EP1247127A1 - Optische kopplungsanordnung - Google Patents

Optische kopplungsanordnung

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Publication number
EP1247127A1
EP1247127A1 EP01909451A EP01909451A EP1247127A1 EP 1247127 A1 EP1247127 A1 EP 1247127A1 EP 01909451 A EP01909451 A EP 01909451A EP 01909451 A EP01909451 A EP 01909451A EP 1247127 A1 EP1247127 A1 EP 1247127A1
Authority
EP
European Patent Office
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light
carrier plate
optoelectronic component
layer
optoelectronic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP01909451A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Lutz Melchior
Volker Plickert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Infineon Technologies AG
Original Assignee
Infineon Technologies AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Infineon Technologies AG filed Critical Infineon Technologies AG
Publication of EP1247127A1 publication Critical patent/EP1247127A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4246—Bidirectionally operating package structures
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    • G02B6/4214—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms the intermediate optical element having redirecting reflective means, e.g. mirrors, prisms for deflecting the radiation from horizontal to down- or upward direction toward a device
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    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4292—Coupling light guides with opto-electronic elements the light guide being disconnectable from the opto-electronic element, e.g. mutually self aligning arrangements

Definitions

  • Carrier plate are arranged, is optically coupled. Coupling arrangements of this type are required in order to be able to transmit either two transmit or receive signals of different wavelengths unidirectionally or one transmit and one receive signal bidirectionally via a single light guide.
  • an optoelectronic component is to be understood as a transmitter or a receiver.
  • An optoelectronic component designed as a transmitter converts the electrical signals into electrical signals in the case of electrical control, which optical signals are emitted in the form of light signals.
  • An optoelectronic component designed as a receiver converts these when exposed to optical signals into corresponding electrical signals that can be tapped on the output side.
  • an optical fiber is understood to mean any device for the spatially limited routing of an optical signal, in particular assembled optical fibers and so-called "wave guides".
  • a layer which acts as a beam splitter should be understood to mean all layer structures which serve for the geometrical or physical division of beam bundles, in particular metallic or dielectric mirror surfaces.
  • the light exit surface of one optoelectronic component designed as a transmitter runs perpendicular to the carrier plate, while the light entry surface of the other optoelectronic component designed as a receiver (photodiode) extends at an angle of is aligned about 55 ° to the support plate.
  • This angle results from the fact that the photodiode is formed in a surface area of a crystal body in which two crystal planes enclose an angle of approximately 55 °.
  • a beam-splitting layer is formed on the photodiode. - A light beam emitted by the laser diode is partially reflected on the beam-splitting layer.
  • the reflected light bundle After deflection through a lens, the reflected light bundle runs perpendicular to the carrier plate and is coupled into an optical fiber. Another light beam, which extends from the light guide perpendicular to the carrier plate, is deflected by the lens so that it strikes the light entry surface of the photodiode at an angle of incidence of approximately 35 ° after partial transmission through the beam-splitting layer.
  • This optical coupling arrangement as a unidirectional transmitter module by exchanging the receiver (photodiode) for a transmitter is not possible here (DE 44 11 380 AI).
  • the invention is based on the object of designing the structure of the optical coupling arrangement such that both optoelectronic components are used both as receivers and as transmitters can be trained. According to the invention, this object is achieved in that the light entry or exit surface of the second optoelectronic component runs parallel to the carrier plate and that the beam-splitting layer is formed on a surface above this second optoelectronic component at an angle of approximately 45 ° to Carrier plate is aligned.
  • the optoelectronic components Since the light entry and exit surfaces of the optoelectronic components run perpendicular or parallel to the carrier plate, it is possible to arrange conventional transmitters or receivers directly on the carrier plate without additional special carrier elements. This simplifies the planar structure and the optoelectronic components can be bonded using very short wires with electrical connections arranged on the carrier plate. Due to these short connections, high transmission rates can be achieved. - The optoelectronic components can also be integrated in layer sequences grown on a substrate.
  • the beam-splitting layer which is oriented at an angle of 45 ° to the support plate, divides a light beam incident perpendicularly in the direction of the support plate into a first light beam running parallel to the support plate and into a second light beam running perpendicular to the support plate.
  • the first and the second light bundle are combined to form a light bundle running perpendicularly away from the carrier plate.
  • the optoelectronic components used as receivers due to the vertical light incidence have a small light entry area.
  • a layer on a surface of a shaped body which consists of an optically transparent material and which has at least one further surface with which it is attached to one of the light entry or light exit surfaces of the two optoelectronic components.
  • the shaped body can be, for example, a prism or a divider cube.
  • the beam-splitting layer can also be formed on the coupling face of a light guide running parallel to the carrier plate.
  • the beam-splitting layer is designed as a wavelength-selectively reflecting layer.
  • FIG. 1 and 2 show sectional views of optical coupling arrangements in which the beam-splitting layer is formed on a surface of a prism
  • FIG. 3 shows a sectional representation of a coupling arrangement in which the beam-acting layer is formed in a divider cube
  • Figure 4 is a sectional view of a coupling arrangement in which the beam-splitting layer is formed on the coupling face of an optical fiber
  • Figure 5 is a perspective view of a coupling arrangement with optoelectronic components arranged in the form of arrays, with a prism array and with several fixed in a coupling element light guide sections.
  • the embodiments of the optical coupling arrangement according to FIGS. 1 and 2 have a carrier plate 1 on which a first and a second optoelectronic component 2, 3 are arranged next to one another.
  • the first optoelectronic component 2 is in this case higher than the second optoelectronic component 3.
  • Above the second optoelectronic component 3 is a shaped body designed as a prism 4, which consists of an optically transparent material and has the shape of an isosceles right-angled triangle in cross section eist.
  • the prism 4 rests with a catheter surface 5 on the second optoelectronic component 3, the hypotenuse surface 7 facing the first optoelectronic component 2.
  • the edges of the prism opposite the catheter surfaces 5,6 are cut in such a way that a first and a second cutting surface 8,9 each run parallel to one of the catheter surfaces 5,6.
  • the hypotenuse surface 7 has a beam-splitting layer 10 which is preferably vapor-deposited and which has a wavelength-selective reflecting effect.
  • a light guide 11, which is fixed in a coupling element 12 and runs parallel to the carrier plate 1, has at its end a coupling face 13 designed as a bevel cut of approximately 45 °, with which it projects cantilever-like over the beam-splitting layer 10.
  • the Sheath of the light guide 11 is in at the end of the light guide
  • the optical coupling arrangement according to FIG. 1 is designed as a unidirectional transmission module with wavelength division multiplexing.
  • the first optoelectronic component 2 is designed as an edge-emitting transmitter which emits a first light bundle 14 with a wavelength ⁇ l of, for example, 1300 nm.
  • the second optoelectronic component 3 is designed as a vertically emitting transmitter which emits a second light bundle 15 with a wavelength ⁇ 2 of, for example, 850 nm.
  • the prism 4 lies with the second cut surface 9 on the first optoelectronic component 2 and with the catheter surface 5 on the second optoelectronic component 3 and is fastened, for example, by gluing.
  • the light exit surface 16 of the edge-emitting transmitter 2 runs perpendicular to the carrier plate 1 and lies opposite the hypotenuse surface 7 of the prism 4.
  • the optical axis of the first light bundle 14 runs parallel to the support plate 1, strikes the wavelength-selective reflecting layer 10 at an angle of incidence of approximately 45 ° and is reflected there in the direction of the coupling face 13 of the light guide 11.
  • the light exit surface 17 of the vertically emitting transmitter 3 runs parallel to the carrier plate 1, so that the second light beam 15 runs through the prism 4 perpendicular to the carrier plate 1, crosses the optical axis of the first light beam 14 on the wavelength-selective reflecting layer 10 and through it for the wavelength ⁇ 2 transparent layer passes. Because the optical
  • the reflectivity of the wavelength-selective reflecting layer 10 for the first light bundle 14 of the wavelength ⁇ l or the transmittance of this layer for the second light bundle 15 of the wavelength ⁇ 2 can be set, for example, by dielectric layer sequences. Due to the simple planar structure, the optoelectronic elements 2, 3 are bonded via very short wires 18 with electrical interconnects arranged on the carrier plate 1. This enables high transmission rates to be achieved. The carrier plate 1 and the coupling element 12 can then be adjusted and fixed to one another on a common mounting plane 19.
  • the optical coupling arrangement according to FIG. 2 is designed as a bidirectional transmission and reception module.
  • the first optoelectronic component 2 is embodied here as an edge-emitting transmitter which emits a first light bundle 14 of wavelength ⁇ 1.
  • the second optoelectronic component 3 is designed as a receiver for a second light bundle 15 of wavelength ⁇ 2, the light entry surface 17 of which runs parallel to the carrier plate 1.
  • the second light bundle 15 is coupled out of the light guide 11 perpendicular to the carrier plate 1 via the coupling face 13 of the light guide 11, which is designed as a bevel cut of approximately 45 °. It passes through the wavelength-selective reflecting layer 10, passes through the prism 4 and strikes the light entry surface 17 of the receiver perpendicularly.
  • the wavelength-selective reflecting layer 10 is formed in a divider cube 20 Shaped body on a surface inclined at 45 ° to the carrier plate
  • the divider cube 20 consists of an optically transparent material and is arranged with one side 22 on the second optoelectronic component 3. In order to focus the first light bundle 14, the divider cube 20 has a converging lens 24 on another side 23 facing the first optoelectronic component 2.
  • the divider cube 20 can also be attached to both optoelectronic components 2, 3, for example by gluing.
  • the beam-splitting layer 10 is formed directly on the coupling face 13 of a light guide 11, the longitudinal axis of which runs approximately at the level of the light exit surface of the first, higher-level, optoelectronic component 2.
  • the coupling end face 13 of the light guide 11 on the one hand faces the light entry or exit surface 16 of the first optoelectronic component 2, while on the other hand it projects beyond the light entry or exit surface 17 of the second, lower-formed, optoelectronic component 3 in the manner of a cantilever beam.
  • the first light bundle 14 of wavelength ⁇ l is only slightly deflected by refraction in its direction of propagation, so that it is between the coupling face 13 and the light entry or light exit surface 16 of the first optoelectronic component 2 runs essentially parallel to the carrier plate 1.
  • the second light beam 15 of the wavelength ⁇ 2 is reflected on the coupling face 13 in such a way that it is between the coupling face 13 and the
  • Light entry or light exit surface 17 of the second optoelectronic component 3 extends perpendicular to the carrier plate 1.
  • Layer for the second light bundle 15 of wavelength ⁇ 2 can also be set here, for example, by dielectric layer sequences.
  • a plurality of light guides which are contained in a coupling element in the form of light guide sections, for example, can be coupled to optoelectronic components assigned to them.
  • FIG. 5 several coupling arrangements according to FIGS. 1 or 2 are strung together.
  • the optoelectronic components 2a ... 21, 3a ... 31 in the form of a first and a second transmitting and / or receiving array 102, 103 are applied to the carrier plate 1.
  • a prism array 104 has a beam-splitting layer on its hypotenuse surface 107 facing the first array 102 and rests on the second array 103 with a catheter surface 105.
  • the coupling element 12 which consists of a precision part 26 having a recess 25 and a slide 27, projects beyond the prism array 104 like a cantilever.
  • V-grooves 28a ... 281 are formed, in which light guide sections 11a ... 111 (only the coupling end faces 13a ... 131 are visible in the illustration) are arranged. These light guide sections 11a ... 111 are fixed by the slide 27.
  • the precision part 26 has an end face 29 inclined at 45 ° on the side facing the arrays 102, 103. This end face 29 is ground and polished together with the coupling end faces 13a ... 131. This end face 29 can then be metallized. If the coupling arrangements according to FIG.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine optische Kopplungsanordnung zum Anschluss eines Lichtleiters (11) an zwei auf einer Trägerplatte (1) angeordnete optoelektronische Bauelemente (2, 3) unter Zwischenschaltung einer strahlteilend wirkenden Schicht (10). Die Lichteintritts- bzw. Lichtaustrittsfläche (16) des ersten optoelektronischen Elements (2) ist senkrecht zur Trägerplatte (1) angeordnet. Um die Kopplungsanordnung entweder als bidirektionales Sende- und Empfangsmodul oder als unidirektionales Sende- oder Empfangsmodul auszubilden, ist die Lichteintritts- bzw. Lichtaustrittsfläche (17) des zweiten optoelektronischen Elements (3) parallel zur Trägerplatte (1) angeordnet und die strahlteilend wirkenden Schicht (10) auf einer Fläche (7;21;107) ausgebildet, die oberhalb dieses zweiten optoelektronischen Elements (3) in einem Winkel von etwa 45° zur Trägerplatte (1) ausgerichtet ist.

Description

Beschreibung
Optische Kopplungsanordnung
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet des Verbindens von Lichtleitern mit optoelektronischen Bauelementen und ist bei der konstruktiven Gestaltung einer Anordnung anzuwenden, bei der ein Lichtleiter durch Zwischenschaltung einer strahlteilend wirkenden Schicht mit zwei optoelektronischen Bauelementen, die auf parallelen Oberflächenbereichen einer gemeinsamen
Trägerplatte angeordnet sind, optisch gekoppelt ist. Derartige Kopplungsanordnungen werden benötigt, um über einen einzigen Lichtleiter entweder zwei Sende- oder Empfangssignale unterschiedlicher Wellenlängen unidirektional oder ein Sende- und ein Empfangssignal bidirektional übertragen zu können.
Im Rahmen der Erfindung soll unter einem optoelektronischen Bauelement ein Sender oder ein Empfänger verstanden werden. Ein als Sender ausgebildetes optoelektronisches Bauelement wandelt bei elektrischer Ansteuerung die elektrischen Signale in optische Signale, die in Form von Lichtsignalen ausgesendet werden. Ein als Empfänger ausgebildetes optoelektronisches Bauelement wandelt bei Beaufschlagung mit optischen Signalen diese in entsprechende elektrische ausgangsseitig ab- greifbare Signale. Weiterhin wird unter einem Lichtleiter jede Vorrichtung zur räumlich begrenzt geführten Weiterleitung eines optischen Signals verstanden, insbesondere konfektionierte Lichtwellenleiter und sogenannte "Wave guides". Unter einer strahlteilend wirkenden Schicht sollen alle Schicht- Strukturen verstanden werden, die der geometrischen oder physikalischen Aufteilung von Strahlenbündeln dienen, insbesondere metallische oder dielektrische Spiegelflächen. Bei einer bekannten optischen Kopplungsanordnung, die als bidirektionales Sende- und Empfangsmodul ausgebildet ist, verläuft die Lichtaustrittsfläche des einen als Sender (Laserdiode) ausgebildeten optoelektronischen Bauelements senkrecht zur Trägerplatte, während die Lichteintrittsfläche des anderen als Empfänger (Fotodiode) ausgebildeten optoelektronischen Bauelements in einem Winkel von etwa 55° zur Trägerplatte ausgerichtet ist. Dieser Winkel resultiert daraus, daß die Fotodiode in einem Oberflächenbereich eines Kristallkör- pers ausgebildet ist, bei dem zwei Kristallebenen einen Winkel von etwa 55° einschließen. Eine strahlteilend wirkende Schicht ist auf der Fotodiode ausgebildet. - Ein von der Laserdiode ausgesandtes Lichtbündel wird an der strahlteilend wirkenden Schicht teilweise reflektiert. Das reflektierte Lichtbündel verläuft nach Umlenkung durch eine Linse senkrecht zur Trägerplatte und wird in einen Lichtleiter eingekoppelt. Ein anderes Lichtbündel, das vom Lichtleiter ausgehend senkrecht zur Trägerplatte verläuft, wird von der Linse so umgelenkt, daß es nach teilweiser Transmission durch die strahlteilend wirkende Schicht unter einem Einfallswinkel von etwa 35 ° auf die Lichteintrittsfläche der Fotodiode auftrifft. Ein Einsatz dieser optischen Kopplungsanordnung als unidirektionales Sendemodul durch Austausch des Empfängers (Fotodiode) gegen einen Sender ist hierbei nicht möglich (DE 44 11 380 AI) .
Ausgehend von einer optischen Kopplungsanordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 (DE 44 11 380 AI) liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Aufbau der op- tischen Kopplungsanordnung so zu gestalten, daß beide optoelektronischen Bauelemente sowohl als Empfänger, als auch als Sender ausgebildet sein können. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Lichteintritts- bzw. Lichtaustrittsfläche des zweiten optoelektronischen Bauelements parallel zur Trägerplatte verläuft und daß die strahlteilend wirkende Schicht auf einer Fläche ausgebildet ist, die oberhalb dieses zweiten optoelektronischen Bauelements in einem Winkel von etwa 45° zur Trägerplatte ausgerichtet ist.
Da die Lichteintritts- bzw. Lichtaustrittsflächen der Opto- elektronischen Bauelemente senkrecht bzw. parallel zur Trägerplatte verlaufen ist es möglich, konventionelle Sender bzw. Empfänger ohne zusätzliche spezielle Trägerelemente direkt auf der Trägerplatte anzuordnen. Hierdurch wird der planare Aufbau vereinfacht und die optoelektronischen Bauele- mente können über sehr kurze Drähte mit auf der Trägerplatte angeordneten elektrischen Anschlüssen gebondet werden. Aufgrund dieser kurzen Verbindungen sind hohe Übertragungsraten erreichbar. - Die optoelektronischen Bauelemente können auch in auf ein Substrat aufgewachsenen Schichtenfolgen integriert sein.
Die unter einem Winkel von 45° zur Trägerplatte ausgerichtete strahlteilend wirkende Schicht teilt ein senkrecht in Richtung Trägerplatte auftreffendes Lichtbündel in ein erstes, parallel zur Trägerplatte verlaufendes und in ein zweites, senkrecht zur Trägerplatte verlaufendes Lichtbündel.
In umgekehrter Richtung werden das erste und das zweite Lichtbündel zu einem senkrecht von der Trägerplatte weg verlaufenden Lichtbündel vereinigt. Hierdurch wird es möglich, die optische Kopplungsanordnung entweder als bidirektionales Sende- und Empangsmodul oder als unidirektionales Sende- oder Empfangsmodul auszubilden. - Hierbei können die als Empfänger eingesetzten optoelektronischen Bauelemente aufgrund des senkrechten Lichteinfalls eine kleine Lichteintrittsfläche aufweisen.
Im Hinblick auf eine leichte Justage der optischen Kopplungs- anordnung ist es vorteilhaft, die strahlteilend wirkende
Schicht auf einer Fläche eines Formkörpers auszubilden, der aus einem optisch transparenten Material besteht und der zumindest eine weitere Fläche aufweist, mit der er an einer der Lichteintritts- bzw. Lichtaustrittsflächen der beiden opto- elektronischen Bauelemente befestigt ist. Der Formkörper kann beispielsweise ein Prisma oder ein Teilerwürfel sein. - Alternativ hierzu kann die strahlteilend wirkende Schicht auch an der Kopplungsstirnfläche eines parallel zur Trägerplatte verlaufenden Lichtleiters ausgebildet sein.
Hinsichtlich der Verwendung von optoelektronischen Bauelementen, die Strahlen unterschiedlicher Wellenlängen senden oder empfangen, ist es vorteilhaft, wenn die strahlteilend wirkende Schicht als wellenlängenselektiv reflektierende Schicht ausgebildet ist.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren 1 bis 5 der Zeichnung dargestellt.
Dabei zeigen
Figuren 1 und 2 Schnittdarstellungen von optischen Kopplungsanordnungen, bei denen die strahlteilend wirkende Schicht auf einer Fläche eines Prismas ausgebildet ist, Figur 3 eine Schnittdarstellung einer Kopplungsanordnung, bei der die strahlteüend wirkende Schicht in einem Teilerwürfel ausgebildet ist, Figur 4 eine Schnittdarstellung einer Kopplungsanordnung, bei der die strahlteilend wirkende Schicht an der KopplungsStirnfläche eines Lichtleiters ausgebildet ist, und Figur 5 eine perspektivische Darstellung einer Kopplungsan- Ordnung mit in Form von Arrays angeordneten optoelektronischen Bauelementen, mit einem Prismenarray und mit mehreren in einem Koppelelement festgelegten Lichtleiterabschnitten.
Die Ausführungsformen der optischen Kopplungsanordnung gemäß den Figuren 1 und 2 weisen eine Trägerplatte 1 auf, auf der nebeneinander ein erstes und ein zweites optoelektronisches Bauelement 2,3 angeordnet sind. Das erste optoelektronische Bauelement 2 ist hierbei höher ausgebildet als das zweite optoelektronische Bauelement 3. Oberhalb des zweiten optoelek- tronischen Bauelements 3 ist ein als Prisma 4 ausgebildeter Formkörper angeordnet, der aus einem optisch transparenten Material besteht und im Querschnitt die Form eines gleichschenkligen rechtwinkligen Dreiecks auf eist. Das Prisma 4 liegt mit einer Kathetenfläche 5 auf dem zweiten optoelektro- nischen Bauelement 3 auf, wobei die Hypotenusenfläche 7 dem ersten optoelektronischen Bauelement 2 zugewandt ist. Die den Kathetenflächen 5,6 gegenüberliegenden Kanten des Prismas sind derart geschnitten, daß eine erste und eine zweite Schnittfläche 8,9 jeweils parallel zu einer der Kathetenflä- chen 5,6 verlaufen. Die Hypotenusenfläche 7 weist eine strahlteilend wirkende Schicht 10 auf, die vorzugsweise aufgedampft ist und die wellenlängenselektiv reflektierend wirkt. Ein Lichtleiter 11, der in einem Koppelelement 12 festgelegt ist und parallel zur Trägerplatte 1 verläuft, weist an seinem Ende eine als Schrägschliff von etwa 45° ausgebildete Kopplungsstirnfläche 13 auf, mit der er kragträ- gerartig über die strahlteilend wirkende Schicht 10 ragt. Der Mantel des Lichtleiters 11 liegt am Ende des Lichtleiters in
Richtung der Trägerplatte 1 frei.
Die optische Kopplungsanordnung gemäß Figur 1 ist als unidi- rektionales Sendemodul mit Wellenlängenmultiplex ausgebildet. Hierbei ist das erste optoelektronische Bauelement 2 als kantenemittierender Sender ausgebildet, der ein erstes Lichtbündel 14 mit einer Wellenlänge λl von beispielsweise 1300 nm emittiert. Das zweite optoelektronische Bauelement 3 ist als vertikalemittierender Sender ausgebildet, der ein zweites Lichtbündel 15 mit einer Wellenlänge λ2 von beispielsweise 850 nm emittierte. Das Prisma 4 liegt mit der zweiten Schnittfläche 9 an dem ersten optoelektronischen Bauelement 2 und mit der Kathetenfläche 5 an dem zweiten optoelektroni- sehen Bauelement 3 an und ist beispielsweise durch Kleben befestigt. Die Lichtaustrittsfläche 16 des kantenemittierenden Senders 2 verläuft senkrecht zur Trägerplatte 1 und liegt der Hypotenusenfläche 7 des Prismas 4 gegenüber. Dadurch verläuft die optische Achse des ersten Lichtbündels 14 parallel zur Trägerplatte 1, trifft unter einem Einfallswinkel von etwa 45° auf die wellenlängenselektiv reflektierend wirkende Schicht 10 auf und wird an dieser in Richtung der Kopplungs- stirnflache 13 des Lichtleiters 11 reflektiert. Die Lichtaustrittsfläche 17 des vertikalemittierenden Senders 3 ver- läuft parallel zur Trägerplatte 1, so daß das zweite Lichtbündel 15 durch das Prisma 4 hindurch senkrecht zur Trägerplatte 1 verläuft, die optische Achse des ersten Lichtbündels 14 auf der wellenlängenselektiv reflektierend wirkenden Schicht 10 kreuzt und durch diese für die Wellenlänge λ2 transparente Schicht hindurchtritt. Da sich die optischen
Achsen beider Lichtbündel 14,15 auf der wellenlängenselektiv reflektierend wirkenden Schicht 10 kreuzen, treffen beide auf der Kopplungsstirnfläche 13 des Lichtleiters 11 auf. - Das
Reflektionsvermögen der wellenlängenselektiv reflektierend wirkenden Schicht 10 für das erste Lichtbündel 14 der Wellenlänge λl bzw. das Transmissionsvermögen dieser Schicht für das zweite Lichtbündel 15 der Wellenlänge λ2 ist beispielsweise durch dielektrische Schichtenfolgen einstellbar. Durch den einfachen planaren Aufbau sind die optoelektronischen Elemente 2,3 über sehr kurze Drähte 18 mit auf der Trägerplatte 1 angeordneten elektrischen Leitbahnen gebondet . Hier- durch sind hohe Übertragungsraten erreichbar. Die Trägerplatte 1 und das Koppelelement 12 können anschließend auf einer gemeinsamen Montageebene 19 zueinander justiert und fixiert werden.
Die optische Kopplungsanordnung gemäß Figur 2 ist als bidirektionales Sende- und Empfangsmodul ausgebildet. Das erste optoelektronische Bauelement 2 ist hierbei wie auch in der Anordnung gemäß Figur 1 als kantenemittierender Sender, der ein erstes Lichtbündel 14 der Wellenlänge λl emittiert, aus- gebildet. Das zweite optoelektronische Bauelement 3 ist als Empfänger für ein zweites Lichtbündel 15 der Wellenlänge λ2 ausgebildet, dessen Lichteintrittsfläche 17 parallel zur Trägerplatte 1 verläuft. Über die als Schrägschliff von etwa 45° ausgebildete Kopplungsstirnfläche 13 des Lichtleiters 11 wird das zweite Lichtbündel 15 aus dem Lichtleiter 11 senkrecht zur Trägerplatte 1 ausgekoppelt. Es tritt durch die wellenlängenselektiv reflektierend wirkenden Schicht 10 durch, durchläuft das Prisma 4 und trifft senkrecht auf die Lichteintrittsfläche 17 des Empfängers auf.
Gemäß Figur 3 ist die wellenlängenselektiv reflektierend wirkende Schicht 10 in einem als Teilerwürfel 20 ausgebildeten Formkörper an einer um 45° zur Trägerplatte geneigten Fläche
21 angeordnet. Der Teilerwürfel 20 besteht aus einem optisch transparenten Material und ist mit einer Seite 22 auf dem zweiten optoelektronischen Bauelement 3 angeordnet. Zur Fo- kussierung des ersten Lichtbündels 14 weist der Teilerwürfel 20 an einer anderen, dem ersten optoelektronischen Bauelement 2 zugewandten Seite 23 eine Sammellinse 24 auf. Der Teilerwürfel 20 kann auch an beiden optoelektronischen Bauelementen 2,3 beispielsweise durch Kleben befestigt sein.
Gemäß Figur 4 ist die strahlteilend wirkende Schicht 10 direkt an der Kopplungstirnfläche 13 eines Lichtleiters 11 ausgebildet, dessen Längsachse etwa in Höhe der Lichtaustritts- fläche des ersten, höher ausgebildeten, optoelektronischen Bauelements 2 verläuft. Hierbei steht die Kopplungstirnfläche 13 des Lichtleiters 11 einerseits der Lichteintritts- bzw. Lichtaustrittsfläche 16 des ersten optoelektronischen Bauelements 2 gegenüber während sie andererseits die Lichteintritts- bzw. Lichtaustrittsflache 17 des zweiten, niedriger ausgebildeten, optoelektronischen Bauelements 3 kragträgerar- tig überragt. An der mit einer wellenlängenselektiv reflektierend wirkenden Schicht 10 versehenen Kopplungstirnfläche 13 wird das erste Lichtbündel 14 der Wellenlänge λl lediglich durch Brechung in seiner Ausbreitungsrichtung leicht abge- lenkt, so daß es zwischen der Kopplungstirnfläche 13 und der Lichteintritts- bzw. Lichtaustrittsfläche 16 des ersten optoelektronischen Bauelements 2 im wesentlichen parallel zur Trägerplatte 1 verläuft. Das zweite Lichtbündel 15 der Wellenlänge λ2 wird an der Kopplungstirnfläche 13 derart reflek- tiert, daß es zwischen der Kopplungstirnfläche 13 und der
Lichteintritts- bzw. Lichtaustrittsfläche 17 des zweiten optoelektronischen Bauelementes 3 senkrecht zur Trägerplatte 1 verläuft. Das Transmissionsvermögen der wellenlängenselektiv reflektierend wirkenden Schicht 10 für das erste Lichtbündel
14 der Wellenlänge λl bzw. das Reflektionsvermögen dieser
Schicht für das zweite Lichtbündel 15 der Wellenlänge λ2 ist auch hier beispielsweise durch dielektrische Schichtenfolgen einstellbar.
Durch Aneinanderreihung mehrerer Kopplungsanordnungen gemäß der Figuren 1 bis 4 können mehrere Lichtleiter, die beispielsweise in Form von Lichtleiterabschnitten in einem Kop- pelelement enthalten sind, an ihnen zugeordnete optoelektronische Bauelemente gekoppelt werden. Gemäß Figur 5 sind mehrere Kopplungsanordnungen gemäß der Figuren 1 oder 2 aneinandergereiht . Hierzu sind die optoelektronischen Bauelemente 2a ...21 , 3a ...31 in Form eines ersten und eines zweiten Sende- und/oder Empfangsarrays 102,103 auf der Trägerplatte 1 aufgebracht. Ein Prismenarray 104 weist auf seiner dem ersten Array 102 zugewandten Hypotenusenfläche 107 eine strahlteilend wirkende Schicht auf und liegt mit einer Kathetenfläche 105 auf dem zweiten Array 103 auf. Das Koppelelement 12, das aus einem eine Ausnehmung 25 aufweisenden Präzisionsteil 26 und einem Schieber 27 besteht, überragt das Prismenarray 104 kragträgerartig. Am Boden der Ausnehmung 25 sind V-Nuten 28a...281 ausgebildet, in denen Lichtleiterabschnitte 11a...111 (in der Darstellung sind nur deren Kooplungsstirn- flächen 13a...131 sichtbar) angeordnet sind. Diese Lichtleiterabschnitte 11a...111 werden durch den Schieber 27 festgelegt. Das Präzisionsteil 26 weist auf der den Arrays 102,103 zugewandten Seite eine um 45° geneigte Stirnfläche 29 auf. Diese Stirnfläche 29 wird gemeinsam mit den Kopplungsstirn- flächen 13a...131 geschliffen und poliert. Anschließend kann diese Stirnfläche 29 metallisiert werden. - Bei einer Aneinanderreihung von Kopplungsanordnungen gemäß der Figur 4 wird diese Stirnfläche 29 des Präzisionsteils 26 mit einer strahl- teilend wirkenden Schicht versehen. - Der Schieber 27 reicht nicht bis an die Stirnfläche 29 des Präzisionsteils 26 heran, so daß die Außenmäntel der Lichtleiterabschnitte 11a...111 auf der dem Prismenarray 104 zugewandten Seite freiliegen. Die beiden Arrays 102,103 der optoelektronischen Bauelemente 2a...21, 3a...31 können über das Prismenarray 104 leicht auf der Trägerplatte 1 zueinander justiert und über kurze Drähte 18a...181 mit auf der Trägerplatte 1 angeordneten elektrischen Leitbahnen gebondet werden.

Claims

Patentansprüche
1. Optische Kopplungsanordnung zum Anschluß eines eine Kopplungsstirnfläche (13) aufweisenden Lichtleiters (11) an zwei ihm zugeordnete, jeweils eine Lichteintritts- oder Lichtaustrittsfläche (16,17) aufweisende optoelektronische Bauelemente (2,3) unter Zwischenschaltung einer strahlteilend wirkenden Schicht (10) , wobei beide optoelektronischen Bauelemente (2,3) nebeneinan- der auf parallelen Oberflächenbereichen einer gemeinsamen
Trägerplatte (1) angeordnet sind und die Lichteintritts- bzw. Lichtaustrittsfläche (16) des ersten optoelektronischen Bauelements (2) senkrecht zur Trägerplatte (1) verläuft, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Lichteintritts- bzw. Lichtaustrittsflache (17) des zweiten optoelektronischen Bauelements (3) parallel zur Trägerplatte (1) verläuft und daß die strahlteilend wirkende Schicht (10) auf einer Fläche (7; 21;r 107) ausgebildet ist, die oberhalb dieses zweiten opto- elektronischen Bauelements (3) in einem Winkel von etwa 45° zur Trägerplatte (1) ausgerichtet ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die strahlteilend wirkende Schicht (10) auf einer Fläche
(7;21;107) eines Förmkörpers (4;20;104) ausgebildet ist, der aus einem optisch transparenten Material besteht und der zumindest eine weitere Fläche (5; 22; 105) aufweist, mit der er an einer der Lichteintritts- bzw. Lichtaustrittsflachen (16,17) befestigt ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die strahlteilend wirkende Schicht (10) an der Kopplungsstirnfläche (13) eines parallel zur Trägerplatte (1) verlaufenden Lichtleiters (11) ausgebildet ist.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die strahlteilend wirkende Schicht (10) als wellenlängenselektiv reflektierende Schicht ausgebildet ist.
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