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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Bereich der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Faseroptik oder optoelektronische Module. Spezieller
bezieht sich diese Erfindung auf die Herstellung einer optischen
Vorrichtung mit zumindest einem optischen Filter und einem Spiegel.
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2. Beschreibung der verwandten
Technik
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Optische Kommunikationssysteme werden häufig zum
Tragen von sehr großen
Mengen von Informationen bei einer niedrigen Fehlerrate und zu geringen
Kosten über
weite Entfernungen verwendet. Aus diesem Grund fand bei Komponenten
von optischen Kommunikationssystemen, wie z. B. optoelektronischen
Gehäusen
oder Modulen, eine Entwicklungsarbeit in erheblichem Umfang statt.
Die Optoelektronik bezieht sich allgemein auf Vorrichtungen, die
sowohl elektronische als auch optische Attribute gemeinsam verwenden.
Diese Vorrichtungen können Laservorrichtungen
sein, die ein kohärentes
Licht ansprechend auf ein elektronisches Signal erzeugen, und Photodetektoren
sein, die ein elektronisches Signal ansprechend auf Licht erzeugen.
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Typischerweise verwenden bidirektionale optoelektronische
Module flankenemittierende Halbleiterlaser und Oberflächenerfassungs-Photodetektoren
(siehe 1). Wie aus 1 zu ersehen ist, ist, da
ein flankenemittierender Laser 11 einen relativ breiten
Strahlungswinkel aufweist, eine Linse 12 typischerweise
zwischen dem Laser 11 und einer optischen Faser 13 eingebracht,
um eine hohe optische Kopplungseffizienz zu erhalten. Zusätzlich ist
eine Linse 17 typischerweise zwischen der optischen Faser 13 und
einem Photodetektor 15 eingebracht. Die eingebrachte Linse 17 verbessert die
optische Kopplungseffizienz zwischen der optischen Faser 13 und dem
Photodetektor 15. Weil das optoelektronische Modul 10 ein
bidirektionales Modul ist, wird ein optisches Filter 18 verwendet,
um den Lichtstrahl zu reflektieren, der von der optischen Faser 13 auf
die Linse 17 emittiert wird, und um zu ermöglichen,
daß der Lichtstrahl
von der Linse 12 die optische Faser 13 erreichen
kann.
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Bei der Herstellung des optoelektronischen Moduls 10 müssen der
Laser 11, die Linse 12, das optische Filter 13 und
die optische Faser 13 in einer exakten vorbestimmten Ausrichtung
zueinander sein. Zusätzlich
müssen
die optische Faser 13, das optische Filter 18,
die Linse 17 und der Photodetektor 15 in einer
exakten vorbestimmten Ausrichtung zueinander sein. Um dies zu erreichen,
besteht typischerweise ein Bedarf an Halterungen und/oder Befestigungen,
um die Komponenten in Position und in Ausrichtung zueinander zu
halten, wie in 2 gezeigt
ist.
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Wie aus 2 zu ersehen ist, wird die Halterung 21 verwendet,
um die Linse 12 in Position und in vorbestimmter Ausrichtung
mit dem Laser 11 zu halten, der ebenfalls auf der Halterung 21 befestigt ist.
Diese Halterung 21 wird dann mit einer anderen Halterung 22 gekoppelt,
die die optische Faser 13 und das optische Filter 18 in
Position hält.
Eine dritte Halterung 20 wird verwendet, um die Linse 17 in
Position und in Ausrichtung zum Photodetektor 15 zu halten.
Die Halterung 20 befestigt und sichert auch den Photodetektor 15.
Weil der Photodetektor 15 der oberflächenerfassende Photodetektor
ist, ist der Photodetektor 15 auf der Halterung 20 senkrecht zum
eingehenden Licht befestigt, wie in 2 gezeigt
ist. Die Halterung 20 ist auch mit der Halterung 22 gekoppelt.
Die Ausrichtung des Lasers 11, der Linsen 12 und 13,
des Photodetektors 15, des optischen Filters 18 und
der optischen Faser 13 wird durch die Halterungen 20 bis 22 erreicht.
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Ein Nachteil dieser optoelektronischen
Module oder Gehäuse
ist, daß die
Halterungen typischerweise relativ kostspielig in der Herstellung
sind, weil sie typischerweise eine relativ hohe Präzision erfordern.
Ein weiterer Nachteil ist, daß es
typischerweise zeitaufwendig ist, die optoelektronischen Module
unter Verwendung der Halterungen zusammenzubauen, wodurch ein geringer
Durchsatz bewirkt wird. Zusätzlich
kann auch Zeit zur Ausrichtung und Einstellung während des Zusammenbauens der
optoelektronischen Module notwendig sein. Dies behindert typischerweise
eine Massenproduktion der optoelektronischen Module durch Operatoren,
die ein moderates Qualifikationsniveau aufweisen, während die erforderlichen
Ausrichtungskriterien beibehalten werden. Diese Faktoren grenzen
typischerweise die Kostenverringerung der optoelektronischen Module ein.
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Bisher sind Versuche unternommen
worden, um eine Anzahl von Komponenten (z. B. einen Laser und eine
sphärische
Linse) auf einem einzelnen Silizium-Befestigungsbauglied zu befestigen.
Es ist jedoch typischerweise schwierig, eine planare optisches Vorrichtung,
wie z. B. das optische Filter 18 von 1–2, auf einer planaren Oberfläche eines Befestigungsbauglieds
unter Verwendung von herkömmlichen
Befestigungsmechanismen präzise
zu befestigen und auszurichten, weil es schwierig ist, die dreidimensionale
Position der planaren optischen Vorrichtung auf der planaren Oberfläche des
Befestigungsbauglieds zu definieren. Das Befestigen der planaren
optischen Vorrichtung auf der planaren Oberfläche des Befestigungsbauglieds
erfordert eine aktive Ausrichtung und aufwendige Verbindungs- und
Häusungsschritte.
Zusätzlich
kann ein zusätzliches
optisches Element, wie z. B. ein Spiegel, ebenfalls erforderlich
sein, was das Befestigen weiter verkompliziert.
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Die
JP 06148470 A offenbart ein optisches passives
Modul, das bei einem optischen Verstärker verwendet wird. Das Modul
weist einen ersten und einen zweiten transparenten Block auf, wobei
der erste Block vier Seitenoberflächen aufweist, die in einer nicht-parallelen
Weise angeordnet sind. Ein zweiter Block weist drei Seitenoberflächen auf.
Das optische passive Modul weist ferner ein Filter auf, das zwischen
den zwei Blöcken
und einem Spiegel angeordnet ist, der an einer der Seitenoberflächen des
ersten Blocks positioniert ist.
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Die US-A-4,767,171 offenbart ein
Sende- und Empfangsmodul für
ein bidirektionales optisches Kommunikationsnetz mit einem Gehäuse, das
eine Laserdiode, zwei sphärische
Linsen und einem Strahlteiler. Die zwei Linsen sind auf einem Trägerbauglied
zum Positionieren der ersten Linse und der Laserdiode in einer feststehenden
Beziehung befestigt.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung integriert
zumindest einen Spiegel und ein optisches Filter in einer einzelnen
optischen Vorrichtung zu geringen Kosten.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht,
daß eine
integrierte optische Vorrichtung mit zumindest einem optischen Filter
und einem Spiegel durch Stapelverarbeitung hergestellt werden kann.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht,
daß die
Ausrichtung eines optischen Filters und eines Spiegels im Hinblick auf
andere optische Elemente präzise
bestimmt werden kann.
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Die vorliegende Erfindung integriert
zumindest einen Spiegel und ein optisches Filter in einer einzelnen
optischen Vorrichtung, so daß die
Entfernung zwischen dem Spiegel und dem optischen Filter während der
Fertigung präzise
bestimmt werden kann.
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Eine integrierte optische Vorrichtung
wird beschrieben, die (1) einen ersten Block aus einem transparenten
Material mit einer ersten und einer zweiten Seitenoberfläche und
einer vorbestimmten Dicke zwischen der ersten und der zweiten Seitenoberfläche und
(2) einen zweiten Block aus einem transparenten Material umfaßt. Ein
Spiegel ist auf die erste Seitenoberfläche des ersten Blocks aufgebracht.
Ein optisches Filter ist an (1) der zweiten Seitenoberfläche des
ersten Blocks und (2) dem zweiten Block so befestigt, daß das optische
Filter zwischen dem ersten und dem zweiten Block positioniert ist. Der
erste und der zweite Block weisen Vorder- und Rückoberflächen auf, die das optische
Filter und den Spiegel mit einem vorbestimmten Winkel schneiden.
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Weitere Merkmale und Vorteile der
vorliegenden Erfindung werden anhand der nachstehenden ausführlichen
Beschreibung, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen erfolgt, die
mittels eines Beispiels die Grundsätze der Erfindung darstellen,
offenbar.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
schematisch ein bekanntes bidirektionales optoelektronisches Modul;
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2 ist
eine Seitenquerschnittansicht, die das Gehäuse des bidirektionalen optoelektronischen Moduls
von 1 zeigt;
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3 ist
eine Draufsicht eines bidirektionalen optoelektronischen Moduls,
das eine integrierte optische Vorrichtung aufweist, die ein optisches
Filter mit einem Spiegel gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung integriert;
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4A–4C zeigen die integrierte
optische Vorrichtung von 3;
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4D bis 4H zeigen alternative Ausführungsbeispiele
der integrierten optischen Vorrichtung von 3 bis 4C;
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5 bis 9 zeigen den Fertigungsprozeß der integrierten
optischen Vorrichtung von 3 bis 4C unter Verwendung einer
Stapelverarbeitung; und
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10 bis 13 zeigen ein weiteres alternatives
Ausführungsbei
spiel der integrierten optischen Vorrichtung von 3 bis 4C,
wobei gezeigt wird, daß das
optische Filter und der Spiegel der integrierten optischen Vorrichtung
in Bezug auf eine vertikale Ebene geneigt sind.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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3 ist
eine Draufsicht eines optoelektronischen Moduls 30 mit
einer integrierten optischen Vorrichtung, die zumindest ein optisches
Filter 43 und einen Spiegel 44 in einer einzelnen
optischen Vorrichtung gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung integriert. Wie nachstehend ausführlicher
beschrieben ist, sind das optische Filter 43 und der Spiegel 44 in
die einzelne optische Vorrichtung 42 integriert, so daß die Entfernung
zwischen dem Spiegel 44 und dem optischen Filter 43 präzise definiert
ist. Zusätzlich
ermöglicht
die Integration, daß die
Ausrichtungen des optischen Filters 43 und des Spiegels 44 im
Hinblick auf andere optische Elemente des optoelektronischen Moduls 33 präzise vordefiniert
werden können.
Außerdem
ermöglicht die
Integration auch, daß die
optische Vorrichtung 42 bei geringen Kosten unter Verwendung
einer Stapelverarbeitung gefertigt werden kann. 4A ist eine perspektivische Ansicht der
integrierten optischen Vorrichtungs 42. 4B ist eine Draufsicht der optischen
Vorrichtung 42, und 4C ist
eine Vorderansicht der optischen Vorrichtung 42. 4D und 4E zeigen alternative Ausführungsbeispiele
der optischen Vorrichtung 42 von 3 bis 4C.
Der Herstellungsprozeß der
integrierten optischen Vorrichtung 42 gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist in 5 bis 9 gezeigt.
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Wie aus 3 zu ersehen ist, ist das optoelektronische
Modul 30 ein bidirektionales optoelektronisches Modul.
Alternativ kann das optoelektronische Modul 30 nicht bidirektional
sein. Das optoelektronische Modul 30 kann beispielsweise
tridirektional oder unidirektional sein.
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Das optoelektronische Modul 30 umfaßt einen
Laser 40, einen Photodetektor 33, eine Überwachungseinrichtung 41,
und sphärische
Linsen 36 und 39 neben der integrierten optischen
Vorrichtung 42. Die Überwachungseinrichtung 41 ist
ein Photodetektor, der als eine Rückfacettenüberwachungseinrichtung des
Lasers 40 funktioniert. Der Laser 40, der Photodetektor 33,
die Überwachungseinrichtung 41 und
die sphärischen
Linsen 36 und 39 sind auf einem Befestigungsbauglied 32 befestigt.
Eine optische Faser 31 wird dann mit den Komponenten des
optoelektronischen Moduls 30 optisch gekoppelt, die auf
dem Befestigungsbauglied 32 befestigt sind. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist jede der sphärischen
Linsen 36 und 39 eine Kugellinse.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Befestigungsbauglied 32 aus
einem Halbleitermaterial gefertigt. Die Verwendung des Halbleitermaterials
für das
Befestigungsbauglied 32 ermöglicht, daß das Befestigungsbauglied 32 durch
einen photolithographischen Maskierungs- und anisotropischen Ätzprozeß verarbeitet
werden kann, der die Positionen der Komponenten des optoelektronischen
Moduls 30 auf dem Befestigungsbauglied 32 präzise definieren kann.
Dies ermöglicht
ebenfalls, daß das
optoelektronische Modul 30 sehr klein und aus einem Siliziumwafer
durch Stapelverarbeitung gefertigt sein kann.
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Das Befestigungsbauglied 32 ist
vorzugsweise aus einem monokristallinen <100>-Silizium
gefertigt, in dem die obere und untere Oberfläche beide kristallographische <100>-Oberflächen sind. Alternativ können andere
kristalline Halbleitermaterialien verwendet werden, um das Befestigungsbauglied 32 zu
bilden.
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Das Befestigungsbauglied 32 umfaßt zwei im
wesentlichen pyramidenförmige
Hohlräume 37 und 38.
Die pyramidenförmigen
Hohlräume 37 bis 38 sind
zum Aufliegen der sphärischen
Linsen 36 und 39 gebildet. Die pyramidenförmigen Hohlräume 37 bis 38 werden
unter Verwendung des photolithographischen Maskierungs- und anisotropischen Ätzprozesses
gebildet, so daß ihre
jeweiligen Seitenwände
auf den kristallographischen <111>-Ebenen des Befestigungsbauglieds 32 liegen.
Jeder der pyramidenförmigen
Hohlräume 37 bis 38 weist
eine im wesentlichen viereckige Öffnung
auf. Der Laser 40 ist auf der oberen Oberfläche des
Befestigungsbauglieds 32 in Ausrichtung mit einer Diagonale
des pyramidenförmigen
Hohlraums 37 verbunden. Desgleichen ist der Photodetektor 33 auf
der oberen Oberfläche
des Befestigungsbauglieds 32 in Ausrichtung mit einer Diagonale
des pyramidenförmigen
Hohlraums 38 verbunden. Jeder der sphärischen Linsen 36 und 39 sitzt in
einem pyramidenförmigen
Hohlraum 37 oder 38. Die Position des pyramidenförmigen Hohlraums 37 ist
so definiert, daß,
wenn die sphärische
Linse 39 im Hohlraum 37 sitzt, die sphärische Linse 39 am
Brennpunkt des Lasers 40 ist. Desgleichen ist die Position des
pyramidenförmigen
Hohlraums 38 so definiert, daß, wenn die sphärische Linse 36 im
Hohlraum 38 sitzt, der Photodetektor 33 am Brennpunkt
der sphärischen
Linse 36 ist.
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Das optische Filter 43 ist
ein wellenlängenabhängiges optisches
Filter. Das bedeutet, daß, wenn
das optische Filter 43 entworfen ist, um Licht einer Wellenlänge von λ1 zu
leiten, das optische Filter 43 nur Licht der Wellenlänge λ1 leitet
und Licht mit einer anderen Wellenlänge außer λ1 reflektiert.
In anderen Worten dient das optische Filter 43 als ein Spiegel
in bezug auf ein Licht, das andere Wellenlängen außer λ1 aufweist,
während
es im Hinblick auf Licht, das die Wellenlänge von λ1 aufweist,
transparent ist.
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Das optische Filter 43 und
der Spiegel 44 sind im optoelektronischen Modul 30 erforderlich,
um den optischen Weg von der optischen Faser 31 zum optoelektronischen
Modul 30 zu teilen. In diesem Fall gelangt das Licht vom
Laser 40 zur optische Faser 31 durch das optische
Filter 43, während
das Licht von der optischen Faser 31 durch das optische
Filter 43 und den Spiegel an den Photodetektor 43 reflektiert wird.
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Damit das optische Filter 43 ordnungsgemäß funktionieren
kann, ist das optische Filter 43 in dem optischen Weg zwischen
der sphärischen
Linse 39 und der optischen Faser 31 eingebracht.
Zusätzlich muß das optische
Filter 43 benachbart zur sphärischen Linse 39 plaziert
sein. Das optische Filter 43 muß in optischer Ausrichtung
mit der sphärischen Linse 39 und
der optischen Faser 31 sein. Diese optische Ausrichtung
des optischen Filters 43 umfaßt typischerweise eine Gier-
(d. h. Rotations-) Ausrichtung, eine Stampf- (d. h. Vertikal-) Ausrichtung
und eine Lateralausrichtung. Die Gierausrichtung bestimmt beispielsweise,
ob das optische Filter 43 die optische Achse des Lasers 40 und
die sphärische Linse 39 in
einem entsprechenden Winkel schneidet. Bei einem Ausführungsbeispiel
beträgt
der entsprechende Winkel 45°.
Bei alternativen Ausführungsbeispielen
kann der entsprechende Winkel größer oder kleiner
als 45° sein.
Der entsprechende Winkel kann beispielsweise bei 54° liegen.
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Die Stampfausrichtung bestimmt, ob
das optische Filter 43 die obere Oberfläche des Befestigungsbauglieds 32 in
einem entsprechenden Winkel schneidet (z. B. 90°). Die Lateralausrichtung bestimmt
die Entfernung des optischen Filters 43 von der sphärischen
Linse 39.
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Desgleichen muß der Spiegel 44 benachbart zur
sphärischen
Linse 36 positioniert sein und in optischer Ausrichtung
mit der sphärischen
Linse 36 und dem optischen Filter 43 sein, um
das Licht ordnungsgemäß an die
sphärische
Linse 36 zu reflektieren. Die optische Ausrichtung des
Spiegels 44 um faßt wiederum
die Gierausrichtung, die Stampfausrichtung und die Lateralausrichtung.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Gierausrichtung
des optischen Filters 43 und des Spiegels 44 eine
kritische Ausrichtung, und die Stampf- und Lateralausrichtungen
sind weniger kritisch. Alternativ können die vertikalen und/oder
lateralen Ausrichtungen ebenfalls kritische Ausrichtungen sein.
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Um die vorstehenden Ausrichtungen
zu vereinfachen, integriert die optische Vorrichtung 42 das optische
Filter 43 und den Spiegel 44 zusammen in einer
einzelnen Vorrichtung (in 4A bis 4C gezeigt). Der Raum zwischen
dem optischen Filter 43 und dem Spiegel 44 ist
so eingestellt, daß er
der Entfernung zwischen den sphärischen
Linsen 36 und 39 entspricht. Der untere Abschnitt 150 der
optischen Vorrichtungs 42 kann einfach an einer Seitenoberfläche 46 des
Befestigungsbauglieds 32 während des Häusens befestigt oder mit derselben
verbunden werden, so daß das
optische Filter 43 mit der sphärischen Linse 39 optisch
ausgerichtet ist und der Spiegel 44 mit der sphärischen
Linse 36 ohne aktive Ausrichtung optisch ausgerichtet ist.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist der untere Abschnitt 150 der
optischen Vorrichtung 42 mit der Seitenoberfläche 46 des
Befestigungsbauglieds 32 unter Verwendung von einem Epoxid
oder anderen Haftmittelmaterialien verbunden. Alternativ kann der untere
Abschnitt 150 der optischen Vorrichtung 42 an der
Seitenoberfläche 46 des
Befestigungsbauglieds 32 durch eine andere bekannte Einrichtung
angebracht werden.
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Das Integrieren des optischen Filters 43 und des
Spiegels 44 in die optische Vorrichtung 42 verringert
den Zeitaufwand zum Befestigen des optischen Filters 43 und
des Spiegels 44 auf das Befestigungsbauglied 32 während des
Häusens.
Dies ermöglicht, daß die Entfernung
zwischen dem Spiegel 44 und dem optischen Filter 43 präzise eingestellt
werden kann, und daß das
optische Filter 43 und der Spiegel 44 parallel
zueinander und vertikal zur oberen Oberfläche des Befestigungsbauglieds 32 sein
können. Dies
hebt wiederum die Notwendigkeit an einer aktiven Ausrichtung und
Einstellung zwischen den zwei Elementen während des Häusens auf. Zusätzlich ermöglicht die
Integration, daß das
optische Filter 43 und der Spiegel 44 ohne weiteres
mit den sphärischen
Linsen 36 bzw. 39 optisch ausgerichtet werden können, wenn
die optische Vorrichtung 42 am Befestigungsbauglied 32 angebracht
wird, ohne die Notwendigkeit an einer aktiven Einstellung. Außerdem kann
die optische Vorrichtung 42 zu geringen Kosten und durch
Stapelverarbeitung gefertigt werden. 4A bis 4C zeigen die integrierte
optische Vorrichtung 42, das nachstehend ausführlicher
beschrieben wird.
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Es wird nun Bezug auf 4A bis 4C genommen, wo das optische Filter 43 der
optischen Vorrichtung 42 zwischen einem ersten transparenten Block 50 einem
zweiten transparenten Block 52 positioniert ist. Der erste
transparente Block 50 wird verwendet, um den vorbestimmten
Raum zwischen dem optischen Filter 43 und dem Spiegel 44 zu
schaffen und kann daher als der Beabstandungsblock bezeichnet werden.
Der zweite transparente Block 52 wird verwendet, um das
optische Filter 43 zu schützen und kann daher als der
Schutzblock bezeichnet werden. Der Beabstandungsblock und der Schutzblock 50 und 52 weisen
im wesentlichen den gleichen Brechungsindex auf. Das optische Filter 43 umfaßt mehrere
Schichten aus Dielektrika und kann ebenfalls als dielektrischer
Stapel bezeichnet werden. Das optische Filter 43 kann durch
ein beliebiges bekanntes Verfahren gefertigt werden.
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Bei einem Ausführungsbeispiel sind der Beabstandungsblock
und der Schutzblock 50 und 52 mit vier rechteckigen
Oberflächen
und zwei Parallelogrammoberflächen
jeweils parallelförmig.
Alternativ können
der Beabstandungsblock und der Schutzblock 50 und 52 jeweils
andere polyhedrale Formen aufweisen.
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Bei einem Ausführungsbeispiel wird das optische
Filter 43 auf eine Seitenoberfläche 57 des Beabstandungsblocks 50 aufgebracht.
Dann wird die Seitenoberfläche 67 des
Schutzblocks 52 mit dem optischen Filter 43 unter
Verwendung von beispielsweise einem Indexanpassungsepoxid verbunden. Das
Indexanpassungsepoxid weist im wesentlichen den gleichen Brechungsindex
wie der Beabstandungsblock und der Schutzblock 50 und 52 auf.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel
wird das optische Filter 43 auf die Seitenoberfläche 67 des Schutzblocks 52 aufgebracht.
Dann wird der Beabstandungsblock 50 mit dem optischen Filter 43 von der
Seitenoberfläche 57 verbunden.
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Der Spiegel 44 wird entlang
einer weiteren Seitenoberflächen 58 des
Beabstandungsblocks 50 gebildet. Diese Oberfläche ist
parallel zum optischen Filter 43, wodurch bewirkt wird,
daß der
Spiegel 44 parallel zum optischen Filter 43 ist.
Der Beabstandungsblock 50 weist eine vorbestimmte Dicke
auf, so daß der
Spiegel 44 bei einer vorbestimmten Entfernung vom optischen
Filter 43 ist. Die vorbestimmte Entfernung ist im wesentlichen
gleich der Entfernung zwischen den Mittelpunkten der pyramidenförmigen Hohlräume 37 und 38.
Der Spiegel 44 wird durch Aufbringen einer Metallschicht
auf die Seitenoberfläche 58 des
Beabstandungsblocks 50 gebildet. Die Seitenoberflächen 57 bis 58 des
ersten transparenten Blocks 50 weisen eine optische Qualität auf. Das
bedeutet, daß die
Seitenoberflächen 57 bis 58 das
auftreffende Licht nicht streuen oder verzerren. Die Seitenoberflächen 67 bis 68 des
Schutzblocks 52 weisen ebenfalls eine optische Qualität auf.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Spiegel 44 eine
Goldschicht auf der Seitenoberfläche 58. Bei
einem anderen Ausführungsbeispiel
wird Aluminium verwendet, um den Spiegel 94 zu bilden.
Alternativ können
andere Metalle verwendet werden, um den Spiegel 44 zu bilden.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel
ist der Spiegel 44 durch die Optische-Qualitäts-Seitenoberfläche 58 an
sich gebildet, und es wird keine Metallschicht auf die Seitenoberfläche 58 aufgebracht.
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Bei einem Ausführungsbeispiel kann ein zweiter
Spiegel (in 4A bis 4C nicht gezeigt) auf der
Seitenoberfläche 68 des
Schutzblocks 52 gebildet sein. Dieser zweite Spiegel reflektiert
ein beliebiges Licht, das durch die Rückseite des optischen Filters 43 reflektiert
wird. Alternativ kann die Seitenoberfläche 68 einfach mit
einer antireflektiven Beschichtung beschichtet sein, um zu ermöglichen,
daß Licht,
das durch die Rückseite
des optischen Filters 43 reflektiert wird, die optische
Vorrichtung 42 verlassen kann.
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Es ist ferner zu beachten, daß die optische Vorrichtung 42 nicht
auf ein Integrieren eines optischen Filters und eines Spiegels miteinander
begrenzt ist. 4D und 4H zeigen zwei alternative Ausführungsbeispiele
des Integrierens von zwei optischen Filtern und Spiegeln in einer
einzelnen optischen Vorrichtung (d. h. der optischen Vorrichtung 200 oder 300). 4D ist eine Draufsicht,
die die optische Vorrichtung 200 gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel
zeigt, und 4E und 4F stellen den Fertigungsprozeß der optischen
Vorrichtung 200 dar. 4G zeigt
die Verwendung der optischen Vorrichtung 200 in einem optoelektronischen
Modul 280.
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Wie aus 4D zu ersehen ist, umfaßt die optische
Vorrichtung 200 einen Spiegel 243, der auf einer
Seitenoberfläche
eines transparenten Blocks 250 aufgebracht ist. Ein optisches
Filter 244 ist durch zwei transparente Blöcke 250 und 252 sandwichartig angeordnet,
und ein weiteres optisches Filter 245 ist durch zwei transparente
Blöcke 252 und 253 sandwichartig
angeordnet. Das optische Filter 244 dient zum Leiten des
Lichts der Wellenlänge λ1,
und das optische Filter 245 dient zum Leiten des Lichts
der Wellenlänge λ2, Ein
weiterer Spiegel ist auf einer Seitenoberfläche des transparenten Blocks 247 angebracht. 4E und 4F zeigen den Fertigungsprozeß der optischen
Vorrichtung 200. 4G zeigt
eine Anwendung der optischen Vorrichtung 200 in einem optoelektronischen
Modul 280.
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Wie aus 4G zu ersehen ist, umfaßt das optoelektronische
Modul 280 ein Befestigungsbauglied 281, auf dem
ein Laser 283, eine Überwachungseinrichtung 284,
sphärische
Linsen 282 und 286, ein Photodetektor 287 und
eine Abschirmung 285 plaziert sind. Die optische Vorrichtung 200 ist
an einer Seitenoberfläche
des Befestigungsbauglieds 281 angebracht. Wie aus 4G zu ersehen ist, wird das
optische Filter 244 verwendet, um nur das Licht einer vorbestimmten
Wellenlängen
(z. B. λ2) den Photodetektor 287 erreichen
zu lassen.
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4H ist
eine Draufsicht, die die optische Vorrichtung 300 gemäß einem
weiteren alternativen Ausführungsbeispiel
zeigt. Wie aus 4H zu
ersehen ist, umfaßt
die optische Vorrichtung 300 einen Spiegel 347,
der durch zwei transparente Blöcke 350 und 351 sandwichartig
angeordnet ist, und eine optische Filteranordnung 343,
die durch zwei transparente Blöcke 350 und 352 sandwichartig
angeordnet ist. Der Block 350 dient vorwiegend als ein
Beabstandungsblock, und die Blöcke 351–353 dienen
vorwiegend als Schutzblöcke.
Die optische Filteranordnung 343 umfaßt zwei optische Filter 344 und 345,
eines zum Leiten des Lichts der Wellenlänge λ1 und
das andere zum Leiten des Lichts der Wellenlänge λ2. Ein zweiter
Spiegel 346 ist vorgesehen, um das Licht der Wellenlänge λ2 an
das optische Filter 345 zu reflektieren. Der Spiegel 346 ist
durch die Schutzblöcke 352 und 353 sandwichartig
angeordnet. Die optische Vorrichtung 300, das in 4H gezeigt ist, kann beispielsweise
in einem mehrdirektionalen optoelektronischen Modul verwendet werden.
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Unter erneuter Bezugnahme auf 4A–4C sind
die Vorder- und
Rückoberflächen 60 und 62 des Beabstandungsblocks 50 und
die Vorder- und Rückoberflächen 64 und 66 des
Schutzblocks 52 ferner mit einem ersten und einem zweiten
Glasschieber 54 und 56 befestigt. Bei einem Ausführungsbeispiel
sind der erste und der zweite Glasschieber 54 und 56 aus Glas
gefertigt. Alternativ sind der erste und der zweite Glasschieber 54 und 56 jeweils
aus einem anderen Typ von transparentem Material gefertigt.
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Der erste und der zweite Glasschieber 54 und 56 weisen
jeweils im wesentlichen den gleichen Brechungsindex auf wie den
von jeweils dem Beabstandungsblock und dem Schutzblock 50 und 52.
Zusätzlich
weisen die Hauptoberflächen
von dem ersten und dem zweiten Glasschieber 54 und 56 jeweils eine
optische Qualität
auf. Das Befestigen des ersten und des zweiten Glasschiebers 54 und 56 an
den Beabstandungs- und Schutzblöcken 50 und 52 bedeutet,
daß die
Vorder- und Rückoberflächen 60, 62, 64 und 66 der
Blöcke 50 und 52 keine
optische Qualität aufweisen
müssen.
Dies hebt die Kosten auf, die ansonsten durch Polieren dieser Oberflächen der
Blöcke 50 und 52 beim
Fertigen der optischen Vorrichtung 42 anfallen würden.
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Der erste Glasschieber 54 ist
am Beabstandungsblock und am Schutzblock 50 und 52 angebracht,
um die Vorderoberflächen 60 und 64 abzudecken.
Der zweite Glasschieber 56 ist am Beabstandungsblock und
am Schutzblock 50 und 52 angebracht, um die Rückoberflächen 62 und 66 zu
bedecken. Wie aus 4A–4C zu ersehen ist, schneiden der
Spiegel 44 und das optische Filter 43 jeweils
die Oberflächen 60, 62, 64 und 66 der
Beabstandungs- und Schutzblöcke 50 und 52 in
einem 45°-Winkel. Alternativ
kann der Winkel größer oder
kleiner als 45° sein.
Der Winkel kann beispielsweise näherungsweise
54° betragen.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist das transparente
Material, das zum Bilden der Beabstandungs- und Schutzblöcke 50 und 52 und
des ersten und des zweiten Glasschiebers 54 und 56 verwendet wird,
Glas. Alternativ können
andere transpa rente Materialien verwendet werden, um die Beabstandungs- und Schutzblöcke 50 und 52 und
den ersten und den zweiten Glasschieber 54 und 56 zu
bilden. Epoxid oder andere transparente organische Materialien können verwendet
werden, um die Beabstandungs- und Schutzblöcke 50 und 52 und
den ersten und den zweiten Glasschieber 54 und 56 zu
bilden.
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Bei einem Ausführungsbeispiel sind der erste
und der zweite Glasschieber 54 und 56 an den Beabstandungs-
und Schutzblöcken 50 und 52 unter Verwendung
eines Indexanpassungsepoxids befestigt. Das bedeutet, daß das Epoxid,
das zum Verbinden des ersten und des zweiten Glasschiebers 54 und 56 mit
den Beabstandungs- und Schutzblöcken 50 und 52 verwendet
wird, einen Brechungsindex aufweist, der mit dem der Beabstandungs-
und Schutzblöcke 50 und 52 und
des ersten und des zweiten Glasschiebers 54 und 56 übereinstimmt.
Wie vorstehend beschrieben stimmt der Brechungsindex des ersten
und des zweiten Glasschiebers 54 und 56 mit dem
der Beabstandungs- und Schutzblöcke 50 und 52 überein.
Alternativ können
der erste und der zweite Glasschieber 54 und 56 an
den Beabstandungs- und Schutzblöcken 50 und 52 durch
andere bekannte Mittel angebracht sein.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Hauptoberfläche von
jeweils dem ersten und dem zweiten Glasschieber 54 und 56,
die nicht an den Beabstandungs- und Schutzblöcken 50 und 52 angebracht
ist, mit einer antireflektiven Beschichtung (in 4A–4C nicht gezeigt) beschichtet.
Alternativ sind beide Hauptoberflächen des ersten als und des
zweiten Glasschiebers 54 und 56 nicht mit der
antireflektiven Beschichtung beschichtet. Zusätzlich können andere Beschichtungen
(eine hochreflektive Beschichtung) nach Wunsch und Notwendigkeit
angebracht sein.
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Unter Bezugnahme auf 5–9 wird der Fertigungsprozeß der optischen
Vorrichtung 42 von 4A–4C unter Verwendung einer
Stapelverarbeitung gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung nachstehend ausführlicher be schrieben. Wie aus 5 zu ersehen ist, sind ein
optisches Filter 74 und ein Spiegel 76 entlang
zwei gegenüberliegenden
Seitenoberflächen 80 und 82 von einer
ersten Glasschiene 70 gebildet. Die Glasschiene 70 weist
eine vorbestimmte Dicke zwischen den Seitenoberflächen 80 und 82 auf.
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Eine zweite Glasschiene 72 wird
dann mit dem optischen Filter 74 unter Verwendung eines
Indexanpassungsepoxids verbunden, so daß das optische Filter 74 zwischen
den Glasschienen 70 und 72 sandwichartig angeordnet
ist (siehe 6). Die erste und
die zweite Glasschiene 70 und 72 weisen jeweils den
gleichen Brechungsindex auf, und das Indexanpassungsepoxid weist
den gleichen Brechungsindex auf wie das der ersten und der zweiten
Glasschiene 70 und 72. Alternativ können andere
transparente Materialien verwendet werden, um die Schienen 70 und 72 zu
erzeugen. Ein Epoxid oder andere Typen von organischen Materialien
können
beispielsweise verwendet werden, um die Schienen 70 und 72 zu
bilden.
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Bei einem Ausführungsbeispiel enthält das optische
Filter 74 ein optisches Filter, das Licht einer speziellen
Wellenlänge
leitet. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel
umfaßt
das optische Filter 74 zwei optische Filter, die jeweils
Licht einer speziellen Wellenlänge
leiten. Dies erfolgt durch Aufbringen von zwei unterschiedlichen
optischen Filterstapeln auf der Seitenoberfläche 80, wobei jeder
Stapel auf einem Abschnitt der Seitenoberfläche 80 aufgebracht ist.
Alternativ kann das optische Filter 74 mehr als zwei Filter
umfassen, wobei jeder Licht einer speziellen Wellenlänge leitet.
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Ferner kann eine dritte Glasschiene
(nicht gezeigt) mit dem Spiegel 76 verbunden sein, so daß der Spiegel 76 durch
zwei Glasschienen sandwichartig angeordnet ist, um den Spiegel vor
Beschädigungen
zu schützen.
Zusätzlich
kann ein zweiter Spiegel (ebenfalls nicht gezeigt) auf der Oberfläche 83 der zweiten
Glasschiene 72 gebildet sein und dann durch die zweite
Glasschiene 72 und eine vierte Glasschiene (nicht gezeigt)
sandwichartig angeordnet sein, die mit dem zweiten Spiegel verbunden
ist.
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Unter erneuter Bezugnahme auf 5 bis 6 sind die erste und die zweite Glasschiene 70 und 72 vorzugsweise
hexahedral mit sechs rechteckigen Oberflächen. Alternativ kann die erste
und die zweite Glasschiene 70 und 72 andere polyhedralen
Formen aufweisen, solange die Seitenoberflächen 80 und 82 der
Glasschiene 70 parallel zueinander sind.
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Wie aus 6 zu ersehen ist, werden die verbundene
erste und zweite Schiene 70 und 72 dann geschnitten,
um eine Anzahl von integrierten Filter-/Spiegelelementen (z. B.
das integrierte Filter-/Spiegelelement 100–101)
entlang einer Anzahl von parallelen Linien 90–82 zu
erhalten. Die parallelen Linien 90–92 bestimmen Gier-
und Stampfausrichtungen von jedem der integrierten Filter-/Spiegelelemente.
Die parallelen Linien 90–92 schneiden jeweils
das optische Filter 74 und den Spiegel 76 bei 45°. Alternativ
und wie vorstehend beschrieben, können die parallelen Linien 90–92 jeweils
in anderen Winkeln mit dem optischen Filter 74 und dem
Spiegel 76 sein. Die parallelen Linien 90–92 sind
so beabstandet, daß jeweils
das integrierte Filter/Spiegelelement eine vorbestimmte Dicke zwischen
seinen Schnittoberflächen
aufweist. 7 zeigt das
integrierte Filter-/Spiegelelement 100.
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Unter Bezugnahme auf 6 bis 7 können die
verbundene erste und zweite Schienen 70 und 72 unter
Verwendung von beispielsweise einer Trennsäge (nicht gezeigt) geschnitten
werden. Dies bewirkt, daß die
Schnittoberflächen
von jeweils dem integrierten Filter-/Spiegelelement (wie die Schnittoberflächen 110 und 111 des
integrierten Filter/Spiegelelements 100) rauh sein können und
keine optische Qualität
aufweisen. Um die Rauhigkeit der Schnittoberflächen zu beseitigen, werden
der ersten und der zweite Glas schieber (z. B. die Glassschieber 120 und 121)
mit jeweils den Schnittoberflächen
von jedem der integrierten Filter/Spiegelelemente unter Verwendung
des Indexanpassungsepoxids verbunden. Das Epoxid füllt die
Zwischenräume
zwischen der Schnittoberfläche
und dem jeweiligen Glasschieber aus. Infolgedessen wird die Notwendigkeit,
die Schnittoberflächen
von jedem der integrierten Filter-/Spiegelelemente (z. B. dem integrierten
Filter-/Spiegelelement 100) zu polieren, vermieden. Dies
minimiert die Kosten, die der Herstellung der integrierten Filter-/Spiegelelemente
zugeordnet sind. Alternativ werden die Glasschieber nicht mit den
Schnittoberflächen
verbunden. In diesem Fall können
andere bekannte Mittel (wie z. B. ein Polierprozeß) verwendet
werden, um den Schnittoberflächen
eine optische Qualität
zu verleihen.
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Wie aus 7–9 zu ersehen ist, ist jeder
der Glasschieber 120–121 mit
einer antireflektiven Beschichtung (d. h. den Beschichtungen 122 und 123) beschichtet.
Alternativ kann jeder der Glasschieber 120–121 mit
anderen Typen von Beschichtungen beschichtet sein. Außerdem kann
jeder der Glasschieber 120–121 selektiv mit
unterschiedlichen Beschichtungen beschichtet sein. 8 ist die Draufsicht, die das integrierte
Filter-/Spiegelelement 100 zeigt, das mit den Glasschiebern 120–121 verbunden
ist. Das integrierte Filter-/Spiegelelement 100 wird dann
entlang einer Anzahl von Parallellinien (z. B. den Linien 130a–130c von 9) geschnitten, die parallel
zum optischen Filter 74 und zum Spiegel 76 sind,
um eine Anzahl von identischen optischen Vorrichtungen (z. B. die
optischen Vorrichtungen 100a–100d) zu erhalten,
wobei eine jede die optische Vorrichtung 42 von 4A–4C sein
kann. Dies zeigt den vollständigen Fertigungsprozeß der optischen
Vorrichtung 42 von 4A–4C zu geringen Kosten, bei
großen
Stückzahlen
und mit hoher Präzision.
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Die Kostenverringerung kann wie folgt
dargestellt werden. In der Annahme, daß die Integration des optischen
Filters
74 und des Spiegels 76 in einer M Anzahl
von integrierten Filter-/Spiegelelementen resultierte, die jeweils
eine N Anzahl der optischen Vorrichtungen erzeugten, die mit der
optischen Vorrichtung 42 identisch sind, werden die Kosten
des Integrierens des optischen Filters 74 und des Spiegels 76 durch
M mal N geteilt. Desgleichen werden die Einrichtungskosten der Ausrichtungen
des optischen Filters 74 und des Spiegels 76 durch
M mal N geteilt. Dies verringert aufgrund der Stapelverarbeitung
im wesentlichen die Fertigungskosten von jeder optischen Vorrichtung.
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10 zeigt
ein alternatives Ausführungsbeispiel
des Schneidens des integrierten Filter-/Spiegelelements 100 von 9. Wie aus 10 zu ersehen ist umfaßt das Filter/Spiegelelement 400 die Spiegel 401 und 404 und
die optischen Filter 402 und 403. Das Filter-/Spiegelelement 400 wird
dann entlang einer Anzahl von parallelen Schnittlinien (z. B. der
Schnittlinien 411 und 412) geschnitten, um beispielsweise
die integrierte optische Vorrichtung 400a zu erhalten.
Wie aus 10 zu ersehen
ist, schneiden die Schnittlinien 411 und 412 eine
horizontale Linie 410 bei beispielsweise einem 8°-Winkel.
Die horizontale Linie 410 ist senkrecht zu den Spiegeln
und den optischen Filtern 401–404. Dies bewirkt,
daß jedes
der optischen Filter und Spiegel 401–404 bei dem 8°-Winkel im
Hinblick auf die Schnittoberflächen der
integrierten optischen Vorrichtung 400a entlang der Schnittlinien 411 und 412 geneigt
wird, wie aus 11 zu
ersehen ist. 11 zeigt
die Vorderansicht des integrierten optischen Vorrichtung 400a.
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Alternativ kann der Winkel größer oder
kleiner als 8° sein.
Der Winkel kann beispielsweise 12° oder
0° sein.
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11–13 zeigen die integrierte
optische Vorrichtung 400a, die mit einem Befestigungsbauglied 501 eines
optoelektronischen Moduls 500 gekoppelt ist. 11 ist eine Vorderansicht,
und 12 ist eine Seitenansicht
des optoelektronischen Moduls 500. 13 ist eine Draufsicht des Moduls 500.
Wie aus 11–13 zu ersehen ist, tragen
die betitelten optischen Filter und Spiegel 401–404 dazu
bei, die optische Achse 510 des Photodetektors 501 anzuheben.
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In der vorstehenden Spezifikation
ist die Erfindung unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsbeispiele
derselben beschrieben worden. Fachleuten werden jedoch darauf hingewiesen,
daß verschiedene
Modifizierungen und Veränderungen
an denselben vorgenommen werden können, ohne vom Schutzbereich
der Erfindung, der in den Ansprüche definiert
ist, abzuweichen. Die Spezifikation und Zeichnungen sind dementsprechend
in einem veranschaulichenden und weniger einschränkenden Sinne zu betrachten.