DE68923328T2

DE68923328T2 - Verfahren zur Herstellung einer optischen Komponente.

Info

Publication number: DE68923328T2
Application number: DE68923328T
Authority: DE
Inventors: Robert William Musk
Original assignee: BT&D Technologies Ltd
Current assignee: BT&D Technologies Ltd
Priority date: 1988-07-13
Filing date: 1989-07-12
Publication date: 1995-11-23
Anticipated expiration: 2009-07-13
Also published as: AU3976489A; CA1323921C; US5094518A; EP0351211B1; USRE34790E; JP2513880B2; KR900702389A; EP0351211A3; DE68923328D1; GB8816603D0; WO1990000753A3; WO1990000753A2; ATE124789T1; JPH03500826A; EP0351211A2; KR930010413B1; AU629561B2

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf optische Komponenten zur Verwendung mit Lichtleitfasern und anderen optischen Wellenleitern und auf Verfahren zum Herstellen solcher Komponenten. Insbesondere, aber nicht ausschließlich bezieht sich diese Erfindung auf optoelektronische Komponenten zum Senden, Empfangen und anderweitigen Verarbeiten von optischen Signalen und deren Herstellung.
Die Abmessungen des aktiven, oder lichtemittierenden, Bereichs von Lichtquellen, wie z.B. Halbleiterlasern und lichtemittierenden Dioden, die in Lichtleitfaser-Kommunikationssystemen verwendet werden, befinden sich typischerweise in der Größenordnung einiger µm. Bei einer Monomoden-Lichtleitfaser, die für eine Verwendung in Wellenlängenbereichen von 1,3 µm und 1,5 µm geeignet ist, besitzt der Kern einen Durchmesser von etwa 5 bis 10 µm. Eine effiziente optische Kopplung zwischen der Faser und der Lichtquelle macht es erforderlich, daß deren Ausrichtung sowohl transversal als auch axial innerhalb weniger µm (oder weniger) genau ist.
Die Abmessungen der aktiven Bereiche von Photodetektoren sind gewöhnlich größer, in der Größenordnung von 50 bis 100 µm, wobei die Ausrichtungstoleranzen zwischen der Faser und dem Detektor im allgemeinen gelockert sind. Jedoch besitzt z.B. im Fall eines optischen Wanderwellenverstärkers der lichtempfindliche Einpfangsbereich des Bauelements die gleichen Abmessungen wie der aktive Bereich eines Lasers.
Der Bedarf nach einer konstant hohen Genauigkeit der optischen Ausrichtungen bildet eines der Hauptprobleme, die gelöst werden müssen, wenn optische Bauelemente in großem Umfang hergestellt werden sollen. Die Herstellung in großem Umfang ist selbstverständlich notwendig, um die Kosten der Lichtleitfaser-Kommunikationssysteme zu reduzieren.
Das dauerhafte Befestigen einer Faser-Anschlußlitze an das Bauelement ist eine der am häufigsten angenommenen Lösungen. Hier wird die kritische Ausrichtung zwischen der Faser und dem Bauelement während der Herstellung durchgeführt. Um das Bauelement mit einer Lichtleitfaser-Übertragungsleitung zu verbinden, wird eine relativ einfach auszurichtende Faser- an-Faser-Spleißstelle zwischen der Anschlußlitze und der Übertragungsfaser gebildet. Die Verwendung einer gespleißten Verbindung ist nur bei Anwendungen ohne weiteres annehmbar, bei denen die Verbindung zwischen dem optischen Bauelement und der Übertragungsfaser, wenn überhaupt, selten aufgebrochen oder neu hergestellt werden muß.
Das Patent GB 1558063 (Improvements in or relating to dielectric optical waveguide couplings) offenbart eine optoelektronische Komponente, bei der das optoelektronische Bauelement in einen optischen Faserverbinder gehäust ist. Das optoelektronische Bauelement kann entweder in dem männlichen oder dem weiblichen Teil des Verbinders positioniert sein. Diese Anordnung eines optischen Bauelements, das in einem optischen Faserverbinder befestigt ist, wird manchmal als ein "steckbares Bauelement" bezeichnet.
Die Verwendung eines im Verbinder befestigten Bauelements ermöglicht ein einfaches und wiederholtes Verbinden und Abtrennen der Faser von dem Bauelement und ist potentiell ziemlich günstig herzustellen. Das Sicherstellen einer ausreichenden optischen Ausrichtung zwischen der Faser und dem Bauelement liefert jedoch einige Schwierigkeiten.
In den Patents Abstracts of Japan, Bd. 10, Nr. 198, S. 476 (2254) ist ein optisches Bauelement mit einem Bauelementträger offenbart, der in einer Buchse befestigt ist. Eine Lichtleitfaser dringt durch eine Öffnung in der Endfläche der Buchse in das Innere der Buchse ein, wobei der Träger mittels einer Rille, die in der Buchse vorgesehen ist, in eine Ausrichtung mit der Buchse gezwungen wird. Nach dem Einfügen wird der Raum zwischen der Buchse, die die Ummantelung des Bauelements bildet, und dem Bauelementträger, der in der Buchse liegt, mit einem Harz gefüllt, das nachfolgend ausgehärtet wird.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen optischer Komponenten zu schaffen, welches eine ausreichend genaue optische Ausrichtung mit einer größeren Zuverlässigkeit liefert. Es ist ferner eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine im Verbinder befestigte optische Komponente zu schaffen, die mittels dieses Verfahrens hergestellt ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren zum Herstellen einer optischen Komponenten folgende Schritte auf:
Einfügen eines vormontierten Bauelementträgers, der eine optoelektronische Komponente, die auf einer Trägerstruktur befestigt ist, aufweist, in eine Gußform, die eine Lichtleitfaser, die an derselben angebracht ist, aufweist, Füllen der Gußform mit einem durch Strahlung und/oder thermisch aushärtbaren Material, und Ausheilen des Materials, wobei die Gußform eine Öffnung aufweist, in der ein elastischer Bolzen positioniert ist, an dem die Faser extern angebracht wird und der bei der Betriebswellenlänge der optoelektronischen Komponente transparent ist, wobei der Bauelementträger longitudinal in eine Berührung mit dem Bolzen und nachfolgend transversal bewegt wird, bis eine optische Ausrichtung zwischen der optoelektronischen Komponente und der Lichtleitfaser erreicht ist, und wobei beim Erreichen einer Ausrichtung das Material zumindest partiell ausgehärtet wird, worauf die optische Komponente aus der Gußform entfernt wird.
Eine beliebige partielle Aushärtung des Materials muß ausreichen, um eine ausreichende Starrheit sicherzustellen, um eine relative Bewegung der Teile zu vermeiden, bis eine vollständige Aushärtung stattgefunden hat.
Die vollständige Aushärtung findet vorzugsweise bei einer erhöhten Temperatur statt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine optische Komponente einen vormontierten Bauelementträger auf, der eine Trägerstruktur und eine optische Komponente, die auf derselben befestigt ist, aufweist, und ferner eine Ausrichtungshülle um den Bauelementträger herum, das aus einem durch Licht und/oder thermisch ausgehärteten Material gebildet ist.
Vorzugsweise ist die optische Komponente eine optoelektronische Komponente, die Licht in ein elektrisches Signal umwandeln kann, oder umgekehrt.
Die Erfindung wird nun nur beispielsweise bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:
Fig. 1a bis 1f schematische Darstellungen verschiedener Stufen bei der Herstellung einer optoelektronischen Komponente gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Schnittansicht einer optoelektronischen Komponente, die gemäß dem Verfahren, das in Fig. 1 dargestellt ist, hergestellt ist; und
Fig. 3 eine schematische Schnittansicht einer modifizierten optoelektronischen Komponente.
Bezugnehmend nun ferner auf die Zeichnungen zeigt Fig. 1a einen vormontierten Träger 1 für ein optoelektronisches Bauelement 13. Der Träger 1 weist ein röhrenförmiges Trägerbauglied 11 eines leitfähigen Materials auf, wobei auf einer flachen Befestigungsoberfläche an einem gestuften Ende 12 desselben ein optoelektronisches Bauelement 13 befestigt ist. Mittels eines haftenden Harzes 14 ist an dem optoelektronischen Bauelement 13 und dem gestuften Ende 12 des Trägerbauglieds 11 eine sphärische Ausrichtungs- oder Fokussierungslinse 15 befestigt. Elektrische Verbindungen zu dem optoelektronischen Bauelement 13 sind durch das röhrenförmige Bauglied 11 selbst und durch einen Anschluß 16 eines Drahtes 17 (siehe Fig. 2) vorgesehen, welcher von dem röhrenförmigen Bauglied 11 isoliert ist und sich durch die Länge desselben erstreckt.
Fig. 1b zeigt eine Gußform 2, in der eine Ausrichtungshülle um den Träger 1 in Fig. 1a gebildet werden soll. Die Gußform weist zwei axial ausgerichtete zylindrische Buchsenabschnitte 21 und 22 auf, die mittels einer Zwischenwand 23 getrennt sind. Der Buchsenabschnitt 21 besitzt einen inneren Durchmesser, der größer ist als die maximale transversale Abmessung des Trägers 1; der Buchsenabschnitt 22 liefert einen Preßsitz um eine Lichtleitfaser-Verbinderzwinge 24, die eine Lichtleitfaser 25 umschließt und mit der Faser 25 bündig endet. Die Zwischenwand 23 besitzt eine Öffnung 26, in der ein Bolzen 27 eines Silikongummis oder eines anderen geeigneten elastischen Materials positioniert ist, welcher bei der Betriebswellenlänge des optoelektronischen Bauelements 13 transparent ist.
Wie mittels der Fig. 1c bis 1f gezeigt ist, läuft die Herstellung einer optoelektronischen Komponente wie folgt ab:
Der vormontierte Träger 1 wird vollständig in den Buchsenabschnitt 22 der Gußform 2 eingefügt, bis er den Bolzen 27 berührt und leicht deformiert. Daraufhin wird die Gußform mit einem durch Flüssigkeit, Uv-Strahlung und thermisch ausheilbaren Material gefüllt, wie schematisch durch den Trichter 28 gezeigt ist. Um geeignet zu sein, muß das Material eine gute Umgebungsstabilität aufweisen, wenn es ausgehärtet ist. Es wurde herausgefunden, daß Methacrylat-Harz, das eine Grundsubstanz bzw. Matrix für ein feinstgepulvertes Bor-Quarzglas liefert, in dieser Hinsicht zufriedenstellend ist.
Sobald die Gußform gefüllt ist, wird der Träger 1 transversal bewegt, bis eine optimale Ausrichtung zwischen dem Bauelement 13 und dem Kern 29 der Lichtleitfaser 25 erreicht wurde, wie durch die Lichtmenge, die in oder aus der Faser 25 gekoppelt wird, gemessen wird. Es sollte bemerkt werden, daß der elastische Bolzen 27 eine Barriere für die flüssige Gußzufuhr liefert, wodurch eine Verschmutzung des Vorderabschnitts der Oberfläche der Linse 15 vermieden wird.
Wenn eine optimale Ausrichtung erreicht ist, wird das zugeführte Gußmittel zumindest teilweise durch Bestrahlen mit einem Licht einer UV-Quelle 30 ausgehärtet, wie schematisch in Fig. 1e gezeigt ist. Dieses UV-Aushärtungsverfahren muß eine ausreichende dimensionsgerechte Stabilität zur Folge haben, um ein Entfernen der vollständigen Komponente 4 aus der Gußform 2 zu ermöglichen, ohne die Positionierung des Trägers 1 in der gegossenen Hülle 31 negativ zu beeinflussen. Statt der Bestrahlung des Harzes vom Ende der Gußform aus, könnte z.B. eine transparente Gußform, die aus allen Richtungen bestrahlt wird, verwendet werden.
Wenn es aufgrund der Materialeigenschaften erforderlch ist, kann das Aushärtungsverfahren bei erhöhten Temperaturen abgeschlossen werden, wie durch Fig. 1f angezeigt ist. Geeignet erhöhte Aushärtungstemperaturen liegen typischerweise bei 80º C bis 150º C.
Fig. 2 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch eine fertige optoelektronische Komponente. Zusätzlich zu den Merkmalen des Trägers, die schon bezugnehmend auf Fig. 1a beschrieben wurden, ist dort der Mittelleiter 17 gezeigt, der in einer Isolierungsbuchse 18 von dem Anschluß 16 zu einer Bondinsel 33 führt. Ein Bonddraht ist an einem Ende an der Bondinsel 30 befestigt und an seinem anderen Ende an dem oberen Anschluß des Bauelements 13.
Die Hülle 31 liefert eine stark konzentrische Ausrichtungsoberfläche um die Komponente, die folglich z.B. einen männlichen Teil eines Lichtleitfaser-Verbinders liefern kann.
Fig. 3 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch eine modifizierte Form der Komponente von Fig. 2. Die Verwendung einer Harz-Grundsubstanz für ein pulverisiertes Bohr-Quarzglas liefert eine externe Oberfläche für die Hülle, die eine exzellente thermische und mechanische Stabilität aufweist; jedoch kann sich herausstellen, daß die Glaspartikel in dem Material oder das Grundsubstanzmaterial selbst bei bestimmten Anwendungen zu abschleifend sind. Um dies zu überwinden, kann die Hülle in einer dünnen Buchse 35 eingeschlossen sein, deren Material härtemäßig besser an das Material des Sockels, in den die Komponente eingefügt werden soll, angepaßt ist.

Claims

1. Ein Verfahren zum Herstellen einer optischen Komponente mit folgenden Schritten: Einfügen eines vormontierten Bauelementträgers (1), der eine optoelektronische Komponente (13) aufweist, die auf einer Trägerstruktur (12) befestigt ist, in eine Gußform (2), an der eine Lichtleitfaser (25) angebracht ist, Füllen der Gußform (2) mit einem durch Strahlung und/oder thermisch aushärtbaren Material (31), und Aushärten des Materials (31), dadurch gekennzeichnet, daß die Gußform (2) eine Öffnung (26) aufweist, in der ein elastischer Bolzen (27) positioniert ist, an dem die Faser (25) extern befestigt ist und der bei der Betriebswellenlänge der optoelektronischen Komponente (13) transparent ist, daß der Bauelementträger (1) longitudinal in eine Berührung mit dem Bolzen (27) und danach transversal bewegt wird, bis eine optische Ausrichtung zwischen der optoelektronischen Komponente (13) und der optischen Faser (25) erreicht ist, und daß beim Erreichen der Ausrichtung das Material zumindest partiell ausgehärtet wird und die optische Komponente danach aus der Gußform (2) entfernt wird.

2. Ein Verfahren zum Herstellen einer optischen Komponente gemäß Anspruch 1, bei dem das Material (31) ausgehärtet wird, um eine Ausrichtungshülle um den Bauelementträger (1) zu bilden.

3. Ein Verfahren gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem das Material (31) ein durch Strahlung aushärtbares Material ist.

4. Ein Verfahren gemäß Anspruch 3, bei dem das Material (31) durch Bestrahlung mit einer UV-Strahlung aushärtbar ist.

5. Ein Verfahren gemäß einem beliebigen vorhergehenden Anspruch, das das Aushärten des Materials (31) bei einer erhöhten Temperatur aufweist.

6. Ein Verfahren gemäß einem beliebigen vorhergehenden Anspruch, bei dem die optoelektronische Komponente Licht in ein elektrisches Signal umwandeln kann.

7. Ein Verfahren gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die optoelektronische Komponente (13) ein elektrisches Signal in Licht umwandeln kann.

8. Ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Verbinders, das das Herstellen einer optischen Komponente gemäß dem Verfahren eines beliebigen vorhergehenden Anspruchs einschließt.