped optical fibers to prepare.
Schließlich kann noch vorgesehen sein, daß zwischen der Sen dediode und dem geraden Ast der streifenförmigen Lichtwellen leiter eine in einer Rechteckvertiefung, deren größere Länge quer zum Verlauf des geraden Astes gerichtet ist, gelagerte Kugellinse vorgesehen ist.Finally, it can be provided that between the Sen dediode and the straight branch of the strip-shaped light waves head one in a rectangular recess, the greater length of which is oriented transversely to the course of the straight branch Ball lens is provided.
Hierdurch wird die optische Kopplung zwischen der mit dem Substrat verbundenen Sendediode und dem geraden Ast der strei fenförmigen Lichtwellenleiter vorteilhaft erleichtert, weil die Kugellinse in der Vertiefung unkompliziert an ihren opti malen Ort gebracht werden kann.As a result, the optical coupling between the Substrate connected transmitter diode and the straight branch of the strei fen-shaped optical fiber advantageously facilitated because the ball lens in the recess easily on your opti painting place can be brought.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von zwei Figuren noch näher erläutert.An exemplary embodiment of the invention is described below explained in more detail by two figures.
Dabei zeigen, jeweils stark vergrößert und schematisch, unter Weglassung aller nicht unbedingt zum Verständnis des Erfin dungsgegenstandes erforderlichen Einzelheiten,Show, greatly enlarged and schematically, below Omission of everyone does not necessarily mean understanding the Erfin details of the subject matter,
Fig. 1 eine Schrägansicht des Bausteines und Fig. 1 is an oblique view of the block and
Fig. 2 eine Seitenansicht des Empfangsteiles des Bausteines. Fig. 2 is a side view of the receiving part of the block.
Im einzelnen ist den Figuren zu entnehmen, daß der Baustein ein plattenförmiges Siliziumsubstrat 1 aufweist, das auf einer seiner großen Oberflächen mit einer streifenförmigen Lichtwellenleiter struktur 2 versehen ist. Ein gerader Ast 3 der streifenförmigen Lichtwellenleiter erstreckt sich parallel zu einem Längsrand des Substrates 1 zwischen einem mit dem Substrat 1 verbundenen plat tenförmigen Bauelement 4, das eine Sendediode enthält und einer Übertragungsfaser 5, die teils durch eine in das Substrat 1 geätzte V-Nut teils durch auf dem Substrat durch Beschichten und selektives Ätzen erzeugten Führungskörpern 6 mit einem End abschnitt 7 auf dem geraden Ast 3 der streifenförmigen Licht wellenleiter ausgerichtet ist.In detail, it can be seen from the figures that the module has a plate-shaped silicon substrate 1 which is provided with a strip-shaped optical waveguide structure 2 on one of its large surfaces. A straight branch 3 of the strip-shaped optical waveguide extends parallel to a longitudinal edge of the substrate 1 between a plat-shaped component 4 connected to the substrate 1 , which contains a transmission diode, and a transmission fiber 5 , which is partly etched into the substrate 1 by a V-groove by on the substrate by coating and selective etching guide bodies 6 with an end portion 7 on the straight branch 3 of the strip-shaped light waveguide is aligned.
Zwischen einem Ende des geraden Astes 3 und dem Bauelement 4 mit der Sendediode ist in einer rechteckförmigen Vertiefung 8 eine Kugellinse 9 gelagert, die das von der Sendediode des Bauelementes 4 abgestrahlte Licht auf die Endfläche des geraden Astes 3 fokussiert, die der Kugel 9 zugewandt ist. Die größere Länge der Vertiefung 8 ist quer zum Verlauf des geraden Astes 3 gerichtet, so daß die Kugellinse 9 in der Vertiefung 8 quer zum Verlauf des geraden Astes 3 unkompliziert verschoben werden kann. Auf dem Substrat 1 durch Beschichten und Ätzen struk turierte Anschlagkörper 10 bilden genau quer zum Verlauf des geraden Astes 3 gerichtete Gleitflächen, an denen sich das Bauelement 4 abstützt.Between one end of the straight branch 3 and the component 4 with the transmitter diode, a spherical lens 9 is mounted in a rectangular recess 8 , which focuses the light emitted by the transmitter diode of the component 4 onto the end face of the straight branch 3 , which faces the ball 9 . The greater length of the recess 8 is directed transversely to the course of the straight branch 3 , so that the ball lens 9 in the recess 8 can be easily moved transversely to the course of the straight branch 3 . On the substrate 1 structured by coating and etching stop body 10 form exactly transverse to the course of the straight branch 3 directed sliding surfaces on which the component 4 is supported.
Durch Verschieben des Bauelementes 4 entlang der Gleitflächen, die von den Körpern 10 gebildet werden, kann die mit dem Bau element 4 verbundene Sendediode genau auf die der Kugellinse 9 zugewandte Stirnseite des geraden Astes 3 zentriert werden. Anschließend wird das Bauelement 4 am Substrat 1 fixiert.By moving the component 4 along the sliding surfaces, which are formed by the bodies 10 , the transmitter diode connected to the construction element 4 can be centered precisely on the end face of the straight branch 3 facing the ball lens 9 . The component 4 is then fixed on the substrate 1 .
Ein gekrümmter Ast 11 der streifenförmigen Lichtwellenleiter struktur 2 verläuft in einem Abschnitt bestimmter Länge parallel zum geraden Ast 3 und zweigt dann auf einer vom Endabschnitt 7 abgewandten Seite vom geraden Ast 2 ab. Hierdurch wird ein op tischer Koppler gebildet, der bei geeigneter Bemessung die über die Faser 5 ankommenden optischen Signale aus dem geraden Ast 2 auskoppelt und in den gekrümmten Ast 11 überführt. Der gekrümmte Ast 11 endet mit einer vom geraden Ast 2 abgewandten Stirnseite 12 in einem V-förmig geätzten Graben 13 eines auf dem Substrat 1 durch Beschichten und Ätzen erzeugten platten förmigen Siliziumdioxyd-Schichtbereiches 14, wobei ein der Stirnseite 12 unmittelbar benachbarter Endabschnitt des ge krümmten Astes 11 genau rechtwinklig zu dem Graben 13 verläuft. Die dieser Stirnseite 12 gegenüberliegende Grabenwand 15 ist verspiegelt und reflektiert daher die aus der Stirnseite 12 des gekrümmten Astes 11 austretenden optischen Signale nach oben gegen die fotoempfindliche Oberfläche einer Empfangs diode, die Bestandteil eines plattenförmigen Bauelementes 16 ist, das den Graben 13 überdeckt. Die vom Substrat 1 abgewandte Oberfläche des plattenförmigen Bereiches 14 bildet eine Gleit ebene, an der sich das Bauelement 16 abstützt. Durch Verschie ben des Bauelementes 16 auf der Gleitebene kann die fotoempfind liche Oberfläche der mit dem Bauelement 16 verbundenen Empfangs diode unschwierig in eine optimale Position gebracht werden.A curved branch 11 of the strip-shaped optical waveguide structure 2 runs in a section of a certain length parallel to the straight branch 3 and then branches off from the straight branch 2 on a side facing away from the end section 7 . As a result, an optical coupler is formed which, with suitable dimensioning, uncouples the optical signals arriving via the fiber 5 from the straight branch 2 and transfers them into the curved branch 11 . The curved branch 11 ends with a face 12 facing away from the straight branch 2 in a V-shaped etched trench 13 of a plate-shaped silicon dioxide layer region 14 produced on the substrate 1 by coating and etching, with an end portion 12 of the curved side being directly adjacent to the end face 12 Branch 11 runs exactly at right angles to the trench 13 . The trench wall 15 opposite this end face 12 is mirrored and therefore reflects the optical signals emerging from the end face 12 of the curved branch 11 upwards against the photosensitive surface of a receiving diode which is part of a plate-shaped component 16 which covers the trench 13 . The surface of the plate-shaped area 14 facing away from the substrate 1 forms a sliding plane on which the component 16 is supported. By shifting the component 16 on the sliding plane, the photosensitive surface of the receiving diode connected to the component 16 can be easily brought into an optimal position.
Claims (4)
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