SE468150B - Optoelektronisk komponent - Google Patents

Description

468 150 terande spegelns vinkel avviker i allmänhet något från den teoretiskt riktiga. Likaså är i allmänhet fotodetektorns ljusmottagande halvledar- element ej exakt riktigt placerat i ett plan vinkelrätt mot detektorns optiska axel. Av dessa orsaker kommer den mot fotodetektorns halvledar- element infallande strålningen i allmänhet inte att vara centrerad i för- hållande till halvledarelementet. Detta förhållande har orsakat att man hittills vid kända komponenter av aktuellt slag ha varit nödsakad att använda relativt stor area hos fotodetektorns halvledarelement, detta för att säkerställa att en tillräckligt stor del av den mot detektorn infall- ande strålningen verkligen träffar detektorn trots de ovan nämnda oundvik- liga felkällorna. Eftersom en fotodetektors prestanda försämras med ökande area, har tidigare kända komponenter uppvisat sämre driftegenskaper än vad som teoretiskt skulle ha varit möjligt.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Föreliggande uppfinning avser en optoelektronisk komponent av inlednings- vis angivet slag, vilken erbjuder möjlighet till en snabb, enkel och effektiv injustering av de båda i komponenten ingående halvledarelementen och därigenom dels en snabbare och billigare tillverkning av komponenten och dels möjlighet att vid en fotodetektor använda halvledarelement med små dimensioner och därigenom högre prestanda. Uppfinningen avser även att åstadkomma en komponent, vid vilken de båda ingående halvledarelementen är justerbara till maximal effektivitet oberoende av varandra.

Vad som kännetecknar en komponent enligt uppfinningen framgår av bifogade patentkrav.

FIGURBESKRIVNING Uppfinningen skall i det följande beskrivas i anslutning till bifogade figurer 1-5. Figur 1 visar ett snitt genom en komponent enligt uppfinn- ingen, vilken har en lysdiod, en fotodetektor samt anslutningsorgan för en ljusledare. Figur 2 visar ett snitt genom en i komponenten ingående mon- teringskropp för justerbar montering av fotodetektorn och spegeln. Figur 3 visar ett snitt genom en andra monteringskropp för justerbar montering av lysdioden. Figur Ä visar i anslutning till ett snitt genom komponenten principen för injustering av fotodetektorn. Figur 5 visar på samma sätt principen för injustering av lysdioden. 3 468 150 BESKRIVNING Av UTFÖRINGSEXEMPEL Figur 1 visar en optoelektronisk komponent som utgör ett utföringsexempel av uppfinningen. Komponenten innefattar två optoelektroniska halvledar- element, en lysdiod 1 och en fotodetektor 2. Dessa är anordnade i ett hus 3, vilket är försett med organ för anslutning av en ljusledare 7. Lys- dioden är anordnad att utsända strålning mot ljusledaren för transmission genom denna, och fotodetektorn är anordnad att motta genom ljusledaren infallande optisk strålning.

Lysdioden 1 har en sockel 11, på vilken en halvledarkropp 16 är monterad, vilken utgör lysdiodens aktiva och ljusutsändande element. I anslutning till halvledarkroppen är en lins 17 anordnad för fokusering av strål- ningen. Lysdioden har vidare en kåpa 12, vilken är försedd med en ut- trädesöppning för strålningen, i vilken en lins 18 är anordnad. Linserna 17 och 18 fokuserar strålningen mot ljusledarens 7 optiska fiberände 8.

Lysdioden är försedd med schematiskt visade anslutningsledare 14, 15 och dess sockel är fylld med glas eller ett plastmaterial 13.

Fotodetektorn 2 har på samma sätt en sockel 21, i vilken en anslutnings- ledare 24 är ingjuten med hjälp av ett isolerande material 23. På ledarens i figuren övre yta är en halvledarkropp 26 monterad, vilken utgör detek- torns aktiva element. Halvledarkroppen kan utgöras av en fotodiod, en fototransistor eller någon annan fotodetekterande komponent. Detektorn har en kåpa 22 med en inträdesöppning för den infallande optiska strålningen.

I denna öppning är en lins 28 anordnad för fokusering av den infallande strålningen mot halvledarkroppen 26.

Huset 3 är utfört av metall och är i huvudsak rotationssymmetriskt med en symmetriaxel A-A. Huset är försett med en axiell urborrning 32 för upp- tagande av ljusledaren 7. Huset har vidare organ för fastlåsning av ljus- ledaren vid huset i form av klackar 33, 34 för en bajonettfattning samt en styrslits 35. Huset har i sin i figuren högra del en cylindrisk urtagning 31 vars mot ljusledaren vända del 311 har halvsfärisk form. Huset har vidare en i figuren nedåtriktad öppning 36, i vilken fotodetektorn är an- ordnad. Huset har vidare icke visade fastsättningsorgan i form av fäst- öron, klackar eller liknande. 468 150 .g H I figuren visas schematiskt en genom ljusledaren infallande stråle beteck- nad med I samt två från lysdioden utsända strålar betecknade med II. Lys- diodens symmetriaxel och optiska axel sammanfaller approximativt med ljus- ledarens 7 längdaxel, medan fotodetektorns 2 optiska axel är approximativt vinkelrät mot nämnda längdaxel. Mellan lysdioden och änden hos ljusledaren 7 är en delvis transmitterande spegel 5 anordnad. Denna kan utgöras av en glasskiva som är försedd med en lämplig halvspeglande beläggning, eller med ett genombrutet mönster av en fullständigt reflekterande beläggning.

Spegeln 5 genomsläpper därigenom från lysdioden utsänt ljus i riktning mot ljusledaränden, och spegeln reflekterar vidare från ljusledaränden utträd- ande ljus nedåt i figuren i riktning mot fotodetektorn.

Fotodetektorn 2 och spegeln 5 är monterade i en första monteringskropp 4 som har en sfärisk mantelyta med approximativt samma radie som urtag- ningens 31 halvsfäriska del 311. Monteringskroppen 4 och därmed fotodetek- torn 2 och spegeln 5 kan därigenom vid montering av komponenten vridas till önskat läge i förhållande till huset 3. Kroppen 4 kan lämpligen vara utförd av metall eller av ett plastmaterial. Lysdioden 1 omsluts av en andra monteringskropp i form av en metallring 6, exempelvis utförd av aluminium. Ringen 6 har en dubbelkrökt mantelyta, som ligger an mot randen hos en urtagning 43 i kroppen 4. Mantelytan kan exempelvis ha approxima- tivt sfärisk form med en radie som överensstämmer med radien hos urtag- ningen 43. Härigenom kan vid monteringen ringen 6 med den däri anbringade lysdioden 1 dels vridas till önskad orientering och dels förskjutas axiellt i förhållande till kroppen 4 till lämpligt läge.

Figur 2 visar ett snitt genom den första monteringskroppen 4. Kroppen är i huvudsak rotationssymmetrisk och har en åtminstone approximativt sfärisk mantelyta 46. Kroppen har symmetriaxeln B-B. En mot denna axel vinkelrät diameter C-C hos den sfäriska mantelytan 46 skär symmetriaxeln i en punkt 41, vilken därmed kommer att utgöra kroppens vridningscentrum. Kroppen är försedd med triangulära urtagningar 42, vid vars snedställda kanter spegeln 5 är fastsatt, exempelvis genom limning. Kroppen har ett genom- gående runt hål med axeln B-B och med ett parti 43 med större diameter för upptagande av lysdioden med ringen 6 och ett parti 44 med mindre diameter.

Kroppen har vidare ett runt hål 45 med axeln D-D, i vilket fotodetektorn 2 monteras genom att klämmas och/eller limmas fast. ,. = 1 468 150 Figur 3 visar den andra monteringskroppen, metallringen 6. Dess i figuren vänstra del är rotationssymmetrisk med ett runt hål 63 för upptagande av lysdioden 1 samt med en yttre mantelyta 61 med approximativt sfärisk form och med centrum i punkten 62. Kroppen 6 har två åt höger i figuren ut- skjutande fjädrande delar 64, 65, vilka säkerställer lysdiodens 2 fixering vid kroppen 6.

Figur 4 visar den ände av huset 3 i vilken lysdioden och fotodetektorn är anordnade och avser att åskådliggöra förfarandet vid monteringen. Vid monteringen fastsätts först detektorn 2 och spegeln 5 vid monteringskrop- pen 4, vilken därefter införs till det i figuren visade läget i huset 3.

Vidare monteras ljusledaren 7 vid huset 3. Vid motsatt ände av ljusledaren sänds ljus in i denna, och fotodetektorn ansluts till mätorgan för bestäm- ning av det infallande ljusets intensitet. Med hjälp av ett lämpligt verk- tyg, exempelvis en stång som passar i kroppens 4 urtagning 43 justeras därefter kroppen 4, och därmed spegeln och detektorn, in genom vridning av kroppen i förhållande till huset till dess att maximal ljusintensitet erhålles från detektorn. Med hjälp av det nyss nämnda verktyget kan krop- pen 4 vridas kring sitt vridningscentrum 41. Vridningen kan göras runt en mot papperets plan vinkelrät axel genom punkten 41, vilket medför en för- flyttning av avbildningen av fiberänden 8 på fotodetektorns aktiva element 26 utefter den med F-F betecknade banan. Vridning kan även göras runt en axel genom punkten 41 i papperets plan och vinkelrätt mot ljusledarens 7 längdaxel. Detta medför en förflyttning av nämnda avbildning i en mot papperets plan vinkelrät bana. Öppningen 36 i huset 3 har så pass stor diameter att tillräcklig frigâng finns mellan huset och detektorn 2 för möjliggörande av denna justering. På detta:sätt_kan detektorn 2 enkelt och _ _ snabbt bringas till ett sådant läge att största möjliga del av den genom ljusledaren infallande strålningen träffar detektorns aktiva del 26. När detta läge uppnåtts fixeras kroppen 4 vid huset 3 med hjälp av lim, härd- plast eller dylikt, i figuren betecknat med 9. Limmet eller plasten an- bringas lämpligen runt hela spalten mellan kroppen 4 och huset 3.

Härefter införs som visas i fig 5 lysdioden 1, insatt i sin monteringsring 6, i hålet 43 hos kroppen 4. Lysdioden ansluts till en strömkälla och bringas härigenom att utsända ljus. Från lysdioden utsända ljusstrålar II fokuseras mot en punkt vid ljusledarens ände. I allmänhet kommer denna punkt inte att vara belägen på ändytan av den optiska fibern 8, detta på grund av oundvikliga avvikelser vid tillverkning och montering. Ett mät- 468 150 -_ 6 organ anslutes till ljusledarens 7 motsatta ände för detektering av intensiteten hos det ljus som utträder från ljusledaren. Lysdioden med ringen 6 kan nu vridas och även axialförskjutas till dess att maximal intensitet erhålles hos det i motsatt ljusledarände detekterade ljuset.

Lysdioden befinner sig då i sitt optimala läge och fixeras i förhållande till kroppen 4, t ex med hjälp av ett snabbtorkande lim 10 som appliceras i spalten mellan ringen 6 och kroppen Ä. För erhållande av ökad mekanisk stabilitet kan därefter, om så önskas, mellanrummet 100 mellan dioden 1, huset 3, kroppen Ä och ringen 6 fyllas med lämpligt material, exempelvis epoxiplast.

Som framgår av till exempel figur Ä är kroppens 4 vridningscentrum H1 skilt från den punkt där en infallande stråle träffar spegeln 5. Det har visat sig att denna utföringsform möjliggör en synnerligen snabb och effektiv injustering av fotodetektorn till maximal effektivitet.

Vid en optoelektronisk komponent enligt uppfinningen erhålles alltså en snabb och enkel montering samtidigt som den effektiva injusteringen ger ett maximalt utnyttjande av halvledarkomponenterna. Genom de goda juste- ringsmöjligheterna kan tillverkningstoleranserna hållas lägre än vad som eljest varit möjligt utan att detta medför några nackdelar. Vidare kan fotodetektorns aktiva halvledarkropp utföras med väsentligt mindre area än vad som hittills varit möjligt, varigenom väsentligt förbättrade pres- tanda, såsom lägre kapacitans och lägre mörkerström, kan erhållas.

Den ovan beskrivna komponenten enligt uppfinningen är endast ett av ett stort antal tänkbara utföringsexempel. Uppfinningen är sålunda tillämplig även vid sådana komponenter där båda de ingående halvledarelementen utgörs av fotodetektorer eller där båda de ingående halvledarkomponenterna utgörs av ljusutsändande halvledarelement.

Det ljusutsändande halvledarelementet har i ovanstående utföringsexempel antagits vara en lysdiod, men det kan givetvis alternativt utgöras av ett annat ljusemitterande element, exempelvis en laserdiod.

Den ovan beskrivna komponenten är avsedd för anslutning till en ljus- ledare. Uppfinningen är dock inte begränsad till detta fall utan kan till- lämpas och ger samma fördelar även vid andra användningsområden, exempel- vis då ljus insänds mot respektive utsänds från de i komponenten ingående 468 150 7 halvledarelementen med hjälp av linssystem eller liknande.

Med den ovan använda termen "ljus" avses i denna ansökan elektromagnetisk strålning såväl inom det synliga vâglängdsbandet som inom angränsande våglängdsområden.

I stället för den ovan beskrivna bajonettfattningen för anslutning av en ljusledare kan givetvis andra anslutningsorgan användas.

Claims (3)

-$> CT\ I. ._A (11 (ID PATENTKRAV

1. Optoelektronisk komponent för utsändande och/eller mottagande av ljus, och med ett hus (3), ett första (2) och ett andra (1) optoelektroniskt halvledarelement samt en halvgenomskinlig spegel (5) för avlänkning av infallande och/eller emitterat ljus till eller från det första halvledar- elementet, k ä n n e t e c k n a d därav att spegeln och det första halvledarelementet är monterade i en första sfärisk kropp (4), vilken är justerbart lagrad i en sfärisk urtagning (311) i huset, samt att det andra halvledarelementet (1) är monterat i en andra sfärisk kropp (6) som är justerbart lagrad i en cylindrisk urtagning (43) i den första sfäriska kroppen (4).

2. Optoelektronisk komponent enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k - n a d därav att huset innefattar organ (32, 33, 34, 35) för anslutning av en ljusledare (7, 8) för transmission av ljus till och/eller från de opto- elektroniska halvledarelementen.

3. Optoelektronisk komponent enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d därav att den första sfäriska kroppen (4) är försedd med en urtagning (42) i vilken spegeln (5) är monterad. Optoelektronisk komponent enligt något av föregående patentkrav, k ä n n et e c k n a d därav att den första sfäriska kroppen (4) är försedd med en öppning (45), i vilken det första halvledarelementet (2) är monterat. 5. k ä n n e t e c k a d därav att den första sfäriska kroppens (4) Optoelektronisk komponent enligt något av föregående patentkrav, vridningscentrum (41) ligger på avstånd från den del av spegeln (5), i vilken mot spegeln från ljusledaren infallande ljus träffar spegeln. 6. k ä n n e t e c k n a d därav att det första halvledarelementet (2) utgörs Optoelektronisk komponent enligt något av förgående patentkrav, av en fotodetektor och det andra halvledarelementet (1) av ett ljus- emitterande halvledarelement.