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Dokumentenidentifikation DE202007014173U1 10.01.2008
Titel Kopplungseinrichtung zur Kopplung mindestens eines Lichtwellenleiters an ein optisches Bauelement
Anmelder CCS Technology, Inc., Wilmington, Del., US
Vertreter Epping Hermann Fischer, Patentanwaltsgesellschaft mbH, 80339 München
DE-Aktenzeichen 202007014173
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 10.01.2008
Registration date 06.12.2007
Application date from patent application 10.10.2007
IPC-Hauptklasse G02B 6/42(2006.01)A, F, I, 20071010, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G02B 6/43(2006.01)A, L, I, 20071010, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Kopplungseinrichtung zur Kopplung mindestens eines Lichtwellenleiters an ein optisches Bauelement

Die Erfindung betrifft eine Kopplungseinrichtung zur Kopplung mindestens eines Lichtwellenleiters, beispielsweise eines Faserbändchens, an ein optisches Bauelement, beispielsweise einen optischen Sender oder einen optischen Empfänger.

Für eine Vielzahl von nachrichtentechnischen Anwendungen, insbesondere für solche Anwendungen, die eine hohe Datenrate, beispielsweise eine Datenrate von 10 GBit pro Sekunde erfordern, ist eine Datenübertragung mittels einer optischen Übertragungsstrecke erforderlich. Zum Betreiben von Datenverarbeitungszentren, Supercomputern oder für die Datenübertragung beim digitalen Fernsehen (HDTV) werden Kupferkabel daher nach und nach von optischen Kabeln ersetzt. Zur Übertragung von Signalen über eine optische Übertragungsstrecke werden aus elektrischen Signalen optische Signale erzeugt und in Lichtwellenleiter eingespeist. Zum Empfang der Signale werden die optischen Signale aus Lichtwellenleitern ausgekoppelt und zur weiteren Verarbeitung wieder in elektrische Signale umgewandelt.

Sendeeinrichtungen, mit denen elektrische Signale in optische Signale gewandelt werden können, sind beispielsweise VCSEL (vertical cavity surface emitting laser)-Einrichtungen. Optische Empfangseinrichtungen können beispielsweise Fotodioden sein, die Licht in elektrische Signale wandeln. Die Sende- und Empfangseinrichtungen müssen an die optischen Übertragungsstrecken, beispielsweise an einzelne Lichtwellenleiter oder an mehrere Lichtwellenleiter, die zum Beispiel als Faserbändchen angeordnet sein können, gekoppelt werden.

Es besteht daher ein Bedarf, eine Kopplungseinrichtung zur Kopplung mindestens eines Lichtwellenleiters an ein optisches Bauelement, beispielsweise einen optischen Sender oder einen optischen Empfänger, anzugeben, das möglichst Platz sparend und kostengünstig ausgebildet ist und eine zuverlässige Kopplung zwischen dem mindestens einen Lichtwellenleiter und dem optischen Bauelement ermöglicht.

Eine Kopplungseinrichtung zur Kopplung mindestens eines Lichtwellenleiters an ein optisches Bauelement umfasst ein Halteelement zur Aufnahme des mindestens einen Lichtwellenleiters, ein Trägerelement zum Anbringen des optischen Bauelements und ein Abstandselement. Das Halteelement ist an dem Trägerelement angebracht. Das Abstandselement ist zwischen dem Halteelement und dem Trägerelement angeordnet, wodurch das Halteelement und das Trägerelement zueinander beabstandet angeordnet sind.

Der mindestens eine Lichtwellenleiter kann beispielsweise derart in dem Halteelement aufgenommen sein, dass der mindestens eine Lichtwellenleiter an einer dem Trägerelement zugewandten Seite des Halteelements aus dem Halteelement herausragt, wodurch ein Abschnitt des mindestens einen Lichtwellenleiters in einem Zwischenraum zwischen dem Halteelement und dem Trägerelement angeordnet ist.

Gemäß einer möglichen Ausführungsform kann das Halteelement mindestens ein Führungsrohr zur Aufnahme des mindestens einen Lichtwellenleiters aufweisen. Es ist auch möglich, dass das Halteelement mehrere Führungsrohre zur Aufnahme von Lichtwellenleitern eines Faserbändchens aufweist. Das Halteelement kann Glas, Keramik oder Kunststoff enthalten. Bei einer möglichen Ausführungsform kann das Halteelement als eine Ferrule ausgebildet sein.

In dem Halteelement kann beispielsweise mindestens ein Führungsstift angeordnet sein, der aus der dem Trägerelement zugewandten Seite des Halteelements herausragt. Der mindestens eine Führungsstift kann aus einem Metall ausgebildet sein.

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform kann das Abstandselement als ein Hohlkörper ausgebildet sein, der um den mindestens einen Führungsstift angeordnet ist. Das Abstandselement kann beispielsweise als eine rohrförmige Hülse aus einem Metall, oder aus einer Legierung, die Kovar enthält, ausgebildet sein.

Gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform weist das Trägerelement mindestens einen Hohlraum zur Aufnahme des mindestens einen Führungsstifts auf. Des Weiteren kann das Trägerelement ein Aufnahmeelement zur Aufnahme des optischen Bauelements aufweisen.

Das optische Bauelement kann auf einer dem Halteelement zugewandten Seite des Trägerelements angeordnet sein. Das optische Bauelement kann beispielsweise als ein optischer Sender oder als ein optischer Empfänger ausgebildet sein. Des Weiteren ist es möglich, dass um den optischen Sender auf dem Trägerelement mindestens ein optischer Empfänger angeordnet ist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist zwischen dem mindestens einen Lichtwellenleiter und dem optischen Bauelement eine Schutzschicht derart angeordnet, dass das optische Bauelement und ein Ende des Abschnitts des mindestens einen Lichtwellenleiters von der Schutzschicht umgeben sind. Die Schutzschicht kann beispielsweise Silikon oder ein Acrylat oder ein Epoxid enthalten.

Des Weiteren kann ein Ende des aus dem Halteelement herausragenden Abschnitts des mindestens einen Lichtwellenleiters unter einem von 90° zu einer Längsachse des mindestens einen Lichtwellenleiters verschiedenen Winkel abgetrennt sein.

Im Folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung einer Kopplung zwischen mindestens einem Lichtwellenleiter und einem optischen Bauelement angegeben. Gemäß dem Verfahren wird mindestens ein Lichtwellenleiter an einem Halteelement angeordnet. Des Weiteren wird das optische Bauelement an einem Trägerelement angebracht. Ein Abstandselement wird an dem Halteelement oder an dem Trägerelement angebracht. Das Halteelement wird an dem Trägerelement zum Koppeln des mindestens einen Lichtwellenleiters an das optische Bauelement angebracht.

Gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform des Verfahrens wird eine Umhüllung von einem Abschnitt des mindestens einen Lichtwellenleiters abgesetzt. Der mindestens eine Lichtwellenleiter wird in mindestens ein Führungsrohr des Halteelements derart eingeführt, dass ein Teil des Abschnitts des mindestens einen Lichtwellenleiters an einer dem Trägerelement zugewandten Seite des Halteelements herausragt.

Der aus dem Halteelement herausragende Teil des Abschnitts des mindestens einen Lichtwellenleiters kann gekürzt werden. Bei dem Kürzen wird ein Ende des aus dem Halteelement herausragenden Teils des Abschnitts des mindestens einen Lichtwellenleiters beispielsweise unter einem von 90° zu einer Längsachse des mindestens einen Lichtwellenleiters verschiedenen Winkel abgetrennt. Das Ende des aus dem Halteelement herausragenden Teils des Abschnitts des mindestens einen Lichtwellenleiters kann beispielsweise derart erhitzt werden, dass das Ende eine abgerundete Form aufweist. Es ist auch möglich die Verformung des Endes des mindestens einen Lichtwellenleiters durch ein chemisches Ätzen hervorzurufen.

Eine rohrförmige Hülse kann auf einem Führungsstift, der aus dem Halteelement oder dem Trägerelement herausragt, angebracht werden. Das Halteelement lässt sich an dem Trägerelement durch Einführen des Führungsstifts des Halteelements oder des Trägerelements in einen Hohlraum des Trägerelements oder des Halteelements anbringen.

Vor dem Anbringen des optischen Bauelements an dem Trägerelement wird eine Stelle, an der das optische Bauelement an dem Trägerelement anzubringen ist, in einem Abstand von dem Hohlraum des Trägerelements ermittelt. Des Weiteren kann eine Schutzschicht zwischen dem optischen Bauelement und dem mindestens einen Lichtwellenleiter angebracht werden.

Des Weiteren kann ein optischer Sender oder ein optischer Empfänger an dem Trägerelement angebracht werden. Ein optischer Sender kann zum Einkoppeln von Licht in den aus dem Halteelement herausragenden Abschnitt des mindestens einen Lichtwellenleiters an dem Trägerelement angebracht werden. Ein optischer Empfänger kann zum Empfang von Licht, das an einem Ende des aus dem Halteelement herausragenden Teils des Abschnitts des mindestens einen Lichtwellenleiters reflektiert wird, an dem Trägerelement angebracht werden. Eine Steuereinheit kann beispielsweise zur Steuerung des von dem optischen Sender erzeugten Lichts in Abhängigkeit von einer Intensität des von dem mindestens einen optischen Empfänger empfangenen Lichts vorgesehen sein.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren, die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigen, näher erläutert. Es zeigen:

1 eine Ausführungsform einer Kopplungseinrichtung zur Kopplung mindestens eines Lichtwellenleiters an ein optisches Bauelement,

2A eine Ausführungsformen von Enden von Lichtwellenleiterabschnitten zur Kopplung an ein optisches Bauelement,

2B eine weitere Ausführungsform von Enden von Lichtwellenleiterabschnitten zur Kopplung an ein optisches Bauelement,

3 eine Ausführungsform eines Trägerelements mit einer Steuereinheit zur Steuerung der Erzeugung eines optischen Signals,

4A einen Verfahrensschritt zur Herstellung einer Kopplung zwischen mindestens einem Lichtwellenleiter und einem optischen Bauelement,

4B einen weiteren Verfahrensschritt zur Herstellung einer Kopplung zwischen mindestens einem Lichtwellenleiter und einem optischen Bauelement,

4C einen weiteren Verfahrensschritt zur Herstellung einer Kopplung zwischen mindestens einem Lichtwellenleiter und einem optischen Bauelement,

4D einen weiteren Verfahrensschritt zur Herstellung einer Kopplung zwischen mindestens einem Lichtwellenleiter und einem optischen Bauelement.

1 zeigt eine Ausführungsform einer Kopplungseinrichtung zur Kopplung von mindestens einem Lichtwellenleiter und einem optischen Bauelement. Die Kopplungseinrichtung umfasst ein Halteelement 30 zur Aufnahme eines Lichtwellenleiters 10. Das Halteelement kann beispielsweise als eine Ferrule aus Glas, Keramik oder einem Kunststoff, beispielsweise aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff, ausgebildet sein. Das Halteelement 30 enthält mindestens ein Führungsrohr 33, in das ein Lichtwellenleiter eingelegt ist. Wenn mehrere Lichtwellenleiter eines Faserbändchens an ein optisches Bauelement gekoppelt werden, kann das Halteelement 30 auch mehrere Führungsrohre 33, die, wie in 1 gezeigt, nebeneinander angeordnet sein können, enthalten. Das Halteelement kann beispielsweise zwischen 8 und 12 Führungsrohre 33 enthalten, die in einem Abstand von 250 &mgr;m angeordnet sind. Die Führungsrohre sind derart ausgebildet, dass in jedes der Führungsrohre ein Lichtwellenleiter 10 an einer Seite 32 des Halteelements eingeführt werden kann.

An einem Abschnitt 11 am vorderen Ende der Lichtwellenleiter 10 ist eine Umhüllung (coating) 12 der Lichtwellenleiter abgesetzt. Der von der Umhüllung abgesetzte Abschnitt 11 eines Lichtwellenleiters ragt an einer Seite 31 aus dem Halteelement 30 heraus. Im Beispiel der 1 sind in die Führungsrohre 33 mehrere Lichtwellenleiter 10 in Form eines Faserbändchens (fiber ribbon) eingelegt. Zur Fixierung der Lichtwellenleiter an dem Halteelement 30 können die einzelnen Lichtwellenleiter des Faserbändchens beispielsweise in die Führungsrohre eingeklebt sein. Der von der Umhüllung abgesetzte Abschnitt der Lichtwellenleiter kann beispielsweise mehr als 500 &mgr;m aus dem Halteelement herausragen. Das Halteelement kann zum Beispiel als eine Vielfaser-Ferrule (multi fiber ferrule) ausgeführt sein.

An den Seiten des Halteelements sind Führungsstifte 50 angeordnet, die an der Seite 31 aus dem Halteelement 30 austreten. Die Führungsstifte 50 können beispielsweise aus einem Metall mit einem Durchmesser von ungefähr 1 mm ausgeführt sein. Die Führungsstifte können mit bis zu mehr als 500 &mgr;m aus dem Halteelement hervor stehen.

Ein Abstandselement 70 ist auf die Führungsstifte 50 aufgesetzt. Das Abstandselement kann als eine rohrförmige Hülse ausgebildet sein. Das Abstandselement 70 kann aus einem Metall, beispielsweise einem Edelmetall, oder aus einer Legierung, zum Beispiel aus einer Legierung, die Kovar enthält, ausgebildet sein.

An einem Trägerelement 40, das beispielsweise aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff ausgeführt ist, ist ein optisches Bauelement 20 angeordnet. Das Trägerelement 40 kann den gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizient wie das Halteelement 30 aufweisen, beziehungsweise aus dem gleichen Material wie das Halteelement 30 ausgebildet sein. Das Trägerelement kann beispielsweise eine Vertiefung oder ein Aufnahmeelement 90 enthalten, an dem das optische Bauelement befestigt ist. Das optische Bauelement ist beispielsweise auf einer Oberfläche 41 des Trägerelements an das Trägerelement 40 angebracht. Es ist auch möglich, das optische Bauelement innerhalb des Trägerelements anzuordnen. In diesem Ausführungsfall kann das optische Bauelement in das Trägerelement eingegossen sein.

Das optische Bauelement kann beispielsweise ein optoelektrisches Bauelement, beispielsweise ein optischer Sender 21 zur Erzeugung von Licht oder ein optischer Empfänger 22 zur Wandlung von empfangenen optischen Signalen in elektrische Signale, sein. Als optischer Sender 21 kann beispielsweise ein Feld von mehreren Lasern an dem Trägerelement angeordnet sein. Es können beispielsweise auf der Oberfläche 41 mehrere VCSELs (vertical cavity surface emitting laser) als optische Sender angeordnet sein. Wenn jeder der Sender an einen Lichtwellenleiter eines Faserbändchens mit 12 Lichtwellenleitern gekoppelt wird, kann der optische Sender zum Beispiel 12 VCSELs umfassen. Anstelle von optischen Sendern können auch optische Empfänger, beispielsweise Fotodioden, auf der Oberfläche 41 des Trägerelements 40 angeordnet sein. Des Weiteren ist es möglich, eine Kombination von optischen Sendern und optischen Empfängern auf dem Trägerelement 40 anzuordnen.

Das Trägerelement 40 enthält des Weiteren Hohlräume 60, in die die Führungsstifte 50 eingeführt werden können. Die Abmessungen der Hohlräume 60, insbesondere die Durchmesser der Hohlräume 60, sind dazu an die Durchmesser der Führungsstifte 50 angepasst. Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform wird das Halteelement 30 an dem Trägerelement 40 angeordnet, indem die Führungsstifte 50 in die Hohlräume 60 des Trägerelements 40 eingeführt sind. Das optische Bauelement ist beispielsweise auf der Oberfläche 41 des Trägerelements relativ zu den Hohlräumen 60 angeordnet. Wenn die Führungsstifte 50 in die Hohlräume 60 des Trägerelements eingeführt sind, ist somit gewährleistet, dass die Lichtwellenleiter auf das optische Bauelement ausgerichtet sind und an das optische Bauelement gekoppelt sind.

Wenn die Abstandselemente 70 als rohrförmige Hülsen ausgebildet sind, weisen die Hülsen der Abstandselemente beispielsweise einen größeren Durchmesser als der Durchmesser der Führungsstifte 50 auf. Dadurch wird es ermöglicht, dass die Ferrule 30 von dem Trägerelement 40 in einem Abstand angeordnet ist, der von der Länge der rohrförmigen Hülsen 70 bestimmt wird. Die Länge der Abstandselemente 70 wird beispielsweise derart gewählt, dass Enden 13 der Abschnitte 11 der Lichtwellenleiter beispielsweise zwischen 1 &mgr;m und 400 &mgr;m zu dem optischen Bauelement 20 beabstandet angeordnet sind.

Die freien Enden der Abschnitte 11 der Lichtwellenleiter können beispielsweise annähernd rechtwinklig, wie in der 1 dargestellt ist, abgetrennt sein. Es ist auch möglich, dass die Lichtwellenleiter unter einem Winkel zwischen beispielsweise 8° und 45° zu den jeweiligen Längsachsen 14 der Lichtwellenleiter abgetrennt sind. 2A zeigt eine Seitenansicht einer Anordnung, bei der die Enden der Lichtwellenleiter unter einem Winkel bis zu 45° angeschnitten sind. Dadurch werden Rückreflexionen, die von den Enden 13 der Abschnitte 11 der Lichtwellenleiter ausgehend in Richtung auf die optischen Bauelemente 20 auftreten, vermieden. Wenn die optischen Bauelemente als optische Sender 21, beispielsweise als Laser ausgeführt sind, lässt sich dadurch verhindern, dass an den Enden 13 der Lichtwellenleiterabschnitte gestreutes Licht wieder auf die Laserquellen 21 auftrifft und die Erzeugung des in die Lichtwellenleiter einzukoppelnden Lichts gestört wird. Dadurch kann weitestgehend sichergestellt werden, dass die Laser 21 kontrolliert oszillieren.

2B zeigt eine weitere Ausführungsform der Kopplungseinrichtung, bei dem die Enden 13 der Lichtwellenleiter abgerundet sind. Dadurch entsteht ein Linseneffekt, durch den es ermöglicht wird, dass das aus den Enden 13 der Lichtwellenleiterabschnitte 11 austretende Licht auf optische Empfänger 22 fokussiert wird.

Damit die optischen Bauelemente auf die Lichtwellenleiter 10 ausgerichtet sind, werden die optischen Sender 21 beziehungsweise die optischen Empfänger 22 auf dem Trägerelement 40 im gleichen Abstand wie die Abschnitte 11 der Lichtwellenleiter 10 angeordnet. Bei einem Faserbändchen sind die optischen Bauelemente beispielsweise in einem Abstand von 250 &mgr;m auf dem Trägerelement angeordnet. Wenn als Lichtwellenleiter Standard-Telekommunikationsfasern mit einem Mittenabstand von 125 &mgr;m bis 127 &mgr;m verwendet werden, besteht die Möglichkeit, den freien Abstand der Führungsrohre 33 in dem Halteelement 30 soweit zu reduzieren, dass die Führungsrohre unmittelbar nebeneinander angeordnet sind.

Durch die Anordnung von optischen Sendern 21 in Bezug auf die Lichtwellenleiterabschnitte 11 beziehungsweise in Bezug auf die Hohlräume 60 wird sichergestellt, dass das von den optischen Sendern 21 erzeugte Licht in die den optischen Sendern gegenüberliegenden Lichtwellenleiter eingekoppelt wird. Entsprechend wird durch die Ausrichtung von optischen Empfängern 22 relativ zu den Hohlräumen 60 sichergestellt, dass das aus den Lichtwellenleiterabschnitten 11 austretende Licht von den den jeweiligen Lichtwellenleiterabschnitten gegenüberliegenden optischen Empfängern detektiert wird. Wenn in dem Halteelement 30 beispielsweise ein Faserbändchen mit zwölf Lichtwellenleitern in einem Abstand von jeweils 250 &mgr;m angeordnet ist, lassen sich auf dem Trägerelement 40 zwölf VCSELs oder zwölf Fotodioden, die ebenfalls um jeweils 250 &mgr;m zueinander beabstandet sind, anordnen.

Zur Verringerung von Rückreflexionen an den Enden 13 der Lichtwellenleiterabschnitte 11 auf die gegenüberliegenden optischen Sender des Bauelements 20 kann beispielsweise eine Schutzschicht 80 um das optische Bauelement 20 und die Enden 13 der Lichtwellenleiterabschnitte 11 aufgebracht werden. Die Schutzschicht 80 kann aus einem für die emittierte Wellenlänge transparenten Material ausgeführt sein. Der Brechungsindex der Schutzschicht entspricht annähernd dem Brechungsindex der Lichtwellenleiter. Der Brechungsindex liegt beispielsweise in einem Bereich zwischen 1,3 und 1,5. Die Schutzschicht 80 kann als eine teilaushärtende oder ganzaushärtende Schicht ausgeführt sein. Es kann beispielsweise ein Polymer verwendet werden, das mittels UV-Licht aushärtbar ist. Derartige Polymere enthalten beispielsweise Acrylate. Es können auch Materialien basierend auf Epoxiden oder Polyurethan verwendet werden. Die Schutzschicht 20 kann auch in Form eines Zweikomponentenklebers ausgeführt sein, der beispielsweise einen Harter und ein Harz enthält. Des Weiteren kann die Schutzschicht 80 Silikon enthalten, das bei Zimmertemperatur selbstaushärtend ist. Durch die Schutzschicht 80 wird die Koppeleffizienz zwischen den Lichtwellenleitern und dem optischen Bauelement erhöht. Darüber hinaus bietet die Schicht 80 einen Schutz vor mechanischer Belastung und einen Schutz vor einer Beschädigung der Enden der Lichtwellenleiter und der optischen Bauelemente.

3 zeigt eine Ausführungsform des Trägerelements 40, auf dem sowohl ein optischer Sender 21 als auch optische Empfänger 23 angeordnet sind. Die optischen Sender können beispielsweise als VCSELs ausgeführt sein. Die optischen Empfängerbauelemente 23 können zum Beispiel Fotodioden sein, die als Fotodiodenfeld an einer Seite des optischen Senders 21 angeordnet sind. Die optischen Empfänger 23 können beispielsweise über Fotodiodenverstärker 110 mit einer Steuerschaltung 100 verbunden sein. Die Fotodiodenverstärker können zum Beispiel Transimpedanzverstärker (TIA) sein. Die Steuereinheit 100 steuert die Erzeugung von Licht durch den optischen Sender 21. Sie kann dazu über eine Treiberschaltung 120 (VCSEL-Treiber) mit dem optischen Sender 21 verbunden sein.

Durch die abgeschrägten Endflächen der Lichtwellenleiterabschnitte 11 wird Licht, das von dem optischen Sender 21 in die Lichtwellenleiterabschnitte 11 eingespeist wird, teilweise reflektiert und trifft auf die optischen Empfänger 23. Die optischen Empfänger 23, die beispielsweise als Fotodioden ausgeführt sind, wirken als Monitordioden. Die Intensität des von den optischen Empfängern detektierten Lichts wird durch die Empfangsverstärker 110 verstärkt und von der Steuereinheit 100 ausgewertet. In Abhängigkeit von der detektierten Lichtintensität des Streulichts wird die Erzeugung von Licht der optischen Sender 21 gesteuert. Dadurch wird es beispielsweise bei Verwendung eines Lasers als optischer Sender ermöglicht, Leistungsschwankungen des Lasers, die infolge von Temperaturschwankungen oder Alterungseffekten auftreten, entgegenzuwirken und die Leistung der optischen Sender zu überwachen und nachzuregeln.

Anhand der 4A bis 4D wird im Folgenden ein Verfahren zur Herstellung einer Kopplung zwischen den Lichtwellenleitern 10 und dem optischen Bauelement 20 angegeben.

Um die Lichtwellenleiter 10 zur Ankopplung an ein optisches Bauelement zu präparieren, wird zunächst eine Umhüllung 12 (coating) der Lichtwellenleiter abgesetzt. Die Lichtwellenleiter 10 können beispielsweise als ein Faserbändchen ausgebildet sein. Zur Aufnahme und Halterung der Lichtwellenleiter 10 wird ein Halteelement 30, das als eine Ferrule ausgeführt sein kann, verwendet. Wenn mehrere Lichtwellenleiter des Faserbändchens an das optische Bauelement angekoppelt werden sollen, lässt sich zum Beispiel eine Vielfaser-Ferrule (multi fiber ferrule) verwenden. Wie in 4A gezeigt ist, werden die Lichtwellenleiter 10 des Faserbändchens in Führungsrohre 33 des Halteelements 30 eingeschoben. Die Lichtwellenleiter werden derart in die Führungsrohre eingeführt, dass ein Teil der Lichtwellenleiterabschnitte 11, von denen die Umhüllung 12 abgesetzt ist, an einer Seite 31, die dem Trägerelement 40 zugewandt ist, aus dem Halteelement 30 mit einer Länge von beispielsweise mehr als 500 &mgr;m herausragt. Zur Fixierung an dem Halteelement 30 werden die Lichtwellenleiter beispielsweise in den Führungsrohren 33 des Halteelements 30 verklebt.

Um zu gewährleisten, dass die an der Seite 31 aus dem Halteelement 30 heraustretenden Lichtwellenleiterabschnitte von dem optischen Bauelement einen bestimmten Abstand aufweisen, werden Abstandselemente 70 zwischen dem Halteelement 30 und dem Trägerelement 40 angeordnet. Die Abstandselemente können als rohrförmige Hülsen auf Führungsstifte 60 angeordnet werden. Die Länge der Abstandselemente 70 bestimmt den Abstand zwischen dem Halteelement 30 und dem Trägerelement 40 beziehungsweise den Abstand zwischen den Enden der Lichtwellenleiterabschnitte 11 und dem optischen Bauelement 20. 4B zeigt das Halteelement 30 mit den Abstandselementen 70, die auf die Führungsstifte 50 geschoben werden.

Zur Anpassung der Länge der Lichtwellenleiterabschnitte 11 lässt sich beispielsweise ein CO2-Laser verwenden, durch den sämtliche Lichtwellenleiter auf die gleiche Länge gekürzt werden. Der Laser lässt sich beispielsweise relativ zu den Enden der Abstandselemente 70 ausrichten. Dadurch wird gewährleistet, dass sämtliche Enden der Lichtwellenleiterabschnitte 11 von den Enden der Abstandselemente 70 einen definierten Abstand aufweisen. Die Enden 13 der Lichtwellenleiterabschnitte 11 werden in Bezug auf die Enden der Abstandselemente beispielsweise derart gekürzt, dass der Abstand zwischen den Enden der Abstandselemente 70 und den Enden 13 der Lichtwellenleiterabschnitte 11 in einem Bereich zwischen 100 &mgr;m und 500 &mgr;m liegt.

Die Enden der Lichtwellenleiterabschnitte 11 können durch den Laser unter einem Winkel von 90° in Bezug auf die Längsachse der Lichtwellenleiter 10 abgetrennt werden, wie in 4B gezeigt ist. Die Enden der Lichtwellenleiterabschnitt können gemäß 2A auch unter einem Winkel zwischen 8° und 45° abgetrennt werden. Durch das Abtrennen der Enden der Lichtwellenleiterabschnitte 11 unter einem Winkel zwischen 8° und 45° wird weitestgehend verhindert, dass Licht, das von einem optischen Sender in den Lichtwellenleiterabschnitt eingekoppelt wird, auf den optischen Sender zurück reflektiert wird.

Um die Kopplungseffizienz zwischen den Lichtwellenleiterabschnitten 11 und dem optischen Bauelement 20 zu verbessern, besteht die Möglichkeit, die Enden der Lichtwellenleiterabschnitte 11 abgerundet auszuführen, wie in 2B gezeigt ist. Durch die abgerundete Form der Enden der Lichtwellenleiter entsteht ein Linseneffekt. Aus den Lichtwellenleiterabschnitten 11 austretendes Licht wird somit auf das optische Bauelement 20, beispielweise auf ein Feld von Fotodioden, gelenkt. Das Abrunden der Enden der Lichtwellenleiterabschnitte 11 erfolgt beispielsweise durch einen kontrollierten Ätzprozess oder einen kontrollierten Schmelzprozess mittels eines Lasers.

Das optische Bauelement 20, das beispielsweise als ein Feld von optischen Sendern 21 oder als ein Feld von optischen Empfängern 22, ausgebildet sein kann, wird auf dem Trägerelement 40 angeordnet. 4C zeigt ein optisches Bauelement 20, das auf einer Oberfläche 41 des Trägerelements 40 fixiert ist. Die optischen Sender 21, die beispielsweise als VCSEL (vertical cavity surface emitting laser) oder als Fotodiodenfeld ausgeführt sein können, werden beispielsweise relativ zu Hohlräumen 60 des Trägerelements 40 ausgerichtet. Die Hohlräume 60 sind zur Aufnahme der Führungsstifte 50 geeignet. Die optischen Bauelemente lassen sich in Bezug auf die Hohlräume 60 beispielsweise mittels eines Bildverarbeitungssystems ausrichten. Die optischen Bauelemente werden bei dem Ausrichtevorgang derart positioniert, dass jeweils ein optisches Bauelement einem Lichtwellenleiterabschnitt 11 beabstandet gegenüber liegt, wenn das Halteelement 30 an dem Trägerelement 40 angebracht wird. Die optischen Bauelemente können mittels eines Klebers oder mechanisch an einem Aufnahmeelement 90 befestigt werden.

Wie in 4D gezeigt ist, wird das Haltelement 30 an dem Trägerelement 40 angebracht, indem die Führungsstifte 50, die an dem Halteelement 30 befestigt sind, in die Hohlräume 60 des Trägerelements 40 eingeschoben werden. Die Hohlräume 60 sind dazu in ihren Abmessungen, insbesondere in Bezug auf ihren Durchmesser an die Führungsstifte 50 angepasst. Durch die Abstandselemente 70, die auf der Oberfläche 31 des Halteelements und der Oberfläche 41 des Trägerelements aufliegen, wird gewährleistet, dass die Enden der Lichtwellenleiterabschnitte 11 von den optischen Bauelementen bis auf einen geringen Abstand zwischen beispielsweise 1 &mgr;m und 400 &mgr;m beabstandet sind. Da die optischen Bauelemente auf dem Trägerelement 40 relativ zu den Hohlräumen 60 ausgerichtet sind, wird sichergestellt, dass die optischen Bauelemente zu den Enden der Lichtwellenleiterabschnitte 11 ausgerichtet sind.

Zum Schutz der Enden der Lichtwellenleiterabschnitte 11 und des optischen Bauelements 20 wird eine Schutzschicht 80 auf dem Trägerelement 40 über dem optischen Bauelement angeordnet. Die Schutzschicht wird derart auf dem Trägerelement 40 aufgebracht, dass sowohl das optische Bauelement 20 als auch die Enden 13 der Lichtwellenleiterabschnitte 11 von der Schutzschicht 80 umgeben sind. Die Schutzschicht kann beispielsweise als eine teilaushärtende oder ganzaushärtende Schicht ausgeführt sein. Es kann beispielsweise ein Acrylat in der Schutzschicht enthalten sein, das mittels UV-Licht ausgehärtet wird. Des Weiteren kann auch eine Schicht aus Silikon über dem optischen Bauelement 20 aufgebracht werden, die bei Zimmertemperatur selbstaushärtend ist. Durch das Aufbringen der Schutzschicht 80 werden Rückreflexionen von den Lichtwellenleiterabschnitten 11 verringert. Des Weiteren wird die Koppeleffizienz zwischen den Lichtwellenleiterabschnitten und dem optischen Bauelement erhöht.

Zur Regelung der Leistung eines optischen Senders, beispielsweise der Laserleistung eines Lasers, wird die an den Enden der Lichtwellenleiterabschnitte 11 reflektierte oder zurückgestreute Strahlung ausgewertet. Dazu können beispielsweise um einen optischen Sender 21 zusätzlich mehrere optische Empfänger 23, beispielsweise ein Feld von Fotodioden angeordnet sein. In Abhängigkeit von der Intensität des von den optischen Empfängern 22 empfangenen Lichts wird die Leistung des optischen Senders 21 nachgeregelt. Dadurch lassen sich Schwankungen der Leistung des optischen Senders, beispielsweise Schwankungen der Leistung eines Lasers, die infolge von Alterungseffekten oder durch Temperaturschwankungen bedingt auftreten, überwachen und ausregeln.


Anspruch[de]
Kopplungseinrichtung zur Kopplung mindestens eines Lichtwellenleiters (10) an ein optisches Bauelement (20), umfassend:

– ein Halteelement (30) zur Aufnahme des mindestens einen Lichtwellenleiters (10),

– ein Trägerelement (40) zum Anbringen des optischen Bauelements (20),

– ein Abstandselement (70),

– wobei das Halteelement (30) an dem Trägerelement (40) angebracht ist,

– wobei das Abstandselement (70) zwischen dem Halteelement (30) und dem Trägerelement (40) angeordnet ist, wodurch das Halteelement (30) und das Trägerelement (40) zueinander beabstandet angeordnet sind.
Kopplungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Lichtwellenleiter (10) derart in dem Halteelement (30) aufgenommen ist, das der mindestens eine Lichtwellenleiter an einer dem Trägerelement (40) zugewandten Seite (31) des Halteelements aus dem Halteelement herausragt, wodurch ein Abschnitt (11) des mindestens einen Lichtwellenleiters in einem Zwischenraum zwischen dem Halteelement (30) und dem Trägerelement (40) angeordnet ist. Kopplungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Halteelement (30) mindestens ein Führungsrohr (33) zur Aufnahme des mindestens einen Lichtwellenleiters (10) aufweist. Kopplungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Halteelement (30) mehrere Führungsrohre (33) zur Aufnahme von Lichtwellenleitern eines Faserbändchens (10) aufweist. Kopplungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Halteelement (30) Glas, Keramik oder Kunststoff enthält. Kopplungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Halteelement als eine Ferrule (30) ausgebildet ist. Kopplungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei in dem Halteelement (30) mindestens ein Führungsstift (50) angeordnet ist, der aus der dem Trägerelement (40) zugewandten Seite (31) des Halteelements herausragt. Kopplungseinrichtung nach Anspruch 7, wobei der mindestens eine Führungsstift (50) aus einem Metall ausgebildet ist. Kopplungseinrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei das Abstandselement (70) als ein Hohlkörper ausgebildet ist, der um den mindestens einen Führungsstift (50) angeordnet ist. Kopplungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Abstandselement als eine rohrförmige Hülse (70) aus einem Metall oder aus einer Legierung, die Kovar enthält, ausgebildet ist. Kopplungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Trägerelement (40) mindestens einen Hohlraum (60) zur Aufnahme des mindestens einen Führungsstifts (50) aufweist. Kopplungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Trägerelement (40) ein Aufnahmeelement (90) zur Aufnahme des optischen Bauelements (20) aufweist. Kopplungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das optische Bauelement (20) auf einer dem Halteelement (30) zugewandten Seite (41) des Trägerelements (40) angeordnet ist. Kopplungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das optische Bauelement (20) als ein optischer Sender (21) oder als ein optischer Empfänger (22) ausgebildet ist. Kopplungseinrichtung nach Anspruch 14, wobei um den optischen Sender (21) auf dem Trägerelement (40) mindestens ein optischer Empfänger (23) angeordnet ist. Kopplungseinrichtung nach einem der Ansprüche 14 oder 15, wobei zwischen dem mindestens einen Lichtwellenleiter (10) und dem optischen Bauelement (20) eine Schutzschicht (80) derart angeordnet ist, dass das optische Bauelement und ein Ende des Abschnitts (11) des mindestens einen Lichtwellenleiters von der Schutzschicht umgeben ist. Kopplungseinrichtung nach Anspruch 16, wobei die Schutzschicht (80) Silikon oder ein Acrylat oder ein Epoxid enthält. Kopplungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei ein Ende (13) des aus dem Halteelement (30) herausragenden Abschnitts (11) des mindestens einen Lichtwellenleiters unter einem von 90° zu einer Längsachse (14) des mindestens einen Lichtwellenleiters verschiedenen Winkel abgetrennt ist.






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