WO2002071120A1

WO2002071120A1 - Optische baugruppe mit justiereinrichtung

Info

Publication number: WO2002071120A1
Application number: PCT/EP2001/002618
Authority: WO
Inventors: Uwe Nolte; Petra Auchter Krummel; Wolfram Beier; Burkhard Danielzik; Noboru Kobayashi; Rupert Schnell
Original assignee: Schott Glas; Carl-Zeiss-Stiftung Trading As Schott Glas; Carl-Zeiss-Stiftung
Priority date: 2001-03-08
Filing date: 2001-03-08
Publication date: 2002-09-12

Abstract

Um eine optische Baugruppe, umfassend einen Träger und eine an diesem angebrachte Justiereinrichtung, mittels welcher eine optische Komponente justierbar ist, auf einfache Weise justierbar zur Verfügung zu stellen, wobei nachfolgend auch dauerhaft und zuverlässig die einmal eingestellte Justierung beibehalten wird, ist vorgesehen, dass die optische Komponente vorjustiert montierbar ist und mittels zumindest einer Feinjustiervorrichtung nachjustierbar ist.

Description

Optische Baugruppe mit Justiereinrichtung

Beschreibung Die Erfindung betrifft eine optische Baugruppe mit

Justiereinrichtung, insbesondere eine Einfach- oder Mehrfach- DM- oder DWDM-Filterbaugruppe, welche auch zu größeren nachrichtentechnischen Systemen kombinierbar sind.

Optische Filter haben eine immer stärkere Verbreitung in der Nachrichten- und Signalverarbeitung gefunden, insbesondere an Stellen, an welchen eine Vielzahl optischer Übertragungskanäle mit verschiedenen Wellenlängen in einem Multiplexer bei einem oder mehreren Sendern zusammengefügt oder in einem Demultiplexer bei einem oder mehreren Empfängern wieder vereinzelt werden. Mit zunehmenden Übertragungsraten wird stetig versucht, die vorhandenen optischen Übertragungskanäle bestmöglich zu nutzen, welches sich in immer strengeren Forderungen an die Filtersteilheit und Schmalbandigkeit der einzelnen Übertragungs-

Wellenlängenbereiche ausdrückt. Heutige Bandbreiten optischer , Filter liegen bereits unterhalb von 100 GHz, und ' Bestrebungen, Filter mit Bandbreiten von 50 GHz, 25 GHz oder sogar darunter herzustellen, finden hohe Beachtung. Da die üblichen Interferenzfilter mit einer hohen Anzahl von

Interferenzschichten jedoch äußerst anfällig sind gegenüber Verkippungen und die vielfach eingesetzten Monomode- Lichtwellenleiter mit geringsten Aus- und Einkoppelverlusten und hohen Anforderungen an die Langzeitstabilität betrieben werden sollen, kommt der mechanischen Halterung und insbesondere einer dauerhaft stabilen Justierung der optischen Komponenten gravierende Bedeutung zu.

Aus der PCT/DE99/00384 ist ein flexibles Verfahren zum Aufbauen und Verbinden optischer Komponenten bekannt, bei welchem jede Komponente zunächst eigenständig in einem eigens dafür bereitgestellten Halter gehaltert, mit Justierwerkzeug ausgerichtet und danach endbefestigt wird. Nach dem Befestigungsvorgang wird die Dejustage der jeweiligen optischen Komponente ermittelt und in der Regel nochmals nachjustiert, wodurch mindestens zwei Justierschritte nötig sind. Ferner wird der letzte Justierschritt unter Zuhilfenahme von Laserenergie durch gezielte Verbiegung von Gelenken vorgenommen, welches Biegespannungen in die Halterung der optischen Komponente einbringen kann. Die dort für Laserresonatoren mit makroskopischen Abmessungen vorgestellten Konzepte scheinen ferner im Gegensatz zu dem Wunsch nach immer kompakteren Anordnungen auf Grund der dort verwendeten Halter nicht beliebig verkleinerbar zu sein.

Der Erfindung liegt folglich die Aufgabe zu Grunde, eine auf einfache Weise justierbare optische Baugruppe zur Verfügung zu stellen, welche dauerhaft und zuverlässig die einmal eingestellte Justierung beibehält.

Ferner wäre es wünschenswert, für Anordnungen mit einer großen Vielzahl von Baugruppen möglichst effiziente, zielführende Justierschritte und -verfahren zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird bereits auf höchst überraschend einfache Weise mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einem Filtermodul mit den Merkmalen der Ansprüche 39 und 40 sowie mit einem nachrichtentechnischen Übertragungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 41 gelöst.

Wenn die optische Komponente vorjustiert montierbar und mittels zumindest einer Feinjustiervorrichtung nachjustierbar ist, kann der vollständige Justiervorgang in einem einzigen Justierschritt vorgenommen werden, wodurch sowohl Zeit als auch Kosten einsparbar sind. Ferner kann alternativ bei gleichem zeitlichem Aufwand wie beim Stand der Technik der hochpräzisen Feinjustierung mehr Aufmerksamkeit geschenkt werden, wodurch die erreichbare Qualität bei gleichen Kosten noch verbessert werden kann.

Wenn der Halter eine Grundplatte umfaßt, an welcher die zumindest eine Feinjustiervorrichtung angeordnet ist, kann mit entsprechendem Material der Grundplatte eine sehr stabile und dauerhafte Basis für die jeweiligen angestrebten Toleranzfelder der Justierung bereitgestellt werden.

Vorzüge bei der Bearbeitung bieten metallische Werkstoffe, welche mit herkömmlichen spanabhebenden oder gießtechnischen Verfahren bereitstellbar sind. Besonders bevorzugte metallische Werkstoffe umfassen ein oder mehrere Elemente aus der Gruppe, welche Kovar, Invar, Ni-Legierungen und Edelstahl enthält, denn hierdurch lassen sich korrosionsbeständige Anordnungen mit zum Teil sehr niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten bereitstellen.

Weitere bevorzugte Materialien für die Grundplatte sind nichtmetallischer, anorganischer Natur. Glaskeramische Materialien sind besonders vorteilhaft, da diese nicht nur hohe Festigkeit und Steifigkeit aufweisen sondern auch gegen Umwelteinflüsse hoch resistent sind.

Falls die Grundplatte aus einem Glas mit geringem Wärmeausdehnungskoeffizienten besteht, können bei einer temperaturstabilen Anordnung Prägetechniken verwendet werden, mittels welcher vordefinierte, vorjustierte präzise Aufnahmen für die FeinJustiervorrichtung oder weiter optische Komponenten mit geringerem Justierbedarf geschaffen werden.

Sehr stabile Einstellungen lassen sich beispielsweise dadurch erreichen, daß die Feinjustiervorrichtung wenigstens ein Justierelement umfasst, welches in dessen Längenabmessungen änderbar ist.

Weitere Vorteile und wichtige Eigenschaften lassen sich der nachfolgenden detaillierten Beschreibung entnehmen.

Die Erfindung wird nachfolgend detaillierter und unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen an Hand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

I Fig. 1 eine optische Baugruppe mit Justiereinrichtung in

Form eines WDM-Filte odul gemäß einer ersten

Ausführungsform von der Seite, Fig. 2 eine optische Baugruppe mit Justiereinrichtung gemäß Fig. 1 in einer Draufsicht von oben, Fig. 3 eine Multi-Modul-Filterbaugruppe mit mehreren, kaskadierten Justiereinrichtungen in Form eines

WDM-Filtemodul gemäß den Figuren 1 und 2, Fig. 4a bis 4c eine Feinjustiervorrichtung in Form eines

Hexapoden, jeweils in einer Prinzipdarstellung, Fig. 5a und 5b eine FeinJustiervorrichtung in Form eines

Hexapoden, welche in zwei Justierebenen im wesentlichen kegelstumpfförmig aufgebaut ist, Fig. βa und βb eine FeinJustiervorrichtung in Form eines

Hexapoden, welche in vier Justierebenen im wesentlichen kegelstumpfförmig aufgebaut ist, jedoch eine zurückgefaltete Justieebene zu

Kompensationszwecken umfaßt, Fig. 7 die Darstellung einer Abwicklung der

Kegelmantelfläche des kegelstumpfförmgigen

Hexapoden aus Fig. 5a und 5b, Fig. 8 die Ausbildung eines WDM-Filtermoduls mit einer ersten, einer zweiten GRIN-Linse und einem WDM- Filter auf einem eigenen Träger,

Fig. 9 die Befestigung des WDM-Filters an einer GRIN-Linse mittels Feinjustiereinrichtung innerhalb eines WDM- Filtermoduls,

Fig. 10 die Ausbildung eines WDM-Filter oduls mit einer ersten, einer zweiten GRIN-Linse und einem WDM- Filter befestigt mittels Feinjustiereinrichtung an einem eigenen, im wesentlichen hülsenförmigen

Träger,

Fig. 11 die Ausbildung eines WDM-Filtermoduls mit einer ersten, einer zweiten GRIN-Linse und einem WDM- Filter auf einem eigenen Träger in einer zu Fig. 8 alternativen Ausgestaltung.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand besonders bevorzugter Ausführungsformen beschrieben, wobei als optische Komponente im allgemeinen Sinne ein jedes ein- oder mehrteilige Element verstanden wird, welches in der Lage ist, Licht, bzw.

Photonen zu beeinflussen. Diese Beeinflussung umfaßt die Erzeugung, Verstärkung, Absorption und Umwandlung von Photonen, insbesondere die Wandlung elektrischer in photonischer Energie und photonischer in elektrische Energie sowie die Umsetzung oder Verschiebung der Frequenz und umfaßt auch die Brechung und Beugung im klassischen Wellenbild. Im speziellen Sinne sind jedoch Baugruppen optischer nachrichtentechnischer Systeme und deren spezifische Belange für die Erfindung von stark erhöhter Bedeutung.

Zunächst wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 die Erfindung anhand eines einzelnen WDM-Filters (Wavelength Division Multiplex-Filter) , welches auch als DWDM-Filter (Dense Wavelength Division Mulitplex-Filter) ausgestaltet sein kann, näher beschrieben.

Das im ganzen mit dem Bezugszeichen 1 versehene optische Filtermodul umfaßt eine erste GRIN-Linse 2, das für die jeweiligen Wellenlängenbereiche angepaßte WDM-Filter 3 und eine zweite GRIN-Linse 4.

Lichtwellenleiter 5, 6 und 7 sind jeweils an w P c_n o Ln o o n

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Verfahren bestimmt und kann beispielsweise bei Spritzgußverfahren oder lithographischen Oberflächenstrukturierenden Verfahren bis hinunter zu Toleranzfeldern im sub-Mikrometerbereich liegen.

Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, sowohl die GRIN-Linsen 2, 4 als auch das WDM-Filter 3 mit hoher Genauigkeit vorjustiert in die Ausnehmungen 12, 13, 14 einzubringen und lediglich im Rahmen einer FeinJustierung durch Verbiegung der elastischen Zunge 10 mit der Feinjustiervorrichtung 16 eine entsprechende NachJustierung vorzunehmen.

Da sich sowohl die GRIN-Linsen 2 und 4 als auch das WDM- Filter 3, letzteres vermittels der Zunge 10 und der Feinjustiervorrichtung 16, auf der Grundplatte 11 abstützen, ist diese wesentlich mitverantwortlich für die Stabilität und dauerhafte Genauigkeit der einmal vorgenommenen Feinjustierung.

Die Grundplatte 11 kann beispielsweise aus metallischen Werkstoffen bestehen, welche in bevorzugter Weise eine geringe Wärmeausdehnung aufweisen, wie beispielsweise Kovar, Invar, Ni-Basislegierungen oder auch Stähle und hier vorzugsweise Edelstahle umfassen.

Bei derartigen Werkstoffen finden entweder Gußbeziehungsweise Druckgußtechniken sowie Spritzgußtechniken Verwendung oder können nachträglich automatisierte formgestaltende Maßnahmen durch spanabhebende - sowie Ätzverfahren vorgenommen werden.

In sehr vorteilhafter Weise kann die Grundplatte 11 beziehungsweise der Träger 11 auch aus einem nicht metallischen, anorganischen Material bestehen, wie beispielsweise aus einem glaskeramischen Material, welches bei entsprechender Materialwahl einen Wärmeausdehnungskoeffizienten a von im wesentlichen 0 haben kann. Hierdurch kann nicht nur thermische sondern auch hervorragende mechanische Stabilität zur Verfügung gestellt werden. Ferner kann die Aufnahme der optischen Baugruppe oder Komponente so gestaltet werden, daß deren thermischer Ausdehnungskoeffizienten a, beispielsweise zwischen deren mechanischem Befestigungspunkt und dem optisch wirksamen Ort, wie beispielsweise eine Filter-Interferenzschicht, durch den Träger 11 oder die Grundplatte 11 gerade kompensiert wird, so daß das Zusammenwirken der an einander angepassten thermischen Ausdehnungskoeffizienten einen effektiven zusammengesetzten Ausdehnungskoeffizienten von im wesentlichen Null ergibt, oder ein minimaler Äa Mismatch Vorliegt.

Bevorzugte Glaskeramiken sind beispielsweie Zerodur, Robax, gemahlenes CERAN (zum Beispliel als Rezyclat) sowie andere LAS- oder CAS- oder MAS-Systeme (Lithium-Alumino-Silicat, Calcium-Alumino-Silicat bzw. Magnesium-Alumino-Silicat) . Ferner liegt es im Rahmen der Erfindung, Gläser mit geringem Wärmeausdehnungskoeffizienten, wie beispielsweise hoch-SI0₂- haltige Gläser (zum Beispiel ULE von Corning) , Duran, Borofloat sowie Quarzglas oder Natronkalksilicatgläser mit geringfügig höherem alpha zu verwenden.

Auch Keramiken wie in bevorzugter Weise maschinenbearbeitbare Keramiken, welche bevorzugt Al₂0₃, Cordierit ( 2Mg0.2Al₂0₃.5Si0₂) umfassen, sind als Material für die Grundplatte 11 beziehungsweise den Träger 11 vorteilhaft nutzbar. Insbesondere maschinenbearbeitbare Glaskeramiken wie Vitronit haben große Vorteile, da diese automatisiert gefertigt werden können.

Weitere vorteilhafte Keramiken umfassen Porzellan sowie Steati .

Wird die Grundplatte 11 als eigener Träger für ein einziges WDM-Filtermodul 1 ausgebildet, können auch Halbleiter, wie beispielsweise Silicium Verwendung finden, in welche mit bekannten Verfahren der Halbleiter-Atztechnik entsprechende Ausnehmungen 12, 13, 14 hochgenau eingebracht werden und diese auf einer größeren Grundplatte 17 zu einem gesamten nachrichtentechnischen System 18 vereint werden.

Generell sind jedoch samtliche vorstehend wie nachfolgend beschriebenen Materialien sowohl für die Grundplatte 11 als auch die größere Grundplatte 17 sowohl als gleichartige Materialpaarungen als auch in Kombination einsetzbar. Insbesondere kann in Bezug auf die jeweiligen

Genauigkeitsanforderungen stets eine optimale Materialauswahl kostenorientiert stattfinden. So kann z.B. das Filtermodul 1 selbst mit den höchsten Genauigkeitsanforderunge realisiert werden, beispielsweise auf einem Halbleiter- oder

Glaskeramiktrager 11 und die größere Grundplatte 17 kostengünstiger auf einem spritzgußtauglichen Kompositmaterial aufbauen, soweit die jeweiligen einzelnen Module etwa mit Faserwellenleitern untereinander verbunden werden.

Alternativ oder in Kombination können als Materialien Thermoplaste wie POM, PE, PS, PC, PET, PBT, Duromere Phenol- und Epoxidharze für die Grundplatten 11, 17 sowie die Zunge 10 Verwendung finden, welche in bevorzugter Weise mit Pulvern, wie Kieselglaspulver, Pulvern anderer Glaser, Glaskeramikpulvern, Gesteinsmehlen beziehungsweise Sand und/oder Silicaten wie Kaolin, Tone, Mg-Silicat sowie A1203 und anderen Keramiken und Kristallen, insbesondere mit niedriger Warmeausdehnung wie beta-Eukryptit (Li-Al-Silicat) und/oder Cordierit gefüllt sind.

Hierdurch kann bei hoher Packungsdichte dem Materialsystem sowohl hohe dauerhafte Festigkeit als auch gute mechanische Bearbeitbarkeit verliehen werden.

Weitere besonders bevorzugte Materialien umfassen verstärkte Kunststoffe, welche beispielsweise plättchenförmige Pulver, wie beispielsweise Glimmer, oder Fasern umfassen. Derartige Fasern, beispielsweise Kohlenstoff oder Glas, insbesondere Al₂0₃-Fasern können in Kurz- oder Langversion zugesetzt werden, um gezielte Festigkeiten zu erzeugen.

Ferner sind Ausrichtungen der eingebrachten Faser- Bestandteile möglich, die beispielsweise in bevorzugten Richtungen hohe Stabilität verleihen können. Zusätzlich können durch Fasergewebe oder Gelege sowie Gestricke vordefinierte Festigkeitswerte sowohl in Bezug auf Druckkräfte als auch Biegemomente vordefiniert bereitstellen,

So kann bei dem in Fig. 3 dargestellten nachrichtentechnischen System 18 beispielsweise die große Grundplatte 17 aus den vorstehend beschriebenen Faserverbundwerkstoffen bestehen, während die kleineren Träger 11 aus nichtorganischem Material bestehen, um dergestalt höhere Toleranzwerte dort, wo benötigt auch sicherzustellen.

Die einzelnen Filtermodule 19 bis 28 weisen jeweils eingehende Lichtwellenleiter auf, welche als in das Modul 19 bis 28 gerichteter Pfeile dargestellt sind sowie Ausgangslichtwellenleiter, die jeweils durch aus dem Modul heraustretende Pfeile dargestellt sind, auf, wodurch bestimmte Wellenlängen aus dem bei dem Filtermodul 24 eintretenden optischen Signal ausgefiltert und an den Ausgängen der Filtermodule 19 bis 23 sowie 25 bis 28 dort vorhandenen weiteren nachrichtentechnischen Baugruppen zugeführt werden können.

Innerhalb des nachrichtentechnischen Systems 18 können optische Signale zwischen den Modulen 19 bis 28 durch optische Freiraum-Abbildungstechniken mittels herkömmlicher oder holographischer Linsenssysteme oder durch Wellenleiter übertragen werden, welche entweder aus Faser-Wellenleitern bestehen oder in einer optisch transparenten, bzw. optisch leitenden Oberflächenschicht z. B. als planare oder Kanalwellenleiter auf der Grundplatte 17 angeordnet sind.

Das nachrichtentechnische System 18 kann durch mechanische Befestigungseinrichtungen 29, 30 anreihbar, kaskadierbar ausgestaltet sein, so daß sich hierdurch verschiedene Bestandteile des Systems 18 zu einem kompakten und stabilen Aufbau zusammenfügen lassen, welcher auf mehreren angereihten, kaskadierten Grundplatten noch für Freiraumübertragung geeignet ist .

Nachfolgend wird auf die Fig. 4a, 4b und 4c Bezug genommen, welche Justiervorrichtungen 16 zeigen, die beispielsweise wie in Fig. 1 dargestellt, zwischen der Zunge 10 und einer

Einsenkung 30 des Trägers 11, an beiden mechanisch befestigt angeordnet sein können.

Die als Hexapoden ausgebildeten Feinjustiervorrichtungen 16 können als Spritzguß-Formteile in Massenproduktion hergestellt und mit automatisierten Mitteln an vordefinierten Orten an der Grundplatte 11, 17 oder der Zunge 10 befestigt werden.

Der Hexapod 16 weist jeweils einen oberen Anschlußbereich 31 sowie einen unteren Anschlußbereich 32 auf, welcher zu dessen entsprechender Montage dient.

Nachfolgend werden zur Vereinfachung der Darstellung für gleiche oder gleichwirkende Baugruppen identische Bezugszeichen vergeben.

Zwischen den Befestigungsbereichen 31 und 32 befinden sich die Justierelemente 33 bis 38 deren Länge zu Justierungszwecken änderbar ist.

Derartige hexapodische oder stabkinematische Anordnungen können im wesentlichen jegliche translatorische sowie rotatorische Justierung durchführen, wobei zum besseren Verständnis auf den Sonderdruck aus der Zeitschrift "Maschine + Werkzeug" 10/99, von Wilhelm J. Blümlein, Wasserburg, verwiesen wird, dessen Lehre vollumfänglich mit zum Gegenstand der vorliegenden Beschreibung gemacht wird.

Folglich kann bei einer meßtechnisch erfaßten, bekannten DeJustierung durch Längenänderung der Justierelemente 33 bis 38 eine definierte Feinjustierung vorgenommen werden.

Der als Feinjustiervorrichtung verwendete Hexapod 16 kann, wie in den Fig. 4a und 4b dargestellt über eine einzige Justierebene, nämlich die Justierebene des Befestigungsbereichs 31 relativ zum Befestigungsbereich 32 verfügen oder kann über mehrere justierbare Ebenen verfügen, wie dies beispielsweise in den Fig. 4c bis einschließlich 7 dargestellt ist.

In den Fig. 5a und 5b sowie 7 ist ein Hexapod mit zwei Justierebenen dargestellt, nämlich der Zwischenebene 39 relativ zum Anschlußbereich 32 und der durch den Anschlußbereich 31 definierten Ebene relativ zur Zwischenebene 39.

Die Justierelemente 33 bis 38 befinden sich in der Ebene eines Zylindermantels, welcher zur besseren Darstellung als Abwicklung in Fig. 7 gezeigt ist.

So kann beispielsweise mit den Justierelementen 33, 37 und 38 eine Drehung um die Z-Achse sowie eine translatorische Bewegung in Z-Richtung zusammen mit jeweils einem Schwenken um die X- und die Y-Achse vorgenommen werden. Ohne eine Drehung um die Z-Achse zu bewirken kann jedoch auch mit den Justierelementen 34, 35, 36 eine translatorische Bewegung in X, Y und Z-Richtung vorgenommen werden, welche auch ohne damit einhergehende Schwenkbewegung durch entsprechende Längenkompensation der jeweils verbleibenden Justierelemente möglich ist.

Eine Schwenkbewegung um die X- und Y-Achse ist auch mit den Justierelementen 34, 35 und 36 möglich, so daß deren wirkliche Länge von dem für die geforderte Feinjustierung benötigten Hub abhängt und für den Fachmann auf einfache Weise dimensionierbar ist.

Die beispielhaft in Fig. 6a und 6b dargestellte Form des Hexapoden weist einen zurückgefalteten Abschnitt 40 auf, welcher die Aufgabe des Montagebereichs 32 übernimmt und im wesentlichen einer Wärmedehnungskompensation dient. Wird dieser Hexapod am Befestigungsbereich 40 befestigt, so kann eine Längenausdehnung in minus Z-Richtung bei geeigneter Wahl der Justierelemente die verbleibende Wärmeausdehnung in positiver Z-Richtung zwischen den Bereichen 32 und 31 kompensieren. Derartige Systeme können von großem Vorteil sein für Aufbauten, wie diese beispielsweise in Fig. 10 dargestellt sind und an späterem Ort genauer erläutert werden.

Die Justierelemente 33 bis 38 können in einem formelastischen Spritzgußteil gehalten sein, wodurch sich im wesentlichen die Formstabilität der Justierelemente auf die schlußendliche Stabilität der justierten optischen Baugruppe überträgt. Durch derartige Justierkäfige werden die

Feinjustiervorrichtungen massenfertigungstauglich und können in großer Stückzahl kostengünstig hergestellt werden.

Die Längenänderung der Justierelemente 33 -38 kann auf verschiedene Weise erfolgen und wird bevorzugtermaßen mit langzeitstabilen Systemen durchgeführt.

Ein bevorzugtes Material sind stabförmige Glaskeramik- Anordnungen, deren Kristallisationsgrad durch Laserbeschuß und die hiermit eingebrachte Energie oder durch lokales Aufheizen definiert geändert werden kann, wodurch mit der eintretenden Amorphisierung eine hervorragend dauerhafte stabile Längenänderung automatisiert einstellbar ist.

Durch eine hohe Präzision der Vorjustierung können bei verschiedenen Anwendungen bereits geringste Längenänderungen, beispielsweise im Mikrometerbereich zur FeinJustierung ausreichend sein.

Ferner sind bei entsprechend reduzierten

Genauigkeitsanforderungen auch Polymere einsetzbar, insbesondere auch die vorstehend beschriebenen Komposit- oder Verbundwerkstoffe, deren Polymerisationssgrad und Konformation beispielsweise durch Strahlung, insbesondere durch UV-Licht beeinflußbar ist.

Bevorzugt werden jeweils zylindersymmetrische Anordnungen, um eine Schwächung der justierten Einrichtung durch Knickungen weitestgehend zu vermeiden. Weitere Möglichkeiten der Längenänderungen bieten molekulare oder chemische

Umlagerungsvorgange, flüssigkristalline Spritzguß-Kunststoffe oder Längenänderungen bei Formgedächtnislegierungen sowie bei magnetostriktiven Materialien.

Nochmals weitere nutzbare physikalische Effekte stellen Expansion durch Teilchenzahl- oder Strukturänderung, Degradation, Quellung, Umlagerungsprozesse sowie Schrumpfung durch Teilchenzahländerung beziehungsweise Ausdampfen von gelösten Stoffen sowie die Relaxation von Spannungen zur Verfügung. Da viele der letzt genannten physikalischen

Mechanismen nicht über die nötige dauerhafte Stabilität für jegliche Anwendung verfügen, ist die Wahl des jeweiligen Materials anwendungsabhängig und für den Fachmann auf diesem Gebiet auf durchaus einfache Weise vorzunehmen.

Neben der Materialauswahl für die Justierelemente kommt auch deren Befestigung an dem Träger beziehungsweise der Grundplatte 11 sowie an der optischen Komponente hohe Bedeutung zu .

In Abhängigkeit von dieser optischen Komponente, welche beispielsweise Filter, Kantenfilter, Bandpaßfilter, Mehrfach- Bandfilter, WDM-Filter, DWDM-Filter, Linsen, holographisch optische Elemente, optische Wellenleiter, optische Faserwellenleiter, optische Verstärker, Lichtquellen, insbesondere Laser-Lichtquellen sowie Laserdioden, Festkörperlaser oder Photoempfänger, Photodioden und

Photoncounter beispielhaft umfassen können, wird die Wahl des jeweiligen Befestigungsmittels getroffen.

Temperaturstabile Komponenten können beispielsweise mittels Löten, metallischem Lot oder Glaslot befestigt werden, oder können durch Laserschweißen beispielsweise punktuelles Laserschweißen mit kurzzeitigen Laserpulsen, daß heißt ohne erheblichen Wärmeeintrag, befestigt werden.

Bei thermisch gefährdeten Baugruppen kann durch geeignete Klebstoffe eine geeignete Befestigung vorgenommen werden.

Ein besonders bevorzugtes Niedrigtemperatur- Befestigungsverfahren umfaßt das Low-Temperature-Bonding- Verfahren, wie dieses^' in der amerikanische Patentanmeldung "Low Temperature Joining of Phosphate Glass", angemeldet am 1. 11.1999, SN. 09/430,885, bzw. in der PCT/US00/41720 mit dem Titel "Photonic Devices for optical and optoelectronic Information Processing" beschrieben ist, deren Inhalt vollumfänglich auch zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht wird. Ferner wird durch Bezugnahme auch der Inhalt der US-amerikanischen PCT-Anmeldung "Low Temperature Joining of Materials", Atty. Dkt . No. SGT-321 Pl WO, welche am gleichen Tage beim Amerikanischen Patent und Markenamt eingereicht wurde wie die Anmeldung PCT/US00/41720, vollumfänglich zum Gegenstand der vorliegenden Beschreibung gemacht . Hierbei kommt es zu hohen Festigkeitswerten ohne nachfolgende nennenswerte Längenänderungen durch Ausdünstung chemischer Bestandteile und wird eine dauerhaft hochstabile Anordnung gewährleistet . In geeigneter Weise kann dann die

Feinjustiervorrichtung 16 bei derartigen Ausführungsformen ein aus Glas bestehendes Grundgerüst haben, in welchem die Justierelemente 33 bis 38 angeordnet sind.

Nachfolgend werden weitere bevorzugte Ausführungsformen beschrieben, bei welchen alternative oder ergänzende Konstruktionen optischer WDM-Filtermodule erläutert werden.

Fig. 8 zeigt eine Anordnung, bei welcher der Träger 11 jochförmig ausgebildet ist und dessen nach oben gerichtete Schenkel 41, 42 jeweils eine GRIN-Linse 2, 4 halten. Anders als in der Darstellung der Fig. 1 ist das WDM-Filtermodul 3 direkt auf der Feinjustiervorrichtung 16 angeordnet, wodurch ein erhöhtes Maß an translatorischer Justierbarkeit in w- Richtung bereitgestellt wird.

Ferner kann bei entsprechend stabiler Ausbildung der Halterung der GRIN-Linse 2 auch das WDM-Filter 3 direkt an der GRIN-Linse 2 befestigt werden, wobei die Befestigungsbereiche 31 und 32 sowie die

FeinJustiervorrichtung 16 innere Durchgangsbereiche aufweisen, um entsprechende Absorptionen zu vermeiden. Ein derartiger Aufbau ist der Darstellung aus Fig. 9 zu entnehmen.

Wird als Träger 11 die in Fig. 10 dargestellte, vorzugsweise aus Quarzglas oder Glaskeramik bestehende Hülse 43 verwendet, so kann beispielsweise der in Fig. 6a und 6b dargestellte temperaturkompensierte Hexapot 16 die Filterbaugruppe 3 halten und somit eine hochstabile Filterbaugruppe 1 bereitstellen. Ferner kann bei einer transparenten Hülse 43 eine Justierung durch Laserbeschuß nachträglich vorgenommen werden, so daß zunächst eine Konfektionierung der Filterbaugruppe mit den Bauteilen 2, 3, 4 vorgenommen werden kann und nachträglich, im bereits vollständig zusammengebauten Zustand deren Feinjustierung durchführbar ist .

Es liegt ferner im Rahmen der Erfindung, die Zunge 10, den jeweiligen Anforderungen entsprechend stabil auszubilden, um nicht nur erhöhte Rückstellkräfte sondern auch erhöhte Haltekräfte im justierten Zustand bereit zu stellen. Eine Anordnung mit sehr hoher Festigkeit aber geringer Justierbarkeit in translatorischer w- und v-Richtung zeigt Fig. 8. Hierbei ist jedoch weiterhin eine SchwenkJustierung um die X-Achse mit geringeren Rückstellkräften möglich.

Zusammenfassend sei festgehalten, daß mit der Erfindung massenproduktionstaugliche Fertigungsverfahren für optische Komponenten zur Verfügung gestellt werden, welche automatisiert f injustierbar sind und folglich das Potential haben, bisherige kostenaufwendige manuelle Fertigungstechniken abzulösen.

Es liegt ferner im Rahmen der Erfindung einzelne Bauteile, wie beispielsweise die Feinjustiervorrichtungen oder Gruppen von Bauteilen, wie beispielsweise gekapselte Modulbaugruppen oder die Filtermodule gemäß Fig. 10 zu beschichten oder mit Spritzgußverfahren, insbesondere Insert-Mold-Verfahren zu umspritzen, um höchste Stabilität und Festigkeit sowie Schutz gegen Umwelteinflüsse zu erhalten.

Es sei ferner festgehalten, daß die erfindungsgemäßen Konzepte nicht auf makroskopische Baugruppen beschränkt sind, welche etwa die Größe herkömmlicher abbildender Linsensysteme haben, sondern prinzipiell auch für Strukturen bis herab zu etwas oberhalb der verwendeten Wellenlängen tauglich sind, soweit diese durch entsprechende mikrostrukturierenden und abscheidenden Verfahren herstellbar sind, da die nötigen Justiervorgänge durchaus mit mikroskopisch abbildenden Mitteln für die energieeintragenden Lasersysteme möglich sind.

Ferner können einzelne Module oder optische Bauteile durchaus mit Mitteln der Pick-and-Place-Technik an

Oberflächenwellenleiter angeschlossen werden, welche sich in einem transparenten Oberflächenbereich des Trägers 11 oder der größeren Grundplatte 17 befinden, um derart eine automatisierte Herstellung des nachrichtentechnischen Systems 18 zu fördern.

Claims

Ansprüche

1. Optische Baugruppe umfassend einen Träger und eine an diesem angebrachte Justiereinrichtung, mittels welcher eine optische Komponente justierbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Komponente vorjustiert montierbar ist und mittels zumindest einer Feinjustiervorrichtung nachjustierbar ist.

2. Optische Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter eine Grundplatte umfaßt, an welcher die zumindest eine Fein ustiervorrichtung angeordnet ist .

3. Optische Baugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte des Halters aus einem metallischen Werkstoff besteht.

4. Optische Baugruppe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Werkstoff ein oder mehrere Elemente aus der Gruppe umfaßt, welche Kovar, Invar, Ni-Legierungen und Edelstahl enthält.

5. Optische Baugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte ein nichtmetallisches, anorganisches Material umfaßt.

6. Optische Baugruppe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte ein glaskeramisches Material umfaßt.

7. Optische Baugruppe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte ein Glas mit geringem Wärmeausdehnungskoeffizienten umfaßt.

8. Optische Baugruppe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte ein keramisches Material umfasst .

9. Optische Baugruppe nach Anspruch 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte ein Komposit- oder

Verbundmaterial umfaßt.

10. Optische Baugruppe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Komposit- oder Verbundmaterial einen faserverstärkten Kunststoff umfaßt, welcher insbesondere aus der Gruppe ausgewählt ist, die glas- und karbonfaserverstärkte Kunststoffe umfaßt.

11. Optische Baugruppe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Komposit- oder Verbundmaterial ein Polymer mit eingebetteten Füllstoffen umfaßt, welche Füllstoffe aus der Gruppe ausgewählt sind, die Glaspulver, Glaskeramikpulver, sowie Füllstoffe mit geringer thermischer Ausdehnung, insbesondere beta-Eukryptit, Li-Al-Silicat und Cordierit, umfaßt.

12. Optische Baugruppe nach einem der Ansprüche von 2 bis

11, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte durch Spritzguß- oder Prägetechniken strukturiert ist. 1

13. Optische Baugruppe nach einem der Ansprüche von 2 bis

12, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte durch lithographische Ätzverfahren strukturiert ist.

14. Optische Baugruppe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Feinjustiervorrichtung ein Metall- oder Kunststoff- Spritzgußteil, insbesondere ein polymeres Mikro- Präzisionsspritzgußteil umfaßt.

15. Optische Baugruppe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Feinjustiervorrichtung wenigstens ein Justierelement umfasst, welches in dessen Längenabmessungen änderbar ist.

16. Optische Baugruppe nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Längenänderung durch einen Abschnitt mit einem glaskeramischen Material bewirkt wird, dessen Kristallisationsgrad durch Einwirkung von Energie, insbesondere thermischer oder Photonenenergie änderbar ist.

17. Optische Baugruppe nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Längenänderung durch einen Abschnitt mit einem Polymer bewirkt wird, dessen Konformation oder Polymerisationsgrad durch Strahlung, insbesondere UV-Licht, beeinflußbar ist.

18. Optische Baugruppe nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Längenänderung durch einen Abschnitt mit einer Formgedächtnislegierung gebildet ist, deren Längenerstreckung durch thermische Energie beeinflußbar ist.

19. Optische Baugruppe nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Längenänderung durch einen Abschnitt mit einem magnetostriktiven Material bewirkt wird.

20. Optische Baugruppe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die FeinJustiervorrichtung einen Hexapoden umfaßt.

21. Optische Baugruppe nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Hexapod mehrere justierbare Ebenen umfasst .

22. Optische Baugruppe nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Hexapod an der Zunge befestigt ist.

23. Optische Baugruppe nach 20, 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Hexapod die optische Komponente hält.

24. Optische Baugruppe nach einem der Ansprüche von 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Hexapod und/oder eine optische Komponente in einer diesem/r/n zugeordneten Ausnehmung in der Grundplatte angeordnet ist.

25. Optische Baugruppe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Komponente aus der Gruppe ausgewählt ist, welche Filter, Kantenfilter, Bandpaßfilter, Mehrfach-Bandfilter, WDM-Filter, DWDM-Fiter, Linsen, holographisch optische Elemente, optische Wellenleiter, photonische Kristalle, optische Faserwellenleiter, optische Verstärker, Lichtquellen, Laser, Laserdioden, Festkörperlaser, Photoempfänger, Photodioden und Photoncounter umfaßt.

26. Optische Baugruppe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die

FeinJustiervorrichtung eine elastische Zunge umfaßt, an deren einem Ende die optische Komponente befestigt ist.

27. Optische Baugruppe nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Zunge an dem Hexapoden befestigt ist.

28. Optische Baugruppe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Komponente durch Löten an der FeinJustiervorrichtung befestigt ist.

29. Optische Baugruppe nach einem der Ansprüche von 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Komponente durch Schweißen, insbesondere Laserschweißen an der

FeinJustiervorrichtung befestigt ist.

30. Optische Baugruppe nach einem der Ansprüche von 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Komponente durch Kleben an der Feinjustiervorrichtung befestigt ist

31. Optische Baugruppe nach einem der Ansprüche von 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Komponente durch ein Niedrigtemperatur-Bond-Verfahren an der FeinJustiervorrichtung befestigt ist.

32. Optische Baugruppe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Baugruppe ein optisches Filtermodul definiert, welches eine erste Kollimator-Linse, ein optisches Filter und eine zweite Kollimator-Linse umfaßt, wobei die Kollimator-Linse jeweils aus der Gruppe ausgewählt ist, welche GRIN-Linsen, asphärische Linsen, holographische Linsen, Kugel-Linsen und sphärische Linsen umfaßt.

33. Optische Baugruppe nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Baugruppe mehrere optische Filtermodule aufweist, welche durch optische Freiraum- Übertragungsstrecken miteinander verbunden sind.

34. Optische Baugruppe nach Anspruch 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Baugruppe mehrere optische Filtermodule aufweist, welche durch optische Wellenleiter, insbesondere Monomode-Faserwellenleiter oder planare bzw. Kanal-Wellenleiter miteinander verbunden sind.

35. Optische Baugruppe nach Anspruch 32, 33 oder 34, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Baugruppe auf einem eigenen Träger mit mehreren weiteren optischen Baugruppen an der Grundplatte gehalten ist.

36. Optische Baugruppe nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß der eigene Träger jochförmig ausgebildet ist und an dessen aufwärtsgerichteten Schenkeln jeweils eine GRIN-Linse und an dessen mittlerem Verbindungsarm die FeinJustiervorrichtung mit einem WDM-Filter, insbesondere einem DWDM-Filter angeordnet ist.

37. Optische Baugruppe nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß der eigene Träger eine Hülse umfaßt, innerhalb deren zwei GRIN-Linsen und zwischen diesen die optische Feinjustiervorrichtung angeordnet ist.

38. Optische Baugruppe nach Anspruch 35, 36 oder 37, dadurch gekennzeichnet, daß die Feinjustiervorrichtung zwischen einer GRIN-Linse und einem WDM-Filter, insbesondere einem DWDM- Filter, angeordnet ist.

39. Optisches Filtermodul, gekennzeichnet durch eine optische Baugruppe mit den Merkmalen eines der Ansprüche von 1 bis 38.

40. Optisches WDM-, insbesondere DWDM-Filtermodul, gekennzeichnet durch eine optische Baugruppe mit den Merkmalen eines der Ansprüche von 1 bis 8.

41. Nachrichtentechnisches Übertragungssystem, gekennzeichnet durch eine Vielzahl optischer Baugruppen mit den Merkmalen eines der Ansprüche von 1 bis 38.