DE10131374A1

DE10131374A1 - Anordnung zur Positionierung einer optischen Faser

Info

Publication number: DE10131374A1
Application number: DE2001131374
Authority: DE
Inventors: Dag Neumeuer; Martin Brahms; Joachim Liebich; Joachim Seidel
Original assignee: MergeOptics GmbH
Current assignee: MergeOptics GmbH
Priority date: 2001-06-28
Filing date: 2001-06-28
Publication date: 2003-01-09
Also published as: WO2003003095A1

Abstract

Es wird eine Anordnung zur Positionierung einer optischen Faser (2) relativ zu einem mit einer aktiven Fläche (4) ausgerüsteten optischen Bauteil (1) angegeben, mit welcher Licht von der einen Licht leitenden Kern (8) und einen denselben umgebenden Mantel (9) aufweisenden Faser (2) auf das Beuteil (1) übertragen oder von dem Bauteil (1) in die Faser (2) eingekoppelt wird. Das Ende der Faser (2) ist mit einer planen, Licht reflektierenden Endfläche (7) versehen, die unter einem spitzen Winkel (alpha) zur Achse der Faser (2) verläuft. Die Faser (2) ist derart in unmittelbarer Nähe der aktiven Fläche (4) des optischen Bauteils (1) positioniert, daß jeweils nach Reflexion an der Endfläche (7) von der Faser (2) geführtes Licht auf die aktive Fläche (4) fällt oder vom optischen Bauteil (1) ausgehendes Licht in den Kern (8) der Faser (2) eingekoppelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Positionierung einer optischen Faser relativ zu einem mit einer aktiven Fläche ausgerüsteten optischen Bauteil, mit welcher Licht von der einen Licht leitenden Kern und einen denselben umgebenden Mantel aufweisenden Faser auf das Bauteil übertragen oder von dem Bauteil in die Faser eingekoppelt wird.

Eine solche Anordnung ist seit langem bekannt. Sie wird beispielsweise bei der Datenübertragung über Glasfasern bzw. Lichtwellenleitern benötigt. Das in moderner Technik als Halbleiterschaltung ausgeführte optische Bauteil kann dabei als Empfänger oder als Sender ausgeführt sein. Bei einem Empfänger wird beispielsweise eine Fotodiode mit zugehörigem Verstärker eingesetzt. Bei einem Sender kann für das optische Bauteil eine Laserdiode mit Treiberschaltung verwendet werden. Das jeweilige optische Bauteil hat für den Empfang bzw. das Senden von Licht eine aktive Fläche mit vorgegebener Größe. Für deren Bemessung ist auch die Frequenz der zu übertragenden Daten bzw. Signale von Bedeutung.

Bei bekannten Anordnungen, die mit relativ niedrigen Frequenzen bzw. Datenraten arbeiten, werden die Fasern so positioniert, daß ihr Kern, der beispielsweise einen Durchmesser von 9 µm hat, mit seiner Stirnfläche möglichst nahe an der aktiven Fläche des optischen Bauteils liegt. Die relative Position von Fasern und aktiven Flächen ist dann nicht so kritisch, wenn es sich bei dem optischen Bauteil um eine Empfangsdiode handelt, weil die aktiven Flächen ausreichend groß sind. Außerdem wird insbesondere bei als Sender arbeitenden optischen Bauteilen eine jeweils optimale Position durch aktive Justage eingestellt. Wenn es sich bei dem optischen Bauteil um einen Sender handelt, werden meist auch noch Linsen zwischen den aktiven Flächen und den Fasern eingebaut. Mit steigenden Frequenz in der Datenübertragung (MHz- bzw. GHz-Bereich) muß die aktive Fläche der optischen Bauteile kleiner werden, um zu große Kapazitäten in denselben zu vermeiden. Solche Kapazitäten müssen möglichst klein sein, damit die erforderlichen elektrischen Umladungen mit einer ausreichend hohen Geschwindigkeit durchgeführt werden können. Die bisherige Technik zur Kopplung von Fasern und optischen Bauteilen ist für diese Anwendung wenig geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs geschilderte Anordnung so zu gestalten, daß eine optimale Kopplung zwischen der aktiven Fläche eines optischen Bauteils und einer optischen Faser auf einfache Weise erreicht werden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst,

- daß das Ende der Faser mit einer planen, Licht reflektierenden Endfläche versehen ist, die unter einem spitzen Winkel zur Achse der Faser verläuft, und
- daß die Faser derart in unmittelbarer Nähe der aktiven Fläche des optischen Bauteils positioniert ist, daß jeweils nach Reflexion an der Endfläche von der Faser geführtes Licht auf die aktive Fläche fällt oder vom optischen Bauteil ausgehendes Licht in den Kern der Faser eingekoppelt wird.

Bei dieser Anordnung kann der Licht leitende Kern der optischen Faser sehr dicht an die aktive Fläche des optischen Bauteils herangebracht werden. Wenn das optische Bauteil nahezu oder direkt am Mantel der Faser anliegt, beträgt die Entfernung im Mittel beispielsweise nur 62,5 µm, wenn eine handelsübliche Faser mit einem Durchmesser von 125 µm verwendet wird. Hinzu kommt, daß durch die Krümmung des Mantels der kreisrunden Faser in einer Ebene eine Bündelung des Lichts stattfindet, während in der dazu orthogonalen Ebene eine geringfügige Aufweitung des Lichtstrahls auftritt. Es ergibt sich also ein etwa elliptischer Lichtfleck beim Auftreffen auf der aktiven Fläche des optischen Bauteils.

Die optische Faser kann zum einfachen Aufbau der Anordnung in einer vorzugsweise V- förmigen, offenen Rinne eines ebenen Trägers angeordnet werden, der auch das optische Bauteil trägt. Der Aufwannd für die Montage von Faser und optischem Bauteil ist dann sehr gering, da die Faser nur bis zu einer vorgebbaren Endposition in die Rinne eingeschoben werden muß. In bevorzugter Ausführungsform wird für den Träger ein Halbleitermaterial verwendet, auf dem mindestens eine weitere elektronische Schaltung angebracht ist.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in den Zeichnungen dargestellt.
Es zeigen:
Fig. 1 schematisch eine Schaltung zum Empfang optischer Signale.
Fig. 2 ebenfalls schematisch ein optisches Bauteil.
Fig. 3 eine Anordnung nach der Erfindung ebenfalls in schematischer Darstellung.
Fig. 4 eine gegenüber Fig. 3 ergänzte Anordnung.
Fig. 5 eine Stirnansicht der Anordnung nach Fig. 4.
Fig. 6 eine weiter ergänzte Anordnung.
In der folgenden Beschreibung wird zunächst der Fall berücksichtigt, daß das Licht eines Signalstroms über eine optische Faser übertragen wird und auf ein dann als Empfänger ausgebildetes optisches Bauteil trifft. Statt der Worte "optisches Bauteil" wird daher der Einfachheit halber das Wort "Fotodiode" verwendet.
Die Empfangsschaltung nach Fig. 1 hat als Lichtempfänger eine Fotodiode 1, beispielsweise eine PIN-Diode, auf welche das Licht eines über eine optische Faser 2 übertragenen Signalstroms fällt. An die als opto/elektrischer Wandler arbeitende Fotodiode 1 ist ein Verstärker 3 für elektrische Signale angeschlossen, durch welchen die von der Fotodiode 1 gelieferten Signale in weiterverarbeitbare Signale verstärkt werden. Die für die Fotodiode 1 erforderliche Vorspannung ist mit U_B bezeichnet. Die Fotodiode 1 besteht aus Halbleitermaterial, wie beispielsweise Gallium-Arsenid oder Indium- Phosphid. Auf dem Halbleitermaterial befinden sich eine aktive Fläche 4 sowie zwei elektrische Kontakte 5 und 6, an die beispielsweise der Verstärker 3 angeschlossen werden kann.
Zur Herstellung einer aus der Fotodiode 1 und der optischen Faser 2 bestehenden Anordnung wird zunächst das Ende der Faser 2 schräg abgeschnitten. Es ergibt sich dadurch eine plane Endfläche 7, die unter einem spitzen Winkel α zur Achse der Faser 2 verläuft. Die Endfläche 7 wird anschließend verspiegelt. Dazu kann beispielsweise ein Metall auf die Endfläche 7 aufgedampft werden. Als Metall wird in bevorzugter Ausführungsform Gold verwendet. Es können aber auch andere, bei der Spiegelherstellung übliche Materialien eingesetzt werden, beispielsweise Silber. Auf die so behandelte Endfläche 7 auftreffendes Licht wird von derselben reflektiert.
Die optische Faser 2 besteht aus einem Licht leitenden Kern 8, der beispielsweise einen Durchmesser von 9 µm hat, und aus einem den Kern 8 umgebenden Mantel 9, der einen Außendurchmesser von beispielsweise 125 µm hat. Kern 8 und Mantel 9 haben unterschiedliche Brechzahlen. Der Winkel α wird zweckmäßig so gewählt, daß vom Kern 8 geführtes Licht nach Reflexion an der Endfläche 7 auf möglichst kurzem Wege aus der Faser 2 austritt und nach Möglichkeit nicht in den Kern 8 zurück reflektiert wird. Er liegt mit einer in diesem Sinne erforderlichen Abweichung zweckmäßig in der Nähe von 45°.
Die optische Faser 2 wird mit Vorteil in einer offenen Rinne 10 eines ebenen, plattenförmigen Trägers 11 angeordnet, auf dem auch die Fotodiode 1 angebracht sein kann. Die Rinne 10 ist vorzugsweise V-förmig ausgebildet. Im Träger 11 ist mindestens eine Rinne 10 angebracht. Die Rinne 10 ist vorzugsweise genau auf die Abmessungen der Faser 2 abgestimmt, so daß dieselbe exakt im Träger 11 geführt ist. Die Faser 2 ist zweckmäßig so in der Rinne 10 angebracht, daß sie knapp unter der Oberfläche des Trägers 11 liegt. Sie kann dann in Längsrichtung der Rinne 10 in dieselbe eingeschoben werden, ohne von der eventuell bereits montierten Fotodiode 1 behindert zu werden. In der Endposition liegt die Faser 2 dann knapp unter der Fotodiode 1. Es ist jedoch auch möglich, die Faser 2 in der Rinne 10 so anzuordnen, daß die Fotodiode 1 an ihrem Mantel 9 anliegt. Die Faser 2 ist in der fertigen Anordnung im Träger 11 so positioniert, daß das von der Endfläche 7 reflektierte Licht an der Stelle austritt, an welcher sich die aktive Fläche 4 der Fotodiode 1 befindet.
Das Material des Trägers 11 ist an sich beliebig. Er kann beispielsweise aus Keramik bestehen. In bevorzugter Ausführungsform wird für den Träger 11 aber halbleitendes Material verwendet, wie beispielsweise Gallium-Arsenid oder-Indium-Phosphid. Der Träger 11 kann mit einer durch gestrichelte Linien angedeuteten elektronischen Schaltung 12 versehen sein, bei der es sich mit Vorteil um einen Verstärker handelt. Auf dem Träger 11 können auch noch weitere elektronische Schaltungen angebracht sein. Die Faser 2 ist wieder in einer vorzugsweise V-förmigen Rinne 10 angebracht, die sich bei diesem Material als sogenannter V-Graben (V-groove) sehr genau durch Ätzen herstellen läßt. Die Fotodiode 1 ist mit ihrer aktiven Fläche 4 über der Endfläche 7 der Faser 2 positioniert. Ihre Kontakte 5 und 6 sind auf kürzestem Wege mit korrespondierenden Kontakten der Schaltung 12 verbunden. Solch kurze, elektrisch leitende Verbindungen können bei einem Träger 11 aus halbleitendem Material auch zu und zwischen anderen elektronischen Schaltungen desselben eingesetzt werden. Eine Störung oder Verzerrung bei der Übertragung von Signalen durch die leitenden Verbindungen kann damit weitestgehend ausgeschlossen werden.
Im vorangehenden ist die Anordnung für die Übertragungsrichtung von Datenströmen von der optischen Faser 2 zur Fotodiode 1 beschrieben. Die Anordnung ist auch für die entgegengesetzte Übertragungsrichtung einsetzbar. Statt der Fotodiode 1 als Empfänger wird dann als optisches Bauteil ein Sender eingesetzt. Ein geeigneter Sender ist beispielsweise eine Laserdiode, insbesondere eine als Flächenstrahler ausgeführte Laserdiode (VCSEL).

Claims

1. Anordnung zur Positionierung einer optischen Faser relativ zu einem mit einer aktiven Fläche ausgerüsteten optischen Bauteil, mit welcher Licht von der einen Licht leitenden Kern und einen denselben umgebenden Mantel aufweisenden Faser auf das Bauteil übertragen oder von dem Bauteil in die Faser eingekoppelt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß das Ende der Faser (2) mit einer planen, Licht reflektierenden Endfläche (7) versehen ist, die unter einem spitzen Winkel (α) zur Achse der Faser (2) verläuft, und
daß die Faser (2) derart in unmittelbarer Nähe der aktiven Fläche (4) des optischen Bauteils (1) positioniert ist, daß jeweils nach Reflexion an der Endfläche (7) von der Faser (2) geführtes Licht auf die aktive Fläche (4) fällt oder vom optischen Bauteil (1) ausgehendes Licht in den Kern (8) der Faser (2) eingekoppelt wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Endfläche (7) derart unter einem in der Nähe von 45° zur Achse der Faser (2) liegenden Winkel (α) angeordnet ist, daß von der Faser (2) geführtes Licht nicht in dieselbe zurück reflektiert wird.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Faser (2) in einer vorzugsweise V-förmigen, offenen Rinne (10) eines ebenen Trägers (11) angeordnet ist, der auch das optische Bauteil (1) trägt.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (11) aus einem Halbleitermaterial besteht und mindestens eine weitere elektronische Schaltung (12) aufweist, an welche das optische Bauteil (1) elektrisch leitend angeschlossen ist.