DE3903196A1 - Anordnung zum befestigen mindestens eines mikrooptischen bauelementes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Befestigen min­ destens eines mikrooptischen Bauelementes nach dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1.

Die Erfindung ist insbesondere anwendbar in faseroptischen Anordnungen, z. B. Duplexern, Multiplexern sowie elektro­ optischen und/oder opto-elektrischen Koppelanordnungen. Dabei ist es erforderlich, mikro- und/oder faseroptische Bauelemente, z. B. Halbleiterlaser, Halbleiterempfänger, Lichtwellenleiter sowie abbildende Elemente mit einem Durchmesser von ungefähr 1 mm, hochgenau (Toleranz: einige mm) zueinander zu justieren und diese Anordnungen lang­ zeitstabil auf einem geeigneten Trägerkörper zu befesti­ gen. Eine kostengünstige Anordnung besteht darin, einen Trägerkörper mit hochgenau geprägten Vertiefungen, z. B. prismatischen Nuten, zu verwenden, in welche die mikroop­ tischen Bauelemente nahezu selbstjustierend eingelegt und befestigt werden können, z. B. durch Kleben oder Löten.

Solche Anordnungen sind in nachteiliger Weise unwirt­ schaftlich herstellbar und besitzen lediglich eine gerin­ gen Langzeitstabilität. Denn für einen Lötvorgang ist es erforderlich, daß die Bauelemente, z. B. Kugellinsen, zunächst zumindest im Lötbereich metallisiert werden, z. B. durch einen kostenintensiven Bedampfungsvorgang im Vakuum. Eine solche Lötverbindung hat außerdem den Nachteil, daß die verwendeten Materialien des Trägerkörpers, des Bauele­ mentes, z. B. Glas, sowie des Lotes im allgemeinen sehr un­ terschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten besit­ zen, so daß insbesondere wechselnde thermische Belastun­ gen, z. B. in einem Temperaturbereich von -50°C bis +150°C, zu störenden mechanischen Spannungen führen, die zu einer Dejustierung und/oder Lockerung der Bauelemente fuhren. Eine alternative Befestigung mit Hilfe von Klebern hat den Nachteil, daß die Kleber im allgemeinen einen Kunststoffanteil besitzen, der nicht genügend langzeitsta­ bil und temperaturbeständig ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine gat­ tungsgemäße Anordnung dahingehend zu verbessern, daß eine kostengünstige hochgenaue Justierung der mikrooptischen Bauelemente möglich ist und daß diese durch eine lösbare temperatur- und langzeitstabile Verbindung an dem Träger­ körper befestigt sind.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Vorteil­ hafte Ausgestaltungen und/oder Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Ein erster Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die mikrooptischen Bauelemente zunächst als vollständige An­ ordnung, z. B. als faseroptischer Duplexer, montiert werden können. Anschließend kann diese vollständige Anordnung insgesamt vermessen und gegebenenfalls nachjustiert wer­ den. Dadurch wird eine kostengünstige Herstellung möglich, insbesondere bei einer industriellen Massenfertigung.

Ein zweiter Vorteil besteht darin, daß zur Befestigung der Bauelemente kein Kunststoff, z. B. ein organischer Kleber, erforderlich ist. Dadurch wird eine hohe Temperatur- und Langzeitstabilität der Anordnung erreicht.

Ein dritter Vorteil besteht darin, daß die Befestigung auf einfache und reversible Weise lösbar ist. Dadurch ist je­ derzeit ein Nachjustieren der Anordnung möglich. Dieses kann z. B. dann nötig sein, wenn ein Bauteil, z. B. ein Halbleiterlaser, ausgewechselt werden muß.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbei­ spielen unter Bezugnahme auf schematische Zeichnungen nä­ her erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Trägerkörper 3, der z. B. aus einer Eisenlegierung mit einem geringem ther­ mischen Ausdehnungskoeffizienten besteht. In diesen sind Vertiefungen 4, z. B. prismatische Nuten, erzeugt, z. B. durch einen hochgenauen Prägevorgang. Dabei sind die Ver­ tiefungen 4 an die Form der mikrooptischen Bauelemente 1, z. B. Glaskugeln mit einem Durchmesser von ungefähr 1 mm, angepaßt, so daß schon bei der Montage eine Vorjustierung der herzustellenden Anordnung erfolgt. Außerdem sind die Vertiefungen 4 entsprechend der herzustellenden Anordnung, z.B. einem faseroptischen Duplexer entsprechend der DE-A­ 32 32 793, in der Oberfläche des Trägerkörpers 3 angeord­ net. In die Vertiefungen 4 werden nun die Bauelemente 1 eingelegt, gegebenenfalls justiert und mit Hilfe eines Fe­ derkörpers 2 vorzugsweise einer Blattfeder, befestigt. Da­ bei ist der Federkörper 2 an dem Trägerkörper 3 befestigt, z. B. durch die dargestellte Schraubverbindung. Alternativ dazu sind Löt- oder Schweißverbindungen, vorzugsweise La­ ser-Schweißverbindungen, möglich. Der Federkörper 2 kann ebenfalls aus einem Material, z. B. einer Eisenlegierung, bestehen, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient demje­ nigen des Trägerkörpers 3 und/oder des Bauelements 1 ent­ spricht. Dadurch wird vorteilhafterweise eine mechanisch stabile Befestigung der Bauelemente über einen großen Temperaturbereich, z. B. von -50°C bis +150°, möglich, ohne daß sich die Befestigung lösen kann und ohne daß in dem Trägerkörper 3 und/oder den Bauelementen 1 unkontrollier­ bare störende mechanische Spannungen auftreten. In Fig. 1 ist der Federkörper 2 eine im wesentlichen ebene Blattfe­ der und das Bauelement 1 eine Kugellinse, z. B. mit einem Durchmesser von ungefähr 1 mm. Diese Anordnung ermöglicht eine reversible Lageverschiebung (Justierung) des Bauele­ ments 1 in Längsrichtung der Vertiefung 4. Es ist vorteil­ haft, in dem Federkörper 2 an der Berührungsstelle des Bauelements 1 eine justierende Verformung herzustellen, sofern keine nachträgliche Justierung erforderlich ist. Beispielsweise kann in dem Federkörper 2 eine kegelförmige oder prismatische Vertiefung vorhanden sein, so daß durch diese eine selbständige Justierung des Bauelements 1 er­ folgt.

Fig. 2 zeigt eine Aufsicht auf ein Ausführungsbeispiel, das im wesentlichen demjenigen der Fig. 1 entspricht. Es wird jedoch ein halbzylinderförmiges Bauelement 1 befe­ stigt. Es ist ersichtlich, daß sich beim Befestigen die ebene Fläche des Bauelements 1 im wesentlichen parallel zu dem Federkörper 2 und damit parallel zu der Qberfläche des Trägerkörpers selbsttätig ausrichtet. Eine diesbezügliche Justierung ist daher in vorteilhafter Weise unnötig. Es ist aber möglich, das Bauelement 1 in Richtung der Längsachse der Vertiefung 4 zu verschieben.

Die Fig. 3, 4 zeigen eine Aufsicht bzw. eine Seitenansicht eines Beispiels, bei dem zwei Bauelementen 1, 1′, z. B. eine Kugellinse und eine Stablinse, in axialer Richtung, bezogen auf die Längsachse der Stablinse, zusammengefügt sein müssen. Dazu wird auf der Stablinse ein weiterer Fe­ derkörper 2′, z. B. ebenfalls eine Blattfeder, befestigt, z. B. durch Löten. Dieser Federkörper 2′ ist gekrümmt im Bereich der Kugellinse, so daß diese immer gegen eine Stirnfläche der Stablinse gepreßt wird. Eine solche opti­ sche Baugruppe kann vorteilhafterweise als Ganzes in der Vertiefung 4 verschoben (justiert) werden, ohne daß eine störende Dejustierung zwischen Kugel- und Stablinse auf­ tritt.

Die Fig. 5, 6 zeigen eine Seitenansicht bzw. eine Aufsicht eines weiteren Beispiels. Dabei sind in dem Trägerkörper 3 mehrere Vertiefungen 4, derart angeordnet, daß in diese die Bauelemente 1, 1′, z. B. eine Kugel- und eine Stab­ linse, und zwei Lichtwellenleiter 5 eingelegt werden kön­ nen. Die Form und Lage der Vertiefungen 4 ist dabei z. B. entsprechend dem bereits erwähnten Duplexer (DE-A- 32 32 793) ausgebildet. Die Vertiefungen 4 sind außerdem so ge­ formt, daß keine nachträgliche Justierung der Bauelemente 1, 1′ sowie der Lichtwellenleiter 5 erforderlich ist. Die Bauelemente 1, 1′ und die Lichtwellenleiter 5, z. B. Quarz­ glas-Lichtwellenleiter mit einem Außendurchmesser von un­ gefähr 0,25 mm, werden auf dem Trägerkörper 3 befestigt durch zwei Federkörper 2, 2′′, die z. B. als kammförmige Blattfedern ausgebildet sind. Durch die Form der Blattfe­ dern ist es möglich, jedes Bauelement mit der zugehörigen optimalen Kraft in der Vertiefung zu befestigen. Dadurch ist eine zuverlässige Befestigung vorhanden. Eine Zerstö­ rung der Bauelemente, z. B. infolge thermisch bedingter me­ chanischer Spannungen, wird jedoch vermieden.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Beispiele beschränkt, sondern sinngemäß auf weitere anwendbar. Bei­ spielsweise ist es möglich, ein Halbleiterbauelement z.B. einen Halbleiterlaser und/oder einen Halbleiter-Fotoemp­ fänger, zunächst auf einem Montageblock (Wärmesenke) zu befestigen, z. B. durch Bonden oder Löten, und diese Bau­ einheit dann durch die beschriebenen Federkörper auf einem Trägerkörper zu befestigen. Eine solche Anordnung hat den Vorteil, daß die Halbleiterbauelemente gut justierbar sind und außerdem sehr kostengünstig ausgetauscht werden kön­ nen, z. B. nach Ablauf deren garantierter Lebensdauer.

Weiterhin ist es möglich, die Federkörper aus entsprechend gebogenem Federdraht herzustellen.

Claims (7)

1. Anordnung zum Befestigen mindestens eines mikroopti­ schen Bauelementes, bestehend aus einem Trägerkörper mit mindestens einer Vertiefung, in welcher das Bauelement eingelegt und befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigen durch mindestens einen auf Biegung bean­ spruchten Federkörper (2) erfolgt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Federkörper (2) als Blattfeder, die mindestens eine an das Bauelement (1) angepaßte Verformung besitzt, ausgebil­ det ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Federkörper (2) aus einem Material besteht, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient an den­ jenigen des Trägerkörpers (3) und/oder des Bauelements (1) angepaßt ist.

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Federkörper (2) durch eine metallische Gefügeverbindung an dem Trägerkörper (3) be­ festigt ist.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Federkörper (2) durch Laser­ schweißen an den Trägerkörper (3) befestigt ist.

6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper (3) zur Auf­ nahme mikrooptischer Bauelemente für einen faseroptischen Duplexer geeignet ist.

7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß durch den Federkörper (2′) min­ destens zwei Bauelemente (1, 1′) verbunden sind und daß der Federkörper (2′) an einem der Bauelemente (1′) befe­ stigt ist.