EP1346079A2 - Vorrichtung bzw. verfahren zur optischen signalübertragung - Google Patents

Vorrichtung bzw. verfahren zur optischen signalübertragung

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EP1346079A2
EP1346079A2 EP01990280A EP01990280A EP1346079A2 EP 1346079 A2 EP1346079 A2 EP 1346079A2 EP 01990280 A EP01990280 A EP 01990280A EP 01990280 A EP01990280 A EP 01990280A EP 1346079 A2 EP1346079 A2 EP 1346079A2
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EP
European Patent Office
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light
core
coupling
guiding
receiver
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP01990280A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Harry Schilling
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Schleifring und Apparatebau GmbH
Original Assignee
Schleifring und Apparatebau GmbH
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Filing date
Publication date
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Application filed by Schleifring und Apparatebau GmbH filed Critical Schleifring und Apparatebau GmbH
Publication of EP1346079A2 publication Critical patent/EP1346079A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to a device or a method for optical signal transmission.
  • the 'or Coupling ⁇ of ... light at different points on a preferably planar optical waveguide. ⁇
  • optical fibers in a different configuration are often used for the transmission of optical signals over short distances.
  • flat or planar optical fibers are known for connecting assemblies.
  • Optical fibers of this type are also used in hybrid assemblies together with electrical conductor structures. This is particularly advantageous because one -. • are supplied to the hand required for the operation of the active electronic components of the electrical signals and on the other hand a reliable 'interference and wideband communication by optical means is possible via the Licntwellenleiter.,
  • Reference waveguide This term does not exclusively refer to complete planar structures, but rather means only the areas of the structures provided for light guidance. So this is also includes a system of several planar light guides, which are made from one piece and have impressions for decoupling between the different light paths. Here, only the light-guiding area, but no longer the entire structure, is planar. Furthermore, reference is made to the German utility model DE 200 21 834.4. The contents of this utility model should also form part of this patent application.
  • planar light guides to which the invention relates, comprise at least one light-guiding core which has at least two parallel interfaces. These interfaces in turn have coatings which lead to a reflection of the light guided in the light-conducting core.
  • the invention does not relate to light guides without coatings of the core, whereby this is surrounded, for example, by air, since these cannot be used reliably, particularly in tightly packed or highly integrated assemblies. It must always be ensured that there is a sufficient distance from the light-guiding core to the surroundings. Furthermore, the light-guiding core is very sensitive to dirt and mechanical damage.
  • the arrangement of the parallel interfaces makes the arrangement largely independent of external influences. However, it is also much more difficult to couple light into or out of such arrangements.
  • German utility model DE 90 07 809 describes a precision measuring device with a planar light wave head described. However, this is based on a principle of direct light conduction without reflections.
  • the optical waveguide is used here to transport the light from a laser interferometer to an optical detector. So that path length changes in the order of magnitude of the light wavelength can be determined with a laser interferometer, the optical path in the entire system must be constant at least in the order of magnitude of a light wavelength or even fractions thereof.
  • the optical waveguide described here is therefore designed for indirect propagation of the light coupled into the optical waveguide through a grating to the receiver.
  • the invention relates to optical fibers, in which multiple reflections at interfaces of the light-conducting core are possible. This results in a high degree of independence from the optical angles of the coupling or decoupling elements with respect to the core, and a higher degree of efficiency, since light can also be transmitted at different angles.
  • the coupling or decoupling of the light is preferably carried out on the end faces of the light-conducting core.
  • optical components such as LEDs, laser diodes or photodiodes.
  • coupling into the light guide is not possible at the end faces.
  • complex solutions are necessary here, which use, for example, optical or micro-optical components such as microlenses, mirrors or prisms.
  • a device for transmitting optical signals which has at least one light guide, at least one source for emitting light, at least one receiver for receiving light and at least one means for coupling the source and receiver to the light guide, is designed such that the or the means for coupling comprise gratings for deflecting the light by diffraction.
  • the light guide consists of at least one light-guiding core which has at least two parallel interfaces which are provided with coatings.
  • the core can have any structure which is, for example, homogeneous, has a step index profile or has a gradient index profile. The light is guided by reflections of the light guided in the light-guiding core at the interfaces or the coatings.
  • the core itself is preferably designed as a solid, light-guiding body such as glass or plexiglass. However, it can also consist of a liquid or a gaseous medium.
  • source and receiver used in this document refer generally to light sources or light sinks. In the case of sources, for example, these can be different transmitters in the form of LEDs, laser diodes or even incandescent lamps. Likewise, there are no restrictions with regard to the receivers, so that these can be, for example, photodiodes or human Can be eye.
  • Any means for transporting light or for guiding or shaping light beams such as, for example, light-conducting fibers which transport light from a remote light source to the device according to the invention, can also be regarded as a light source in relation to the device according to the invention. It is essential for the invention that light is fed in from outside (source) and light can be emitted again outside (receiver).
  • At least one grid is present on the outside of a coating.
  • a grating on the outside of a coating, only a coupling of light into the light-guiding core is possible.
  • such an element can be used in conjunction with other elements according to the invention for coupling out elements suitable for light.
  • At least one grating is provided at an interface of the light-guiding core.
  • Such an arrangement at an interface of the light-guiding core enables not only the coupling of light into the light-guiding core but also the coupling out of light. In combination with such configurations, a complete transmission of light between a source and a receiver is possible.
  • An arrangement of a grating on an interface of the light-conducting core has the opposite of the arrangement of a grating on the outside of a coating
  • this embodiment has a lower transmission loss than an arrangement of a grating on the outside of a coating.
  • light incident vertically from the outside is already deflected by the grating on the outside of the coating into an oblique angle that can be guided in the core. It runs through the coating at a relatively flat angle and thus over a relatively long distance.
  • the coating usually has a significantly higher damping compared to the core. If the light passes vertically through the coating and is only deflected on the surface of the core, it travels a much shorter distance in the coating and thus experiences less attenuation. This will have a positive impact on the current account of the entire transmission system.
  • the coating comprises a material that has self-reflecting properties
  • either the grating itself must be introduced into this coating, which can be realized, for example, in the form of openings, or a recess in the coating must be provided at the location of the grating.
  • a grating at the interfaces of the light-conducting core can preferably be produced in a single operation together with the surface of the core.
  • the grid can already be embossed with a stamp that simultaneously shapes the contour of the surface.
  • At least one grating is incorporated in a coating. embedded.
  • mechanical protection of the grille can be achieved on the one hand, and damping reduced on the other hand compared to an arrangement of the grille on the surface of the coating.
  • Such an arrangement can also advantageously be manufactured if the core has to be produced in a separate, independent process.
  • the grid is then applied together with the coating in a second process step.
  • a further embodiment of the invention provides at least one grid which is embedded in the core. This embedding in the core enables production in one production step and offers optimal protection against external influences.
  • At least one additional grating for redirecting the direction of the light is embedded in the core.
  • At least one grid is fixed at a predetermined position. Such grids are thus already manufactured at certain predetermined positions using the manufacturing process. They are characterized by high mechanical stability and robustness.
  • at least one grid is designed to be reversible. Such a reversible grid can be activated or deactivated depending on the requirements of the current operating state. If the grid is activated at a certain point, coupling in and out is possible at this point. Uncoupling is no longer possible. This enables the distribution of light from different transmitters to different receivers to be controlled. If a reversible grating for light deflection is integrated into the core, the direction of the light or the beam distribution can also be controlled through the grating. With regard to the reversible grating, reference is made to the international publication WO 99/04309, the contents of which are also intended to be part of this patent application.
  • a further advantageous embodiment consists in that at least one reversible grid can be activated or deactivated by means of a signal or by supplying energy. This results in controllable gratings, by means of which active control of the optical signal flow is possible. In this way, the light supply to or from certain receivers or transmitters can be controlled in a targeted manner.
  • At least one grid consists of liquid crystals.
  • liquid crystals can be particularly simple
  • the means for coupling comprise scattering centers for deflecting the light by means of scattering.
  • scattering centers are suitable for scattering the light, such as, for example, particles of a different material or regions of a different state of the core material, for example in a different crystal structure or also in another state of aggregation, such as small gas bubbles in a liquid.
  • a further advantageous embodiment of the invention consists in that at least one region with scattering centers is provided in a coating. This allows a particularly simple manufacture.
  • At least one area with scattering centers is provided in the core. This enables a particularly efficient coupling.
  • Another advantageous embodiment of the invention provides an area with additional scattering centers for redirecting the direction of the light in the core.
  • At least one scattering center fixed at a predetermined position.
  • at least one scattering center is designed to be reversible and can be activated or deactivated by means of a signal or by supplying energy.
  • At least one scattering center is formed from liquid crystals.
  • the orientation of the liquid crystals and thus the scattering effect can be controlled particularly simply by means of a control signal.
  • the means for coupling comprise parts or structures with a different refractive index than the core for deflecting the light by means of refraction.
  • the means for coupling comprise parts or structures with a different refractive index than the core for deflecting the light by means of refraction.
  • Another advantageous embodiment of the invention provides at least one indentation in the light-conducting core, which is filled with a material that has a different refractive index than the core. This results in a direction at the transition between the core and the material of the depression.
  • the material with a different refractive index can be a solid, a liquid or a gaseous substance. It can also be a material that changes its refractive index due to electrical signals or the supply of energy.
  • Another advantageous embodiment of the invention sees at least one area with respect to the core and different refractive index for redirecting the direction of the light in the core. This means that light control or directional control can be implemented within the core.
  • At least one coating has reflective properties. A reflection on the coating material is thus used to guide the light in the core.
  • Another embodiment of the invention has at least one coating which has a different refractive index than the core.
  • the coating can consist of a different plastic material with a different refractive index.
  • the coating can also have a gradient profile of the refractive index.
  • a method according to the invention is used to couple at least one source for emitting light and at least one receiver for receiving light to at least one preferably planar light guide.
  • This light guide comprises a light-guiding core which has at least two parallel interfaces in the areas provided for light guiding, which are provided with coatings which lead to a reflection of the light guided in the light-guiding core.
  • the coupling is carried out by at least one means for coupling the source or receiver to the light guide with using at least one grating to deflect the light by diffraction.
  • Another method is used to couple at least one source for emitting light and at least one receiver for receiving light to at least one preferably planar light guide.
  • This light guide comprises a light-guiding core, which has at least two parallel boundary surfaces in the areas provided for light guiding, which are provided with coatings which lead to a reflection of the light guided in the light-guiding core.
  • the coupling is carried out by at least one means for coupling the source or receiver to the light guide using at least one scattering center for deflecting the light by scattering.
  • Another method according to the invention is used for coupling at least one source for emitting light and at least one receiver for receiving light to at least one preferably planar light guide.
  • This light guide comprises a light-guiding core, which has at least two parallel interfaces in the areas provided for light guiding, which are provided with coatings that lead to a reflection of the light guided in the light-guiding core.
  • the coupling takes place by at least one means for coupling the source or receiver to the light guide using at least one part connected to the light-guiding core, which has a different refractive index than the core, for deflecting the light by refraction.
  • FIG. 1 shows a preferred embodiment of the invention in the form of a hybrid printed circuit board.
  • Fig. 2 shows an example of an embodiment of the invention with scattering centers or a grating structure for coupling light.
  • FIG. 3 shows an example of an embodiment of the invention with a lattice structure on the light-conducting core
  • Fig. 1 shows a longitudinal section through a hybrid constructed electrical-optical circuit board with two electrical layers (1), between which an optical layer (2) is enclosed. This comprises a light-guiding core (4), which is enclosed by two parallel coatings (3) on the interfaces. An interruption (5) of the conductor layer is provided for coupling light through a light source (6). Likewise, a conductor material with transmissive properties for the wavelength used to transmit the light can also be used. In this case, it is then not necessary to interrupt the conductor layer.
  • a means for coupling the light is provided at the point of the interruption (5).
  • This can be optional comprise a grating, scattering centers or a material with a different refractive index.
  • Part a) shows a coupling through scattering centers (7), which are located in the core. Light strikes these scattering centers and is deflected in different directions. Part of the light is deflected at angles that allow light to be guided within the core. The light is guided further by reflection at the interfaces of the core to the coating.
  • Part b) shows the coupling by means of a grating (8). Here, incoming light is deflected by diffraction at the grating into angles that can be guided within the core.
  • a light decoupling by means of the grating is not possible in this configuration, since the light which is guided inside the core does not reach the grating, since it is already reflected at the interface to the coating beforehand. If the grating, not as shown in FIG. 2 b), is now provided on the outside of the coating but on the outside of the core, light which is guided in the core can also strike this grating and be deflected accordingly. This also makes it possible to extract light
  • FIG. 3 shows an example of an embodiment of the invention with a lattice structure on the light-conducting core.
  • the light-guiding core (4) is on its parallels
  • a grating (8) for diffracting the light is directly on one Interface of the core applied.
  • Light (9) which propagates in the light-guiding core can now be deflected into areas outside the light-guiding core when it hits the grating. Until we detect you with a receiver (10), for example.

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Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Übertragung optische Signale. Ein Lichtleiter mit einem lichtleitenden Kern, der mindestens zwei parallele Grenzflächen aufweist, welche mit Beschichtungen versehen sind, die zu einer Reflexion des im lichtleitenden Kern geführten Lichtes führen, umfasst mindestens ein Mittel zur Ankopplung von Sender bzw. Empfänger durch Beugung, Brechung oder Streuung.

Description

Vorrichtung Bzw. Verfahren zur optishen . Signalubertragung
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Vprrichtung beziehungsweise ein Verfahren zur optischen Signalübertragung. Hierzu erfolgt die ein-' bzw.; Auskopplung^von...Licht an unterschiedlichen Stellen eines vorzugsweise planaren Lichtwellen- leiters . ■
Stand der Technik
Zur Übertragung optischer Signale über kurze Strecken werden häufig neben den bekannten lichtleitenden Fasern auch Lichtwellenleiter in anderer Ausgestaltung einge- .■ setzt.-. So sind beispielsweise zur Verbindung von Baugrup- pen flächige oder planare Lichtwellenleiter bekannt . Derartige Lichtwellenleiter werden auch in hybriden Baugruppen zusammen mit elektrischen Leiterstrukturen einge- setzt. Dieses ist besonders vorteilhaft, da hier einer- . seits die zum Betrieb der aktiven elektronischen Komponenten notwendigen elektrischen Signale zugeführt werden • können und andererseits über die Licntwellenleiter eine zuverlässige' störsichere und breitbandige Kommunikation auf optischem Wege möglich ist.,
In den nachfolgenden Ausführungen wird aus Gründen der' Anschaulichkeit immer auf den Begriff der planaren Licht- i
Wellenleiter Bezug genommen. Dieser Begriff bezieht sich ι nicht ausschließlich auf vollständige planare Strukturen, vielmehr sind damit ausschließlich die zur Lichtleitung vorgesehenen Bereiche der Strukturen gemeint. So wird da- mit auch ein System aus mehreren planaren Lichtleitern, welche aus einem Stück gefertigt sind und zur Entkopplung zwischen den verschiedenen Lichtpfaden Einprägungen aufweisen, umfasst. Hier ist nur noch der lichtleitende Bereich, aber nicht mehr die gesamte Struktur planar ausgeführt . Das weiteren wird auf das deutsche Gebrauchsmuster DE 200 21 834.4 Bezug genommen. Die Inhalte dieses Gebrauchsmusters sollen auch Bestandteil dieser Patentanmeldung sein.
Derartige planare Lichtleiter, auf die sich die Erfindung bezieht, umfassen zumindest einem lichtleitenden Kern, welcher mindestens zwei parallele Grenzflächen aufweist. Diese Grenzflächen weisen wiederum Beschichtungen auf, die zu einer Reflexion des im lichtleitenden Kern geführten Lichtes führen. Die Erfindung bezieht sich nicht auf Lichtleiter ohne Beschichtungen des Kerns, wobei dieser beispielsweise von Luft umgeben ist, da diese gerade in dicht gepackten bzw. hoch integrierten Baugruppen nicht zuverlässig einsetzbar sind. So muss immer sichergestellt werden, dass vom lichtleitenden Kern zur Umgebung ein hinreichender Abstand besteht. Weiterhin ist der lichtleitende Kern sehr empfindlich gegen Verschmutzung bzw. mechanische Beschädigung. Durch die Beschichtungen der parallelen Grenzflächen wird die Anordnung weitgehend unabhängig von äußeren Einflüssen. Allerdings ist es auch wesentlich schwieriger, in derartige Anordnungen Licht einzukoppeln bzw. auszukoppeln.
In dem deutschen Gebrauchsmuster DE 90 07 809 ist eine Präzisionsmesseinrichtung mit einem planaren Lichtwellen- leiter beschrieben. Diese basiert allerdings auf einem Prinzip der direkten Lichtleitung ohne Reflexionen. Der Lichtwellenleiter dient hier zum Transport des Lichtes eines Laserinterferometers zu einem optischen Detektor. Damit mit einem Laserinterferometer Weglängenänderungen in der Größenordnung der Lichtwellenlänge ermittelt werden können, muss der optische Weg im gesamten System zumindest in der Größenordnung eine Lichtwellenlänge oder sogar Bruchteile davon konstant sein. Daher ist der hier beschriebene Lichtwellenleiter für eine indirekte Ausbreitung des durch ein Gitter in die Lichtwellenleiter eingekoppelten Lichtes zum Empfänger ausgelegt. Würden bei diesem Lichtleiter Reflexionen des transportierten Lichtes an Oberflächen auftreten, so würde der Reflexi- onswinkel und somit die Anzahl der Reflexionen bzw. der optische Weg stark vom Einfallswinkel des auf den Lichtwellenleiter eingekoppelten Lichtes abhängen. Damit ließe sich dann eine hochauflösende Winkelmessung, keinesfalls aber eine zuverlässige Wegmessung realisieren. Die Erfin- düng bezieht sich im Gegensatz hierzu auf Lichtwellenleiter, bei denen mehrfache Reflexionen an Grenzflächen des lichtleitenden Kerns möglich sind. Damit wird eine weitgehende Unabhängigkeit von den optischen Winkeln der Ein- koppel - bzw. Auskoppelelemente in Bezug auf den Kern so- wie ein höherer Wirkungsgrad erreicht, da auch Licht unter verschiedenen Winkeln übertragen werden kann.
In den bekannten hybriden Baugruppen, bei denen elektrische bzw. optische Funktionen integriert sind, erfolgt die Einkopplung bzw. Auskopplung des Lichtes vorzugsweise an Stirnseiten des lichtleitenden Kerns . Damit ist eine direkte Ankopplung von dem Stand der Technik entsprechen- den optischen Komponenten wie LED, Laserdioden bzw. Photodioden möglich. Gerade in eng gepackten Anordnungen ist an den Stirnseiten die Einkopplung in den Lichtleiter nicht möglich. Auf jeden Fall sind hier aufwändige Lösun- gen notwendig, welche beispielsweise optische oder mikrooptischen Komponenten wie Mikrolinsen, Spiegel oder Prismen verwenden.
Eine Darstellung des aktuellen Standes der Technik findet sich in Fachverband Electronik-Design (FED) 2000, Vortragsband Electronik-Design 2000 & Baugruppenfertigung 2000 S. 110 bis 117.
Weiterhin ist in Backlund, Johan, et.al,: Multifunctional Gräting Couplers for bidirectional Incoupling into Planar Waveguides . In: IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 12, No 3, March 2000, Seite 314-316 ein optisches Gitter zur Einkopplung von Licht in einem planaren Wellenleiter beschrieben. Diese Anordnung ist jedoch für den prakti- sehen Einsatzfall in hochintegrierten Systemen ungeeignet, da hier ausschließlich eine Lichteinkopplung beschrieben wird. Die Lichtauskopplung ist nicht gelöst bzw. muss dem Stand der Technik entsprechend an Stirnseiten des Lichtwellenleiter erfolgen.
Darstellung der Erfindung
Es stellt sich daher die Aufgabe, eine Vorrichtung beziehungsweise ein Verfahren zur Ankopplung optischer Komponenten an vorzugsweise planare Lichtwellenleiter an- zugeben, bei der neben der Einkopplung des Lichtes auch eine Auskopplung des Lichtes an beliebigen Positionen möglich ist. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Mitteln gelöst. Vorteilhafte Weiterbildung in der Erfindung sind Gegenstand der abhän- gigen weiteren Ansprüche.
Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zur Übertragung optischer Signale, welche mindestens einen Lichtleiter, mindestens eine Quelle zur Aussendung von Licht, mindes- tens ein Empfänger zum Empfang von Licht und mindestens ein Mittel zur Ankopplung von Quelle und Empfänger an den Lichtleiter derart gestaltet, dass das bzw. die Mittel zur Ankopplung Gitter zu Umlenkung des Lichtes durch Beugung umfassen. Der Lichtleiter besteht aus mindestens ei- nem lichtleitenden Kern, welcher mindestens zwei parallele Grenzflächen aufweist, die mit Beschichtungen versehen sind. Der Kern kann eine beliebige Struktur aufweisen, welche beispielsweise homogen ist, ein Stufenindexprofil aufweist bzw. ein Gradientenindexprofil aufweist. Die Lichtleitung erfolgt durch Reflexionen des im lichtleitenden Kern geführten Lichtes an den Grenzflächen bzw. den Beschichtungen. Der Kern selbst ist bevorzugt als fester, lichtleitender Körper wie beispielsweise Glas o- der Plexiglas ausgeführt. Ebenso kann er aber auch aus einer Flüssigkeit oder einem gasförmigen Medium bestehen. Die in dieser Schrift verwendeten Begriffe der Quelle bzw. des Empfängers beziehen sich allgemeiner Form auf Lichtquellen bzw. Lichtsenken. Dies können beispielsweise im Falle von Quellen verschiedene Sender in Form von LED, Laserdioden oder auch Glühlampen sein. Ebenso gibt es bezüglich der Empfänger keinerlei Einschränkungen, so dass diese beispielsweise Fotodioden oder auch das menschliche Auge sein können. Als Lichtquelle in Bezug auf die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch jedes Mittel zum Transport von Licht bzw. zur LichtStrahlführung bzw. -Formung angesehen werden, wie beispielsweise lichtleitende Fasern, die Licht von einer entfernten Lichtquelle zur erfindungsgemäßen Vorrichtung transportieren. Wesentlich für die Erfindung ist, dass Licht von außen eingespeist wird (Quelle) und Licht wieder nach außen abgegeben werden kann (Empfänger) .
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens ein Gitter an der Außenseite einer Beschichtung vorhanden. Mit einem solchen Gitter an der Außenseite einer Beschichtung ist nur eine Einkopplung von Licht in den lichtleitenden Kern möglich. Ein solches Element kann jedoch in Verbindung mit anderen erfindungsgemäßen Elementen zur Auskopplung von Licht geeigneten Elementen eingesetzt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens ein Gitter an einer Grenzfläche des lichtleitenden Kerns vorgesehen. Durch eine solche Anordnung an einer Grenzfläche des lichtleitenden Kerns ist neben der Lichteinkopplung in den lichtleitenden Kern auch eine Lichtauskopplung möglich. In Kombination mit derartigen Ausgestaltungen ist eine vollständige Übertragung von Licht zwischen einer Quelle und einem Empfänger möglich. Eine Anordnung eines Gitters an einer Grenzfläche des lichtleitenden Kerns hat gegenüber der Anordnung eines Gitters an der Außenseite einer Beschichtung den
Vorteil der größeren Robustheit und Zuverlässigkeit, da das Gitter hier noch durch eine darüberliegende Beschich- tung geschützt wird. Somit ist eine Berührung von außen und Verschmutzung ausgeschlossen. Weiterhin besitzt diese Ausführungsform eine niedrigere Durchgangsdämpfung als eine Anordnung eines Gitters an der Außenseite einer Be- Schichtung. So wird senkrecht von außen einfallendes Licht im letzteren Fall, bereits an der Außenseite der Beschichtung durch das Gitter in einen schrägen, im Kern führbaren Winkel abgelenkt . Dabei durchläuft es die Beschichtung in einen relativ flachen Winkel und damit auf einer relativ langen Strecke. Die Beschichtung hat in der Regel gegenüber den Kern eine deutlich höhere Dämpfung. Tritt das Licht senkrecht durch die Beschichtung und wird erst an der Oberfläche des Kerns abgelenkt, so durchläuft es eine wesentlich kürzere Wegstrecke in der Beschichtung und erfährt damit eine geringere Dämpfung. Dies wird sich auf die Leistungsbilanz des gesamten Übertragungssystems positiv aus.
Umfasst die Beschichtung ein Material, welches selbst reflektierende Eigenschaften besitzt, so ist entweder das Gitter selbst in diese Beschichtung einzubringen, was beispielsweise in der Form von Durchbrüchen realisiert werden kann, oder es ist an der Stelle des Gitters eine Aussparung der Beschichtung vorzusehen. Ein Gitter an der Grenzflächen des lichtleitenden Kerns kann vorzugsweise in einem einzigen Arbeitsgang zusammen mit der Oberfläche des Kerns gefertigt werden. So kann beispielsweise das Gitter bereits mit einem Stempel, welcher gleichzeitig die Kontur der Oberfläche formt, eingeprägt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens ein Gitter in eine Beschichtung ein- gebettet. Durch das Einbetten des Gitters in die Beschichtung kann einerseits ein mechanischer Schutz des Gitters und andererseits auch eine gegenüber einer Anordnung des Gitters an der Oberfläche der Beschichtung verringerte Dämpfung erreicht werden. Auch eine solche Anordnung ist vorteilhaft fertigbar, wenn der Kern in einem eigenen unabhängigen Prozess hergestellt werden muss. Es wird dann in einem zweiten Prozessschritt das Gitter zusammen mit der Beschichtung aufgebracht.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht mindestens ein Gitter vor, welches in den Kern eingebettet ist. Diese Einbettung in den Kern ermöglicht die Herstellung in einem Fertigungsschritt und bietet einen optimalen Schutz vor äußeren Einflüssen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens ein zusätzliches Gitter zur Rich- tungsumlenkung des Lichtes in den Kern eingebettet. Ins- besondere in komplexen lichtleitenden Systemen kann es erwünscht sein, das Licht nicht nur in gerader Richtung, sondern auch Kurvenförmig bzw. um Kurven bzw. Ecken zu führen. Dies ist mit Gittern zur Lichtumlenkung in dem Kern möglich. Ebenso ist damit eine Aufteilung von Licht strahlen in mehrere Teilstrahlen realisierbar.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin das mindestens ein Gitter an einer vorgegeben Positionen fixiert ist. Derartige Gitter sind also be- reits mit dem Fertigungsprozess an bestimmten vorgegebenen Positionen gefertigt. Sie zeichnen sich durch hohe mechanische Stabilität und Robustheit aus. In einer weiteren vorteilhaft Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens ein Gitter reversibel ausgeführt. Ein derartiges reversibles Gitter kann je nach Anforderungen an den aktuellen Betriebszustand aktiviert oder deaktiviert sein. Ist an einer bestimmten Stelle das Gitter aktiviert, so ist eine Ein- bzw. Auskopplung an dieser Stelle möglich, ist das Gitter deaktiviert, so ist eine Einbzw. Auskopplung nicht mehr möglich. Damit kann die Ver- teilung des Lichtes von verschiedenen Sendern an verschiedene Empfänger gesteuert werden. Wird ein reversibles Gitter zur Lichtu lenkung in den Kern integriert, so ist auch die Richtung des Lichtes bzw. die Strahlaufteilung durch das Gitter steuerbar. Bezüglich der reversib- len Gitter wird auf die internationale Veröffentlichung WO 99/04309 Bezug genommen, deren Inhalte auch Bestandteil dieser Patentanmeldung sein sollen.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, dass mindestens ein reversibles Gitter mittels eines Signals beziehungsweise durch Energiezufuhr aktiviert bzw. deaktiviert werden kann. Dadurch ergeben sich steuerbare Gitter, mittels deren eine aktive Steuerung des optischen Signalflusses möglich ist. So kann die Lichtzufuhr zu be- ziehungsweise von bestimmten Empfängern beziehungsweise Sendern gezielt gesteuert werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht mindestens ein Gitter aus Flüssigkristallen. Mit Flüssigkristallen lassen sich auf besonders einfache
Weise steuerbare bzw. reversible Gitter realisieren. Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die Mittel zur Ankopplung Streuzentren zu Umlenkung des Lichtes mittels Streuung umfassen. Zur Streuung des Lichtes sind verschiedene Arten der Streu- Zentren, wie beispielsweise Partikel eines anderen Materials oder Bereiche eines anderen Zustandes des Kernmaterials, beispielsweise in einer anderen Kristallstruktur oder auch eines anderen Aggregatszustandes, wie beispielsweise kleine Gasblasen in einer Flüssigkeit geeig- net. Für die Ausgestaltung mittels Streuzentren wird auch auf die vorhergehende Beschreibung der Gitter Bezug genommen.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung be- steht darin, dass mindestens ein Bereich mit Streuzentren in einer Beschichtung vorgesehen ist. Dies erlaubt eine besonders einfache Fertigung.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin- düng ist mindestens ein Bereich mit Streuzentren im Kern vorgesehen. Dadurch wird eine besonders effiziente Einkopplung möglich.
Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht einen Bereich mit zusätzlichen Streuzentren zur Richtungsumlenkung des Lichtes im Kern vor.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht mindestens ein Streuzentrum an einer vorgegebenen Position fixiert vor. In einer anderen besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens ein Streuzentrum reversibel ausgeführt und kann mittels eines Signals bzw. durch E- nergiezufuhr aktiviert bzw. deaktiviert werden.
In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird mindestens ein Streuzentrum aus Flüssigkristallen gebildet . In diesem Falle kann besonders einfach durch ein Steuersignal die Orientierung der Flüssigkris- talle und damit die StreuungsWirkung gesteuert werden.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfassen die Mittel zur Ankopplung Teile bzw. Strukturen mit einem gegenüber dem Kern unterschiedlichen Bre- chungsindex zur Umlenkung des Lichtes mittels Brechung. Für die Ausgestaltung mittels unterschiedlicher Brechungsindizes wird auch auf die vorhergehende Beschreibung der Gitter bzw. Streuzentren Bezug genommen.
Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht mindestens eine Vertiefungen in dem lichtleitenden Kern vor, welche mit einem Material gefüllt ist, das gegenüber dem Kern einen unterschiedlichen Brechungsindex aufweist. Damit ergibt sich eine Richtung an dem Übergang zischen Kern und dem Material der Vertiefung. Das Material mit einem anderen Brechungsindex kann ein Feststoff, eine Flüssigkeit oder auch ein Gasförmiger Stoff sein. Es kann auch ein Material sein, das durch elektrische Signale bzw. Energiezufuhr seinen Brechungsindex ändert.
Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht mindestens ein Bereich mit gegenüber dem Kern un- terschiedlichem Brechungsindex zur Richtungsumlenkung des Lichtes im Kern vor. Damit ist eine LichtSteuerung bzw. RichtungsSteuerung innerhalb des Kerns realisierbar.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung besitzt mindestens eine Beschichtung reflektierende Eigenschaften. Damit wird zur Führung des Lichtes im Kern eine Reflexion an dem Beschichtungsmaterial benutzt.
Eine andere Ausgestaltung der Erfindung besitzt mindestens eine Beschichtung, welche gegenüber dem Kern einen unterschiedlichen Brechungsindex aufweist. Hierdurch wird die Lichtführung im Kern durch Totalreflexion des Lichtes an der Grenzfläche zwischen Kern und Beschichtung ermög- licht. Die Beschichtung kann beispielsweise im Fall eines Kunststoff-Kerns aus einem anderen Kunststoffmaterial mit anderem Brechungsindex bestehen. Selbstverständlich kann die Beschichtung auch ein Gradientenprofil des Brechungsindex aufweisen.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zur Ankopplung von mindestens einer Quelle zur Aussendung von Licht und mindestens einen Empfänger zum Empfang von Licht an mindestens einen vorzugsweise planaren Lichtleiter. Dabei um- fasst dieser Lichtleiter einen lichtleitenden Kern, der in den zur Lichtführung vorgesehenen Bereichen mindestens zwei parallele Grenzflächen aufweist, welche mit Beschichtungen versehen sind, die zu einer Reflexion des im lichtleitenden Kern geführten Lichtes führen. Die Ankopp- lung erfolgt durch mindestens ein Mittel zur Ankopplung von Quelle bzw. Empfänger an den Lichtleiter unter Ver- wendung mindestens eines Gitters zur Umlenkung des Lichtes durch Beugung.
Ein weiteres Verfahren dient zur Ankopplung von mindes- tens einer Quelle zur Aussendung von Licht und mindestens einen Empfänger zum Empfang von Licht an mindestens einen vorzugsweise planaren Lichtleiter. Dabei umfasst dieser Lichtleiter einen lichtleitenden Kern, der in den zur Lichtführung vorgesehenen Bereichen mindestens zwei pa- rallele Grenzflächen aufweist, welche mit Beschichtungen versehen sind, die zu einer Reflexion des im lichtleitenden Kern geführten Lichtes führen. Die Ankopplung erfolgt durch mindestens ein Mittel zur Ankopplung von Quelle bzw. Empfänger an den Lichtleiter unter Verwendung min- destens eines Streuzentrums zur Umlenkung des Lichtes durch Streuung .
Ein anderes erfindungsgemäßes Verfahren dient zur Ankopplung von mindestens einer Quelle zur Aussendung von Licht und mindestens einen Empfänger zum Empfang von Licht an mindestens einen vorzugsweise planaren Lichtleiter. Dabei umfasst dieser Lichtleiter einen lichtleitenden Kern, der in den zur Lichtführung vorgesehenen Bereichen mindestens zwei parallele Grenzflächen aufweist, welche mit Be- Schichtungen versehen sind, die zu einer Reflexion des im lichtleitenden Kern geführten Lichtes führen. Die Ankopplung erfolgt durch mindestens ein Mittel zur Ankopplung von Quelle bzw. Empfänger an den Lichtleiter unter Verwendung mindestens eines mit dem lichtleitenden Kern ver- bundenen Teiles, welches einen gegenüber den Kern unterschiedlichen Brechungsindex aufweist, zur Umlenkung des Lichtes durch Brechung. Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbei- spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung in Form einer Hybrid - Leiterplatte .
Fig. 2 zeigt beispielhaft eine Ausgestaltung der Erfindung mit Streuzentren bzw. einer GitterStruktur zur Lichteinkopplung.
Figur 3 zeigt beispielhaft eine Ausgestaltung der Erfindung mit einer Gitterstruktur auf dem lichtleitenden Kern
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Hybrid aufge- baute elektrisch-optische Leiterplatte mit zwei elektrischen Lagen (1), zwischen denen eine optische Lage (2) eingeschlossen ist. Diese umfasst einen lichtleitenden Kern (4), welcher durch zwei parallele Beschichtungen (3) auf den Grenzflächen eingeschlossen ist. Zur Lichtein- kopplung durch eine Lichtquelle (6) ist eine Unterbrechung (5) der Leiterschicht vorgesehen. Ebenso kann auch ein Leitermaterial mit durchlässigen Eigenschaften für die zur Übertragung des Lichtes verwendete Wellenlänge verwendet werden. In diesem Falle ist dann keine Unter- brechung der Leiterschicht notwendig.
An der Stelle der Unterbrechung (5) ist ein Mittel zur Ankopplung des Lichtes vorgesehen. Dies kann wahlweise ein Gitter, Streuzentren oder ein Material mit unterschiedlichem Brechungsindex umfassen.
In Fig. 2 ist schematisch die Lichteinkopplung durch Streuzentren bzw. Gitter dargestellt. Im Teil a) ist eine Einkopplung durch Streuzentren (7), welche sich im Kern befinden dargestellt. Licht trifft auf diese Streuzentren und wird in unterschiedliche Richtungen abgelenkt. Ein Teil des Lichtes wird in Winkeln abgelenkt, welche eine Lichtführung innerhalb des Kerns ermöglichen. Die weitere Führung des Lichtes erfolgt durch Reflexion an den Grenzflächen des Kerns zur Beschichtung. Im Teil b) ist die Einkopplung mittels eines Gitters (8) dargestellt. Hierin wird eintreffendes Licht durch Beugung an dem Gitter in Winkel abgelenkt, welche innerhalb des Kerns geführt werden können. Eine Lichtauskopplung mittels des Gitters ist in dieser Konfiguration nicht möglich, da das Licht, welches innerhalb des Kerns geführt wird das Gitter nicht erreicht, da es bereits vorher an der Grenzfläche zur Be- Schichtung reflektiert wird. Wird nun das Gitter, nicht wie in Fig. 2 b) dargestellt, auf der Außenseite der Beschichtung sondern an der Außenseite des Kerns vorgesehen, so kann auch Licht, welches im Kern geführt wird, auf dieses Gitter auftreffen und entsprechend abgelenkt werden. Dadurch ist auch eine Lichtauskopplung möglich
Figur 3 ist beispielhaft eine Ausgestaltung der Erfindung mit einer Gitterstruktur auf dem lichtleitenden Kern dargestellt . Der lichtleitende Kern (4) ist an seinen Parallelen
Grenzflächen mit Beschichtungen (3) versehen. Ein Gitter (8) zur Beugung des Lichts ist unmittelbar auf einer Grenzfläche des Kerns aufgebracht. Licht (9), welches sich in dem lichtleitenden Kern ausbreitet, kann nun beim Auftreffen auf das Gitter in Bereiche außerhalb des lichtleitenden Kerns abgelenkt werden. Bis wir dir bei- spielsweise mit einem Empfänger (10) detektiert.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Vorrichtung zur Übertragung optischer Signale umfassend - mindestens einen vorzugsweise planaren Lichtleiter aus einem lichtleitenden Kern, der in den zur Lichtführung vorgesehenen Bereichen mindestens zwei parallele Grenzflächen aufweist, welche mit Beschichtungen versehen sind, die zu einer Refle- xion des im lichtleitenden Kern geführten Lichtes führen und mindestens eine Quelle zur Aussendung von Licht, mindestens einen Empfänger zum Empfang von Licht, mindestens ein Mittel zur Ankopplung von Quelle bzw. Empfänger an den Lichtleiter, dadurch gekennzeichnet, dass das bzw. die Mittel zur Ankopplung Gitter zur Umlenkung des Lichtes durch Beugung umfassen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Gitter an der Außenseite einer Beschichtung vorhanden ist.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Gitter an einer Grenzfläche des lichtleitenden Kerns vorhanden ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - Ii
mindestens ein Gitter in eine Beschichtung eingebettet ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Gitter in den Kern eingebettet ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein zusätzliches Gitter zur Richtungsum- lenkung des Lichtes in den Kern eingebettet ist .
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Gitter an vorgegebenen Positionen fixiert ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Gitter reversibel ausgeführt ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Gitter reversibel ausgeführt ist und mittels eines Signals bzw. durch Energiezufuhr aktivierte bzw. deaktiviert werden kann.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Gitter aus Flüssigkristallen gebildet wird.
11. Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das bzw. die Mittel zur Ankopplung Streuzentren zur Umlenkung des Lichtes mittels Streuung umfassen.
12. Vorrichtung einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Bereich mit Streuzentren in einer Be- Schichtung vorgesehen ist.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Bereich mit Streuzentren im Kern vor- gesehen ist.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Bereich mit zusätzlichen Streuzentren zur Richtungsumlenkung des Lichtes im Kern vorgesehen ist .
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Streuzentrum an vorgegebenen Positionen fixiert ist.
16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Streuzentrum reversibel ausgeführt ist und mittels eines Signals bzw. durch Energiezufuhr aktiviert bzw. deaktiviert werden kann.
17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Streuzentrum aus Flüssigkristallen ge- bildet wird.
18. Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das bzw. die Mittel zur Ankopplung Teile bzw. Strukturen mit einem gegenüber dem Kern unterschiedlichen Brechungsindex zur Umlenkung des Lichtes mittels Brechung umfassen.
19. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Vertiefung es bis in dem lichtleitenden Kern vorgesehen ist, welche mit einem Material gefüllt ist, das gegenüber dem Kern einen unter- schiedlichen Brechungsindex aufweist.
20. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Bereich mit gegenüber dem Kern unter- schiedlichem BrechungsIndex zur Richtungsumlenkung des Lichtes im Kern vorgesehen ist.
21. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Beschichtung reflektierende Eigenschaften aufweist.
22. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Beschichtung einen gegenüber den Kern unterschiedlichen Brechungsindex aufweist.
23. Verfahren zur Ankopplung von mindestens einer Quelle zur Aussendung von Licht und mindestens einen Empfänger zum Empfang von Licht an mindestens einen vorzugsweise planaren Lichtleiter aus einem lichtleiten- den Kern, der in den zur Lichtführung vorgesehenen
Bereichen mindestens zwei parallele Grenzflächen aufweist, welche mit Beschichtungen versehen sind, die zu einer Reflexion des im lichtleitenden Kern geführten Lichtes führen, durch mindestens ein Mittel zur Ankopplung von Quelle bzw. Empfänger an den Lichtleiter, unter Verwendung mindestens eines Gitters zur Umlenkung des Lichtes durch Beugung.
24. Verfahren zur Ankopplung von mindestens einer Quelle zur Aussendung von Licht und mindestens einen Empfänger zum Empfang von Licht an mindestens einen vorzugsweise planaren Lichtleiter aus einem lichtleitenden Kern, der in den zur Lichtführung vorgesehenen Bereichen mindestens zwei parallele Grenzflächen auf- weist, welche mit Beschichtungen versehen sind, die zu einer Reflexion des im lichtleitenden Kern geführten Lichtes führen, durch mindestens ein Mittel zur Ankopplung von Quelle bzw. Empfänger an den Lichtleiter, unter Verwendung mindestens eines Streuzentrums zur Umlenkung des Lichtes durch Streuung.
5. Verfahren zur Ankopplung von mindestens einer Quelle zur Aussendung von Licht und mindestens einen Empfänger zum Empfang von Licht an mindestens einen vorzugsweise planaren Lichtleiter aus einem lichtleiten- den Kern, der in den zur Lichtführung vorgesehenen
Bereichen mindestens zwei parallele Grenzflächen aufweist, welche mit Beschichtungen versehen sind, die zu einer Reflexion des im lichtleitenden Kern geführten Lichtes führen, durch mindestens ein Mittel zur Ankopplung von Quelle bzw. Empfänger an den Lichtleiter, unter Verwendung mindestens eines mit dem lichtleitenden Kern verbundenen Teiles, welches einen gegenüber den Kern unterschiedlichen Brechungsindex aufweist, zur Umlenkung des Lichtes durch Brechung.
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