EP1379903A1 - Sendemodul für eine optische signalübertragung - Google Patents

Sendemodul für eine optische signalübertragung

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EP1379903A1
EP1379903A1 EP01933622A EP01933622A EP1379903A1 EP 1379903 A1 EP1379903 A1 EP 1379903A1 EP 01933622 A EP01933622 A EP 01933622A EP 01933622 A EP01933622 A EP 01933622A EP 1379903 A1 EP1379903 A1 EP 1379903A1
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EP
European Patent Office
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detection device
transmitting
module according
substrate
light
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP01933622A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jörg-Reinhardt KROPP
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Infineon Technologies AG
Original Assignee
Infineon Technologies AG
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01S5/18305—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] with emission through the substrate, i.e. bottom emission
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    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18386—Details of the emission surface for influencing the near- or far-field, e.g. a grating on the surface
    • H01S5/18388—Lenses

Definitions

  • Designation of the invention transmitter module for optical signal transmission.
  • the invention relates to a transmitter module for an optical signal transmission according to the preamble of patent claim 1.
  • Transmitter modules for optical signal transmission are known in which a monitor diode is assigned to a laser diode, which detects part of the light emitted by the laser diode and is used to monitor the laser diode.
  • a monitor function in VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) laser diodes, in which the resonator sits vertically on the surface of a chip, to use reflective surfaces which throw part of the laser light onto a monitor diode.
  • the laser diode can also be positioned on the monitor diode itself.
  • bidirectional transmission / reception modules which simultaneously couple optical radiation into a waveguide for the bidirectional transmission of data and detect light power guided in the waveguide.
  • Beam splitters with wave-selective filters and lens coupling optics are used to decouple the transmitting device and the receiving device in such a transmitting / receiving module.
  • the known transmitter modules or transmitter / receiver modules for optical data communication have the disadvantage that they have a relatively complicated structure and require optical components such as reflecting surfaces, beam splitters or lenses.
  • the present invention has for its object to provide a transmitter module with a transmitter and a detection device to provide, which is simple and compact and allows an arrangement of transmitter and detection device that can do without additional optical components if possible.
  • the invention is characterized in that the substrate of the transmission device and / or the substrate of the detection device is transparent to the wavelength emitted by the transmission device and the transmission device and the detection device are superimposed with respect to the direction of the emitted light (optically in series ) are arranged.
  • the transmission device substrate and / or the detection device substrate is thus transparent to the light emitted by the transmission device.
  • the light emitted by the transmitter device can shine through the substrate of the transmitter device and / or the substrate of the photodiode, so that the transmitter device and detection device can be arranged one above the other or one below the other without the beam path of the transmitter module being interrupted by the respective substrate ,
  • an optical coupling of the transmitting device and the detection device is possible without the need for additional optical components such as reflecting surfaces, and new, compact optical arrangements can be implemented in a transmitting module.
  • a substrate is to be regarded as transparent for light of a certain wavelength in the sense of the invention if it does not completely absorb light of this wavelength. There is preferably only a low absorption of the transmitted light of less than 20 dB / mm.
  • the light emitted by the transmitting device radiates through the detection device before it is coupled into an optical waveguide, ie the latter is arranged between the transmitting device and an optical waveguide or a coupling optics.
  • the transmitter emits light in exactly one direction.
  • the detection device is designed such that it absorbs only a small part of the radiation and converts it into an electrical signal, for example a few percent of the light. The majority of the light emitted by the transmitting device, on the other hand, shines through the detection device substrate which is transparent in this embodiment.
  • This arrangement has the advantage that the light emitted by the transmitting device, which is used for data transmission, also radiates directly through the detection device, whereby monitoring of the transmitting device is achieved in a simple manner.
  • the transmitting device emits light in two opposite directions.
  • light emerges from the two sides of a VCSEL substrate.
  • the light emitted in one direction is coupled into an optical waveguide, while the light emitted in the other direction falls on the detection device.
  • the percentage of light that is coupled into the optical waveguide or that falls on the detection device can be adjusted by the degree of mirroring of the two mirrors of the laser diode.
  • either the light provided for detection or for coupling into an optical waveguide shines through the substrate of the transmission device. Due to the transparent properties of the substrate, the Connect the detection device or an optical fiber to be coupled directly to the transmission device or the substrate of the transmission device.
  • the transmission device - in particular in a chip-on-chip arrangement - is arranged directly on or under the detection device.
  • the optically active area of the transmitting device can lie on the upper side or on the lower side of the transmitting device substrate and can optionally be arranged directly opposite the optically active area of the detection device.
  • Any gap that may be present between the transmitting device and the detection device is preferably filled by an optically transparent potting compound. This has the advantage that the area of the optical path between the transmitting device and the detection device is encapsulated and protected against dirt and environmental influences.
  • the transmitter and the detection device are contacted such that an electrical connection of the transmitter and an electrical connection of the detection device are interconnected, so that only one bond wire is required for these two connections.
  • the arrangement of the transmission device and detection device is mounted directly above an optical waveguide.
  • the optical waveguide is guided up to the surface of the transmitter device substrate or the detection device substrate and is fixed with respect thereto.
  • the arrangement of the transmitting device and the detection device will be mounted, for example, directly on the end face of a ceramic pin, which receives the optical waveguide in the center.
  • the end face can be metallized in order to be able to provide contacting of the transmitting device and / or the receiving device at the same time.
  • the transmitting device is mounted with its optically active region downwards directly above the optical waveguide.
  • the detection device is arranged on the side of the transmission device facing away from the optical waveguide.
  • the transmitter emits light in two opposite directions.
  • the transmitter is located on the side of the detection device facing away from the optical waveguide, the transmitter in this embodiment emitting light only in one direction.
  • the arrangement of the transmission device and monitor device is preferably mounted on a leadframe.
  • the leadframe has a recess to allow optical coupling with an optical waveguide.
  • the arrangement of the transmitting device and detection device on a leadframe is particularly advantageous since the mounting of chips on a leadframe is a standard technique and is easy to implement in terms of production technology. The known manufacturing and assembly methods can be used.
  • light-shaping elements in particular one, are incorporated in the transmission device substrate and / or the monitor device substrate Integrated lens, for example in the form of a micro-dome or in the form of a Fresnel lens. This simplifies the coupling of light into an optical waveguide assigned to the transmission device.
  • the transmission device comprises a VCSEL laser diode which emits light in the vertical direction with respect to the surface of the transmission device substrate. Due to the transparent design of the transmission device substrate, light can also be emitted in the opposite direction, which is also vertical with respect to the substrate surface. Both mirrors of the laser resonator are designed as partially transparent mirrors. The degrees of reflection are, for example, 99.91% for one mirror and 99.95% for the other mirror.
  • the detection unit preferably comprises a photodiode.
  • Detection device part of the light emitted by the transmitter device and thus serves as a monitor device for monitoring the transmitter device.
  • the detection device detects light of a wavelength different from that
  • the transmitting device preferably emits light of a wavelength which is above 950 nm and preferably at the wavelengths is 1300 nm or 1500 nm, which are particularly interesting for optical data transmission. However, it can also be provided that the transmitter device emits light of a wavelength below 950 nm, in particular of 850 nm.
  • GaAs which is transparent for wavelengths above 950 nm, is used as the substrate which is transparent to the light of the transmitting device.
  • other materials can also be used for the substrate of the transmission device or the detection device, in particular also
  • Silicon or a sapphire substrate Methods are used in which a laser diode or a monitor diode is produced on a first substrate and then transferred to another substrate such as silicon. Such methods are known per se.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a transmitter module according to the invention, in which a laser diode is arranged above a photodiode;
  • FIG. 2 - a second exemplary embodiment of a transmitter module according to the invention, in which a laser diode is arranged above a photodiode;
  • FIG. 3 - a third exemplary embodiment of a transmitter module according to the invention, in which a
  • Laser diode is arranged over a photodiode
  • Figure 4 an alternative embodiment of the embodiment of Figure 3, in which a lens is additionally integrated in the substrate of the laser diode;
  • FIG. 5 - a fourth exemplary embodiment of a he transmitter module according to the invention, in which a sandwich arrangement of a laser diode and a photodiode is arranged directly above a waveguide;
  • FIG. 6 - a fifth embodiment of a transmitter module according to the invention, in which a sandwich arrangement of a laser diode and a photodiode is arranged directly above a waveguide;
  • FIG. 7 - a sixth embodiment of a transmitter module according to the invention, in which a sandwich arrangement of a laser diode and a photodiode is arranged directly above a waveguide;
  • FIG 8 - a seventh embodiment of a transmitter module according to the invention, in which a sandwich arrangement of a laser diode and a
  • Photodiode is mounted on a leadframe having an opening and
  • FIG. 1 shows a transmitter module according to the invention with a transmitter device 1 and a detection device 2, which are arranged on a lead frame or a printed circuit board 6.
  • the transmitting device is preferably a VCSEL laser diode 1, the VCSEL structure of which is applied epitaxially in the vertical direction to a chip or a substrate 3.
  • the VCSEL structure is produced on another substrate, removed from this substrate and then mounted on the substrate 3.
  • the detection device is a
  • Photodiode 2 which is placed on a substrate 4 or integrated into this. It serves in the illustrated
  • Embodiment as a monitor diode and for this purpose is connected to a control device (not shown) for regulating the output power of the laser diode 1.
  • the substrate 3 on which the VCSEL laser diode 1 is arranged is transparent to the light wavelength which the laser diode 1 emits. Therefore, it is possible that from both sides of the vertically arranged on the substrate 3
  • Resonator of the VCSEL laser diode 1 is also emitted light in both directions, wherein the light emerging from the resonator downwards first shines through the substrate 3 and then emerges from the substrate 3.
  • the percentage with which the laser diode 1 emits light upwards and the percentage with which the laser diode 1 emits light downwards is set by the degree of mirroring of the lower and upper mirror of the resonator of the laser diode 1.
  • the photodiode 2 is mounted with the optically active area up (up side up) on the carrier substrate 4, which is arranged on the circuit board 6.
  • the substrate 3 with the laser diode 1 is mounted directly on the photodiode 2, in the exemplary embodiment shown by means of an optically transparent adhesive. Due to the transparency of the substrate 3, the light emitted downwards by the laser diode 1 is radiated directly onto the photodiode 2.
  • the electrical contacting of the laser diode 1 takes place in the illustrated embodiment from the top two bond wires 51, 52, which lead to contact pads 7 on the printed circuit board 7.
  • the photodiode 2 is contacted from the top by a bonding wire 53 and from the bottom by soldering or gluing with a conductive adhesive (not shown).
  • the light emitted upwards by the laser diode 1 can be coupled into an optical waveguide (not shown) directly or via additional optics.
  • the laser diode 1 preferably emits light of a wavelength above 950 nm, in particular light of a wavelength of 1300 or 1500 nm.
  • the substrate 3 of the laser diode 1 consists, for example, of GaAs, which is transparent to light with wavelengths above 950 nm.
  • the substrate 3 is, for example, a silicon or sapphire substrate. Silicon is transparent for wavelengths above approximately 1100 nm. Sapphire is also transparent for wavelengths below 950 nm, especially for wavelengths of 850 nm.
  • the VCSEL laser 1 then emits light of a wavelength of 850 nm, for example, and is first manufactured on another substrate and then separated from it and transferred to the sapphire substrate. Such a transfer of the laser diode 1 to a new substrate enables substrates 3 with the desired optical properties to be used.
  • the exemplary embodiment of FIG. 2 differs from the exemplary embodiment of FIG. 1 on the one hand in that the VCSEL laser diode 1 is applied to the photodiode 2 not via an adhesive but via solder bumps 81, 82. Instead of using solder bumps 81, 82, contact can also be made, for example, via a conductive adhesive or other selective electrical connections between the photodiode chip and the substrate 3.
  • the optically sensitive area of the photodiode 2 is left free for radiation to pass through.
  • the resulting gap between the photodiode 2 and the substrate 3 is preferably filled with an optically transparent potting compound.
  • the second electrical contact of the laser diode 1 is on the back of the substrate 3, a contact of the laser diode 1 and a contact of the monitor diode 2 being connected together and contacted via a bond wire 52.
  • the laser diode 1 is mounted on the photodiode 2 or the photodiode substrate 4 with the optically active region downwards (up side down) by means of solder bumps 81, 82.
  • the light component of the laser diode 1 emitted by the substrate 3 is thus used for data transmission, whereas the directly emitted light falls on the photodiode 2 arranged directly below it.
  • the electrical contacting of the laser diode 1 of the arrangement takes place via two bonding wires 51, 52, one of the connections being interconnected as in FIG. 2 with a connection of the photodiode 2.
  • a micro-dome is integrated into the substrate 3 as a lens 31 on the side of the substrate 3 facing away from the active VCSEL region.
  • the light to be coupled into an optical waveguide is focused.
  • FIG. 5 shows a further exemplary embodiment of the invention, in which a sandwich arrangement of laser diode 1 and photodiode 2 (corresponding to the arrangement in FIG. 2) is mounted directly above a waveguide 10.
  • the waveguide 10 is located in a fine bore 12 of a ferrule 11.
  • the waveguide runs in a substrate, in particular a ceramic substrate, and is guided up to one surface of the substrate and fixed there.
  • the arrangement of laser diode 1 and photodiode 2 is attached directly to the end face of the ferrule 11.
  • the photodiode substrate 4 is glued directly onto the end face of the ferrule.
  • the photodiode 2 and the laser diode 1 each have their two electrical contacts on the top and are contacted by bond wires 51, 52, 53, 54, which lead to contact pads 7 on a printed circuit board 6.
  • Printed circuit board 6 has a recess in the area of ferrule 11.
  • a holder 14 serves as a holder for the ferrule 11 and / or as a carrier for the printed circuit board 6.
  • the laser diode substrate 3 On the side facing away from the laser diode 1, the laser diode substrate 3 has a lens 31 in the form of a micro-dome as a radiation-shaping element, which causes the light emitted by the laser diode to be coupled into the waveguide 10 with a high degree of coupling.
  • the light generated by the laser diode 1 shines on the one hand through the laser diode substrate 3 and on the other hand through the photodiode 2 and the photodiode substrate 4.
  • the light is coupled through the photodiode substrate 4 into the optical waveguide 10, which is arranged directly under the photodiode chip 4.
  • the photodiode 2 detects the same wavelength that the laser diode 1 emits, it is used as a monitor diode for the emitted light. However, it is also possible to design the photodiode 2 in such a way that it is not sensitive to the wavelength of the laser diode 1, but to another wavelength that is above or below the laser wavelength. The detection device or photodiode 2 can then as
  • Detection unit of a bidirectional transmission / reception module can be used, which consists of the optical waveguide 10 Coupled-out light of a second wavelength is detected, while the laser diode 1 couples light of a first wavelength into the optical waveguide 10.
  • a compact arrangement for the bidirectional transmission of data on a waveguide 10 with two different wavelengths is provided.
  • further wavelengths can be used for bidirectional data transmission.
  • a focusing lens 41 is not formed in the laser diode substrate 3 but in the substrate 4 of the photodiode 2. Furthermore, in comparison to the arrangement in FIG. 5 1, the photodiode is attached with the optically active region down (up side down) on the end face of the ferrule 11. The end face of the ferrule 11 is metallized and the electrical contacting of the photodiode 2 takes place via solder bumps 81, 82 which are arranged on the end face of the ferrule 11. Otherwise, the arrangement corresponds to the arrangement in FIG. 5.
  • the light emitted downwards is directly coupled into the waveguide 10.
  • the light emitted upwards passes through the substrates 3, 4, which are optically transparent for the laser light, for the laser diode 1 and the photodiode 2.
  • the electrical contacting takes place analogously to the electronic contacting in the exemplary embodiment in FIG. 6.
  • Substrate 4 with the photodiode 2 is preferably mounted on the back of the substrate 3 of the laser diode 1 by means of an optically transparent adhesive.
  • the laser chip 3 is turned over so that the laser diode 1 is arranged on the upper side of the substrate 3.
  • the laser chip is then also contacted from the top using two bonding wires which are guided from the printed circuit board 6 or a lead frame corresponding to FIG. 5 to the top of the laser diode 1.
  • this has the advantage that the laser diode 1 can already be operated during the assembly of the arrangement on the substrate 11 and can thus be actively adjusted during assembly.
  • passive alignment structures in the laser diode substrate or in the photodiode substrate and in the substrate 11 guiding the optical waveguide 10 are required for adjusting the laser diode and photodiode.
  • an optically transparent casting compound to be provided in the region of the light-shaping elements 31, 41 and / or between the optical waveguide 10 and the adjacent substrate 3, 4.
  • an optically transparent casting compound it can be provided in the exemplary embodiment in FIG. 5 that the area between the lens 31 and the photodiode 2 be filled with a casting compound.
  • the optical path is protected against dirt and environmental influences by an optically transparent potting compound. A reduction in the refractive power of the lenses 31, 41 associated with the potting can be accepted.
  • the photodiode is as in relation to the alternative of FIG. 7 just explained described, arranged up side up.
  • the sandwich arrangement of laser diode 1 and photodiode 2 is mounted on a lead frame 13.
  • the leadframe 13 has an opening 13 ′ which permits optical coupling between the laser diode 1 and the optical waveguide 10. That the
  • Optical waveguide 10-carrying substrate 11 (ferrule 11) is brought up directly to the underside of lead frame 13.
  • bond wires 51, 52 and on the other hand solder pads 81, 82 are used to contact the photodiode 2 and the laser diode 1.
  • Active adjustment via the waveguide 10 is also easily possible in this variant of the invention.
  • a lens 31 is integrated in the laser diode substrate 3 in order to enable improved coupling of laser light into the optical waveguide 10.
  • the exemplary embodiment in FIG. 9 essentially corresponds to the exemplary embodiment in FIG. 8, the laser diode corresponding to the exemplary embodiment in FIG. 6 being mounted on the photodiode and the latter on the leadframe 13.
  • the laser diode is contacted via bond wires 51, 52, and the photodiode 2 is contacted via solder bumps 81, 82, which are placed on current or signal-carrying contact pads of the leadframe 13.
  • a transmission device substrate and / or a detection device substrate is at least partially transparent to the wavelength emitted by the transmission device and the transmission device and the detection device are arranged one above the other or one below the other in relation to the direction of the emitted light ,

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Sendemodul für eine optische Signalübertragung mit -einer Sendeeinrichtung (1), die Licht einer bestimmten Wellenlänge aussendet, -einem Sendeeinrichtungs-Substrat (3), auf dem die Sendeeinrichtung angeordnet oder ausgebildet ist, -einer Detektionseinrichtung (2), die Licht einer bestimmten Wellenlänge detektiert und einem -Detektionseinrichtungs-Substrat (4), auf dem die Detektionseinrichtung angeordnet oder ausgebildet ist. Erfindungsgemäss ist das Sendeeinrichtungs-Substrat (3) und/oder das Detektionseinrichtungs-Substrat (4) für die von der Sendeeinrichtung (1) ausgesandte Wellenlänge transparent und sind die Sendeeinrichtung (1) und die Detektionseinrichtung (2) in bezug auf die Richtung des ausgesandten Lichts übereinander angeordnet. Die erfindungsgemässe Lösung ermöglicht eine optische Kopplung von Sendeeinrichtung (1) und Detektionseinrichtung (2) ohne das Erfordernis zusätzlicher optischer Komponenten wie refelektierender Flächen. Hierdurch können neue, kompakte optische Anordnungen in einem Sendemodul realisiert werden.

Description

Beschreibung
Bezeichnung der Erfindung: Sendemodul für eine optische Signalübertragung.
Die Erfindung betrifft ein Sendemodul für eine optische Signalübertragung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Es sind Sendemodule für eine optische Signalubertragung bekannt, bei denen einer Laserdiode eine Monitor-Fotodiode zugeordnet ist, die einen Teil des von der Laserdiode ausgesandten Lichts detektiert und der Überwachung der Laserdiode dient. Insbesondere ist es bekannt, zur Realisierung einer Monitorfunktion bei VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) -Laserdioden, bei denen der Resonator vertikal auf der Oberfläche eines Chips sitzt, reflektierende Flächen einzusetzen, die einen Teil des Laserlichtes auf eine Monitordiode werfen. Dabei kann die Laserdiode auch auf der Monitordiode selbst positioniert sein.
Weiter sind bidirektionale Sende-/Empfangsmodule bekannt, die zur bidirektionalen Übertragung von Daten gleichzeitig optische Strahlung in einen Wellenleiter einkoppeln und in dem Wellenleiter geführte Lichtleistung detektieren. Zur Entkopplung der Sendeeinrichtung und der Empfangseinrichtung in einem derartigen Sende-/Empfangsmodul werden Strahlteiler mit wellenselektiven Filtern sowie eine Linsenkoppeloptik eingesetzt .
Die bekannten Sendemodule bzw. Sende-/Empfangsmodule für eine optische Datenkommunikation weisen den Nachteil auf, daß sie relativ kompliziert aufgebaut sind und optische Komponenten wie reflektierende Flächen, Strahlteiler oder Linsen erfordern.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Sendemodul mit einer Sendeeinrichtung und einer Detektion- seinrichtung zur Verfügung zu stellen, das einfach und kompakt aufgebaut ist und eine Anordnung von Sende- und Detektionseinrichtung ermöglicht, die möglichst ohne zusätzliche optische Komponenten auskommt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Sendemodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Danach zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, daß das Substrat der Sendeeinrichtung und/oder das Substrat der Detektionseinrichtung für die von der Sendeeinrichtung ausgesandte Wellenlänge transparent ist und die Sendeeinrich- tung und die Detektionseinrichtung in bezug auf die Richtung des ausgesandten Lichtes übereinander (optisch in Reihe) angeordnet sind. Das Sendeeinrichtungs-Substrat und/oder das Detektionseinrichtungs-Substrat ist somit für das von der Sendeeinrichtung ausgesandte Licht durchsichtig.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Lösung kann das von der Sendeeinrichtung ausgesandte Licht das Substrat der Sendeeinrichtung und/oder das Substrat der Fotodiode durchstrahlen, so daß Sendeeinrichtung und Detektionseinrichtung über- bzw. untereinander angeordnet werden können, ohne daß durch das jeweilige Substrat der Strahlengang des Sendemoduls unterbrochen würde. Hierdurch ist eine optische Kopplung von Sendeeinrichtung und Detektionseinrichtung ohne das Erfordernis zusätzlicher optischer Komponenten wie refelektierender Flächen möglich und können neue, kompakte optische Anordnungen in einem Sendemodul realisiert werden.
Ein Substrat ist als im Sinne der Erfindung für Licht einer bestimmten Wellenlänge transparent anzusehen, wenn es Licht dieser Wellenlänge nicht vollständig absorbiert. Bevorzugt liegt eine nur geringe Absorbtion des transmittierten Lichts von weniger als 20 dB/mm vor. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung durchstrahlt das von der Sendeeinrichtung ausgesandte Licht vor einer Einkopplung in einen Lichtwellenleiter die Detektionseinrichtung, d.h. letztere ist zwischen der Sendeeinrichtung und einem Lichtwellenleiter oder einer Koppeloptik angeordnet. Die Sendeeinrichtung strahlt dabei in genau einer Richtung Licht aus. Die Detektionseinrichtung ist bei dieser Ausgestaltung derart ausgelegt, daß sie nur einen geringen Teil der Strahlung absorbiert und in ein elektrisches Signal umwandelt, beispielsweise einige Prozent des Lichts. Der Großteil des von der Sendeeinrichtung ausgestrahlten Lichts durchstrahlt dagegen das in dieser Ausführungsform transparente Detektionseinrichtungs-Substrat .
Diese Anordnung weist den Vorteil auf, daß das von der Sendeeinrichtung abgestrahlte Licht, das zur Datenübertragung genutzt wird, auch unmittelbar die Detektionseinrichtung durchstrahlt, wodurch in einfacher Weise ein Monitoring der Sendeeinrichtung erreicht wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung strahlt die Sendeeinrichtung Licht in zwei entgegengegesetzte Richtungen aus. Hierzu tritt beispielsweise Licht aus den beiden Seiten eines VCSEL-Substrats aus. Dabei wird das in die eine Richtung ausgestrahlte Licht in einen Lichtwellenleiter eingekoppelt, während das in die andere Richtung ausgestrahlte Licht auf die Detektionseinrichtung fällt. Der Prozentsatz des Lichtes, der in den Lichtwellenleiter eingekoppelt bzw. der auf die Detektionseinrichtung fällt, kann durch den Grad der Verspiegelung der beiden Spiegel der Laserdiode eingestellt werden.
Bei dieser Ausgestaltung durchstrahlt entweder das zur Detektion oder das zur Einkopplung in einen Lichtwellenleiter vorgesehene Licht das Substrat der Sendeeinrichtung. Aufgrund der transparenten Eigenschaften des Substrats können sich die Detektionseinrichtung oder ein anzukoppelnder Lichtwellenleiter unmittelbar an die Sendeeinrichtung bzw. das Substrat der Sendeeinrichtung anschließen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Sendeeinrichtung - insbesondere in einer Chip-on-Chip Anordnung- direkt auf oder unter der Detektionseinrichtung angeordnet. Hierzu ist beispielsweise vorgesehen, die Sendeeinrichtung über einen transparenten Kleber unmittelbar auf die Detektionseinrichtung aufzukleben oder die
Sendeeinrichtung durch Löten oder ein Bump-Verfahren auf der Detektionseinrichtung aufzubringen. Der optisch aktive Bereich der Sendeeinrichtung kann dabei auf der oberen Seite oder auf der unteren Seite des Sendeeinrichtungs-Substrats liegen und ggf. direkt gegenüber dem optisch aktiven Bereich der Detektionseinrichtung angeordnet sein.
Ein eventuell zwischen der Sendeeinrichtung und der Detektionseinrichtung vorhandener Spalt wird bevorzugt durch eine optisch transparente Vergußmasse ausgefüllt. Dies weist den Vorteil auf, daß der Bereich des optischen Pfades zwischen Sendeeinrichtung und Detektionseinrichtung abgekapselt und gegenüber Schmutz und Umwelteinflüssen geschützt ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung erfolgt eine Kontaktierung von Sendeeinrichtung und Detektionseinrichtung derart, daß ein elektrischer Anschluß der Sendeeinrichtung und ein elektrischer Anschluß der Detektionseinrichtung zusammenge- schaltet sind, so daß nur ein Bonddraht für diese beiden Anschlüsse erforderlich ist.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Anordnung von Sendeeinrichtung und Detektionseinrichtung direkt über einem Lichtwellenleiter montiert. Hierzu ist bevorzugt vorgesehen, daß der Lichtwellenleiter über eine Führung bis an die Oberfläche des Sendeeinrichtungs-Substrats oder des Detektionseinrichtungs-Substrats geführt und in bezug auf diese fixiert wird. Hierzu wird die Anordnung von Sendeeinrichtung und Detektionseinrichtung beispielsweise direkt auf der Stirnfläche eines Keramikstiftes montiert werden, der den Lichtwellenleiter mittig aufnimmt. Die
Stirnfläche kann dabei metallisiert sein, um gleichzeitig eine Kontaktierung der Sendeeinrichtung und/oder der Empfangseinrichtung bereitstellen zu können.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Sendeeinrichtung mit ihrem optisch aktiven Bereich nach unten direkt über dem Lichtwellenleiter montiert. Die Detektionseinrichtung ist dabei auf der dem Lichtwellenleiter abgewandten Seite der Sendeeinrichtung angeordnet. Die Sendeeinrichtung strahlt dabei in zwei entgegengesetzte Richtungen Licht aus.
Sofern die Detektionseinheit unmittelbar über dem Lichtwellenleiter montiert ist, befindet sich die Sendeeinrichtung auf der dem Lichtwellenleiter abgewandten Seite der Detektionseinrichtung, wobei die Sendeeinrichtung in dieser Ausgestaltung nur in einer Richtung Licht aussendet.
Bevorzugt ist die Anordnung von Sendeeinrichtung und Moni- toreinrichtung auf einem Leadframe montiert. Das Leadframe weist dabei eine Aussparung auf, um eine optische Kopplung mit einem Lichtwellenleiter zu erlauben. Die Anordnung von Sendeeinrichtung und Detektionseinrichtung auf einem Leadframe ist von besonderem Vorteil, da die Montage von Chips auf einem Leadframe eine Standardtechnik darstellt und fertigungstechnisch einfach zu realisieren ist. Dabei kann auf die bekannten Herstellungs- und Montageverfahren zurückgegriffen werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind in das Sendeeinrichtungs-Substrat und/oder das Monitoreinrich- tungs-Substrat lichtformende Elemente, insbesondere eine Linse, etwa in Form einer Mikrokalotte oder in Form einer Fresnel-Linse integriert. Dies vereinfacht eine Einkopplung von Licht in einen der Sendeeinrichtung zugeordneten Lichtwellenleiter.
In der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfaßt die Sendeeinrichtung eine VCSEL-Laserdiode, die in vertikaler Richtung in bezug auf die Oberfläche das Sendeeinrichtungs- Substrat Licht aussendet. Aufgrund der transparenten Ausbildung des Sendeeinrichtungs-Substrats kann dabei auch eine Lichtausstrahlung in die entgegengesetzte, ebenfalls in bezug auf die Substratoberfläche vertikale Richtung erfolgen. Dabei sind beide Spiegel des Laser-Resonators als teildurchlässige Spiegel ausgebildet. Die Reflektionsgrade betragen beispielsweise 99.91 % für den einen Spiegel und 99.95 % für den anderen Spiegel.
Die Detektionseinheit umfaßt bevorzugt eine Fotodiode.
In einer ersten Variante der Erfindung detektiert die
Detektionseinrichtung einen Teil des von der Sendeeinrichtung ausgestrahlten Lichts und dient somit als Monitor-Einrichtung der Überwachung der Sendeeinrichtung. In einer zweiten, alternativen Variante detektiert die Detektionseinrichtung Licht einer Wellenlänge, die unterschiedlich von der
Wellenlänge des von der Sendeeinrichtung ausgestrahlten Lichtes ist. Dagegen ist die Fotodiode für die Wellenlänge des Lichts, das die Sendeeinrichtung aussendet, unempfindlich. Es besteht bei einer derartigen Ausgestaltung die Möglichkeit einer bidirektionalen Datenübertragung auf einem Wellenleiter mit verschiedenen Wellenlängen in jeder Richtung. Diese bidirektionale Datenübertragung erfolgt dabei über eine äußerst kompakte Anordnung der übereinander angeordneten Sende- und Detektionseinrichtung.
Die Sendeeinrichtung strahlt bevorzugt Licht einer Wellenlänge aus, die oberhalb 950 nm und bevorzugt bei den Wellenlän- gen 1300 nm oder 1500 nm liegt, die für eine optische Datenübertragung besonders interessant sind. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, daß die Sendeeinrichtung Licht einer Wellenlange unterhalb 950 nm, insbesondere von 850 nm ausstrahlt.
Als für das Licht der Sendeeinrichtung transparentes Substrat wird beispielsweise GaAs verwendet, das für Wellenlangen oberhalb 950 nm transparent ist. Es können jedoch auch andere Materialien für das Substrat der Sendeeinrichtung oder der Detektionseinrichtung verwendet werden, insbesondere auch
Silizium oder ein Saphirsubstrat. Hierbei wird auf Verfahren zurückgegriffen, bei denen eine Laserdiode oder eine Monitordiode auf einem ersten Substrat hergestellt und dann auf ein anderes Substrat wie beispielsweise Silizium übertragen wird. Derartige Verfahren sind an sich bekannt.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung anhand mehrerer Ausfuhrungsbeispiele naher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 - ein erstes Ausfuhrungsbeispiel eines erfindungsge- maßen Sendemoduls, bei dem eine Laserdiode über einer Fotodiode angeordnet ist;
Figur 2 - ein zweites Ausfuhrungsbeispiel eines erfindungsgemaßen Sendemoduls, bei dem eine Laserdiode über einer Fotodiode angeordnet ist;
Figur 3 - ein drittes Ausfuhrungsbeispiel eines erfindungsgemaßen Sendemoduls, bei dem eine
Laserdiode über einer Fotodiode angeordnet ist;
Figur 4 - eine alternative Ausgestaltung des Ausfuhrungsbeispiels der Figur 3, bei dem zusätzlich in das Substrat der Laserdiode eine Linse integriert ist;
Figur 5 - ein viertes Ausfuhrungsbeispiel eines er indungsgemäßen Sendemoduls, bei dem eine Sandwich-Anordnung einer Laserdiode und einer Fotodiode direkt über einem Wellenleiter angeordnet ist;
Figur 6 - ein fünftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sendemoduls, bei dem eine Sandwich-Anordnung einer Laserdiode und einer Fotodiode direkt über einem Wellenleiter angeordnet ist;
Figur 7 - ein sechstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sendemoduls, bei dem eine Sandwich-Anordnung einer Laserdiode und einer Fotodiode direkt über einem Wellenleiter angeordnet ist;
Figur 8 - ein siebentes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sendemoduls, bei dem eine Sandwich-Anordnung einer Laserdiode und einer
Fotodiode auf einem eine Öffnung aufweisenden Leadframe montiert ist und
Figur 9 - ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sendemoduls, das eine alternative Ausgestaltung des
Ausführungsbeispiels der Figur 8 darstellt.
Sämtliche Darstellungen sind schematisch und geben nicht notwendigerweise die tatsächlichen Größenverhältnisse wieder.
Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Sendemodul mit einer Sendeeinrichtung 1 und einer Detektionseinrichtung 2, die auf einem Leadframe oder einer Leiterplatte 6 angeordnet sind. Bei der Sendeeinrichtung handelt es sich bevorzugt um eine VCSEL-Laserdiode 1, deren VCSEL-Struktur epitaktisch in vertikaler Richtung auf einen Chip bzw. ein Substrat 3 aufgebracht ist. Es liegt jedoch ebenfalls im Rahmen der Erfindung, daß die VCSEL-Struktur auf einem anderen Substrat hergestellt, von diesem Substrat entfernt und dann auf das Substrat 3 montiert wird.
Bei der Detektionseinrichtung handelt es sich um eine
Fotodiode 2, die auf ein Substrat 4 aufgesetzt oder in dieses integriert ist. Sie dient im dargestellten
Ausführungsbeispiel als Monitordiode und ist hierzu mit einer Steuer-/Regeleinrichtung (nicht dargestellt) zur Regelung der Ausgangsleistung der Laserdiode 1 verbunden.
Das Substrat 3, auf dem die VCSEL-Laserdiode 1 angeordnet ist, ist für die Lichtwellenlänge, die die Laserdiode 1 aussendet, transparent. Daher ist es möglich, daß aus beiden Seiten des vertikal auf dem Substrat 3 angeordneten
Resonators der VCSEL-Laserdiode 1 austretendes Licht auch in beide Richtungen abgestrahlt wird, wobei das nach unten aus dem Resonator austretende Licht zunächst das Substrat 3 durchstrahlt und dann aus dem Substrat 3 austritt. Der Prozentsatz, mit dem die Laserdiode 1 Licht nach oben und der Prozentsatz, mit dem die Laserdiode 1 Licht nach unten abstrahlt, wird dabei durch den Grad der Verspiegelung des unteren und oberen Spiegels des Resonators der Laserdiode 1 eingestellt .
Konkret ist in Figur 1 die Fotodiode 2 mit dem optisch aktiven Bereich nach oben (up side up) auf das Trägersubstrat 4 montiert, das auf der Leiterplatte 6 angeordnet ist. Auf die Fotodiode 2 ist direkt das Substrat 3 mit der Laserdiode 1 montiert, und zwar im dargestellten Ausführungsbeispiel mittels eines optisch transparenten Klebers. Aufgrund der Transparenz des Substrats 3 wird das von der Laserdiode 1 nach unten abgestrahlte Licht direkt auf die Fotodiode 2 gestrahlt .
Die elektrische Kontaktierung der Laserdiode 1 erfolgt im dargestellten Ausführungsbeispiel von der Oberseite her durch zwei Bonddrahte 51, 52, die zu Kontaktpads 7 auf der Leiterplatte 7 fuhren. Die Fotodiode 2 wird von der Oberseite durch einen Bonddraht 53 und von der Unterseite durch Loten oder Kleben mit einem Leitkleber (nicht dargestellt) kontaktiert .
Das von der Laserdiode 1 nach oben abgestrahlte Licht kann direkt oder über eine zusatzliche Optik in einen optischen Wellenleiter (nicht dargestellt) eingekoppelt werden.
Die Laserdiode 1 strahlt bevorzugt Licht einer Wellenlange oberhalb von 950 nm ab, insbesondere Licht einer Wellenlange von 1300 oder 1500 nm. Das Substrat 3 der Laserdiode 1 besteht beispielsweise aus GaAs, das für Licht mit Wellenlangen oberhalb 950 nm lichtdurchlässig ist. Alternativ handelt es sich bei dem Substrat 3 beispielsweise um ein Silizium- oder Saphirsubstrat. Silizium ist für Wellenlangen oberhalb etwa 1100 nm transparent. Saphir ist auch für Wellenlangen unterhalb von 950 nm, insbesondere für Wellen- langen von 850 nm transparent. Der VCSEL-Laser 1 strahlt dann beispielsweise Licht einer Wellenlange von 850 nm ab und wird fertigungstechnisch zunächst auf einem anderen Substrat hergestellt und anschließend von diesem abgetrennt und auf das Saphirsubstrat übertragen. Durch eine solche Übertragung der Laserdiode 1 auf ein neues Substrat können Substrate 3 mit gewünschten optischen Eigenschaften eingesetzt werden.
Das Ausfuhrungsbeispiel der Figur 2 unterscheidet sich von dem Ausfuhrungsbeispiel der Figur 1 zum einen dadurch, daß die VCSEL-Laserdiode 1 nicht über einen Kleber, sondern über Lotbumps 81, 82 auf die Fotodiode 2 aufgebracht ist. Statt über Lotbumps 81, 82 kann eine Kontaktierung beispielsweise auch über einen Leitkleber oder andere selektive elektrische Verbindungen zwischen dem Fotodioden-Chip und dem Substrat 3 erfolgen. Der optisch empfindliche Bereich der Fotodiode 2 ist dabei für einen Strahlungsdurchtritt freigelassen. Der entstandene Spalt zwischen der Fotodiode 2 und dem Substrat 3 wird bevorzugt mit einer optisch transparenten Vergußmasse ausgefüllt .
Der andere Unterschied zum Ausführungsbeispiel der Figur 1 besteht darin, daß der zweite elektrische Kontakt der Laserdiode 1 auf der Rückseite des Substrats 3 liegt, wobei ein Kontakt der Laserdiode 1 und ein Kontakt der Monitordiode 2 zusammengeschaltet und über einen Bonddraht 52 kontaktiert werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 3 ist die Laserdiode 1 mit dem optisch aktiven Bereich nach unten (up side down) mittels Lotbumps 81, 82 auf der Fotodiode 2 bzw. dem Fotodioden-Substrat 4 montiert. In diesem Ausführungsbeispiel wird somit der durch das Substrat 3 abgestrahlte Lichtanteil der Laserdiode 1 für eine Datenübertragung genutzt, wogegen das unmittelbar abgestrahlte Licht auf die direkt darunter angeordnete Fotodiode 2 fällt. Die elektrische Kontaktierung der Laserdiode 1 der Anordnung erfolgt über zwei Bonddrähte 51, 52, wobei einer der Anschlüsse wie in Figur 2 mit einem Anschluß der Fotodiode 2 zusammengeschaltet ist.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 4 ist an der dem aktiven VCSEL-Bereich abgewandten Seite des Substrats 3 eine Mikrokalotte als Linse 31 in das Substrat 3 integriert.
Hierdurch wird das in einen optischen Wellenleiter einzukoppelnde Licht fokussiert.
Die Figur 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der eine Sandwich-Anordnung von Laserdiode 1 und Fotodiode 2 (entsprechend der Anordnung der Figur 2) direkt über einem Wellenleiter 10 montiert ist. Der Wellenleiter 10 befindet sich in einer Feinbohrung 12 einer Ferrule 11. Statt der Verwendung einer Ferrule kann auch vorgesehen sein, daß der Wellenleiter in einem Substrat, insbesondere einem Keramiksubstrat verläuft und bis an die eine Oberfläche des Substrats geführt und dort fixiert. Die Anordnung von Laserdiode 1 und Fotodiode 2 ist direkt auf der Stirnfläche der Ferrule 11 befestigt. Hierzu ist das Fotodioden-Substrat 4 direkt auf die Stirnfläche der Ferrule geklebt.
Die Fotodiode 2 und die Laserdiode 1 haben ihre beiden elekrischen Kontakte jeweils auf der Oberseite und werden durch Bonddrähte 51, 52, 53, 54 kontaktiert, die zu Kontaktpads 7 auf einer Leiterplatte 6 führen. Die
Leiterplatte 6 weist dabei im Bereich der Ferrule 11 eine Aussparung auf. Ein Halter 14 dient als Halter für die Ferrule 11 und/oder als Träger für die Leiterplatte 6.
Das Laserdioden-Substrat 3 weist auf der der Laserdiode 1 abgewandten Seite als strahlenformendes Element eine Linse 31 in Form einer Mikrokalotte auf, die bewirkt, das von der Laserdiode ausgestrahltes Licht mit einem hohen Kopplungsgrad in den Wellenleiter 10 eingekoppelt wird.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 5 durchstrahlt das von der Laserdiode 1 erzeugte Licht zum einen das Laserdioden- Substrat 3 und zum anderen die Fotodiode 2 und das Fotodioden-Substrat 4. Das Licht wird durch das Fotodioden-Substrat 4 hindurch in den Lichtwellenleiter 10 eingekoppelt, der direkt unter dem Fotodioden-Chip 4 angeordnet ist.
Sofern die Fotodiode 2 dabei die gleiche Wellenlänge detektiert, die die Laserdiode 1 ausstrahlt, wird sie als Monitordiode für das ausgestrahlte Licht verwendet. Es ist jedoch ebenfalls möglich, die Fotodiode 2 derart auszulegen, daß sie nicht für die Wellenlänge der Laserdiode 1, sondern für eine andere Wellenlänge empfindlich ist, die oberhalb oder unterhalb der Laserwellenlänge liegt. Die Detektionseinrichtung bzw. Fotodiode 2 kann dann als
Detektionseinheit eines bidirektionalen Sende-/Empfangsmodul verwendet werden, die aus dem Lichtwellenleiter 10 ausgekoppeltes Licht einer zweiten Wellenlange detektiert, wahrend die Laserdiode 1 Licht einer ersten Wellenlange in den Lichtwellenleiter 10 einkoppelt.
Es wird für diesen Fall eine kompakte Anordnung zur bidirektionalen Übertragung von Daten auf einem Wellenleiter 10 mit zwei verschiedenen Wellenlangen bereitgestellt. Durch Hintereinanderanordnung weiterer Sende- und Empfangseinrichtungen mit transparenten Substraten können weitere Wellenlangen für eine bidirektionale Datenübertragung eingesetzt werden.
Bei dem Ausfuhrungsbeispiel der Figur 6 ist eine fokussieren- de Linse 41 nicht in dem Laserdioden-Substrat 3, sondern in dem Substrat 4 der Fotodiode 2 ausgebildet. Des weiteren ist die Fotodiode im Vergleich zu der Anordnung der Figur 5 1 mit dem optisch aktiven Bereich nach unten (up side down) auf der Stirnseite der Ferrule 11 befestigt. Die Stirnseite der Ferrule 11 ist dabei metallisiert und die elektrische Kontaktierung der Fotodiode 2 erfolgt über Lotbumps 81, 82, die auf der Stirnseite der Ferrule 11 angeordnet sind. Im übrigen entspricht die Anordnung der Anordnung der Figur 5.
In der Ausfuhrungsform der Figur 7 wird die Fotodiode 1 mit dem optisch aktiven Bereich nach unten (up side down) über
Lotbumps 81, 82 auf der Stirnseite des den Lichtwellenleiter 10 fuhrenden Substrats (Ferrule 11) geführt. Das nach unten emittierte Licht wird dabei unmittelbar in den Wellenleiter 10 eingekoppelt. Das nach oben emittierte Licht tritt durch die für das Laserlicht optisch transparenten Substrate 3, 4 für die Laserdiode 1 und die Fotodiode 2. Die elektrische Kontaktierung erfolgt analog zu der elektronischen Kontaktierung bei dem Ausfuhrungsbeispiel der Figur 6. Weiter wird noch darauf hingewiesen, daß das Substrat 4 mit der Fotodiode 2 bevorzugt mittels eines optisch transparenten Klebers auf der Ruckseite des Substrats 3 der Laserdiode 1 montiert ist. In einer alternativen Ausgestaltung des Ausführungsbeispiels der Figur 7 (nicht dargestellt) wird der Laserchip 3 umgedreht, so daß die Laserdiode 1 auf der Oberseite des Substrats 3 angeordnet. Die Kontaktierung des Laserchips erfolgt dann ebenfalls von der Oberseite mit zwei Bonddrähten, die von der Leiterplatte 6 bzw. einem Leadframe entsprechend de Figur 5 zur Oberseite der Laserdiode 1 geführt werden. Dies weist gegenüber der Ausführungsform der Figur 7 den Vorteil auf, daß die Laserdiode 1 bereits bei der Montage der Anordnung auf dem Substrat 11 betrieben und somit bei der Montage aktiv justiert werden kann. Bei der Ausführungsform der Figur 7 sind zur Justage von Laserdiode und Fotodiode dagegen passive Ausrichtstrukturen im Laserdi- oden-Substrat bzw. im Fotodioden-Substrat sowie in dem den Lichtwellenleiter 10 führenden Substrat 11 erforderlich.
In den vorangehenden Ausführungsbeispielen kann ebenso wie beim Ausführungsbeispiel der Figur 2 vorgesehen sein, eine optisch transparente Vergußmasse im Bereich der lichtformenden Elemente 31, 41 und/oder zwischen dem Lichtwellenleiter 10 und dem angrenzenden Substrat 3, 4 vorzusehen. Beispielsweise kann im Ausführungsbeispiel der Figur 5 vorgesehen sein, den Bereich zwischen der Linse 31 und der Fotodiode 2 mit einer Vergußmasse auszufüllen. Im Ausführungsbeispiel der Figur 6 kann vorgesehen sein, zum einen den Bereich um die Linse 41 und zum anderen den Spalt zwischen der Fotodiode 2 und dem Wellenleiter 10 bzw. zwischen dem Substrat 4 und der Stirnseite der Ferrule 11 mit einer Vergußmasse auszufüllen. Durch eine optisch transparente Vergußmasse wird der optische Pfad gegenüber Schmutz und Umwelteinflüssen geschützt. Eine mit dem Vergießen einhergehende Reduzierung der Brechkraft der Linsen 31, 41 kann dabei hingenommen werden.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 8 ist die Fotodiode, wie in bezug auf die eben erläuterte Alternative der Figur 7 beschrieben, up side up angeordnet. Die Sandwich-Anordnung von Laserdiode 1 und Fotodiode 2 ist dabei auf einem Leadframe 13 montiert. Das Leadframe 13 weist eine Öffnung 13' auf, die eine optische Kopplung zwischen der Laserdiode 1 und dem Lichtwellenleiter 10 erlaubt. Das den
Lichtwellenleiter 10 führende Substrat 11 (Ferrule 11) ist dabei bis direkt an die Unterseite des Leadframes 13 herangeführt. Zur Kontaktierung der Fotodiode 2 und der Laserdiode 1 dienen zum einen Bonddrähte 51, 52 und zum anderen Lötpads 81, 82. Auch bei dieser Erfindungsvariante ist eine aktive Justage über dem Wellenleiter 10 einfach möglich.
In das Laserdioden-Substrat 3 ist wiederum eine Linse 31 integriert, um eine verbesserte Einkopplung von Laserlicht in den Lichtwellenleiter 10 zu ermöglichen.
Das Ausführungsbeispiel der Figur 9 schließlich entspricht im wesentlichen dem Ausführungsbeispiel der Figur 8, wobei die Laserdiode entsprechend dem Ausführungsbeispiel der Figur 6 auf der Fotodiode und letztere auf dem Leadframe 13 montiert ist. Die Kontaktierung der Laserdiode erfolgt über Bonddrähte 51, 52, die Kontaktierung des Fotodiode 2 über Lotbumps 81, 82, die auf ström- bzw. signalführenden Kontaktpads des Leadframes 13 aufsetzen.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend dargestellten Ausführungsbeispiele. Wesentlich für die Erfindung ist allein, daß ein Sendeeinrichtungs- Substrat und/oder ein Detektionseinrichtungs-Substrat für die von der Sendeeinrichtung ausgesendete Wellenlänge zumindest teilweise transparent ist und die Sendeeinrichtung und die Detektionseinrichtung in bezug auf die Richtung des ausgesendeten Lichtes übereinander bzw. untereinander angeordnet sind.

Claims

Patentansprüche
1. Sendemodul für eine optische Signalübertragung mit einer Sendeeinrichtung, die Licht einer bestimmten Wellen- länge aussendet, einem Sendeeinrichtungs-Substrat, auf dem die Sendeeinrichtung angeordnet oder ausgebildet ist, einer Detektionseinrichtung, die Licht einer bestimmten Wellenlänge detektiert und einem - Detektionseinrichtungs-Substrat, auf dem die
Detektionseinrichtung angeordnet oder ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Sendeeinrichtungs-Substrat (3) und/oder das Detekti- onseinrichtungs-Substrat (4) für die von der Sendeeinrichtung
(1) ausgesandte Wellenlänge transparent ist und die Sendeeinrichtung (1) und die Detektionseinrichtung (2) in bezug auf die Richtung des ausgesandten Lichts übereinander angeordnet sind.
2. Sendemodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das von der Sendeeinrichtung (1) ausgesandte Licht vor einer Einkopplung in einen Lichtwellenleiter (10) die Detektionseinrichtung (2) durchstrahlt .
3. Sendemodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Sendeeinrichtung (1) Licht in zwei entgegengesetzte Richtungen ausstrahlt, wobei das in die eine Richtung ausgestrahlte Licht in einen Lichtwellenleiter (10) eingekoppelt wird und das in die andere Richtung ausgestrahlte Licht auf die Detektionseinrichtung (2) fällt.
4. Sendemodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das auf die Detektionseinrichtung
(2) fallende Licht zuvor durch das Sendeeinrichtungs-Substrat ( 3 ) gelaufen ist .
5. Sendemodul nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das in den Lichtwellenleiter (1) eingekoppelte Licht zuvor durch das Detektionseinrichtungs- Substrat (4) gelaufen ist.
6. Sendemodul nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeeinrichtung (1) auf der Detektionseinrichtung (2) angeordnet ist oder umgekehrt.
7. Sendemodul nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeeinrichtung (1) mit dem optisch aktiven Bereich nach oben auf der Detektionseinrichtung (2) angeordnet ist.
8. Sendemodul nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeeinrichtung (1) mit dem optisch aktiven Bereich nach unten auf der Detektionseinrichtung (2) angeordnet ist.
9. Sendemodul nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein zwischen der Sendeeinrichtung (1) und der Detektionseinrichtung (2) eventuell vorhandener Spalt durch eine optisch transparente Vergußmasse ausgefüllt ist.
10. Sendemodul nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrischer
Anschluß der Sendeeinrichtung (1) und ein elektrischer Anschluß der Detektionseinrichtung (2) zusammengeschaltet sind und gemeinsam kontaktiert werden.
11. Sendemodul nach mindestens einem der vorangehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung von Sendeeinrichtung (1) und Detektionseinrichtung (2) direkt über einem Lichtwellenleiter (10) montiert ist.
12. Sendemodul nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtwellenleiter (10) über eine Fuhrung (12) in einem Substrat (11) bis an die
Oberflache des Sendeeinrichtungs-Substrats (3) oder des De- tektionsemrichtungs-Substrats (4) gefuhrt ist.
13. Sendemodul nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung von Sendeeinrichtung
(I) und Detektionseinrichtung (2) direkt auf der Stirnflache eines den Lichtwellenleiter (10) aufnehmenden Keramikstiftes
(II) montiert ist.
14. Sendemodul nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis
13, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeeinrichtung (1) direkt über dem Lichtwellenleiter (10) montiert ist.
15. Sendemodul nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis
14, dadurch gekennzeichnet , daß die Anordnung von Ξendeeinrichtung (1) und Detektionseinrichtung (2) auf einem Leadframe (13) montiert ist, wobei das Leadframe eine Aussparung (13 ) aufweist, um eine optische Kopplung mit einem Lichtwellenleiter (10) zu erlauben.
16. Sendemodul nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in das Sendeeinrichtungs-Substrat (3) und/oder das Detektionseinrichtungs-Substrat (4) lichtformende Elemenete (31, 41), insbesondere eine Linse integriert ist.
17. Sendemodul nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeeinrichtung eine VCSEL-Laserdiode (1) umfaßt.
18. Sendemodul nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektionseinrichtung eine Fotodiode (2) umfaßt.
19. Sendemodul nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektionseinrichtung (2) als Monitoreinrichtung dient und hierzu einen Teil des Lichts der Sendeeinrichtung (1) detektiert.
20. Sendemodul nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektionsein- heit (2) Licht einer Wellenlänge detektiert, die unterschiedlich ist von der Wellenlänge des von der Sendeeinrichtung (1) ausgesandten Lichts, wobei Sende- und Detektionseinrichtung (1, 2) ein bidirektionales Sende- /Empfangsmodul ausbilden.
21. Sendemodul nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeeinrichtung (1) Licht einer Wellenlänge oberhalb 950 nm aussendet, insbesondere Licht einer Wellenlänge von 1300 nm oder 1500 nm.
22. Sendemodul nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sende- einrichtungs-Substrat (3) und/oder das Detektionseinrich- tungs-Substrat (4) aus Galliumarsenid besteht.
23. Lasermodul nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Sendeeinrich- tungs-Substrat (3) und/oder das Detektionseinrichtungs-
Substrat (4) aus Silizium oder einem Saphirmaterial besteht.
EP01933622A 2001-04-18 2001-04-18 Sendemodul für eine optische signalübertragung Withdrawn EP1379903A1 (de)

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