DE4410740A1

DE4410740A1 - Integriert optische Schaltung

Info

Publication number: DE4410740A1
Application number: DE19944410740
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl Ing Dr Kragl; Wolf-Henning Dr Rech
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Harting Elecktro Optische Bauteile GmbH and Co KG
Priority date: 1994-03-28
Filing date: 1994-03-28
Publication date: 1995-10-05
Also published as: GB9504786D0; NL9500587A; FR2717911A1; FR2717911B1; GB2288035B; JPH07281063A; GB2288035A

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer integriert optischen Schaltung nach der Gattung des Hauptanspruchs. In der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung P 42 40 950.0 ist eine integriert optische Schaltung beschrieben, bei der ein Detektor-Chip in einem Polymer-Deckel eingegossen ist. Ein Schaltungsunterteil aus einem Polymer weist einen Wellenleiter auf, zu dessen Längsachse der Detektor-Chip bei auf das Unterteil aufgesetztem Polymer-Deckel parallel liegt. Die Detektion des im Wellenleiter geführten Lichts erfolgt dabei durch evaneszente Ankopplung. Dazu ist es nötig, daß der Detektor eine große Länge und eine geringe Breite aufweist. Die bedingt wiederum eine hohe Genauigkeit bei der Justierung des Polymer-Deckels gegenüber dem Unterteil. Der Auskopplungswirkungsgrad bei der evaneszenten Ankopplung ist relativ gering.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße integriert optische Schaltung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß ein hoher Kopplungswirkungsgrad erreicht werden kann. Außerdem ist für die Justierung des Detektors relativ zum Wellenleiter eine höhere Toleranz erlaubt.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen integriert optischen Schaltung möglich.

Besonders vorteilhaft ist es, zwischen der Lichtleitfaser und dem Detektor einen Wellenleiter vorzusehen, der im Substrat eingebettet ist, da dieser im Substrat eine beliebige, auch gekrümmte Form aufweisen kann, wodurch ein größerer Gestaltungsspielraum für die Anordnung des Detektors zur Verfügung steht. Insbesondere ist der Wellenleiter geeignet, das geführte optische Signal einer zwischen Lichtleitfaser und Detektor liegenden weiteren integriert optischen Schaltung zuzuführen.

Die Ausbildung des Wellenleiters als mit Klebstoff gefüllte Nut bringt den Vorteil mit sich, daß der Wellenleiter gleichzeitig mit der Befestigung der Lichtleitfaser im Substrat hergestellt werden kann. Dadurch entfällt ein Bearbeitungsschritt bei der Herstellung der integriert optischen Schaltung.

Eine weitere vorteilhafte Maßnahme ist gegeben, wenn im Verlauf des optischen Signals zwischen Lichtleitfaser und dem Detektor wenigstens ein optisches Bauelement angeordnet ist, da dadurch eine Verarbeitung des optischen Signals vor dem Detektor möglich ist.

Ein weiterer Vorteil ist dadurch gegeben, daß der Detektor in das Substrat eingebettet ist, da somit eine kompakte Bauform der integriert optischen Schaltung erreicht werden kann und der Detektor gleichzeitig vor schädlichen Umwelteinflüssen geschützt ist.

Es ergibt sich außerdem der Vorteil, daß der Detektor ohne zusätzliche, insbesondere aktive Justiermittel in die gewünschte Lage bringbar ist, wenn er mittels einer passiven Justiervorrichtung im Substrat justierbar ist.

Die Befestigung des Detektors im Substrat mittels eines Klebstoffs stellt eine besonders einfache und aufwandsarme Realisierung der Halterung des Detektors im Substrat dar.

Die Verlegung der Anschlußkontakte des Detektors außerhalb des Substrat dient der einfachen Zugänglichkeit dieser Anschlußkontakte, wodurch sich der Aufwand auf der elektrischen Seite der integriert optischen Schaltung vorteilhaft verringert.

Die Ergänzung der integriert optischen Schaltung mit einer Halbleiterschaltung am Substrat führt zu dem Vorteil, daß eine Weiterverarbeitung der elektronischen Signale des Detektors direkt an der integriert optischen Schaltung erfolgen kann, wodurch sich ebenfalls der Platzbedarf der integriert optischen Schaltung vorteilhaft gering hält. Außerdem kann durch die Zusammenlegung von integriert optischer Schaltung und Halbleiterschaltung die Hochfrequenztauglichkeit der Anordnung verbessert werden, da nur sehr kurze Verbindungen zwischen den beiden Schaltungen vorgesehen werden müssen.

Die Unterteilung des Substrats in einen Deckel und einen Bodenteil mit je zueinander korrespondierenden Justierelementen bringt den Vorteil mit sich, daß eine Justierung beim Zusammenbau der integriert optischen Schaltung vereinfacht wird.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Formstempel mit daran abgeformtem Bodenteil,

Fig. 2 eine Explosionsdarstellung der integriert optischen Schaltung in seitlicher Ansicht,

Fig. 3 die integriert optische Schaltung in einer ersten Ausführungsform,

Fig. 4 die integriert optische Schaltung in einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 5 das Unterteil der integriert optischen Schaltung mit Lichtleitfaser und Detektor in Draufsicht.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist ein Formstempel 18 dargestellt, der als Negativform bei der Herstellung eines Bodenteils 10 dient. Der quaderförmige Formstempel 18 weist an einem Rand seiner Oberseite eine dachfirstförmige Erhebung 15 auf sowie eine quaderförmige Erhebung 16, deren längste Achse mit der Firstlinie der dachfirstförmigen Erhebung 15 fluchtet. Die quaderförmige Erhebung 16 schließt sich direkt an die dachfirstförmige Erhebung 15 an. Am anderen Ende der quaderförmigen Erhebung 16 ist eine pyramidenstumpfförmige Erhebung 17 angeordnet, die sich ebenfalls direkt an die quaderförmige Erhebung 16 anschließt. Das Bodenteil 10 ist ebenfalls quaderförmig und weist eine der dachfirstförmigen Erhebung 15 entsprechende dachfirstförmige Vertiefung 11, eine der quaderförmigen Erhebung 16 entsprechende quaderförmige Vertiefung 12 sowie eine der pyramidenstumpfförmigen Erhebung 17 entsprechende pyramidenstumpfförmige Vertiefung 13 auf.

Zur Herstellung des Bodenteils 10 ist der Formstempel 18 vorzugsweise aus Nickel hergestellt und kann so als Negativform zur Abformung mehrerer Bodenteile 10 dienen. Das Bodenteil 10 entsteht, indem ein flüssiges Monomer, z. B. MMA auf den Formstempel 18 gegossen wird und zum Polymer vernetzt wird. Nach dem Abheben und Entgraten liegt ein fertiges Bodenteil 10 vor. Der weitere Einsatz des Bodenteils 10 wird in Verbindung mit der Fig. 2 beschrieben.

Fig. 2 zeigt eine Explosionsdarstellung der integriert optischen Schaltung in einer Seitenansicht. Das Bodenteil 10 weist hier wiederum die dachfirstförmige Vertiefung 11, die quaderförmige Vertiefung 12 sowie die pyramidenstumpfförmige Vertiefung 13 auf. Des weiteren ist ein Deckel 20 dargestellt, der die gleichen Außenmaße aufweist wie das Bodenteil 10 sowie eine dachfirstförmige obere Justiernut 22, die der dachfirstförmigen Vertiefung 11 im Bodenteil 10 entspricht und bei auf das Bodenteil 10 aufgesetztem Deckel 20 über dieser zu liegen kommt. Der Deckel 20 weist weiterhin einen Durchbruch 21 auf, der über der pyramidenstumpfförmigen Vertiefung 13 zu liegen kommt. In die beiden dachfirstförmigen Vertiefungen 11, 22 wird bei der Montage das Ende einer Lichtleitfaser 24 eingelegt. Im Durchbruch 21 ist ein flacher, quaderförmiger Detektor-Chip 30 angeordnet, der an seiner der Lichtleitfaser 24 zugewandten Seite eine lichtempfindliche Zone 32 aufweist. Auf derselben Seite weist der Detektor-Chip 30 außerdem noch Chipkontakte 31 auf. Im Zwischenraum zwischen Deckel 20 und Bodenteil 10 befindet sich ein Klebstoff 23. Auf der Oberseite des Deckels 20 befindet sich außerdem eine integrierte Schaltung 40 mit Schaltungskontakten 41.

Der Klebstoff 23 ist vorzugsweise ein transparenter, aushärtender Polymerkleber, dessen Brechungsindex etwas höher ist als der des Polymermaterials des Deckels 20 und des Bodenteils 10. Beim Zusammenfügen des Deckels 20 und des Bodenteils 10 wird der Klebstoff 23 in die Vertiefungen 11, 22, 12, 13 und in den Durchbruch 21 gedrückt, wodurch gleichzeitig ein mechanisch feste und stabile Verbindung zwischen Deckel 20, Bodenteil 10, Lichtleitfaser 24 und Detektor-Chip 30 entsteht. Außerdem bildet der Klebstoff 23 in der quaderförmigen Vertiefung 12 einen Wellenleiter 46 (siehe Fig. 3).

In Fig. 3 ist die fertig montierte integriert optische Schaltung gezeigt. Die Lichtleitfaser 24 mündet dabei koaxial in den Wellenleiter 46, dessen gegenüberliegendes Ende genau vor der lichtempfindlichen Zone 32 des Detektor-Chips 30 liegt. Zusätzlich ist die integrierte Schaltung 40 auf der Oberseite des Deckelteils 20 befestigt und deren Schaltungskontakte 41 über elektrisch leitende Verbindungen 42 mit den Chipkontakten 31 des Detektor-Chips 30 verbunden. Bodenteil 10 und Deckel 20 bilden zusammen ein Substrat 45.

Der Detektor-Chip 30 ist somit im Substrat 45 gehaltert, wobei von der Lichtleitfaser 24 geführtes Licht in Form eines optischen Signals über den Wellenleiter 46 zur lichtempfindlichen Zone 32 gelangt, deren elektrische Signale über die Chipkontakte 31 zur integrierten Schaltung 40 gelangen. Der Zusammenbau erfolgt idealerweise dergestalt, daß nach dem Aufbringen des Klebstoffs 23 auf den Bodenteil 10 der Detektor-Chip 30 in die pyramidenstumpfförmige Vertiefung 13 gesetzt wird, wobei durch die Pyramidenstumpfform eine automatische, passive Justierung des Detektor-Chips 30 erfolgt. Durch die Viskosität des Klebstoffs 23 erfährt der Detektor-Chip 30 hier eine leichte Stabilisierung in seiner Lage. Diese Stabilisierung genügt, um den Detektor-Chip 30 beim Aufsetzen des Deckels 20 durch den Durchbruch 21 zu führen. Durch die Verdrängung des Klebstoffs 23 füllt sich dann auch der Durchbruch 21 mit dem Klebstoff, wodurch eine weitere Stabilisierung der Lage des Detektor-Chips 30 erfolgt. Eine endgültige Stabilisierung erhält der Detektor-Chip 30 nach dem Aushärten des Klebstoffs 23. Es ist aber ebenso vorgesehen, zuerst Deckel 20 und Bodenteil 10 mit der Lichtleitfaser 24 zu verbinden und dann den Detektor-Chip 30 in den Durchbruch 21 zu setzen. Üblicherweise wird für den Klebstoff 23 ein mittels UV- Licht aushärtbares Polymer verwendet, so daß erst nach dem Einfügen des Detektor-Chips 30 durch eine entsprechende Belichtung eine mechanisch stabile Verbindung aller Komponenten erfolgt.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausgestaltung der integriert optischen Schaltung. Gleiche Ziffern bezeichnen hierbei gleiche Elemente. Die dargestellte Anordnung unterscheidet sich von der in Fig. 2 dargestellten Anordnung dadurch, daß die quaderförmige Vertiefung 12 wegfällt. In diesem Fall wird die lichtempfindliche Zone 32 des Detektor-Chips 30 direkt an die Lichtleitfaser 24 angekoppelt. Dies ergibt eine besonders aufwandsarm zu realisierende, platzsparende Bauform, die außerdem eine besonders verlustarme Kopplung zwischen Detektor-Chip 30 und Lichtleitfaser 24 ergibt.

Fig. 5 zeigt die Draufsicht einer weiteren Ausführungsform der integrierten Schaltung. Der Übersichtlichkeit halber wurde hier der Deckel 20 sowie der Klebstoff 23 nicht dargestellt. Die Lichtleitfaser 24 liegt wiederum in der dachfirstförmigen Vertiefung 11 im Bodenteil 10. Im Verlauf der quaderförmigen Vertiefung 12 ist die Oberfläche des Bodenteils 10 mit einer Struktur versehen, die einem optischen Bragg-Resonator 47 entspricht. Der Bragg-Resonator 47 dient hier der Filterung, da nur jene Lichtanteile des optischen Signals durch den Bragg-Resonator hindurchgelassen werden, die der Resonanzfrequenz des Bragg-Resonators 47 entsprechen. So ist eine frequenzselektive Detektion von optischen Signalen möglich. Außerdem weist das Bodenteil 10 zwei pyramidenförmige Erhebungen 14 auf, deren Äquivalent in Form von pyramidenförmigen Vertiefungen im Deckel 20 angeordnet sein muß. Dadurch wird die Justierung des Deckels 20 auf das Bodenteil 10 bei der Montage erleichtert. Es ist ebenso vorgesehen, eine weitere integriert optische Schaltung zwischen Lichtleitfaser 24 und dem Detektor-Chip 30 im Verlauf des Wellenleiters 46 anzuordnen. Als weitere integriert optische Schaltung sind z. B. optische Gatterschaltungen oder Filterschaltungen geeignet.

Claims

1. Integriert optische Schaltung mit einem ein optisches Signal empfangenden Detektor, der eine lichtempfindliche Zone aufweist und mit einer das optische Signal zum Detektor führenden Lichtleitfaser, die an ihrem detektorseitigen Ende mittels wenigstens einer Justiernut in einem Substrat gehaltert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtempfindliche Zone (32) des Detektors (30) annähernd parallel zur Stirnseite des detektorseitigen Endes der Lichtleitfaser (24) ist und daß der Detektor (30) vom Substrat (45) gehaltert ist.

2. Integriert optische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Stirnseite des detektorseitigen Endes der Lichtleitfaser (24) und der lichtempfindlichen Zone (32) ein im Substrat (45) eingebetteter Wellenleiter (46) vorgesehen ist, dessen Längsachse mit der Längsachse der Lichtleitfaser (24) fluchtet.

3. Integriert optische Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter (46) eine mit einem transparenten, aushärtbaren Klebstoff (23) gefüllte Nut (12) ist.

4. Integriert optische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Stirnseite des detektorseitigen Endes der Lichtleitfaser (24) und der lichtempfindlichen Zone (32) im Verlauf des optischen Signals wenigstens ein optisches Bauelement (47), vorzugsweise ein wellenlängenselektives Filter, oder eine weitere integriert-optische Schaltung angeordnet ist.

5. Integriert optische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (30) in das Substrat (45) eingebettet ist.

6. Integriert optische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (30) mittels einer am Substrat angeordneten, passiven Justiervorrichtung (13) in seiner Lage justierbar ist.

7. Integriert optische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (30) mittels eines Klebstoffs (23) am Substrat (45) befestigt ist.

8. Integriert optische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (30) Anschlußkontakte (31) aufweist, die außerhalb des Substrats (45) liegen.

9. Integriert optische Schaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß am Substrat (45) eine elektronische Schaltung (40), vorzugsweise eine Halbleiterschaltung, gehaltert ist, die Schaltungskontakte (41) aufweist, die mit den Anschlußkontakten (31) verbunden sind.

10. Integriert optische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (45) einen Deckel (20) und ein Bodenteil (10) umfaßt und daß Deckel (20) und Bodenteil (10) je zueinander korrespondierende Justierelemente (14) aufweisen, die ein paßgenaues Aufeinanderlegen des Deckels (20) und des Bodenteils (10) erleichtern.