DE7338317U - Optisches Koppelbauelement - Google Patents

Description

LICENTIA Patent-Vervaltungs-GmbH 6000 Frankfurt (Main) 70, Theodor-Stern-Kai 1

Ulm (Donau), 16. Okt. 1974 PT-UL/Bs/rß UL 75/76

Aktz.: G 73 38 317.2

Neue Beschreibung, neue Schutzansprüche

'" "Optisches Koppelbauelement"

Die Neuerung bezieht sich auf ein optisches Koppelbauelement bestehend aus einem überwiegend quaderförmig ausgebildeten Trägerstück und einem mit diesem fest verbundenen opcoelektxOnischen Halbleiterbauelement mit ebenfalls vorwiegend quaderförmiger Gestalt und leicht zerstörbarer Lichteintritts- oder Lichtaustrittsfläche.

Ein solches Koppelbauelement ist beispielsweise einsetzbar in Nachrichtenübertragungssystemen mit optischen Trägerfrequenzen,

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die für die Übertragung großer Datenmengen in Zukxmit eine wachsende Bedeutung gewinnen werden. Ein besonders vielversprechendes optisches Nachrichtenübertragungssystem besteht prinzipiell aus folgenden optischen Bauelementen: optoelektronischen Halbleiterbauelementen wie Halbleiterlaser oder Lumineszenzdiode als Lichtsender und Avalanche-Fotodiode als Lichtempfänger, sowie Lichtleitfasern als Übertragungsmedium.

In einem derartigen Nachrichtenübertragungssystem ergeben sich zahlreiche Stellen, an denen eine Verbindung zwischen den einzelnen optischen Bauelementen hergestellt werden muß. Beispielsweise müssen die Lichtsender und Lichtempfänger an die Lichtleitfaser angekoppelt werden; weiterbin sind Verbindungen zwischen Lichtleitfaserstücken zu -schaffen. In derartigen Verbindungsstellen müssen die optischen Bauelemente mit einer sehr großen Genauigkeit aufeinander justiert werden, um Lichtverluste möglichst gering zu halten«. Die verwendeten optischen Bauelemente weisen nämlich derart kleine Lichteintritts- fczw. Lichtaustrittsflächen auf, beispielsweise liegt der Durchmesser des lichtleitenden Kernes der sogenannten Monomode-Lichtleitfasern in der Größenordnung der Lichtwellenlänge, so daß schon geringste FehlJustierungen

zu nicht mehr tragbaren Lichtverlusten innerhalb eiser Koppelstelle führen können.

Geringere Schwierigkeiten treten auf, wenn beispielsweiee ι nach einem erstmaligem Ausrichten der optischen Bauelemente ; aufeinander eine feste Koppelanordnung dadurch hergestellt ]

wird, daß die Bauelemente dauerhaft mit einem Kunstharz ver- ' gössen werden* Derartige feste Koppelanordnungen sind jedoch

I nicht an allen Stellen des Nachrichtenübertragungssystems ! verwendbar, insbesondere nicht an jenen steilen, βη denen die Ubertragungsstrecke jederzeit ohne Schwierigkeiten auftrennbar sein soll, An jenen Stellen sind leicht auswechselbare Koppelbauelemente vozusehen, die natürlich justierbar sein müssen. Eine Justiermöglichkeit erfordert aber, daß die Koppelbauelemente relativ zueinander bewegbar sind, um für die auf ihnen befestigten optischen Bauelemente die optimale Kopplung einzustellen. Wenn nun die optischen Bauelemente derart auf den Koppelbauelementen befestigt werden, daß ihre Lichteintritts- bzw. Lichtaustrittsfläche unmittelbar mit der Vorderkante des Koppelbauelementes abschließt, kann zwar der geringst mögliche Abstand zwischen zwei optischen Bauelementen hergestellt werden, was zu geringen Lichtverlusten führt; es

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kann ^egocb nicht ausgeschlossen werden, daß i.ufolge von Relativbewegungen der Koppelbauelemente zueinander, die für eine Justierung erforderlich sind, die relativ leicht zerstörbaren Lichteintritts- bzw. Lichtaustrittsflächen der optischen Bauelemente zerstört werden. Schon kleinste Staubteilchen, die zwischen die Lichtaustritts- bzw. Lichteintrittsfläcnen der innerhalb der Koppelanordnung gegenüber angeordneten optischen Bauelemente gelangt sind, können bei einer späteren Relativbewegung der Flächen zueinander im Zusammenhang mit einem Justiervorgaäg zu einar- Zerstörung der im all= gemeinen auf höchste optische Qualität polierten Flächen führen.

Der Neuerung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein optisches Koppeibauelement gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs vorzuschlagen, bei dem eine Zerstörung von empfindlichen Lichteintritts- bzw. Lichtaustrittsflächen der optischen Bauelemente nicht vorkommt.

Dieses Problem wird gemäß dem Kennzeichen des Hauptanspruchs dadurch gelöst, daß das optische Bauelement derart auf einer Oberfläche seines Trägers befestigt ist, daß der Abstand seiner leicht zerstörbaren Lichteintritts- bzw. Lichtaustrittsfläche von der Vorderkante seines Trägers kleiner als 5 Mikrometer,

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vorzugsweise zwei Mikrometer gewählt ist. Dieser Abstand ist derart gewählt, daß gegebenenfalls auftretende Lichtverluste noch zu vernachlässigen sind, daß Zerstörungen der empfindlichen Lichteintritts- bzw. Lichtaustrittsflächen der optischen Bauelemente aber mit Sicherheit ausgeschlossen werden können. Es wurde gefunden, daß ein Abstand von fünf Mikrometer, vorzugsweise zwei Mikrometer ausreicht, um Zerstörungen gänzlich zu verhindern.

Ein Ausfiihrungsbeispiel der Neuerung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

Figur 1:schema^tisch die Anordnung von optischen Bauelementen auf den jeweils zugehörigen Trägerstücken,

Figur 2:eine schematische Darstellung des Zusammenwirkens von zwei optischen Koppelbauelementen beim Aufbau einer Übertragungsstrecke,

Figur 3: erläutert die Anwendung einer Lehre bei der Befestigung eines optischen Bauelementes zur Einhaltung eines geeigneten Abstands zwischen Lichteintrittsfläche und Vorderkante des Trägerstücks,

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: erläutert das Aufbringen einer zusätzlichen Schicht ' auf die Vorderfläche des Trägerstücks zur Einhaltung eines geeigneten Abstands.

Figur 1 ist eine schematische Darstellung von 2 optischen Kop- |

pelbauelementen. Kit 3 und 4- sind die Trägerstücke der opti- |

sehen Bauelemente bezeichnet. Eine derart schematische Darstel- j|

lung dieser Koppelbauteile wurde für ausreichend befunden, weil | die Neuerung auf jede Art von derartigen Koppelteilen anwendbar ist. Mit 1 und 2 sind optische Bauelemente bezeichnet, die i

auf dem jeweils zugehörigen Träger 3 bzw. 4 gemäß der Neuerung j j | derart angeordnet sind, daß ihre leicht zerstörbaren Lichteintritts- bzw. Licttaustrittsflachen V bzw. 2* um eine Strecke A in bezug auf die Vorderkanten 3' bzw. 4-¹ der jeweiligen Trägerstücke zurückgesetzt sind.

In Figur 2 ist eine schematische Darstellung des Zusammenwirkens von zwei optischen Koppelbauelementen beim Aufbau einer tjbertregungsstrecke dargestellt. Da es sich um eine justierbare Koppelanordnung handelt, können zur optimalen Ausrichtung | der optischen Bauelemente 1 und 2 aufeinander die Trägerstücke 3 und 4· noch jederzeit relativ zueinander bewegt werden. ]?ür einen Justiervorgang kann eine Bewegungsmöglichkeit der Trägerstücke in zwei zueinander senkrechten Richtungen vorgesehen

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sein. Beispielsweise können die Trägerstücke in die Eichtungen "bewegt werden, die in der Figur durch die Pfeile angedeutet sind und weiterhin noch in eine Richtung, die senkrecht zur Zeichenebene steht. Durch die gemäß der Neuerung etwas zurückgesetzte Anordnung der optischen Bauelemente 1 und 2 wird bei einem derartigen Justiervorgang, "bei dem sieb die Vorderflächen 3*_t 4· der Trägerstücke 3 bzw, 4 durchaus sehr eng berühren können, eine Beschädigung der leicht zerstörbaren Liebteintritts- bzw. Lichtaustrittsflächen 1¹ bzw. 2¹ der optischen Bauelemente 1 und 2 mit Sicherheit vermieden. Der Abstand A zwischen Lichteintritts- bzw. Lichtaustrittsfläche des optischen Bauelementes 1, 2 undder Vorderkante des Trägerstücks 3 bzw. 4 kann nun nicht beliebig groß gemacht werden. Bei zu groß gewähltem Abstand A kann beispielsweise der Fall auftreten, daß nicht mehr das gesamte aus dem optischen Bauelement 1 austretende Licht auf die Lichteintrittsfläche des gegenüber angeordneten optischen Bauelementes 2 auftrifft. Las hat einen nicht unbeträchtlichen Lichtverlust zur Folge. Es wurde aber gefunden, daß ein Abstand A in der Größenordnung von etwa fünf Mikrometer, Vorzugs weise zwei Mikrometer noch nicht zu merkbaren Lichtverlusten führt, wenn die optischen Bauelemente die eingangs erwähnten Bestandteile eines optischen Nachrichtenübertragungssyetems wie Halbleiterlaser, Lichtleitfaser und Avalanche-Fotodiode sind.

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Andererseits ist dieser Abstand groß genug, um Beschädigungen der leicht zerstörbaren Lichteintritts- bzw. Lichtaustrittsflächen auszuschließen.

Ein geeigneter Abstand A der- leicht zerstörbaren Lichteintritts= bzw. Lichtaustrittsfläche eines optischen Bauelementes in bezug auf die Vorderfläche des zugehörigen Trägerstücks läßt sich auf verschiedenartige Weise herstellen. Beispielsweise kann, wie in Figur 3 dargestellt, bei der Befestigung eines optischen Bauelementes 1 auf seinem Träger 3 eine entsprechend geformte Lehre 5 Anwendung finden, Diese Lehre hat auf einer Seite zwei im wesentlichen paralelle Flächen, die durch eine Stufe 6 voneinander getrennt sind. Für die Befestigung des optischen Bauelementes 1 wird diese Lehre mit der einen Fläche 7 an der Vorderfläche 3¹ des Trägerteiles 3 befestigt. Die Fläche 8 der Lehre 5 bietet dann einen Anschlag für die Positionierung des optischen Bauelementes 1.

Die geringe Höhendifferenz zwischen den Flächen 7 und 8 der Lehre 5 kann mittels bekannter Verfahren der Fotolack- und Ätztechnik hergestellt werden.

Eine weitere Möglichkeit zur Herstellung des geeigneten Abstandes A zwischen Lichteintritts- bzw. Lichtaistrittfläche des

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optischen Bauelementes und des Trägerstücks "besteht darin, daß in einem ersten Arbeitsschritt das optische Bauelement 1, wie in Figur 4 dargestellt, zunächst derart auf dein zugehörigen Träger 3 "befestigtwird, daß die Lichteintrittsbzw. Lichtaustrittsfläche des optischen Bauelementes in einer Ebene mit der Vorderfläche 3' des Trägers 3 liegt. In einem weiteren Arbeitsgang wird dann auf die Vorderfläche 3' des Trägers 3 eine zusätzliche Schicht 9 aufgebracht, deren Dicke dem gewünschten Abstand A entspricht.

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Claims (3)

Schutzansprüche

1. Optisches KoppeIbauelernent bestehend aus einem überwiegend quaderförmig ausgebildeten Trägerstück und einem mit diesem fest verbundenen optoelektronischen Halbleiterbauelement mit ebenfalls vorwiegend quaderfönnjger Gestalt und leicht zerstörbarer Lichteintritts- oder Lichtaustrittsfläche, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Bauelement (1) derart auf einer Oberfläche seines Trägerstücks (3) befestigt ist, daß der Abstand (A) seiner leicht zerstörbaren Lichteintritts- oder Lichtaustrittsfläche (V) von einer weiteren, senkrecht zu dieser Oberfläche verlaufenden Begrenzungsfläche/ des quaderförmigen Trägerstücks (3) kleiner als 5 Mikrometer, vorzugsweise 2 Mikrometer ist.

2. Optisches Koppelbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optoelektronische Halbleiterbauelement ein Halbleiterlaser ist.

3. Optisches Koppelbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optoelektronische Halbleiterbauelement eine Fotodiode ist.