DE4342840C2 - Elektrooptisches Modul - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrooptisches Modul mit einer Vielzahl elektrooptischer Elemente, die im Innenraum des elektrooptischen Moduls in einem vorgegebenen Rasterabstand in einer Reihe angeordnet sind, und mit einer entsprechenden Vielzahl Linsen, die in demselben Rasterabstand beabstandet sind und über die die elektroop­ tischen Elemente mit in demselben Rasterabstand parallel angeordneten Lichtwellenleiterenden optisch koppelbar sind.

Bei der Datenübertragung in einem einzigen Lichtwellenlei­ ter (optischer Kanal) sind elektrooptische Module bekannt, bei denen das Lichtwellenleiterende mit einem elektroopti­ schen Element über eine Linse optisch gekoppelt ist. Das elektrooptische Modul ist gegenüber der Umwelt durch ein lichtdurchlässiges Fenster abgeschlossen, das mittels Glas­ dichtung an dem Modul befestigt ist und durch das der Strahlengang zwischen Lichtwellenleiterende und elektroop­ tischem Element führt. Dabei kann die Linse von dem elek­ trooptischen Element aus gesehenen sowohl vor (US-PS 4,989,930) als auch nach (EP-A2-0 447 201) dem Fenster an­ geordnet sein. Eine weitere mögliche Ausgestaltung nach dem letztgenannten Konstruktionsprinzip geht aus der DE-C2-29 24 119 hervor, die ein Modul mit einem von einer Kappe und einem Träger gebildeten, hermetisch geschlossenen Innenraum beschreibt. Bestandteil der Kappe ist eine innenseitige Einzellinse, die unmittelbar oder über eine planparallele Glasplatte an der Kappenoberseite fixiert ist.

Die Übertragung sehr hoher Datenraten erfordert eine paral­ lele Datenübertragung über mehrere parallel verlaufende Lichtwellenleiter (Kanäle). Beispielsweise können 12 Licht­ wellenleiter mit einem Rasterabstand von 250 µm nebenein­ ander in einem sog. Leiterband angeordnet sein. Die opti­ sche Ankopplung mehrerer Lichtwellenleiterenden an eine entsprechende Anzahl elektrooptischer Elemente (optische Sender und/oder Empfänger) ist dabei allerdings hinsicht­ lich der Übersprechdämpfung und des Kopplungswirkungsgrads problematisch.

Aus der EP-A1-0 506 438 ist ein elektrooptisches Modul der eingangs genannten Art mit einer Vielzahl auf einem ersten Träger angeordneter elektrooptischer Elemente bekannt. Die Elemente sind im Innenraum des elektrooptischen Moduls in einem vorgegebenen, dem Rasterabstand der Lichtwellenlei­ terenden entsprechenden Rasterabstand entlang einer Linie angeordnet. Ein zweiter Träger hält eine Linseneinheit, die eine der Vielzahl der elektrooptischen Elemente ent­ sprechende Anzahl von Linsen umfaßt. Die Linsen sind in demselben Rasterabstand wie die elektrooptischen Elemente beabstandet und diesen gegenüberliegend angeordnet, um die elektrooptischen Elemente mit den Lichtwellenleiterenden zu koppeln. Die vergleichsweise vielen Einzelkomponenten des bekannten elektrooptischen Moduls müssen zur Erzielung eines hohen Kopplungswirkungsgrades und einer hohen Über­ sprechdämpfung sehr präzise gefertigt und positioniert werden. Die Lichtwellenleiter müssen durch eine Gehäusewand des Moduls durchgeführt werden. Eine derartige Durchführung hermetisch abzudichten, ist aufgrund der Vielzahl der Lichtwellenleiter verhältnismäßig schwer und aufwendig.

Die Aufgabe der Erfindung liegt daher in der Schaffung ei­ nes mit möglichst wenigen Einzelkomponenten herstellbaren elektrooptischen Moduls mit mehreren getrennten Kanälen, das fertigungstechnisch einfach gegenüber der Umwelt herme­ tisch dicht abgeschlossen ist.

Diese Aufgabe wird bei einem elektrooptischen Modul der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Innenraum des elektrooptischen Moduls von einem opti­ schen Fenster hermetisch dicht abgeschlossen ist und daß die Linsen integrale Bestandteile des optischen Fensters sind. Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Moduls besteht darin, daß die Lichtwellenleiterenden nicht durch eine Gehäusewand durchgeführt werden müssen und die mit derartigen Durchführungen entstehenden fertigungstechni­ schen und dichtungstechnischen Probleme nicht auftreten. Fensteraußenseitig kann eine Aufnahme zur definierten Aus­ richtung der Lichtwellenleiterenden oder anderer optischer Elemente vorgesehen sein. Die Lichtwellenleiterenden können beispielsweise unter Verwendung eines für sich aus der US- PS 4,998,796 bekannten Mehrfach-Parallelsteckers lösbar gegenüber dem optischen Fenster positioniert sein. Grund­ sätzlich kann in gleicher vorteilhafter Weise eine Kopplung mit anderen optischen Einheiten anstelle der Lichtwellen­ leiterenden erfolgen. Das optische Fenster dient in Mehr­ fachfunktion sowohl zur hermetischen Abdichtung des Modul­ gehäuses als auch zur Durchführung der einzelnen optischen Kanäle durch die Gehäusewand sowie - mittels der integrier­ ten Linseneinheit - zur exakten Abbildung der im Inneren liegenden Wirkflächen der jeweils zugeordneten elektroopti­ schen Elemente auf die außerhalb des Modulgehäuses an­ geordneten Lichtwellenleiterenden. Die Linseneinheit in dem optischen Fenster kann durch Ionenaustausch in Glas, Ober­ flächenstrukturierung mit Ätzverfahren oder durch struktu­ rierte Umwandlung von Glaskeramiken hergestellt werden. Geeignete Linseneinheiten in einen Glasträger werden von der Fa. CORNING INCORP., NEW YORK, USA unter dem Handelsnamen SMILE® hergestellt und beispielsweise im Prospekt "Micro Lens Arrays", LA-B-92 als "Micro Integrated Lens Arrays" angeboten.

Eine hinsichtlich der Übersprechdämpfung besonders vorteil­ hafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die lin­ senfreien Bereiche des optischen Fensters lichtundurchläs­ sig sind. Die die Linsen umgebenden Fensterbereiche können z. B. durch thermische Prozesse lichtundurchlässig gemacht werden.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft anhand einer Zeichnung weiter erläutert; es zeigen:

Fig. 1 in prinzipieller Darstellung ein Datenübertragungs­ system mit parallelen Übertragungskanälen, die

Fig. 2A und 2B eine Mehrkanalsteckverbindung mit einem elektrooptischen Modul in Schnittdarstellung,

Fig. 3 den prinzipiellen Aufbau eines erfindungsgemäßen elektrooptischen Moduls,

Fig. 4 eine Variante des erfindungsgemäßen Moduls und

Fig. 5 ein optisches Fenster.

Fig. 1 zeigt eine Prozessorkarte 1 mit einer Hochgeschwin­ digkeitsprozessor- und Multiplexereinheit 2, deren Aus­ gangssignale 3 zur Ansteuerung eines elektrooptischen Mo­ duls 6 mit einer Vielzahl elektrooptischer Elemente 7a, 7b, 7c, 7d einer elektrooptischen Einheit 8 (LED-Array) in Form von Laserdioden dienen. Wie nachfolgend detailliert erläu­ tert wird, ist das elektrooptische Modul 6 über ein soge­ nanntes Lichtwellenleiterband 9 mit einer zumindest der An­ zahl der elektrooptischen Elemente entsprechenden Anzahl von einzelnen Lichtwellenleitern 10 mit einem weiteren elektrooptischen Modul 12 optisch verbunden. Das weitere Modul 12 enthält eine Vielzahl als Empfangsdioden ausge­ bildeter elektrooptischer Elemente 14a, 14b, 14c, 14d einer elektrooptischen Einheit 15 mit einer nachgeordneten Verstärkereinheit 20, die mit einem weiteren Hochgeschwin­ digkeitsprozessor 22 mit integriertem Demultiplexer ver­ bunden ist.

Wie die Fig. 2A und 2B zeigen, ist zur Ankopplung der einzelnen Lichtwellenleiter 10 des Faserbandes 9 an das Mo­ dul 6 ein Parallel-Mehrfachstecker 25 mit Ausrichtmitteln (Führungsstifte) 26, 27 vorgesehen. Der Stecker 25 kann prinzipiell wie der aus der US-PS 4,998,796 bekannte Stecker ausgebildet sein, bei dem die Lichtwellenleiterenden in einander zugewandten V-Nuten in den Oberflächen gegenüberliegender Siliziumplättchen in einem vorgegebenen Rasterabstand von beispielsweise 250 µm fixiert sind. Der Stecker 25 ist mit seinem Steckteil 28 in eine als Aufnahme und zur Ausrichtung dienende Steckbucht 30 einführbar und mittels Verriegelungselementen 31, 32 in Ausnehmungen (Fig. 2B zeigt nur eine Ausnehmung 33) verrastbar.

Fig. 3 zeigt in Schnittdarstellung den Aufbau der Steck­ bucht und des elektrooptischen Moduls, insbesondere hin­ sichtlich des Verlaufs der optischen Kanäle. In der Steck­ bucht 30 ist eine Fasereinheit 40 in einem Formteil 41 fi­ xiert. Die einzelnen Fasern 42 der Fasereinheit 40 können in der vorbeschriebenen Weise in V-Nuten von Silizium­ plättchen im vorgegebenen Rasterabstand von 250 µm parallel angeordnet sein. Ist der Stechteil 28 des Steckers 25 gezeigt. Fig. 3 zeigt nur eines 26 der Ausrichtmittel 26, 27 (Fig. 2A) des andeutungsweise dargestellten Steckers 25. Die Ausrichtmittel 26, 27 sorgen im Zusammenspiel seitlichen Außennuten an der Fasereinheit 40 für eine justierfreie präzise Ausrichtung des Steckers 25 bezüglich der Fasereinheit 40. Die Lichtwellenleiterenden der Fasereinheit 40 (die Schnittansicht in Fig. 3 zeigt nur ein Lichtwellenleiterende 45) sind in dem vorgegebenen Rasterabstand (250 µm) in der Darstellung in Fig. 3 in einer Reihe hintereinanderliegend angeordnet und stehen einer entsprechenden Anzahl von Linsen (Fig. 4 und 5) gegenüber, die integrale Bestandteile eines optischen Fensters 50 sind (Einzelheit A). Die Lichtwellenleiterenden 45 sind über in das optische Fenster 50 integrierte Linsen 51 und eine Spiegeleinheit 52 mit einer elektrooptischen Einheit (beispielsweise die in Fig. 1 gezeigte elektrooptische Einheit 8) optisch gekoppelt. An die elektrooptische Einheit 8 ist die Einheit 2 angeschlossen, die ebenfalls auf einem Keramikträger 55 fixiert ist. Das elektrooptische Modul umfaßt ein Gehäuse 60, das von einem hermetisch dicht aufgelöteten Deckel 61 geschlossen ist. Das optische Fenster 50 ist beispielsweise mittels Glaslot hermetisch dicht in einen Rahmen 62 eingesetzt, der seinerseits durch eine metallische Lötung 64 hermetisch dicht mit dem Gehäuse 60 verbunden ist. Damit ist der Innenraum 65 des Gehäuses 60 gegenüber der Umwelt hermetisch dicht abgeschlossen.

Fig. 4 zeigt eine leicht modifizierte Ausgestaltung eines elektrooptischen Moduls, bei dem die im Zusammenhang mit Fig. 3 beschriebene Fasereinheit 40 dem optischen Fenster 50 gegenübersteht und unmittelbar auf eine elektrooptische Einheit 70 mit einer Vielzahl in dem vorgegebenen Rasterab­ stand in einer Linie angeordneten elektrooptischen Elemen­ ten 72 ausgerichtet ist. Die elektrooptischen Elemente 71 sind über Bonddrähte 72, 73 mit einer Verstärkereinheit 74 verbunden, die auf einem Keramikträger 75 befestigt ist. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel dient das optische Fen­ ster 50′ in Mehrfachfunktion sowohl zur hermetischen Ab­ dichtung des Gehäuses 60, zur Durchführung der optischen Kanäle und mit den andeutungsweise gezeigten integrierten Linsen 51′ zur Abbildung der elektrooptischen Elemente 71 auf die außenliegenden Lichtwellenleiterenden 45.

Fig. 5 zeigt in fotografischer Darstellung das in den Fig. 3 und 4 schematisch dargestellte optische Fenster 50, 50′ das in dem Rahmen 62 enthalten ist. Als helle Punkte sind deutlich entlang einer Linie 79 angeordnete und als integrale Bestandteile des optischen Fensters erzeugte Linsen 51, 51′ erkennbar. Die Linsen 51, 51′ sind in dem­ selben Rasterabstand 82 (250 µm) beabstandet, in dem auch die elektrooptischen Elemente und die Lichtwellenleiteren­ den beabstandet sind. Die linsenfreien und dunkel erschei­ nenden Bereiche 85 des optischen Fensters sind lichtun­ durchlässig. Die optischen Kanäle führen dadurch nur durch die Linsen, so daß ohne Verwendung einer zusätzlichen Loch­ maske eine hohe Übersprechdämpfung gewährleistet ist.

Claims (2)

1. Elektrooptisches Modul
mit einer Vielzahl elektrooptischer Elemente (7a, 7b, 7c, 7d), die im Innenraum (65) des elektrooptischen Moduls in einem vorgegebenen Rasterabstand (82) in einer Reihe angeordnet sind, und
mit einer entsprechenden Vielzahl Linsen (51), die in demselben Rasterabstand (82) beabstandet sind und über die die elektrooptischen Elemente (7a, 7b, 7c, 7d) mit in demselben Rasterabstand (82) parallel angeordneten Lichtwellenleiterenden (45) optisch koppelbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß
der Innenraum (65) des elektrooptischen Moduls von einem optischen Fenster (50) hermetisch dicht abgeschlossen ist und daß die Linsen (51) integrale Bestandteile des optischen Fensters (50) sind.

2. Elektrooptisches Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die linsenfreien Bereiche (85) des optischen Fensters (50) lichtundurchlässig sind.