DE69109231T2

DE69109231T2 - Ausrichtvorrichtung von einer optischen Faser und von einem optoelektronischen Bauelement.

Info

Publication number: DE69109231T2
Application number: DE69109231T
Authority: DE
Inventors: Gerome Avelange; Alain Tournereau
Original assignee: Thomson SCF Semiconducteurs Specifiques
Current assignee: Teledyne e2v Semiconductors SAS
Priority date: 1990-10-19
Filing date: 1991-10-15
Publication date: 1995-08-31
Anticipated expiration: 2011-10-16
Also published as: EP0481877A1; FR2668268B1; US5177807A; EP0481877B1; FR2668268A1; DE69109231D1; JPH06222249A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, mit der eine Lichtleitfaser und ein aktives opto-elektronisches Bauteil in Flucht gebracht und fixiert werden können.
Die von der Erfindung betroffenen opto-elektronischen Bauteile sind vom Halbleitertyp, wie z.B. ein Laser, eine Elektrolumineszenzdiode, eine Fotodiode, ein Fototransistor. Um diese Bauteile an eine Lichtleitfaser anzuschließen, muß bekanntlich die optische Achse der Lichtleitfaser mit der optischen Achse des Bauteils mit außerordentlich hoher Genauigkeit in Flucht gebracht werden. Beispielsweise muß die Fluchtung mit einem Laser auf mindestens ein um genau durchgeführt werden.
Ganz allgemein ermöglichen zwei Verfahren eine Ausrichtung einer Lichtleitfaser auf ein opto-elektronisches Bauteil: Das erste Verfahren besteht darin, die Lichtleitfaser in einem Tropfen eines sich verfestigenden Produkts vor dem Bauteil zu verschieben. Dieses Produkt ist entweder ein kleiner geschmolzener Lötpunkt oder ein durch einen Lichtblitz polymerisierbarer Harztropfen. Während einer dynamischen Ausrichtung wird der Tropfen verfestigt, sobald die optimale Kopplung erreicht ist. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß die Kontraktionskräfte während der Verfestigung des Tropfens die Faser verschieben und sogar manchmal abscheren.
Das zweite Verfahren besteht darin, das Bauteil auf einem ersten Träger zu befestigen und die Faser auf einem zweiten Träger. Diese beiden Träger besitzen zwei gemeinsame ebene Flächen, die aufeinander senkrecht stehen. Durch Verschiebung des ersten Trägers bezüglich des zweiten in einer ersten Ebene kann man gemäß zwei Raumrichtungen justieren, die x und y genannt werden sollen. Dann kann man durch eine Verschiebung der beiden Träger gemäß einer zweiten Ebene bezüglich der dritten Richtung justieren, die z-Richtung genannt wird. Der Nachteil dieses Verfahrens liegt darin, daß es zwei Gleitsysteme erfordert, d.h. vier ebene und auf eine Genauigkeit von mindestens 1 um gerichtete Flächen. Die Geometrie des Trägers und die Oberflächenbearbeitung machen dieses Verfahren und damit auch die Vorrichtung teuer, in der die Lichtleitfaser auf ein Bauteil gemäß diesem zweiten Verfahren ausgerichtet werden soll.
Außerdem ist es zur Vermeidung der Gefahr eines Scherbruchs der Faser durch einen Lötpunkt oder Harztropfen üblich, die Lichtleitfaser auf ihrer Basis mit Hilfe eines Metallrings zu befestigen, dessen Querschnitt X-förmig ist. Beispielsweise zeigt das europäische Patent EP-A-0 100 086 mit der Priorität vom 27. Juli 1982, wie nach dem Ausrichten einer Lichtleitfaser auf einen Laser die Lage des Trägerrohrs der Faser mit Hilfe einer metallischen Verankerung erhalten bleibt, die aus einem X-förmigen Bauteil besteht, das mittels Laser auf ein anderes Zentrierbauteil aufgeschweißt ist, aber dieses Verankerungsteil erlaubt keine optische Ausrichtung, die vorher gemäß dem oben erwähnten zweiten Verfahren durchgeführt worden ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung vermeidet die Nachteile der beiden bekannten Verfahren. Im Ergebnis wird nur ein einfaches Organ ohne besondere Genauigkeit zum Halten der Faser und ein Schlitz im Träger des opto-elektronischen Bauteils verwendet, der mit dem Organ zusammenwirkt. Das Verfahren zum Ausfluchten besteht darin, das Organ in den Schlitz einzuführen und zu verschieben oder zu neigen, bis die Fluchtung erzielt ist. Bei einer gegenseitigen optimalen Lage wird das Organ durch Schweißen mit einem Leistungslaser festgelegt.
Genauer betrachtet besteht die Erfindung in einer Vorrichtung zum Ausrichten und Fixieren einer Lichtleitfaser bezüglich eines opto-elektronischen Bauteils mit einer für das opto-elektronische Bauteil und die an ihrem Ende eine metallische Manschette tragende Faser gemeinsamen Basis, dadurch gekennzeichnet, daß einerseits die Manschette mithilfe eines Metallbands eingespannt wird, das um die Manschette in Form einer Klammer mit zwei ihrerseits in Höhe der Manschette mit Federwirkung umgebogene Laschen herumgebogen ist, und daß andererseits die gemeinsame Basis einen Schlitz parallel zur optischen Achse des Bauteils aufweist, wobei die Laschen der Klammer, die durch den Schlitz dringen, sich federnd auf den Kanten des Schlitzes abstützen.
Die Erfindung und ihre Vorteile gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beiliegenden drei Figuren hervor, die die erfindungsgemäße Vorrichtung in zwei senkrechten Schnittdarstellungen bzw. in einer Perspektivdarstellung zeigen.
Figur 1 macht in einem Längsschnitt sowohl das Problem als auch seine Lösung deutlich. Die Erfindung wird beispielhaft für einen Laser erläutert, was aber den Rahmen der Erfindung bezüglich anderer Typen von optischen Kopplungen keineswegs einschränkt.
Eine opto-elektronische Vorrichtung wie z.B. ein optischer Kopf enthält im wesentlichen einen Laser 1 und eine Lichtleitfaser 2. Der Laser ist auf einem Sockel 3 befestigt, der über eine Isolierschicht 4 auf der Oberfläche einer metallischen Basis 5 ruht. Die Lichtleitfaser 2 besitzt vorzugsweise eine Manschette für die Manipulation gemäß der französischen Patentanmeldung 89 14 771, die die Anmelderin am 10. November 1989 eingereicht hat. Es handelt sich um ein metallisches Kapillarrohr 6, das in Längsrichtung ein Loch 7 mit einem größeren Durchmesser als dem Durchmesser der Faser 2 besitzt und dessen Ende 8 abgeschrägt ist. Die Faser 2 verläuft leicht durch die Kapillare 7 und wird durch einen Stopfen 9 aus Glaspaste festgelegt. Der Vorteil dieser Manschette besteht darin, daß keine sehr genaue Bearbeitung des Kapillarrohrs erforderlich ist und daß die Lagejustierungen an der Manschette erfolgen, da diese mit der Faser verbunden ist. Das Problem der Ausrichtung der Lichtleitfaser 2 auf die optische Achse des Lasers 1 wurde daher auf die Ausrichtung der Manschette 6 bezüglich der optischen Achse des Lasers 1 verlegt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet nur zwei Mittel:
Das erste Mittel, das mit der Faser 2 fest verbunden ist, ist ein Organ, das die Manschette 6 festhalten und entlang der optischen Achse der Faser 1 verschieben soll. Dieses Mittel ist sehr einfach, denn es handelt sich um ein umgebogenes Metallband, das eine Klammer in Form einer Haarnadel oder eines Schlüssellochs ergibt. Die Form dieser Klammer 10 ist besser in den Figuren 2 und 3 zu erkennen. Das zweite Mittel, das mit dem Laser 1 starr verbunden ist, ist ein Schlitz 11, der in die metallische Basis 5 parallel zur optischen Achse des Lasers 1 eingeschnitten ist. Dieser Schlitz hat eine Länge L, die geringfügig größer als die Breite 1 der Klammer 11 ist, so daß diese verschoben werden kann, wenn sie in den Schlitz 11 eingefügt ist.
Die Klammer 10 ist so um die Manschette 6 herum gebogen (siehe Figur 2), daß sie diese einspannt, aber die Form ist so gewählt, daß eine gewisse Elastizität vorliegt. Die Backen 12 sind in Höhe der Manschette 6 geknickt, so daß sie sich federnd gegen die abgeschrägten Ränder 13 des Schlitzes 11 anlegen, wodurch die Faser 2 und ihre Manschette 6 festgehalten werden bis zur endgültigen Fixierung durch Verlöten.
Die aus der Faser, der Manschette und der Klammer gebildete Einheit besitzt drei Freiheitsgrade, nämlich entlang einer Achse z durch Gleiten entlang des Schlitzes 11, entlang der Achse y durch Eindrücken in den Schlitz und entlang einer Achse x durch Drehen der Klammer 10, wobei die Klammer sich an den Rändern 13 des Schlitzes anlegt.
Das Verfahren zum Ausrichten der Faser bezüglich des opto-elektronischen Bauteils ist dynamisch, d.h. daß die Justierungen durch die Meßergebnisse der Vorrichtung im Betrieb gelenkt werden.
Betrachtet man den Laser als einen festen Bezugspunkt, dann wird die Lichtleitfaser mit Hilfe eines Mikromanipulators bewegt, der hier nicht dargestellt ist und die Klammer 10 umgreift. Durch Gleiten der Klammer entlang des Schlitzes 11 und dann durch translatorische Bewegung senkrecht zu diesem Schlitz und gleichzeitige Drehung um die Ränder 13 wird der optimale Kopplungspunkt schnell ermittelt. Die Lage der Faser 2 bezüglich der Klammer 10 wird durch eine Schweißnaht 14 oder durch einige Schweißpunkte fixiert, die mit Hilfe eines Leistungslasers gebildet werden, z.B. ein YAG-Laser.
Nach diesem ersten Laserschuß ist es günstig zu kontrollieren, ob die optische Einstellung sich nicht verschlechtert hat, beispielsweise durch die Ausdehnung der Bauteile. Wenn die Ausrichtung bestätigt oder nachjustiert wurde, wird die Klammer 10 auf der Basis 5 mit Hilfe einer oder zweier Schweißnähte 15 entlang der Ränder 13 fixiert.
Die Reihenfolge der Operationen kann natürlich vertauscht werden.
Ohne die Erfindung einzugrenzen, können die metallischen Teile der Vorrichtung aus einer sich mit der Temperatur nur wenig verformenden Legierung bestehen, nämlich FeNi oder FeNiCo. Die Manschette 6 hat einen Durchmesser von 1,5 mm und wird in der Klammer 10 eingespannt, deren Höhe 5 mm und deren Breite 3 mm beträgt. Der Schlitz 11 hat vergleichbare Abmessungen, nämlich eine Länge von 8 mm Länge und eine Breite von 2 mm.

Claims

1. Vorrichtung zum Ausrichten und Fixieren einer Lichtleitfaser (2) bezüglich eines opto-elektronischen Bauteils (1) mit einer für das opto-elektronische Bauteil (1) und die an ihrem Ende eine metallische Manschette (6) tragende Faser (2) gemeinsamen Basis, dadurch gekennzeichnet, daß einerseits die Manschette (6) mithilfe eines Metallbands eingespannt wird, das um die Manschette (6) in Form einer Klammer (10) mit zwei ihrerseits in Höhe der Manschette (6) mit Federwirkung umgebogene Laschen (12) herumgebogen ist, und daß andererseits die gemeinsame Basis (5) einen Schlitz (11) parallel zur optischen Achse des Bauteils aufweist, wobei die Laschen (12) der Klammer (10), die durch den Schlitz (11) dringen, sich federnd auf den Kanten (13) des Schlitzes (11) abstützen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (L) des Schlitzes (11) größer als die Breite (l) der Klammer (10) ist, so daß die Klammer (10) entlang des Schlitzes (11) gleiten kann.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten des Schlitzes (11), die mit der Klammer (10) in Berührung stehen, eine Abschrägung (13) besitzen, so daß eine Drehung der Klammer (10) im Schlitz (11) möglich ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klammer (10) auf die Manschette (6) einerseits und auf die Basis (5) entlang der Kanten (13) andererseits mit Hilfe zweier Schweißstellen (14, 15) mit Hilfe eines Leistungslasers aufgeschweißt ist.