DE60203037T2

DE60203037T2 - Endstück für einen optischen Wellenleiter

Info

Publication number: DE60203037T2
Application number: DE60203037T
Authority: DE
Inventors: Peter Thoma; Emmerich Mueller
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2002-10-29
Filing date: 2002-10-29
Publication date: 2005-07-21
Anticipated expiration: 2022-10-30
Also published as: EP1329752A1; DE60203037D1; US6907166B2; US20040081401A1; EP1329752B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft das Bereitstellen eines optischen Kontakts zwischen einem Lichtwellenleiter und einer zu testenden Einheit.
In der japanischen Patentanmeldung JP-A-57 084 187 wird eine optische Halbleitereinheit beschrieben, bei welcher ein Lichtwellenleiter mit einer Siliconhalbkugel gegen eine lichtempfindliche Halbleiterfläche gedrückt wird.
In der US-Patentschrift US-A-4 771 609 wird die Ankopplung eines Monomode-Lichtwellenleiters mit einem verjüngten Endstück beschrieben.
In der US-Patentschrift US-A-5 926 594 wird das Ausrichten von Lichtwellenleiterkabeln auf optische Wellenleiter und das Befestigen n der Lichtwellenleiterkabel an den optischen Wellenleitern mittels eines Klebstoffs beschrieben.
ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Leitung optischer Signale von einem Lichtwellenleiter mit einem Endstück zur Verfügung zu stellen. Die Aufgabe wird durch den beiliegenden Hauptanspruch gelöst. Weitere bevorzugten Ausführungsarten werden durch die Unteransprüche dargelegt.
Durch das Bereitstellen einer eindeutigen, beispielsweise Brechungsindexabgestimmten und betriebssicheren Schnittstelle zwischen dem Lichtwellenleiter und der zu testenden Einheit (Device Under Test, DUT) kann z. B. beim Testen und Messen (zum Beispiel von Lichtwellenleitern oder Chipkomponenten-PLCs oder Hybridkomponenten) eine höhere Genauigkeit und eine größere Leistungsfähigkeit erzielt werden.
Daher ist es von Vorteil, Reflexionen am Verbindungspunkt/Übergang zwischen dem Lichtwellenleiter und der DUT zu verringern bzw. auf einen Minimalwert zu bringen, um die Verbindungsqualität zwischen dem Lichtwellenleiter und der DUT bei größtmöglicher Reproduzierbarkeit und mit möglichst geringer Toleranz zu verbessern bzw. auf einen Maximalwert zu bringen, wobei gleichzeitig die Polarisationsabhängigkeit oder die Störung des Polarisationszustandes zwischen dem Lichtwellenleiter und der DUT verringert oder gleich null ist. Ausführungsarten der vorliegenden Erfindung bieten deshalb diese Vorteile zumindest teilweise und/oder beseitigen die Nachteile der folgenden möglichen Lösungen:

• Physikalischer Kontakt, d. h. eine extrem genau gefertigte Übergangsstelle zwischen dem Lichtwellenleiter und der DUT sowie äußerst genaue Verschiebungen des Lichtwellenleiters oder der DUT, um zwischen den beiden miteinander verbundenen Flächen einen eindeutigen physikalischen Kontakt herzustellen. Die Nachteile dieser Lösung können in hohen Kosten, geringer Zuverlässigkeit aufgrund mechanischer Toleranzen und möglichen Oberflächenbeschädigungen bestehen.
• Indexanpassung durch Flüssigkeiten, d. h. zur Anpassung der Brechungsindizes durch Verhinderung von Indexsprüngen wird eine Flüssigkeit zwischen den Lichtwellenleiter und die DUT eingebracht, was zu Reflexionen und Interferenzmustern im optischen Pfad führen kann. Die Nachteile dieser Lösung können in hohen Kosten, geringer Zuverlässigkeit und der Tatsache bestehen, dass bei einer Verunreinigung durch Flüssigkeiten zusätzliche Reinigungsprozeduren erforderlich sind.
• Sonde ohne angepasste Brechungsindizes, d. h. die Brechungsindizes des Lichtwellenleiters und der DUT-Fläche sind wegen eines Luftspalts zwischen dem Lichtwellenleiter und der DUT nicht aufeinander angepasst, sodass sich der Lichtwellenleiter und die DUT-Fläche in einem Abstand voneinander befinden. Die Nachteile dieser Lösung können darin bestehen, dass es zu einem großen Indexsprung zwischen dem Material des Lichtwellenleiters, der Luft und dem Material der DUT, zu starken Reflexionen, starken Interferenzeffekten und einer instabilen Verbindung zwischen dem Lichtwellenleiter und der DUT kommt.

Die Erfindung ermöglicht folgende bevorzugte Ausführungsarten:

• Eine Lichtwellenleiterspitze, die ein elastisches Material umfasst, wird als gekrümmte Fläche aufgebracht, z. B. ein Tropfen auf dem Lichtwellenleiter mit Fokussierungs- oder Defokussierungseigenschaften, der die DUT nicht berührt. Beim Zusammendrücken wirkt dieser Tropfen als Film oder als elastischer Streifen bzw. als elastisches Band zwischen dem Lichtwellenleiter und der DUT.
• Insbesondere, wenn sich der Brechungsindex des Lichtwellenleitermaterials vom Brechungsindex des DUT-Materials unterscheidet, wird eine Endfläche des Lichtwellenleiters mit einem reflexionsmindernden Material beschichtet, sodass der Brechungsindex der elastischen Lichtwellenleiterspitze an den Brechungsindex der DUT angepasst ist.

Das auf die Spitze aufgebrachte oder mit ihr verbundene Material selbst kann bezüglich seiner optischen Eigenschaften als reflexionsmindernde Beschichtung wirken.
Vorzugsweise sollte das elastische Material der Ausführungsarten der vorliegenden Erfindung elastischer als das Material des Lichtwellenleiters der Sonde und/oder der DUT sein. Noch stärker bevorzugt ist, dass das elastische Material mindestens um eine Größenordnung elastischer ist als der Lichtwellenleiter einer Sonde und/oder eine DUT.
Lichtwellenleiter gemäß den bevorzugten Ausführungsarten der vorliegenden Erfindung können zum Aussenden und/oder Empfangen optischer Signale verwendet werden.
Die Spitzen gemäß den bevorzugten Ausführungsarten der vorliegenden Erfindung sind als das Ende eines Lichtwellenleiters einer Sonde und/oder einer DUT definiert.
Bevorzugte Verfahren der vorliegenden Erfindung können durch ein oder mehrere geeignete Softwareprogramme realisiert oder unterstützt werden, die durch einen beliebigen Datenträger gespeichert oder anderweitig bereitgestellt und in bzw. durch eine geeignete Datenverarbeitungseinheit ausgeführt werden können.
Zur Ausführung des Verfahrens der Erfindung werden vorzugsweise Softwareprogramme oder -routinen eingesetzt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Aufgaben und viele der mit der vorliegenden Erfindung verbundenen Vorteile werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen problemlos verständlich. Die Komponenten in den Zeichnungen sind nicht unbedingt maßstabsgerecht dargestellt, vielmehr wurde Wert darauf gelegt, die Prinzipien der vorliegenden Erfindung deutlich zu veranschaulichen. Merkmale, die im Wesentlichen oder funktionsmäßig gleich oder ähnlich sind, werden durch dieselben Bezugsnummern bezeichnet.
Die 1 bis 9 zeigen schematische Darstellungen von Ausführungsarten der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSARTEN DER ERFINDUNG
1 zeigt genauer ein Vergleichsbeispiel 100 der vorliegenden Erfindung. Das Vergleichsbeispiel 100 umfasst einen Lichtwellenleiter 102 zum Leiten eines optischen Signals. Der Lichtwellenleiter 102 ist in einen Mantel 104 eingebettet und bildet so eine optische Sonde 106. Der Lichtwellenleiter 102 weist ein Ende 108 auf, dass durch eine dünne Siliconschicht 110 bedeckt ist, welche nicht nur das Ende 108, sondern auch die Frontfläche 112 des Mantels 104 bedeckt. Das Silicon 110 stellt ein transparentes elastisches Material dar und bildet eine Spitze des Lichtwellenleiters 102. Das Silicon 110 weist im Wesentlichen dieselben optischen Eigenschaften, z. B. Brechungsindex und Ausbreitungseigenschaften, auf wie der Lichtwellenleiter 102. Dadurch wirkt das auf die Frontfläche 108, 112 der Sonde 106 aufgebrachte Silicon 110 durch seine optischen Eigenschaften auf die Frontfläche 108, 112 der Sonde 106 wie eine reflexionsmindernde Schicht.
Entsprechend 2 kann die optische Sonde 106 zum Herstellen eines optischen Kontakts zum Leiten eines optischen Signals zwischen dem Lichtwellenleiter 102 und einem optischen Pfad 114 in einer DUT 116 verwendet werden. Zur Herstellung dieses optischen Kontakts wird die Spitze 110 gegen eine Frontfläche 118 der DUT 116 gedrückt, damit es zu einem mechanischen Kontakt zwischen der Oberfläche 120 der Spitze 110 und der Frontfläche 118 kommt. Da die Spitze 110 im Wesentlichen aus transparentem und elastischen Silicon besteht, wird ohne Beschädigung der Oberfläche 118 ein enger mechanischer Kontakt zur DUT 116 hergestellt. Dadurch wird verhindert, dass zwischen der Sonde 106 und der DUT 116 ein Luftspalt entsteht. Das führt dazu, dass ein optisches Signal auf dem Weg von dem Lichtwellenleiter 102 durch die Spitze 110 und weiter entlang des optischen Pfades 114 keinen Brechzahlsprung erleidet. Der Brechungsindex ändert sich entlang des oben erwähnten Pfades vielmehr allmählich.
Wenn sich die Brechungsindizes des optischen Pfades 114 und dem Lichtwellenleiter 102 stark voneinander unterscheiden, kann die Frontfläche 108, 112 der Sonde 106 vor dem Aufbringen des Silicons 110 auf die Frontfläche 108, 112 eine reflexionsmindernde Schicht erhalten. Außerdem kann die Spitze 110 mit einem Brechungsindex versehen werden, der an den Brechungsindex des optischen Pfades 114 der DUT 116 angepasst ist.
Auf die Sonde 106 gemäß Beispiel 100 wird durch Tauchen der Frontfläche 108, 112 in eine kleine Menge niedrigviskosen Silicons die Spitze 110 aufgebracht. Dadurch entsteht eine flache Beschichtung der Frontfläche 108, 112 mit Silicon 110.
Das elastische Material der Spitze gemäß der vorliegenden Erfindung wird durch Tauchen der Frontfläche 108, 112 in eine große Menge hochviskosen Silicons auf die Frontfläche 108, 112 aufgebracht. Durch diesen Fertigungsprozess entsteht eine Spitze 202 der Ausführungsart 200 von 3. Die Spitze 202 hat die Form einer Linse. Dadurch kann die Spitze 202 zum Ausrichten der Längsrichtung des Lichtwellenleiters 102 auf die Längsrichtung des optischen Pfades 114 der DUT 116 verwendet werden. Die Ausführungsart 200 kann in einer Anordnung verwendet werden, die einen (nicht dargestellten) Sensor zum Erkennen einer deutlichen Ausrichtung zwischen Lichtwellenleiter 102 und optischem Pfad 114 enthält sowie eine (nicht dargestellte) Verschiebungseinheit zum seitlichen Verschieben des Lichtwellenleiters 102 bezüglich einer Längsrichtung des Lichtwellenleiters 102 und der DUT 116, bis der Detektor im Wesentlichen die Ausrichtung erkennt. Das ist dadurch möglich, dass das Licht 204 entsprechend der schematischen Darstellung des Lichtpfades 203 so lange auf einen Brennpunkt 206 auf der Fläche 116 fokussiert werden kann, bis dieser auf den optischen Pfad 114 der DUT 116 trifft, und somit ein mit dem optischen Pfad 114 verbundener Detektor das Licht 204 empfangen kann.
Dann kann gemäß 4 eine (nicht dargestellte) zweite Verschiebungseinheit den Abstand 208 zwischen der Spitze 202 und der DUT 116 so lange verringern, bis die Spitze 202 die DUT 116 berührt. Während der Längsverschiebung der Sonde 106 in Richtung der DUT 116 kann der (nicht dargestellte) Detektor ständig sie seitliche Position des Lichtwellenleiters 102 kontrollieren und Gegenreaktionen einleiten, wenn die Ausrichtung des Lichtwellenleiters 102 auf den optischen Pfad 114 verloren geht. Durch die Verringerung des Abstands 208 verformt sich die Spitze 202 elastisch, sodass die ursprünglich linsenförmige Oberfläche 210 der Spitze 202 gemäß 4 die Form einer ebenen Schicht annimmt, sodass die Defokussierungs- und Fokussierungseigenschaften der Spitze 202 verloren gehen. Dadurch kann die Spitze 202 die Anpassung der Brechungsindizes zwischen der Sonde 106 und der DUT 116 bewirken.
Die 5 und 9 zeigen weitere Ausführungsarten 300 und 700 der vorliegenden Erfindung. Die 6 bis 8 zeigen Vergleichsbeispiele. Die Ausführungsarten 300 und 700 zeigen bevorzugte Spitzenformen und bevorzugte Fertigungsverfahren zur Herstellung der Sonde 106.
Gemäß Ausführungsart 300 von 5 enthält die Sonde 106 eine tropfenförmige Spitze 302. Die Spitze 302 befindet sich an der Frontfläche 108 des Lichtwellenleiters 102. Die Spitze 302 wird durch Aufbringen von Silicon auf die Frontfläche 108 der Sonde 106 hergestellt.
Gemäß einer Ausführungsart 700 von 9 kann eine Spitze 702 hergestellt werden, deren Form der Spitze 110 der Ausführungsart 100 von 1 ähnlich ist, indem mittels eines Werkzeugs 701 Silicon durch eine Einspritzöffnung 704 und einen Einspritzkanal 705 eingespritzt wird. Nach dem Aushärten des Silicons kann das Werkzeug 701 wieder entfernt werden.

Claims

Verfahren zum Bereitstellen eines optischen Kontaktes, der zum Leiten eines optischen Signals zwischen einem Lichtwellenleiter (102) und einer zu testenden Einheit (116) geeignet ist, wobei der Lichtwellenleiter (102) an einem seiner Enden (108) eine Spitze (110, 202, 302, 402, 502, 602, 702) umfasst und die Spitze ein das Ende (108) bedeckendes lichtdurchlässiges elastisches Material (110, 202, 302, 402, 502, 602, 702) umfasst, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Erkennen einer deutlichen Ausrichtung zwischen dem Lichtwellenleiter (102) und einem optischen Pfad (114) in der zu testenden Einheit (116) durch Fokussieren des Lichts (204), welches die Spitze verlässt, auf eine Oberfläche (118) der zu testenden Einheit (106) und indem der Lichtwellenleiter (102), bezüglich einer Längsrichtung des Lichtwellenleiters (102) und der zu testenden Einheit (116) so lange seitlich verschoben wird, bis der Brennpunkt (206) auf den optischen Pfad (114) trifft, und Verringern des Abstands (208) zwischen der Spitze (110, 202, 302, 402, 502, 602, 702) und der zu testenden Einheit (116) so lange, bis die Spitze (110, 202, 302, 402, 502, 602, 702) die zu testende Einheit (116) körperlich berührt und das Licht über eine Fläche (118) der zu testenden Einheit (116) aus der Spitze austritt und die Fokussierungs- oder Defokussierungseigenschaften der Spitze (110, 202, 302, 402, 502, 602, 702) im Wesentlichen verschwunden sind. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Spitze (110, 202, 302, 402, 502, 602, 702) mindestens eines der folgenden Merkmale umfasst: ein elastisches Material (110, 202, 302, 402, 502, 602, 702), welches elastischer ist als ein Material des Wellenleiters (102); ein elastisches Material (110, 202, 302, 420, 502, 602, 702), welches um mindestens eine Größenordnung elastischer ist als ein Material des Lichtwellenleiters (102); mindestens eines der folgenden Materialien (110, 202, 302, 402, 502, 602, 702): Silicon, Polyamid; ein Material (110, 202, 302, 420, 502, 602, 702), welches bezüglich des Signals reflexionsmindernde Eigenschaften aufweist; ein Material (110, 202, 302, 420, 502, 602, 702), welches einen ähnlichen Brechungsindex wie der Lichtwellenleiter (102) aufweist. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der obigen Ansprüche, in welchem die Spitze (110, 202, 302, 420, 502, 602, 702) Folgendes umfasst: ein Material (110, 202, 302, 420, 502, 602, 702), welches einen Brechungsindex aufweist, der zumindest im Wesentlichen gegenüber einer Deformation des Materials (110, 202, 302, 420, 502, 602, 702) in der Längsrichtung des Lichtwellenleiters (102) unempfindlich ist.