WO2009074508A1 - Kopplungseinrichtung zum koppeln von lichtwellenleitern - Google Patents

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WO2009074508A1
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coupling device
optical
coupling
light
optical waveguides
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PCT/EP2008/066816
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Klaus Hartkorn
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Ccs Technology, Inc.
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/32—Optical coupling means having lens focusing means positioned between opposed fibre ends
    • G02B6/322—Optical coupling means having lens focusing means positioned between opposed fibre ends and having centering means being part of the lens for the self-positioning of the lightguide at the focal point, e.g. holes, wells, indents, nibs
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/30—Optical coupling means for use between fibre and thin-film device

Definitions

  • the invention relates to a coupling device for coupling optical waveguides, for example a coupling device, with which optical waveguides which are arranged on an optical chip are coupled to optical waveguides of a fiber ribbon.
  • a plurality of optical fibers are arranged side by side.
  • the spacing (pitch) of the individual optical waveguides of the fiber ribbon can be, for example, 250 ⁇ m.
  • the optical fibers of the fiber ribbon are generally connected to a device for processing optical signals transmitted via the optical fibers or to a conversion device for converting optical signals into electrical signals.
  • Such devices for optical signal processing can be arranged on a chip.
  • a plurality of optical waveguides are mounted on the chip.
  • a coupling device is used, wherein the optical fibers are arranged on the chip in the same spatial arrangement, in particular at the same distance from each other, as the optical fibers of the fiber ribbon.
  • the optical waveguides on the chip are therefore due to the distance of the optical waveguide of the fiber ribbon, for example, even if arranged at a distance of 250 microns on a substrate of the chip. Due to the large distance between the optical waveguides on the chip, valuable chip area is generally lost.
  • such a coupling device for coupling optical waveguides, in particular of optical waveguides of a fiber ribbon, to optical waveguides, which are arranged on a substrate of a chip specified.
  • the coupling device makes it possible, in particular, to couple the optical waveguides of the fiber ribbon to optical waveguides which are arranged on the substrate of the chip at a smaller distance than the optical waveguides of the fiber ribbon.
  • An embodiment of the coupling device for coupling optical waveguides comprises a first side for coupling first optical waveguides to the coupling device and a second side for coupling second optical waveguides to the coupling device.
  • the first optical waveguides are arranged on the first side of the coupling device relative to one another spatially differently than the second optical waveguide on the second side of the coupling device.
  • the coupling device further comprises an optical system which is connected between the first and second sides of the coupling is arranged device.
  • the optical system alters a beam path of light coupled out of the first optical waveguide and coupled into the coupling device on the first side such that the light on the second side is coupled out of the coupling device and coupled into the second optical waveguide.
  • the changing of the beam path is effected by a refraction of light on the optical system, wherein the refraction of light is dependent on an impingement of the radiation on the optical system.
  • the optical system may include a lens.
  • the lens may be formed, for example, as a converging lens.
  • the coupling device can furthermore comprise further lenses, which are arranged between the lens and the second optical waveguides.
  • Each of the further lenses is in each case assigned to one of the second optical waveguides in order to couple the light emitted by the lens into the one of the second optical waveguides assigned to the respective one of the second lenses.
  • the further lenses can be arranged in the coupling device between the lens and one of the first and second sides of the coupling device.
  • the optical system may also include a spherical lens.
  • the optical system may, for example, comprise optical elements each containing optical waveguides.
  • the respective optical fibers of the optical elements are coupled to the first or second optical fibers.
  • the optical elements are each formed on a side facing the spherical lens as a spherical half-shell.
  • the optical system can output the beam path of the first optical waveguides arranged in a plane. - A -
  • th light change such that the light is emitted at the second side of the coupling device and coupled into the arranged in different planes second optical waveguide.
  • the optical system may for example contain a plurality of plane-parallel plates.
  • the plurality of plane-parallel plates may each be assigned to one of the first and second optical waveguides in order to change the beam path of the light coupled out of one of the first optical waveguides and coupled into the coupling device on the first side in such a way that the light on the second side emitted from the coupling device and coupled into one of the second optical waveguide.
  • the plurality of plane-parallel plates may be arranged in an alternating direction with respect to each other.
  • the optical system may further include a plurality of prisms.
  • one of the prisms can be assigned to one of the first optical waveguides on the first side of the coupling device.
  • Another of the prisms may be assigned to one of the second optical waveguides on the second side of the coupling device.
  • the one of the prisms can be oriented in such a way that the light emerging from the one of the first light waveguides is irradiated on the first side of the coupling device into the one of the prisms and is directed onto the further one of the prisms.
  • the further of the first prisms can be oriented such that the light directed onto the further one of the prisms is emitted on the second side of the coupling device and coupled into one of the second optical waveguides.
  • the coupling device may include a guide pin that protrudes from the coupling device on one of the first and second sides for attaching the coupling device to a component that contains the first and second optical waveguides.
  • the coupling device may further include a cavity adapted to receive a guide pin of a device including the first and second optical fibers to secure the coupling device to the device.
  • the other lenses may be attached to the guide pin.
  • the first optical waveguides can be arranged on a first component.
  • the second optical waveguides can be arranged on a second component.
  • the first optical waveguides can be arranged on the first component at a different distance from one another than the second optical waveguides are arranged on the second component.
  • the first optical waveguides can be arranged on a first component and the second optical waveguides can be arranged on a second component.
  • the first optical waveguides are arranged on the first component in a plane.
  • the second optical waveguides are arranged on the second component in different planes.
  • At least one of the first and second components may be formed, for example, as an optical chip. At least one of the first and second components can also be designed as a ferrule, for example.
  • a system for coupling optical waveguides comprises a first component comprising first optical waveguides and a second component comprising second optical waveguide.
  • the system further comprises a coupling device having a first side, at which the first component is coupled to the coupling device, and a second side, at which the second component is coupled to the coupling device.
  • the first optical waveguides are spatially differently arranged in the first component on the first side of the coupling device relative to one another than the second optical waveguides are arranged in the second component on the second side of the coupling device.
  • the coupling device further comprises an optical system.
  • the optical system alters a beam path of light coupled out of the first optical waveguides and coupled into the coupling device on the first side such that the light is decoupled from the coupling device at the second side and coupled into the second optical waveguide.
  • the changing of the beam path is effected by a refraction of light on the optical system, wherein the refraction of light is dependent on the impingement of the beam path on the optical system.
  • the optical system may include a lens, such as a condenser lens.
  • the system may also include other lenses disposed between the lens and the second optical fibers.
  • Each of the further lenses is in each case assigned to one of the second optical waveguides in order to couple the light emitted by the lens into the one of the second optical waveguides assigned to the respective one of the second lenses.
  • the optical system may include a plurality of plane-parallel plates. The plurality of plane-parallel plates may be arranged to each other in an alternating direction.
  • a method for coupling optical waveguides provides for using a coupling device, wherein first optical waveguides are spatially arranged differently on a first side of the coupling device relative to each other, as second optical waveguides are spatially arranged on a second side of the coupling device.
  • the method further provides the coupling out of light from the first optical waveguides.
  • the decoupled light is coupled into the coupling device.
  • a beam path of the light coupled into the coupling device is changed by means of an optical system such that the light coupled out of the coupling device is coupled into second optical waveguide. In this case, the beam path of the light is changed by a refraction of light at the optical system, wherein the refraction of light is changed depending on the impact of the beam path on the optical system.
  • the first optical waveguides on the first side of the coupling device can be arranged at a different distance from one another than the second optical waveguides on the second side of the coupling device.
  • the first optical waveguides can be arranged on the first side of the coupling device in a plane.
  • the second optical fibers can on the second side of the
  • Coupling device can be arranged in different levels.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a coupling device for coupling optical waveguides, which have different distances from each other,
  • FIG. 2 shows a further embodiment of a coupling device for coupling optical waveguides, which each have different distances from each other,
  • FIG. 3 shows a further embodiment of a coupling device for coupling optical waveguides which have different distances from each other
  • FIG. 4 shows a further embodiment of a coupling device for coupling optical waveguides which have different distances from each other
  • FIG. 5 shows an arrangement of optical waveguides of a fiber ribbon and of optical waveguides of a chip, which are arranged in different spatial planes relative to one another,
  • FIG. 6 shows an embodiment of a coupling device for coupling optical waveguides, which are arranged spatially in different planes,
  • Figure 7 shows an embodiment of an optical system for
  • FIG. 8 shows a further embodiment of an optical system for coupling optical waveguides, which are arranged spatially in different planes.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a coupling device 1 for coupling optical waveguide L1 to optical waveguide L2.
  • the optical waveguides L1 are arranged, for example, on a component 100 at a spacing (pitch) P1 relative to one another.
  • the device 100 may be an optical chip, wherein the optical waveguide Ll are embedded in a substrate 101 of the optical chip.
  • devices for signal processing of the light transmitted via the optical waveguide L1 are arranged on the optical chip 100.
  • optical transmitting or receiving devices or also optoelectric conversion devices for converting optical signals into electrical signals and for converting electrical signals into optical signals can be arranged on the optical chip 100.
  • optical waveguides L2 are arranged at a pitch P2 relative to one another.
  • the optical waveguides L2 are arranged, for example, as fiber ribbons.
  • the component 200 may be a ferrule, wherein the optical waveguide L2 are inserted in grooves of the ferrule.
  • the ferrule may be, for example, an MT ferrule.
  • the distance P2, with which the optical waveguides L2 are arranged in the ferrule 200 spatially to each other, is greater than the distance Pl, which have attached to the optical chip 100 optical waveguide Ll to each other.
  • a coupling device 1 is arranged between the components 100 and 200.
  • the coupling device 1 has an optical system 10, with which it is possible to couple light which is coupled out of one of the optical waveguide Ll in an optical waveguide L2 associated with the optical waveguide L1.
  • An optical path of the light, which is coupled into the coupling device 1 by one of the optical waveguides L1 is focused onto one of the optical waveguides L2 by a refraction of light on the optical system.
  • the light can be transmitted between the optical waveguides L1 and the optical system 10 and between the optical system 10 and the optical waveguides L2 by a free space propagation, wherein the transmission medium is, for example, air.
  • the refraction of light takes place as a function of the impact of the beam path on the optical system.
  • the refraction of light depends, for example, on the direction or angle at which the light impinges on the optical system 10.
  • the optical system may, for example, have a curved surface.
  • the curvature of the surface of the optical system 10 is selected such that the optical path of the light, which is radiated by the optical waveguides Ll in the coupling device is changed so that the light emerging from the optical system is coupled into the optical waveguide L2.
  • the thickness of the optical system and the distance of the optical system 10 between the optical waveguides L1 on an input side of the coupling device and the optical waveguides L2 on the output side of the coupling device can be selected such that the Optical fibers Ll coupled light is coupled into the optical waveguide L2.
  • the light waveguide Ll and the light waveguide L2 can be arranged spatially different from each other.
  • the optical waveguides L1 and L2 can in particular be arranged at a different distance from each other.
  • the optical system 10 may include a lens 11, such as a condenser lens.
  • the lens 11 is arranged in the coupling device 1 such that light which is coupled out of one of the optical waveguides L1 and irradiated on one side S1 of the coupling device 1 into the coupling device is radiated by the lens 11 on a side S2 of the coupling device out of the coupling device and is coupled into the light waveguide L2 associated with the optical waveguide L1.
  • optical fibers arranged on different sides of the lens 11 at different distances can be coupled to each other.
  • optical waveguides L1 which are arranged on the side S1 of the coupling device on the optical chip 100 at a distance of 30 .mu.m, can be coupled to optical waveguides L2, which on the side S2 of the coupling device take the form of a Fiber ribbons are arranged at a distance of 250 microns to each other.
  • the coupling device 1 For the mechanical coupling of the coupling device 1 to the component 100 or to the component 200, the coupling device 1 contains guide pins 50 which protrude from the coupling device on the side S1 or S2. The guide pins 50 are inserted into cavities 60 of the components 100, 200. When the optical waveguides L1 on the chip 100 and the optical waveguides L2 in the ferrule 200 with respect to the cavities 60 are aligned, light coupled out of one of the optical waveguides L1 is coupled into the optical waveguide L2 associated with the optical waveguide L1. In the embodiment shown in Figure 1, the input and output sides of the coupling device are interchangeable.
  • light which is coupled out of one of the optical waveguides L2 can be irradiated on the side S2 into the coupling device 1 and radiated by the optical system 10 on the side S1 and coupled into the optical waveguide L1 associated with the optical waveguide L2.
  • the length and width of the coupling device 1 is dependent on the number of optical waveguides to be coupled, the distance between the optical waveguides to each other and the numerical aperture of the optical waveguide.
  • a pitch of the optical fibers of 50 microns on an input side of the coupling device and a distance of further optical fibers on an output side of the coupling device of 127 microns about 100 optical fibers can be coupled by a coupling device with a length of 30 mm to each other when the Optical waveguide on the input and output side each have a numerical aperture of 0.15.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of a coupling device 1, in which the optical system 10 has additional lenses 12 in addition to the lens 11.
  • the lenses 12 are each assigned to one of the optical waveguides L2. With the embodiment shown in Figure 2 losses in the coupling of the optical waveguide Ll with the optical waveguides L2 are largely avoided.
  • the light incident on one of the lenses 12 from the lens 11 is re-focused by the lens 12 and projected onto the optical fiber L2 associated with the respective lens 12.
  • the further lenses 12 are integrated in a housing 70 of the coupling device 1.
  • the further lenses 12 are arranged outside the housing 70.
  • the lenses may, for example, be designed as a component, with the lenses being connected to one another.
  • the arrangement of the lenses 12 may have eyelets 13 at their ends. For attachment of the lenses 12 on one of the sides Sl and S2 of the coupling device, the eyes 13 are pushed onto the guide pins 50.
  • the optical waveguides L1 and L2 generally have different emission / acceptance angles, which depend on the respective index profile of the optical waveguides L1 and L2.
  • power losses attributable to the different emission / acceptance angles of the optical waveguides L1 and L2 are avoided by arranging lenses 12 on at least one of the sides S1 or S2.
  • Lenses 12, which are connected upstream of the optical waveguides can be used in particular if the ratios of the emission angles of the optical waveguides L1 and L2 do not correspond to the ratio of the distance differences between the optical waveguides L1 and L2.
  • power losses are avoided by the lenses 12, for example, when the lens 11 is enlarged in a different ratio than the ratio of the angles of emission of the optical waveguides L1 and L2 relative to one another.
  • the lenses 12 are designed as discrete components, it is possible for the lenses 12 to be inserted into the ends of the optical waveguides L1 and L2. tegrieren.
  • the lenses 12 can be integrated into the optical waveguides, for example, by rounding the fiber ends of the optical waveguides L1 or L2.
  • FIG. 4 shows a further embodiment of a coupling device 2.
  • the component 100 optical waveguides L1 are arranged at a smaller distance from one another than optical waveguides L2 in which the device 200 is arranged.
  • the component 100 may be, for example, an optical chip, wherein the optical waveguide Ll with optical assemblies, for example, with on-chip transmitting or receiving devices are connected.
  • the component 200 may be a ferrule, for example an MT ferrule, in which the optical waveguides L2 having a diameter of 125 ⁇ m, for example, are arranged at a distance P2 of 250 ⁇ m from each other.
  • the coupling device 2 is provided for coupling the optical waveguide Ll with the optical waveguides L2.
  • the coupling device 2 is mechanically coupled to the components 100 and 200 via guide pins 50, which engage in cavities 60 of the components 100 and 200, respectively.
  • the coupling device 2 comprises an optical system 20 comprising a spherical lens 21 and optical elements 22a and 22b.
  • the optical elements 22a and 22b are each formed on a spherical lens 21 facing side S22a, S22b as Halbkugelschalen.
  • the magnification factor of the lens arrangement of the optical system 20 is formed by the ratio of the different radii of the hemispherical shells 22a and 22b.
  • the optical elements 22a and 22b respectively have optical fibers 23a and 23b coupled to the optical fibers L1 and L2.
  • the optical waveguides 23a and 23b are each in the region of the hemispherical Side S22a and S22b of the optical elements 22a and 22b aligned with the center of the spherical lens 21. Since each light beam passes through the center of the lens 21, in this embodiment, the diameter of the lens 21 is independent of the number of optical fibers to be coupled.
  • FIG. 5 shows a different spatial arrangement of optical waveguides L1 and L2.
  • the optical waveguides L1 are arranged, for example, on a substrate of an optical chip in a plane El.
  • the optical waveguides L2 can be, for example, optical waveguides of a fiber ribbon, which are arranged in a ferrule, for example, in two layers in planes E2 and E3.
  • the ferrule may, for example, be an MT ferrule formed with correspondingly two-layered grooves.
  • FIG. 6 shows an embodiment of a coupling device 3 with which it is possible to couple light which is decoupled from the optical waveguides L1 into the optical waveguides L2 which are arranged in different planes as shown in FIG.
  • the coupling device 3 is arranged between a component 100 and a component 200.
  • the component 100 may be formed, for example, as an optical chip, are arranged on the optical fiber Ll in a plane El adjacent to each other.
  • the optical fibers L2 are arranged in different planes E2 and E3.
  • the coupling device 3 is fastened to the components 100, 200 by guide pins 50 which are inserted into cavities 60 of the components 100, 200.
  • the coupling device 3 contains an optical system 30 which contains plane-parallel plates 31a, 31b corresponding to the number of optical waveguides L1, L2 to be coupled. Each pair of optical fibers Ll, L2 is assigned to one of the plane-parallel plates.
  • the plane-parallel plates 31 a, 31 b are arranged alternately with respect to their alignment in a row along the sides Sl and S2 of the coupling device 3. The alternating arrangement of the plane-parallel plates makes it possible to couple light, which is coupled out of the optical waveguides L1, into the optical waveguide L2 arranged in different planes E2 and E3.
  • Figure 7 shows the arrangement of a plane-parallel plate 31a, which is associated with an optical fiber pair Ll, L2.
  • the light beam coupled out of the optical waveguide L1 is irradiated into the coupling device on one side Sl of the coupling device 3.
  • the light beam strikes one side of the plane-parallel plate 31a and is deflected downwardly within the plane-parallel plate. After emerging from the plane-parallel plate, the light beam at the
  • Plate 31b is introduced, which is aligned in the opposite direction with respect to the plane-parallel plate 31a shown in Figure 7.
  • optical fibers Ll For coupling optical fibers Ll with Therefore, as shown in Fig. 6, optical fibers L2 arranged in different planes are alternately arranged in plane-parallel plates 31a and 31b with respect to their orientation.
  • the centers of the optical waveguides can be offset
  • the offset V results in the case of a thickness d of the plane-parallel plate, a refractive index n and a helix angle ⁇ of the plane-parallel plate
  • Plates of silicon which have a helix angle of 45 °, results in a thickness d of the plane-parallel plate of about 97 microns.
  • FIG. 8 shows a further embodiment of a coupling device 4 for coupling light from optical waveguides L1 and for coupling the light into optical waveguides L2, which are arranged in different planes E2 and E3.
  • an optical system 40 is used in the coupling device 4, which contains prisms 41a and 41b.
  • a prism 41a is attached to the side S1 of the coupling device 4 and assigned to one of the optical waveguides L1.
  • a prism 41b oriented in the opposite direction to the prism 41a is arranged.
  • each optical waveguide L2 is also assigned to one of the prisms 41b on the side S2.
  • the distance between the prisms can be variably selected. This makes it possible to remove the planes E2 and E3 far from each other, whereby the widening of the light cone between the prisms 41a and 41b is small.
  • one of the coupling devices 1, 2, 3 or 4 makes it possible to couple together optical waveguides L1, which are arranged spatially differently on an optical chip 100, for example, than optical waveguides L2, which are connected as fiber ribbons to the chip. It In particular, it is possible to couple optical waveguides which are arranged in a ferrule, for example an MT ferrule, to optical waveguides which are embedded in a substrate of an optical chip and have a smaller spacing than the optical waveguides of the fiber band.
  • lens systems 10, 20, 30 and 40 are provided, which may be formed of silicon, which is transparent in the light transmitted through the optical waveguides Ll and L2.
  • the coupling devices 1, 2, 3 and 4 are suitable, for example, for the coupling of optical waveguides in optical backplane designs.

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Abstract

Eine Kopplungseinrichtung zum Koppeln von Lichtwellenleitern umfasst eine erste Seite (S1) zum Ankoppeln von ersten Lichtwellenleitern (L1) an die Kopplungseinrichtung (1, 2, 3, 4), und eine zweite Seite (S2) zum Ankoppeln von zweiten Lichtwellenleitern (L2) an die Kopplungseinrichtung (1, 2, 3, 4) und ein optisches System (10, 20, 30, 40), das zwischen der ersten und zweiten Seite (S1, S2) der Kopplungseinrichtung angeordnet ist. Das optische System (10, 20, 30, 40) verändert einen Strahlengang von aus den ersten Lichtwellenleitern (L1) ausgekoppelten und an der ersten Seite (S1) in die Kopplungseinrichtung eingekoppelten Lichts derart, dass das Licht an der zweiten Seite (S2) aus der Kopplungseinrichtung ausgekoppelt und in die zweiten Lichtwellenleiter (L2) eingekoppelt wird, wobei die ersten Lichtwellenleiter (L1) zueinander räumlich anders als die zweiten Lichtwellenleiter (L2) angeordnet sind.

Description

Beschreibung
Kopplungseinrichtung zum Koppeln von Lichtwellenleitern
Die Erfindung betrifft eine Kopplungseinrichtung zum Koppeln von Lichtwellenleitern, beispielsweise eine Kopplungseinrichtung, mit der Lichtwellenleiter, die an einem optischen Chip angeordnet sind, an Lichtwellenleiter eines Faserbändchens gekoppelt werden.
Bei einem Faserbändchen sind eine Vielzahl von Lichtwellenleitern nebeneinander angeordnet. Bei einer möglichen Ausführungsform des Faserbändchens, bei dem die Lichtwellenleiter einen Durchmesser von 125 μm haben, kann der Abstand (Pitch) der einzelnen Lichtwellenleiter des Faserbändchens beispielsweise 250 μm betragen. Die Lichtwellenleiter des Faserbändchens sind im Allgemeinen mit einer Einrichtung zur Verarbeitung von optischen Signalen, die über die Lichtwellenleiter übertragen werden, oder mit einer Konversionseinrichtung zur Umwandlung von optischen in elektrische Signale verbunden.
Derartige Einrichtungen zur optischen Signalverarbeitung können auf einem Chip angeordnet sein.
Zur Zuführung von Licht zu den Signalverarbeitungseinrichtun- gen sind auf dem Chip eine Vielzahl von Lichtwellenleitern angebracht. Zur Kopplung der Lichtwellenleiter des Faserbändchens mit den auf dem Chip eingelassenen Lichtwellenleitern wird eine Kopplungseinrichtung verwendet, wobei die Lichtwellenleiter auf dem Chip in der gleichen räumlichen Anordnung, insbesondere im gleichen Abstand zueinander, angeordnet sind wie die Lichtwellenleiter des Faserbändchens. Die Lichtwellenleiter auf dem Chip sind daher bedingt durch den Abstand der Lichtwellenleiter des Faserbändchens beispielsweise eben- falls in einem Abstand von 250 μm auf einem Substrat des Chips angeordnet. Durch den großen Abstand der Lichtwellenleiter auf dem Chip geht im Allgemeinen wertvolle Chipfläche verloren .
Es ist wünschenswert, eine Kopplungseinrichtung anzugeben, mit der es ermöglicht wird, Lichtwellenleiter, die jeweils räumlich unterschiedlich angeordnet sind, beispielsweise zueinander verschiedene Abstände aufweisen, aneinander zu kop- peln. Des Weiteren besteht ein Bedarf ein System zum Koppeln von Lichtwellenleitern anzugeben. Es ist auch wünschenswert, ein Verfahren zum Koppeln von Lichtwellenleitern anzugeben.
Im Anspruch 1 wird eine derartige Kopplungseinrichtung zum Koppeln von Lichtwellenleiter, insbesondere von Lichtwellenleitern eines Faserbändchens, an Lichtwellenleiter, die auf einem Substrat eines Chips angeordnet sind, angegeben. Die Kopplungseinrichtung ermöglicht es, insbesondere die Lichtwellenleiter des Faserbändchens mit Lichtwellenleitern, die auf dem Substrat des Chips in einem kleineren Abstand als die Lichtwellenleiter des Faserbändchens angeordnet sind, zu koppeln .
Eine Ausgestaltungsform der Kopplungseinrichtung zum Koppeln von Lichtwellenleitern umfasst eine erste Seite zum Ankoppeln von ersten Lichtwellenleitern an die Kopplungseinrichtung und eine zweite Seite zum Ankoppeln von zweiten Lichtwellenleitern an die Kopplungseinrichtung. Die ersten Lichtwellenleiter sind an der ersten Seite der Kopplungseinrichtung zuein- ander räumlich anders als die zweiten Lichtwellenleiter an der zweiten Seite der Kopplungseinrichtung angeordnet. Die Kopplungseinrichtung umfasst des Weiteren ein optisches System, das zwischen der ersten und zweiten Seite der Kopplungs- einrichtung angeordnet ist. Das optische System verändert einen Strahlengang von aus dem ersten Lichtwellenleiter ausgekoppelten und an der ersten Seite in die Kopplungseinrichtung eingekoppelten Lichts derart, dass das Licht an der zweiten Seite aus der Kopplungseinrichtung ausgekoppelt und in die zweiten Lichtwellenleiter eingekoppelt wird. Das Verändern des Strahlengangs erfolgt durch eine Lichtbrechung an dem optischen System, wobei die Lichtbrechung von einem Auftreffen der Strahlung auf das optische System abhängig ist.
Das optische System kann eine Linse enthalten. Die Linse kann beispielsweise als eine Sammellinse ausgebildet sein. Die Kopplungseinrichtung kann darüber hinaus weitere Linsen umfassen, die zwischen der Linse und den zweiten Lichtwellen- leitern angeordnet sind. Jede der weiteren Linsen ist jeweils einem der zweiten Lichtwellenleiter zugeordnet, um das von der Linse ausgehende Licht in den der jeweiligen der zweiten Linsen zugeordneten einen der zweiten Lichtwellenleiter ein- zukoppeln. Die weiteren Linsen können in der Kopplungsein- richtung zwischen der Linse und einer der ersten und zweiten Seite der Kopplungseinrichtung angeordnet sein. Das optische System kann auch eine kugelförmige Linse enthalten.
Das optische System kann beispielsweise optische Elemente aufweisen, die jeweils Lichtwellenleiter enthalten. Die jeweiligen Lichtwellenleiter der optischen Elemente sind an die ersten oder zweiten Lichtwellenleiter gekoppelt. Die optischen Elemente sind jeweils an einer der kugelförmigen Linse zugewandten Seite als eine kugelförmige Halbschale ausgebil- det.
Das optische System kann den Strahlengang des von den in einer Ebene angeordneten ersten Lichtwellenleitern ausgekoppel- - A -
ten Lichts derart verändern, dass das Licht an der zweiten Seite der Kopplungseinrichtung abgestrahlt und in die in verschiedenen Ebenen angeordneten zweiten Lichtwellenleiter eingekoppelt wird.
Das optische System kann beispielsweise mehrere planparallele Platten enthalten. Die mehreren planparallelen Platten können jeweils einem der ersten und zweiten Lichtwellenleiter zugeordnet sein, um den Strahlengang des Lichts, das aus einem der ersten Lichtwellenleiter ausgekoppelt und an der ersten Seite in die Kopplungseinrichtung eingekoppelt wird, derart zu verändern, dass das Licht an der zweiten Seite aus der Kopplungseinrichtung abgestrahlt und in einen der zweiten Lichtwellenleiter eingekoppelt wird. Die mehreren planparal- lelen Platten können zueinander in alternierender Richtung angeordnet sein.
Das optische System kann des Weiteren mehrere Prismen enthalten. Jeweils eines der Prismen kann an der ersten Seite der Kopplungseinrichtung einen der ersten Lichtwellenleiter zugeordnet sein. Ein weiteres der Prismen kann an der zweiten Seite der Kopplungseinrichtung einem der zweiten Lichtwellenleiter zugeordnet sein. Das eine der Prismen kann derart ausgerichtet sein, dass das aus dem einen der ersten Lichtwel- lenleiter austretende Licht an der ersten Seite der Kopplungseinrichtung in das eine der Prismen eingestrahlt wird und auf das weitere der Prismen gelenkt wird. Das weitere der ersten Prismen kann derart ausgerichtet sein, dass das auf das weitere der Prismen gelenkte Licht auf der zweiten Seite der Kopplungseinrichtung abgestrahlt und in den einen der zweiten Lichtwellenleiter eingekoppelt wird. Die Kopplungseinrichtung kann beispielsweise einen Führungsstift, der an einer der ersten und zweiten Seite aus der Kopplungseinrichtung herausragt, zum Befestigen der Kopplungseinrichtung an einem Bauelement, das die ersten und zweiten Lichtwellenleiter enthält, umfassen. Die Kopplungseinrichtung kann des Weiteren einen Hohlraum umfassen, der zur Aufnahme eines Führungsstifts eines Bauelements, das die ersten und zweiten Lichtwellenleiter enthält, geeignet ist, um die Kopplungseinrichtung an dem Bauelement zu befestigen. Die weiteren Linsen können an dem Führungsstift befestigt sein .
Die ersten Lichtwellenleiter können an einem ersten Bauelement angeordnet sein. Die zweiten Lichtwellenleiter können an einem zweiten Bauelement angeordnet sein. Die ersten Lichtwellenleiter können an dem ersten Bauelement mit einem anderen Abstand zueinander angeordnet sein, als die zweiten Lichtwellenleiter an dem zweiten Bauelement angeordnet sind.
Die ersten Lichtwellenleiter können an einem ersten Bauelement angeordnet sein und die zweiten Lichtwellenleiter können an einem zweiten Bauelement angeordnet sein. Die ersten Lichtwellenleiter sind an dem ersten Bauelement in einer Ebene angeordnet. Die zweiten Lichtwellenleiter sind an dem zweiten Bauelement in verschiedenen Ebenen angeordnet.
Mindestens eines der ersten und zweiten Bauelemente kann beispielsweise als ein optischer Chip ausgebildet sein. Mindestens eines der ersten und zweiten Bauelemente kann auch bei- spielsweise als eine Ferrule ausgebildet sein.
Ein System zum Koppeln von Lichtwellenleitern umfasst ein erstes Bauelement umfassend erste Lichtwellenleiter und ein zweites Bauelement umfassend zweite Lichtwellenleiter. Das System umfasst des Weiteren eine Kopplungseinrichtung mit einer ersten Seite, an der das erste Bauelement an die Kopplungseinrichtung gekoppelt ist, und eine zweite Seite, an der das zweite Bauelement an die Kopplungseinrichtung gekoppelt ist. Die ersten Lichtwellenleiter sind in dem ersten Bauelement an der ersten Seite der Kopplungseinrichtung zueinander räumlich anders angeordnet als die zweiten Lichtwellenleiter in dem zweiten Bauelement an der zweiten Seite der Kopplungs- einrichtung angeordnet sind. Die Kopplungseinrichtung umfasst des Weiteren ein optisches System. Das optische System verändert einen Strahlengang von aus den ersten Lichtwellenleitern ausgekoppelten und an der ersten Seite in die Kopplungseinrichtung eingekoppelten Lichts derart, dass das Licht an der zweiten Seite aus der Kopplungseinrichtung ausgekoppelt und in die zweiten Lichtwellenleiter eingekoppelt wird. Das Verändern des Strahlengangs erfolgt durch eine Lichtbrechung an dem optischen System, wobei die Lichtbrechung abhängig von dem Auftreffen des Strahlengangs auf das optische System ist.
Das optische System kann eine Linse, beispielsweise eine Sammellinse, enthalten. Das System kann auch noch weitere Linsen umfassen, die zwischen der Linse und den zweiten Lichtwellenleitern angeordnet sind. Jede der weiteren Linsen ist jeweils einem der zweiten Lichtwellenleiter zugeordnet, um das von der Linse ausgehende Licht in den der jeweiligen der zweiten Linsen zugeordneten einen der zweiten Lichtwellenleiter ein- zukoppeln. Des Weiteren kann das optische System mehrere planparallele Platten enthalten. Die mehreren planparallelen Platten können zueinander in alternierender Richtung angeordnet sein. Ein Verfahren zum Koppeln von Lichtwellenleitern sieht vor, eine Kopplungseinrichtung zu verwenden, wobei erste Lichtwellenleiter an einer ersten Seite der Kopplungseinrichtung zueinander räumlich anders angeordnet sind, als zweite Licht- Wellenleiter an einer zweiten Seite der Kopplungseinrichtung zueinander räumlich angeordnet sind. Das Verfahren sieht des Weiteren das Auskoppeln von Licht aus den ersten Lichtwellenleitern vor. Das ausgekoppelte Licht wird in die Kopplungseinrichtung eingekoppelt. Ein Strahlengang des in die Kopp- lungseinrichtung eingekoppelten Lichts wird mittels eines optischen Systems derart verändert, dass das aus der Kopplungseinrichtung ausgekoppelte Licht in zweite Lichtwellenleiter eingekoppelt wird. Dabei wird der Strahlengang des Lichts durch eine Lichtbrechung an dem optischen System verändert, wobei die Lichtbrechung in Abhängigkeit von dem Auftreffen des Strahlengangs auf das optische System verändert wird.
Bei dem Verfahren können die ersten Lichtwellenleiter an der ersten Seite der Kopplungseinrichtung zueinander in einem an- deren Abstand als die zweiten Lichtwellenleiter an der zweiten Seite der Kopplungseinrichtung angeordnet werden.
Die ersten Lichtwellenleiter können an der ersten Seite der Kopplungseinrichtung in einer Ebene angeordnet werden. Die zweiten Lichtwellenleiter können an der zweiten Seite der
Kopplungseinrichtung in verschiedenen Ebenen angeordnet werden .
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren, die Aus- führungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zeigen, näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 eine Ausführungsform einer Kopplungseinrichtung zum Koppeln von Lichtwellenleitern, die zueinander jeweils unterschiedliche Abstände aufweisen,
Figur 2 eine weitere Ausführungsform einer Kopplungseinrichtung zum Koppeln von Lichtwellenleitern, die zueinander jeweils unterschiedliche Abstände aufweisen,
Figur 3 eine weitere Ausführungsform einer Kopplungsein- richtung zum Koppeln von Lichtwellenleitern, die zueinander jeweils unterschiedliche Abstände aufweisen,
Figur 4 eine weitere Ausführungsform einer Kopplungseinrichtung zum Koppeln von Lichtwellenleitern, die zueinander jeweils unterschiedliche Abstände aufweisen,
Figur 5 eine Anordnung von Lichtwellenleitern eines Faser- bändchens und von Lichtwellenleitern eines Chips, die zueinander in verschiedenen räumlichen Ebenen angeordnet sind,
Figur 6 eine Ausführungsform einer Kopplungseinrichtung zum Koppeln von Lichtwellenleitern, die räumlich in verschiedenen Ebenen angeordnet sind,
Figur 7 eine Ausführungsform eines optischen Systems zum
Koppeln von Lichtwellenleitern, die räumlich in verschiedenen Ebenen angeordnet sind,
Figur 8 eine weitere Ausführungsform eines optischen Sys- tems zum Koppeln von Lichtwellenleitern, die räumlich in verschiedenen Ebenen angeordnet sind. Figur 1 zeigt eine Ausführungsform einer Kopplungseinrichtung 1 zum Koppeln von Lichtwellenleiter Ll an Lichtwellenleiter L2. Die Lichtwellenleiter Ll sind beispielsweise an einem Bauelement 100 in einem Abstand (Pitch) Pl zueinander ange- ordnet. Das Bauelement 100 kann ein optischer Chip sein, wobei die Lichtwellenleiter Ll in ein Substrat 101 des optischen Chips eingelassen sind. Auf dem optischen Chip 100 sind beispielsweise Einrichtungen zur Signalverarbeitung des über die Lichtwellenleiter Ll übertragenen Lichts angeordnet. Bei- spielsweise können auf dem optischen Chip 100 optische Sendeoder Empfangseinrichtungen oder auch optoelektrische Konversionseinrichtungen zur Umwandlung von optischen Signalen in elektrische Signale und zur Umwandlung von elektrischen Signalen in optische Signale angeordnet sein.
An einem Bauelement 200 sind Lichtwellenleiter L2 in einem Abstand (Pitch) P2 zueinander angeordnet. Die Lichtwellenleiter L2 sind beispielsweise als Faserbändchen angeordnet. Das Bauelement 200 kann eine Ferrule sein, wobei die Lichtwellen- leiter L2 in Nuten der Ferrule eingelegt sind. Die Ferrule kann beispielsweise eine MT-Ferrule sein. Der Abstand P2, mit dem die Lichtwellenleiter L2 in der Ferrule 200 räumlich zueinander angeordnet sind, ist größer als der Abstand Pl, den die an dem optischen Chip 100 angebrachten Lichtwellenleiter Ll zueinander aufweisen.
Um die Lichtwellenleiter Ll an die Lichtwellenleiter L2 zu koppeln, ist eine Kopplungseinrichtung 1 zwischen den Bauelementen 100 und 200 angeordnet. Die Kopplungseinrichtung 1 weist ein optisches System 10 auf, mit dem es ermöglicht wird, Licht, das aus einem der Lichtwellenleiter Ll ausgekoppelt wird, in einen zu dem Lichtwellenleiter Ll zugehörigen Lichtwellenleiter L2 einzukoppeln . Ein Strahlengang des Lichts, das von einem der Lichtwellenleiter Ll in die Kopplungseinrichtung 1 eingekoppelt wird, wird durch eine Lichtbrechung an dem optischen System auf einen der Lichtwellenleiter L2 fokussiert. In der Kopplungsein- richtung kann das Licht zwischen den Lichtwellenleitern Ll und dem optischen System 10 sowie zwischen dem optischen System 10 und den Lichtwellenleitern L2 durch eine Freiraumausbreitung übertragen werden, wobei das Übertragungsmedium beispielsweise Luft ist. Die Lichtbrechung erfolgt in Abhängig- keit von einem Auftreffen des Strahlengangs auf das optische System.
Die Lichtbrechung ist beispielsweise von der Richtung beziehungsweise einem Winkel abhängig, mit dem das Licht auf das optische System 10 auftrifft. Das optische System kann beispielsweise eine gekrümmte Oberfläche aufweisen. Die Krümmung der Oberfläche des optischen Systems 10 ist derart gewählt, dass der Strahlengang des Lichts, das von den Lichtwellenleitern Ll in die Kopplungseinrichtung eingestrahlt wird, so verändert wird, dass das aus dem optischen System austretende Licht in die Lichtwellenleiter L2 eingekoppelt wird. Zusätzlich zur Krümmung der Oberfläche des optischen Systems kann auch die Dicke des optischen Systems und der Abstand des optischen Systems 10 zwischen den Lichtwellenleitern Ll an ei- ner Eingangsseite der Kopplungseinrichtung und den Lichtwellenleitern L2 an der Ausgangsseite der Kopplungseinrichtung derart gewählt werden, dass das aus den Lichtwellenleitern Ll ausgekoppelte Licht in die Lichtwellenleiter L2 eingekoppelt wird. Dabei können die Lichtewellenleiter Ll und die Licht- Wellenleiter L2 untereinander räumlich anders angeordnet sein. Die Lichtwellenleiter Ll und L2 können insbesondere untereinander in einem anderen Abstand angeordnet sein. Das optische System 10 kann eine Linse 11, beispielsweise eine Sammellinse, enthalten. Die Linse 11 ist in der Kopplungseinrichtung 1 derart angeordnet, dass Licht, das aus einem der Lichtwellenleiter Ll ausgekoppelt und an einer Seite Sl der Kopplungseinrichtung 1 in die Kopplungseinrichtung eingestrahlt wird, von der Linse 11 an einer Seite S2 der Kopplungseinrichtung aus der Kopplungseinrichtung abgestrahlt und in den zu dem Lichtwellenleiter Ll zugehörigen Lichtwellenleiter L2 eingekoppelt wird. In Abhängigkeit von dem Vergrö- ßerungsfaktor der Linse 11 lassen sich Lichtwellenleiter, die auf verschiedenen Seiten der Linse 11 mit unterschiedlichen Abständen angeordnet sind, aneinander koppeln. Beispielsweise lassen sich mit der in Figur 1 gezeigten Anordnung Lichtwellenleiter Ll, die an der Seite Sl der Kopplungseinrichtung auf dem optischen Chip 100 zueinander in einem Abstand von 30 μm angeordnet sind, an Lichtwellenleiter L2 koppeln, die auf der Seite S2 der Kopplungseinrichtung in Form eines Faser- bändchens mit einem Abstand von 250 μm zueinander angeordnet sind.
Zum mechanischen Koppeln der Kopplungseinrichtung 1 an das Bauelement 100 beziehungsweise an das Bauelement 200 enthält die Kopplungseinrichtung 1 Führungsstifte 50, die an der Seite Sl beziehungsweise S2 aus der Kopplungseinrichtung heraus- ragen. Die Führungsstifte 50 werden in Hohlräume 60 der Bauelemente 100, 200 eingeführt. Wenn die Lichtwellenleiter Ll auf dem Chip 100 und die Lichtwellenleiter L2 in der Ferrule 200 in Bezug auf die Hohlräume 60 ausgerichtet sind, wird Licht, das aus einem der Lichtwellenleiter Ll ausgekoppelt wird, in den zu dem Lichtwellenleiter Ll zugehörigen Lichtwellenleiter L2 eingekoppelt. Bei der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform sind die Ein- und Auskoppelseiten der Kopplungseinrichtung austauschbar. Es kann beispielsweise Licht, das aus einem der Lichtwellenleiter L2 ausgekoppelt wird, an der Seite S2 in die Kopplungs- einrichtung 1 eingestrahlt und von dem optischen System 10 an der Seite Sl abgestrahlt und in den zu dem Lichtwellenleiter L2 zugehörigen Lichtwellenleiter Ll eingekoppelt werden.
Die Länge und Breite der Kopplungseinrichtung 1 ist abhängig von der Anzahl der zu koppelnden Lichtwellenleiter, dem Abstand der Lichtwellenleiter zueinander sowie der numerischen Apertur der Lichtwellenleiter. Bei einem System mit einem Abstand der Lichtwellenleitern von 50 μm auf einer Eingangsseite der Kopplungseinrichtung und einem Abstand von weiteren Lichtwellenleiter auf einer Ausgangsseite der Kopplungseinrichtung von 127 μm, können zirka 100 Lichtwellenleiter durch eine Kopplungseinrichtung mit einer Länge von 30 mm aneinander gekoppelt werden, wenn die Lichtwellenleiter auf der Ein- und Ausgangsseite jeweils eine numerische Apertur von 0,15 aufweisen.
Figur 2 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Kopplungseinrichtung 1, bei der das optische System 10 neben der Linse 11 weitere Linsen 12 aufweist. Die Linsen 12 sind jeweils ei- nem der Lichtwellenleiter L2 zugeordnet. Mit der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform werden Verluste bei der Kopplung der Lichtwellenleiter Ll mit den Lichtwellenleitern L2 weitgehend vermieden. Das von der Linse 11 auf eine der Linsen 12 auftreffende Licht wird durch die Linse 12 erneut gebündelt und auf den zu der jeweiligen Linse 12 zugehörigen Lichtwellenleiter L2 projiziert. Bei der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform sind die weiteren Linsen 12 in einem Gehäuse 70 der Kopplungseinrichtung 1 integriert angeordnet. Bei der in Figur 3 gezeigten Ausführungsform sind die weiteren Linsen 12 außerhalb des Gehäuses 70 angeordnet. Die Linsen können beispielsweise als ein Bauelement ausgeführt sein, wobei die Linsen untereinander verbunden sind. Die Anordnung aus den Linsen 12 kann an ihren Enden Ösen 13 aufweisen. Zur Befestigung der Linsen 12 an einer der Seiten Sl und S2 der Kopplungseinrichtung sind die Ösen 13 auf die Führungsstifte 50 aufgeschoben.
Die Lichtwellenleiter Ll und L2 weisen im Allgemeinen unterschiedliche Abstrahl-/Akzeptanzwinkel auf, die vom jeweiligen Indexprofil der Lichtwellenleiter Ll und L2 abhängen. Bei den in den Figuren 2 und 3 gezeigten Ausführungsformen der Kopplungseinrichtung 1 werden Leistungsverluste, die auf die unterschiedlichen Abstrahl-/Akzeptanzwinkel der Lichtwellenleiter Ll und L2 zurückzuführen sind, durch das Anordnen von Linsen 12 an mindestens einer der Seiten Sl oder S2 vermie- den. Linsen 12, die den Lichtwellenleitern vorgeschaltet sind, können insbesondere dann verwendet werden, wenn die Verhältnisse der Abstrahlwinkel der Lichtwellenleiter Ll und L2 nicht dem Verhältnis der Abstandsunterschiede zwischen den Lichtwellenleitern Ll und L2 entsprechen. Des Weiteren werden durch die Linsen 12 Leistungsverluste beispielsweise dann vermieden, wenn die Linse 11 in einem anderen Verhältnis vergrößert als das Verhältnis der Abstrahlwinkel der Lichtwellenleiter Ll und L2 zueinander beträgt.
Neben den beiden in den Figuren 2 und 3 gezeigten Ausführungsformen, bei denen die weiteren Linsen 12 als diskrete Bauelemente ausgeführt sind, besteht die Möglichkeit, die Linsen 12 in die Enden der Lichtwellenleiter Ll und L2 zu in- tegrieren. Die Linsen 12 können beispielsweise durch Verrun- dung der Faserenden der Lichtwellenleiter Ll beziehungsweise L2 in die Lichtwellenleiter integriert werden.
Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Kopplungseinrichtung 2. Auf dem Bauelement 100 sind Lichtwellenleiter Ll in einem kleineren Abstand zueinander angeordnet als Lichtwellenleiter L2 in dem Bauelement 200 angeordnet sind. Das Bauelement 100 kann beispielsweise ein optischer Chip sein, wobei die Lichtwellenleiter Ll mit optischen Baugruppen, beispielsweise mit auf dem Chip angeordneten Sende- oder Empfangseinrichtungen, verbunden sind. Das Bauelement 200 kann eine Ferrule, beispielsweise eine MT-Ferrule sein, in der die Lichtwellenleiter L2 mit einem Durchmesser von 125 μm beispielsweise zueinander in einem Abstand P2 von 250 μm angeordnet sind. Zwischen den Bauelementen 100 und 200 ist zur Kopplung der Lichtwellenleiter Ll mit den Lichtwellenleitern L2 die Kopplungseinrichtung 2 vorgesehen. Die Kopplungseinrichtung 2 ist über Führungsstifte 50, die in Hohlräume 60 der Bauelemente 100 beziehungsweise 200 eingreifen, mit den Bauelementen 100 und 200 mechanisch gekoppelt.
Die Kopplungseinrichtung 2 weist ein optisches System 20 auf, das eine kugelförmige Linse 21 und optische Elemente 22a und 22b umfasst. Die optischen Elemente 22a und 22b sind jeweils an einer der kugelförmigen Linse 21 zugewandten Seite S22a, S22b als Halbkugelschalen ausgeformt. Der Vergrößerungsfaktor der Linsenanordnung des optischen Systems 20 wird durch das Verhältnis der verschiedenen Radien der Halbkugelschalen 22a und 22b gebildet. Die optischen Elemente 22a und 22b weisen jeweils Lichtwellenleiter 23a und 23b auf, die an die Lichtwellenleiter Ll und L2 gekoppelt sind. Die Lichtwellenleiter 23a und 23b sind jeweils im Bereich der halbkugelförmigen Seiten S22a und S22b der optischen Elemente 22a und 22b zum Mittelpunkt der kugelförmigen Linse 21 ausgerichtet. Da jeder Lichtstrahl durch den Mittelpunkt der Linse 21 hindurch tritt, ist bei dieser Ausführungsform der Durchmesser der Linse 21 unabhängig von der Anzahl der zu koppelnden Lichtwellenleiter .
Figur 5 zeigt eine unterschiedliche räumliche Anordnung von Lichtwellenleitern Ll und L2. Die Lichtwellenleiter Ll sind beispielsweise auf einem Substrat eines optischen Chips in einer Ebene El angeordnet. Die Lichtwellenleiter L2 können beispielsweise Lichtwellenleiter eines Faserbändchens sein, die in einer Ferrule beispielsweise zweilagig in Ebenen E2 und E3 angeordnet sind. Die Ferrule kann zum Beispiel eine mit entsprechend zweilagig angeordneten Nuten ausgebildete MT-Ferrule sein.
Figur 6 zeigt eine Ausführungsform einer Kopplungseinrichtung 3, mit der es ermöglicht wird, Licht, das aus den Lichtwel- lenleitern Ll ausgekoppelt wird, in die Lichtwellenleiter L2, die in verschiedenen Ebenen, wie in Figur 5 gezeigt ist, angeordnet sind, einzukoppeln . Die Kopplungseinrichtung 3 ist zwischen einem Bauelement 100 und einem Bauelement 200 angeordnet. Das Bauelement 100 kann beispielsweise als ein opti- scher Chip ausgebildet sein, auf dem Lichtwellenleiter Ll in einer Ebene El nebeneinander liegend angeordnet sind. In dem Bauelement 200 sind die Lichtwellenleiter L2 in verschiedenen Ebenen E2 und E3 angeordnet. Die Kopplungseinrichtung 3 ist durch Führungsstifte 50, die in Hohlräume 60 der Bauelemente 100, 200 eingeführt sind, an den Bauelementen 100, 200 befestigt. Die Kopplungseinrichtung 3 enthält ein optisches System 30, das entsprechend der Anzahl der zu koppelnden Lichtwellenleiter Ll, L2 planparallele Platten 31a, 31b enthält. Jedem Lichtwellenleiterpaar Ll, L2 ist eine der planparallelen Platten zugeordnet. Die planparallelen Platten 31a, 31b sind in Bezug auf ihre Ausrichtung in einer Reihe entlang der Seiten Sl und S2 der Kopplungseinrichtung 3 alternierend angeordnet. Durch die alternierende Anordnung der planparallelen Platten wird es ermöglicht, Licht, das aus den Lichtwellen- leitern Ll ausgekoppelt wird, in die in verschiedenen Ebenen E2 und E3 angeordneten Lichtwellenleiter L2 einzukoppeln .
Figur 7 zeigt die Anordnung einer planparallelen Platte 31a, die zu einem Lichtwellenleiterpaar Ll, L2 zugehörig ist. Der aus dem Lichtwellenleiter Ll ausgekoppelte Lichtstrahl wird an einer Seite Sl der Kopplungseinrichtung 3 in die Kopplungseinrichtung eingestrahlt. Der Lichtstrahl trifft auf eine Seite der planparallelen Platte 31a und wird innerhalb der planparallelen Platte nach unten abgelenkt. Nach dem Austritt aus der planparallelen Platte wird der Lichtstrahl an der
Seite S2 der Kopplungseinrichtung 3 wieder abgestrahlt und in den Lichtwellenleiter L2, der in einer Ebene E3 unterhalb der Ebene El, in der der Lichtwellenleiter Ll angeordnet ist, liegt, eingekoppelt.
Um den aus dem Lichtwellenleiter Ll ausgekoppelten Lichtstrahl in einen Lichtwellenleiter L2 einzukoppeln, der in der oberhalb der Ebenen El und E3 liegenden Ebene E2 angeordnet ist, wird gemäß der in Figur 6 gezeigten Ausführungsform zwi- sehen die Lichtwellenleiter Ll und L2 eine planparallele
Platte 31b eingeführt, die in Bezug auf die in Figur 7 gezeigte planparallele Platte 31a in entgegengesetzter Richtung ausgerichtet ist. Zum Koppeln von Lichtwellenleitern Ll mit Lichtwellenleitern L2, die in verschiedenen Ebenen angeordnet sind, sind daher die planparallelen Platten 31a und 31b, wie in Figur 6 gezeigt ist, in Bezug auf ihre Ausrichtung alternierend angeordnet.
Mit der in Figur 6 gezeigten Anordnung wird es ermöglicht, optische Wellenleiter, die auf einem Substrat 101 eines Chips 100 beispielsweise mit einem Abstand Dl = 62,5 μm angeordnet sind, an Lichtwellenleiter L2 mit einem Durchmesser von 125 μm, die wie in Figur 5 gezeigt ist, in verschiedenen Ebenen E2 und E3 angeordnet sind, zu koppeln. Die Mittelpunkte der Lichtwellenleiter können dabei einen Versatz
V = 125μmXyl3+4 = 54μm aufweisen. Bei diesem Ausführungsbeispiel können die Mittelpunkte der Lichtwellenleiter L2 in den verschiedenen Ebenen E2 und E3 jeweils um D2 = 108 μm beabstandet sein. Der Versatz V ergibt sich bei einer Dicke d der planparallelen Platte, einem Brechungsindex n und bei einem Schrägungswinkel α der planparallelen Platte zu
V = dxsin(α)x(1 - (cos(α) -r^(nxn-sin2(α))) Bei einem Versatz von V = 54 μm, einem Brechungsindex von n = 3,4 für planparallele
Platten aus Silizium, die einen Schrägungswinkel von 45° aufweisen, ergibt sich eine Dicke d der planparallelen Platte von ungefähr 97 μm.
Da bei der in Figur 6 gezeigten Ausführungsform der Kopplungseinrichtung 3 keine Vergrößerung durch das optische System 30 erfolgt, ist die Ausrichtung beziehungsweise Positionierung der planparallelen Platten mit geringem Aufwand möglich. Eine hochpräzise Ausrichtung der planparallelen Platten ist nicht erforderlich. Um Leistungsverluste bei der Übertragung von Licht durch die Kopplungseinrichtung zu verringern, können beispielsweise auch bei der in Figur 6 gezeigten Aus- führungsform Linsen 12, wie in den Figuren 2 und 3 gezeigt ist, vor die Lichtwellenleiter Ll und L2 angebracht werden. Die Linsen 12 können unmittelbar in die Kopplungseinrichtung 3 integriert sein oder an den äußeren Seiten Sl und S2 der Kopplungseinrichtung 3 angebracht sein. Die Linsen 12 können dazu beispielsweise an den Führungsstiften 50 befestigt werden .
Figur 8 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Kopplungs- einrichtung 4 zum Auskoppeln von Licht aus Lichtwellenleitern Ll und zum Einkoppeln des Lichts in Lichtwellenleiter L2, die in verschiedenen Ebenen E2 und E3 angeordnet sind. Anstelle der Verwendung von planparallelen Platten 31a, 31b wird in der Kopplungseinrichtung 4 ein optisches System 40 verwendet, das Prismen 41a und 41b enthält. Ein Prisma 41a ist bei der in Figur 8 gezeigten Ausführungsform an der Seite Sl der Kopplungseinrichtung 4 angebracht und einem der Lichtwellenleiter Ll zugeordnet. An der Seite S2 der Kopplungseinrichtung 4 ist ein zu dem Prisma 41a entgegengesetzt ausgerichte- tes Prisma 41b angeordnet. Dabei ist auch an der Seite S2 jedem Lichtwellenleiter L2 eines der Prismen 41b zugeordnet.
Bei der Verwendung von Prismen zur Strahlablenkung kann der Abstand zwischen den Prismen variabel gewählt werden. Dadurch wird es ermöglicht, die Ebenen E2 und E3 weit voneinander zu entfernen, wobei die Aufweitung des Lichtkegels zwischen den Prismen 41a und 41b gering ist.
Durch die Verwendung einer der Kopplungseinrichtungen 1, 2, 3 oder 4 wird es ermöglicht, Lichtwellenleiter Ll, die beispielsweise auf einem optischen Chip 100 räumlich anders angeordnet sind als Lichtwellenleiter L2, die als Faserbändchen an den Chip angeschlossen werden, miteinander zu koppeln. Es wird insbesondere ermöglicht, Lichtwellenleiter, die in einer Ferrule, beispielsweise einer MT-Ferrule, angeordnet sind, an Lichtwellenleiter, die in einem Substrat eines optischen Chips eingelassen sind und einen geringeren Abstand als die Lichtwellenleiter des Faserbändchens aufweisen, zu koppeln.
Zur Strahlmodifizierung in den Kopplungseinrichtungen 1, 2, 3 und 4 sind Linsensysteme 10, 20, 30 und 40 vorgesehen, die aus Silizium ausgebildet sein können, das bei dem durch die optischen Wellenleiter Ll und L2 übertragenen Licht transparent ist. Die Kopplungseinrichtungen 1, 2, 3 und 4 sind beispielsweise zur Ankopplung von Lichtwellenleitern bei Optical Backplane Designs geeignet.

Claims

Patentansprüche
1. Kopplungseinrichtung zum Koppeln von Lichtwellenleitern, umfassend: - eine erste Seite (Sl) zum Ankoppeln von ersten Lichtwellenleitern (Ll) an die Kopplungseinrichtung (1, 2, 3, 4),
- eine zweite Seite (S2) zum Ankoppeln von zweiten Lichtwellenleitern (L2) an die Kopplungseinrichtung (1, 2, 3, 4), - ein optisches System (10, 20, 30, 40), das zwischen der ersten und zweiten Seite (Sl, S2) der Kopplungseinrichtung angeordnet ist,
- wobei das optische System (10, 20, 30, 40) einen Strahlengang von aus den ersten Lichtwellenleitern (Ll) aus- gekoppelten und an der ersten Seite (Sl) in die Kopplungseinrichtung eingekoppelten Lichts in Abhängigkeit von einem Auftreffen des Strahlengangs auf das optische System durch eine Lichtbrechung derart verändert, dass das Licht an der zweiten Seite (S2) aus der Kopplungseinrichtung ausgekoppelt und in die zweiten Lichtwellenleiter (L2) eingekoppelt wird, wobei die ersten Lichtwellenleiter (Ll) zueinander räumlich anders als die zweiten Lichtwellenleiter (L2) angeordnet sind.
2. Kopplungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei das optische System (10, 20) eine Linse (11, 21) enthält .
3. Kopplungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, umfassend: - weitere Linsen (12), die zwischen der Linse (11) und den zweiten Lichtwellenleitern (L2) angeordnet sind,
- wobei jede der weiteren Linsen (12) jeweils einem der zweiten Lichtwellenleiter (L2) zugeordnet ist, um das von der Linse (11) ausgehende Licht in den der jeweiligen der zweiten Linsen (12) zugeordneten einen der zweiten Lichtwellenleiter (L2) einzukoppeln .
4. Kopplungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei das optische System (20) eine kugelförmige Linse (21) enthält.
5. Kopplungseinrichtung nach Anspruch 4, - wobei das optische System (20) optische Elemente (22a, 22b) aufweist, die jeweils Lichtwellenleiter (23a, 23b) enthalten,
- wobei die jeweiligen Lichtwellenleiter (23a, 23b) der optischen Elemente (22a, 22b) an die ersten oder zweiten Licht- Wellenleiter (Ll, L2) gekoppelt sind,
- wobei die optischen Elemente (22a, 22b) jeweils an einer der kugelförmigen Linse zugewandten Seite (S22a, S22b) als eine kugelförmige Halbschale ausgebildet sind.
6. Kopplungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei das optische System (30, 40) den Strahlengang des von den in einer Ebene (El) angeordneten ersten Lichtwellenleitern (Ll) ausgekoppelten Lichts derart verändert, dass das Licht an der zweiten Seite (S2) der Kopplungseinrichtung (3, 4) abgestrahlt und in die in verschiedenen Ebenen (E2, E3) angeordneten zweiten Lichtwellenleiter (L2) eingekoppelt wird.
7. Kopplungseinrichtung nach Anspruch 6, wobei das optische System (30) mehrere planparallele Platten (31a, 31b) enthält.
8. Kopplungseinrichtung nach Anspruch 7, wobei die mehreren planparallelen Platten (31a, 31b) zueinander in alternierender Richtung angeordnet sind.
9. Kopplungseinrichtung nach Anspruch 6, wobei das optische System (40) mehrere Prismen (41a, 41b) enthält.
10. Kopplungseinrichtung nach Anspruch 9,
- wobei jeweils eines der Prismen (41a) an der ersten Seite (Sl) der Kopplungseinrichtung (4) einem der ersten
Lichtwellenleiter (Ll) und ein weiteres der Prismen (41b) an der zweiten Seite (S2) der Kopplungseinrichtung einem der zweiten Lichtwellenleiter (L2) zugeordnet ist,
- wobei das eine der Prismen (41a) derart ausgerichtet ist, dass das aus dem einen der ersten Lichtwellenleiter (Ll) austretende Licht an der ersten Seite (Sl) der Kopplungseinrichtung in das eine der Prismen (41a) eingestrahlt wird und auf das weitere der Prismen (41b) gelenkt wird,
- wobei das weitere der Prismen (41b) derart ausgerich- tet ist, dass das auf das weitere der Prismen (41b) gelenkte
Licht aus der zweiten Seite (S2) der Kopplungseinrichtung (40) abgestrahlt und in den einen der zweiten Lichtwellenleiter (L2) eingekoppelt wird.
11. Kopplungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, umfassend: einen Führungsstift (50), der an einer der ersten und zweiten Seite (Sl, S2) aus der Kopplungseinrichtung (1, 2, 3, 4) herausragt, zum Befestigen der Kopplungseinrichtung an ei- nem Bauelement (100, 200), das die ersten und zweiten Lichtwellenleiter (Ll, L2) enthält.
12. Kopplungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, umfassend: einen Hohlraum (60), der zur Aufnahme eines Führungsstifts (50) eines Bauelements (100, 200), das die ersten und zweiten Lichtwellenleiter (Ll, L2) enthält, geeignet ist, um die Kopplungseinrichtung (1, 2, 3, 4) an dem Bauelement (100, 200) zu befestigen.
13. Kopplungseinrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei die weiteren Linsen (12) an dem Führungsstift (50) befestigt sind.
14. Kopplungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
- wobei die ersten Lichtwellenleiter (Ll) an einem ers- ten Bauelement (100) und die zweiten Lichtwellenleiter (L2) an einem zweiten Bauelement (200) angeordnet sind,
- wobei die ersten Lichtwellenleiter (Ll) an dem ersten Bauelement (100) mit einem anderen Abstand zueinander angeordnet sind, als die zweiten Lichtwellenleiter (L2) an dem zweiten Bauelement (200) angeordnet sind.
15. Kopplungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
- wobei die ersten Lichtwellenleiter (Ll) an einem ersten Bauelement (100) und die zweiten Lichtwellenleiter (L2) an einem zweiten Bauelement (200) angeordnet sind,
- wobei die ersten Lichtwellenleiter (Ll) an dem ersten Bauelement (100) in einer Ebene (El) und die zweiten Lichtwellenleiter (L2) an dem zweiten Bauelement (200) in verschiedenen Ebenen (E2, E3) angeordnet sind.
16. Kopplungseinrichtung nach einem der Ansprüche 14 oder 15, wobei mindestens eines des ersten und des zweiten Bauelements (100, 200) als ein optischer Chip ausgebildet ist.
17. Kopplungseinrichtung nach einem der Ansprüche 14 oder 15, wobei mindestens eines des ersten und zweiten Bauelements (100, 200) als eine Ferrule ausgebildet ist.
18. System zum Koppeln von Lichtwellenleitern, umfassend: - ein erstes Bauelement (100) umfassend erste Lichtwellenleiter (Ll),
- ein zweites Bauelement (200) umfassend zweite Lichtwellenleiter (L2),
- eine Kopplungseinrichtung (1, 2, 3, 4) mit einer ersten Seite (Sl), an der das erste Bauelement (100) an die Kopplungseinrichtung (1, 2, 3, 4) gekoppelt ist, und mit einer zweiten Seite (S2), an der das zweite Bauelement (200) an die Kopplungseinrichtung (1, 2, 3, 4) gekoppelt ist,
- wobei die ersten Lichtwellenleiter (Ll) in dem ersten Bauelement (100) an der ersten Seite (Sl) der Kopplungseinrichtung zueinander räumlich anders als die zweiten Lichtwellenleiter (L2) in dem zweiten Bauelement (200) an der zweiten Seite (S2) der Kopplungseinrichtung angeordnet sind,
- wobei die Kopplungseinrichtung (1, 2, 3, 4) ein opti- sches System (10, 20, 30, 40) umfasst,
- wobei das optische System (10, 20, 30, 40) einen Strahlengang von aus den ersten Lichtwellenleitern (Ll) ausgekoppelten und an der ersten Seite (Sl) in die Kopplungseinrichtung eingekoppelten Lichts in Abhängigkeit von einem Auf- treffen des Strahlengangs auf das optische System durch eine Lichtbrechung derart verändert, dass das Licht an der zweiten Seite (S2) aus der Kopplungseinrichtung ausgekoppelt und in die zweiten Lichtwellenleiter (L2) eingekoppelt wird.
19. System nach Anspruch 18, wobei das optische System (10, 20) eine Linse (11, 21) enthält .
20. System nach Anspruch 19, umfassend:
- weitere Linsen (12), die zwischen der Linse (11) und den zweiten Lichtwellenleitern (L2) angeordnet sind,
- wobei jede der weiteren Linsen (12) jeweils einem der zweiten Lichtwellenleiter (L2) zugeordnet ist, um das von der
Linse (11) ausgehende Licht in den der jeweiligen der zweiten Linsen (12) zugeordneten einen der zweiten Lichtwellenleiter (L2) einzukoppeln .
21. System nach Anspruch 18, wobei das optische System (30) mehrere planparallele Platten (31a, 31b) enthält.
22. System nach Anspruch 21, wobei die mehreren planparallelen Platten (31a, 31b) zueinander in alternierender Richtung angeordnet sind.
23. Verfahren zum Koppeln von Lichtwellenleitern, umfassend:
- Auskoppeln von Licht aus ersten Lichtwellenleitern (Ll),
- Einkoppeln des Lichts in eine Kopplungseinrichtung (1, 2, 3, 4),
- Verändern eines Strahlengangs des in die Kopplungseinrichtung (1, 2, 3, 4) eingekoppelten Lichts mittels eines op- tischen Systems (10, 20, 30, 40) in Abhängigkeit von einem Auftreffen des Strahlengangs auf das optische System durch eine Lichtbrechung derart, dass das aus der Kopplungseinrichtung ausgekoppelte Licht in zweite Lichtwellenleiter (L2) eingekoppelt wird, wobei die ersten Lichtwellenleiter (Ll) an einer ersten Seite (Sl) der Kopplungseinrichtung (1, 2, 3, 4) zueinander räumlich anders angeordnet sind, als die zweiten Lichtwellenleiter (L2) an einer zweiten Seite (S2) der Kopp- lungseinrichtung zueinander räumlich angeordnet sind.
24. Verfahren nach Anspruch 23, wobei die ersten Lichtwellenleiter (Ll) an der ersten Seite (Sl) der Kopplungseinrichtung (1, 2) zueinander in ei- nem anderen Abstand als die zweiten Lichtwellenleiter (L2) an der zweiten Seite (S2) der Kopplungseinrichtung angeordnet werden .
25. Verfahren nach Anspruch 23, wobei die ersten Lichtwellenleiter (Ll) an der ersten Seite (Sl) der Kopplungseinrichtung (3, 4) in einer Ebene (El) und die zweiten Lichtwellenleiter (L2) an der zweiten Seite (S2) der Kopplungseinrichtung in verschiedenen Ebenen (E2, E3) angeordnet werden.
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