DE3833096A1 - Optische koppelanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum optischen Koppeln von optischen und/oder optoelektronischen Bauelementen in Frei­ strahltechnik mit einer justierbar angebrachten Linse.

Bei Lichtwellenleiter-Sendebauelementen wie z.B. Lasermoduln oder IRED-Moduln und entsprechend auch bei Empfangsbauelementen wie z.B. Photodioden oder Monitordioden besteht das technische Problem, das optoelektroniche Halbleiterbauelement bzw. den Halbleiterchip in Freistrahltechnik an einen Lichtwellenleiter in der gewünschten Weise optisch anzukoppeln.

Diesem Zweck dienen halbkugelförmige Abschlüsse des Lichtwel­ lenleiters und zum Teil auch Kugellinsen zwischen Dioden und Lichtwellenleiter. Kugellinsen sind allerdings aufwendig zu montieren und zu justieren.

Es ist bekannt, für derartige Zwecke einen besonders gestalteten Kugellinsenträger zu verwenden, der als Mikromechanik-Silizium­ teil mit Ätztechnik hergestellt wird (europäische Patentanmel­ dung Nr. 02 80 305).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer optischen Koppelanordnung der eingangs genannten Art das aufwendige Mon­ tieren und Justieren, das bei der Verwendung einer Kugellinse als optisches Koppelelement auftritt, stark zu verringern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Linse als planare Fresnellinsen-, Fresnelzonenplatten- oder hologra­ phische Linsenstruktur auf eine Scheibe aus Halbleitermaterial auf- bzw. eingebracht ist, die zugleich als justierbarer Träger dient. Die Scheibe besteht dabei vorzugsweise aus Silizium. Das optische Bauelement ist z.B. ein Lichtwellenleiter und das opto­ elektronische Bauelement ein Sende- oder Empfangsbauelement.

Vorteilhafte Ausgestaltungen bzw. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand zusätzlicher Ansprüche.

Bei der erfindungsgemäßen optischen Koppelanordnung wird anstel­ le einer Kugellinse mit getrenntem Träger eine planare Linse verwendet, die als Fresnellinse, Fresnelzonenplatte oder holo­ graphische Linse in Planartechnik vorzugsweise auf Silizium her­ gestellt wird. Silizium ist bei den Wellenlängen über etwa 1 µm durchsichtig bzw. schwach dämpfend. Als Zonenplatte oder holo­ graphische Linse wird vorteilhaft ein Amplitudenmuster mit un­ durchsichtigen Streifen, z.B. aus Metall, oder ein Phasenmuster, z.B. mit Siliziumstufen, angewandt. Vorder- und Rückseite der planaren Anordnung können vorteilhaft für die verwendete Wel­ lenlänge optisch vergütet werden.

Die abbildende Struktur wird z.B. durch vorherige Berechnung, Erstellung einer Maske und ein Submikron-Photolithographiever­ fahren bzw. Elektronenstrahlschreiben hergestellt oder als Hologramm.

Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen optischen Koppelan­ ordnung besteht insbesondere darin, daß man eine mit Mitteln der Submikron-Halbleitertechnologie herstellbare Anordnung bekommt, die bereits in planarer Chipform die gewünschten optischen Eigen­ schaften ergibt, in diesem Falle eines Kondensors, der die Lichtquelle möglichst effizient in das weiterleitende optische System abbildet. Soweit die Dicke des Siliziumträgers der Zonen­ platte stört, wird sie durch ein bekanntes Ätzverfahren auf eine nicht störende Restdicke reduziert.

Mit der erfindungsgemäßen optischen Koppelanordnung lassen sich sehr einfache Lichtwellenleiter-Bauelemente aufbauen, wie z.B. ein Lasermodul mit Lichtwellenleiter und Monitordiode. Diese erfindungsgemäßen Anordnungen sind auch in komplexen Moduln mit Freistrahltechnik einsetzbar.

Anhand von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausfüh­ rungsbeispielen wird die Erfindung weiter erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Anordnung im Schnitt und

Fig. 2 eine weitere Anordnung gemäß der Erfindung im Schnitt.

Die in Fig. 1 dargestellte optoelektronische Koppelanordnung be­ steht im wesentlichen aus einer Halbleiterscheibe 2, vorzugsweise einer Siliziumscheibe, auf der die Linse 1 als planare Fresnel­ zonenplattenstruktur aufgebracht ist. Die Scheibe 2, die aufgrund der erfindungsgemäßen Linsenstrukturierung gegenüber bekannten Anordnungen gleichzeitig die Trägerfunktion für die Linse 1 über­ nimmt, ist in diesem Ausführungsbeispiel in ihrem Randbereich mit einer Metallisierung 6 versehen und über diese Metallisie­ rung 6 mit einem Trägerteil 4, das beispielsweise aus Keramik besteht, verbunden, das ein optoelektronisches Sende- oder Emp­ fangsbauelement 3 trägt. Das Trägerteil 4 ist auf einer Grund­ platte 5, die beispielsweise aus Metall besteht, befestigt. In diesem Ausführungsbeispiel ist in die Scheibe 2 im Bereich der Strukturierung der Linse 1 von oben her eine Vertiefung einge­ ätzt, die zur Reduzierung der Restdicke der Scheibe 2 in ihrem optisch aktiven Bereich zur Verbesserung der Lichttransmission durch die Scheibe 2 auf das bzw. von dem optoelektronischen Bau­ element 3 dient.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Scheibe 2, die als Linse 1 eine Fresnelzonenplattenstruktur trägt, direkt auf dem beispielsweise als Keramikscheibe ausge­ bildeten Trägerteil 4 befestigt, das ein optoelektronisches Bauelement 3 trägt. Die gesamte Anordnung ist wiederum auf einer beispielsweise aus Metall bestehenden Grundplatte 5 befestigt. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Dickenreduzierung (Vertie­ fung) der Scheibe 2 von der Unterseite her vorgenommen worden.

In beiden Ausführungsbeispielen kann die Justierung der Anord­ nung durch Verschieben der Scheibe 2 auf dem Trägerteil 4 vor dem endgültigen Befestigen vorgenommen werden.

Claims (9)

1. Anordnung zum optischen Koppeln von optischen und/oder opto­ elektronischen Bauelementen in Freistrahltechnik mit einer ju­ stierbar angebrachten Linse, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Linse (1) als planare Fresnellin­ sen-, Fresnelzonenplatten- oder holographische Linsenstruktur auf eine Scheibe (2) aus Halbleitermaterial auf- bzw. einge­ bracht ist, die zugleich als justierbarer Träger dient.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Scheibe (2) aus Silizium besteht.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Linse (1) ein Amplitudenmuster in Form von auf die Scheibe (2) aufgebrachten undurchsichtigen Streifen aufweist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die undurchsichtigen Streifen aus Metall bestehen.

5. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Linse (1) ein Phasenmuster in Form von in die Scheibe (2) eingebrachten Stufen aufweist.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der als Träger dienenden Scheibe (2) zumindest im Bereich der Struktur der Lin­ se (1) auf eine die Lichttransmission nicht störende Restdicke reduziert ist.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorder- und Rückseite der planaren Struktur der Linse (1) optisch vergütet sind.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Bauelement ein Lichtwellenleiter und das optoelektronische Bauelement ein Sende- oder Empfangsbauelement ist.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das optoelektronische Sendebauelement eine Laserdiode und das optoelektronische Empfangsbauelement eine Monitordiode ist, und daß die Anordnung als Lasermodul verwendet wird.