DE19519486A1

DE19519486A1 - Optische Sende- und Empfangsanordnung

Info

Publication number: DE19519486A1
Application number: DE1995119486
Authority: DE
Inventors: Nils Dipl Ing Kummer; Roland Dipl Ph Mueller-Fiedler; Engelbert Dipl Phys Dr Strake; Heiner Dipl Ing Hauer; Albrecht Dr Ing Dr Kuke
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1995-05-27
Filing date: 1995-05-27
Publication date: 1996-11-28

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine optische Sende- und Empfangsanordnung für bidirektionale Übertragung über eine Übertragungsfaser im Wellenlängenmultiplex mit einem Sender, einem Empfänger und einem wellenlängenselektiven Richtkoppler, wobei Sender und Empfänger über den wellenlängenselektiven Richtkoppler mit der Übertragungsfaser verbunden sind und mit einem Trägersubstrat, auf dessen erster Seite der integriert optische wellenlängenselektive Richtkoppler aufgebracht ist.

Es sind zahlreiche optische Duplexer und Verzweiger bekannt, die sich in zwei Klassen einteilen lassen. Entweder werden optische Wellenleiter über eine gewisse Strecke nahe beieinander geführt oder miteinander vereint und dann wieder auseinandergeführt, wobei sich das Licht auf die Ausgangszweige verteilt, oder das Licht wird über eine Mikrooptik auf eine Filterschicht gelenkt, die die gewünschte Strahlaufteilung hervorbringt. Ein Vorteil der ersten Möglichkeit besteht darin, daß keine mikrooptischen Systeme benötigt werden, die mit hoher Präzision gefertigt und justiert werden müssen. Ein Nachteil ist, daß für eine Wellenlängentrennung die parallel geführten benachbarten Wellenleiter mit Toleranzen im Submikrometer-Bereich strukturiert werden müssen. Die Wellenlängentrennung über Filterschichten, wie in der zweiten Klasse der Vorschläge verwirklicht, ist dagegen wesentlich einfacher und flexibler an verschiedene Wellenlängen anzupassen. Aus der DE 36 05 248 C2 ist ein optischer Sende/Empfangsmodul bekannt. Dieser weist einen optischen Sender, einen optischen Empfänger und einen integriert optischen wellenlängenselektiven Wellenleiterkoppler auf, wobei der optische Sender und der optische Empfänger über den Koppler mit einem Übertragungslichtwellenleiter verbunden sind. Der wellenlängenselektive integrierte Koppler befindet sich auf einem Trägersubstrat. Als Koppler wird beispielsweise ein Lichtwellenleiter-Schmelzkoppler eingesetzt.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine optische Sende- und Empfangsanordnung anzugeben, die durch ihre Bauweise besonders kompakt ist.

Die Aufgabe wird durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die optische Sende- und Empfangsanordnung ist für die bidirektionale Übertragung von optischen Signalen über eine Übertragungsfaser im Wellenlängenmultiplex geeignet. Dabei werden beispielsweise Signale der Wellenlänge λ₁ empfangen und Signale der Wellenlänge λ₂ gesendet. Die Trennung der beiden Wellenlängen erfolgt durch ein integriert-optisches Bauelement. Dazu ist beispielsweise ein wellenlängenselektiver Richtkoppler, insbesondere mit einem Koppelgitter geeignet. Durch die Überlagerung eines Koppelgitters entfällt die Notwendigkeit, den Richtkoppler durch eine hochpräzise Strukturierung gleichzeitig für beide Wellenlängen λ₁ und λ₂ zu dimensionieren.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 eine Aufsicht auf ein Trägersubstrat mit einem integriert optischen Richtkoppler und Fig. 2 einen Querschnitt durch obige Anordnung.

Fig. 1 zeigt ein Trägersubstrat T mit einer integriert optischen Struktur in Form eines wellenlängenselektiven Richtkopplers R mit Koppelgitter G. Über eine Übertragungsfaser Ü, die stumpf an ein Wellenleiterende des Richtkopplers R angekoppelt ist, werden in entgegengesetzter Richtung Signale der Wellenlängen λ₁ und λ₂ übertragen. Von einem Sender wird Licht der Wellenlänge λ₂ über ein Verbindungsfaserstück VF, das ebenfalls stumpf an einen Wellenleiter des Richtkopplers R angekoppelt ist, dem Richtkoppler zugeführt. Das Strahlumlenkelement P kann als Prisma aus einem transparenten Material wie z. B. Glas oder einem geeigneten Kunststoff bestehen. Die Strahlumlenkung erfolgt aufgrund von Totalreflexion an einer um 45° geneigten Kante oder durch Verspiegelung. Auch der Einsatz von polymeren Materialien zur Herstellung des Prismas ist möglich. Polymere Materialien bieten der Vorteil, daß das Prisma hochpräzise als Mikrostruktur in einem geeigneten Abformprozeß, wie z. B. Mikrospritzguß, hergestellt werden kann.

In der dargestellten Anordnung braucht der integriert-optische Lichtwellenleiter nur mit einer senkrechten Endfläche strukturiert zu werden. Senkrechte Endflächen lassen sich in den in der integrierten Optik üblichen Materialsystemen in einfacher Weise durch eine Vielzahl von Strukturierungstechniken anfertigen. Als Beispiele seien das Plasmaätzen, die Laserablation und mechanische Bearbeitung mit einer Wafersäge genannt. Die benötigten Fasern können dann stumpf an die entsprechenden integrierten Wellenleiter angekoppelt werden. Es ist dabei von Vorteil, das Trägersubstrat T mikromechanisch zu strukturieren. Es kann dabei eine Vertiefung V geätzt werden, in die das Prisma P justagefrei eingelegt werden kann. Die Wellenleiterendfläche dient hierbei gleichzeitig als mechanischer Anschlag für das Prisma P. Außerdem können V-Nuten N zur Fixierung beispielsweise der Übertragungsfaser aber auch der Verbindungsfaser VF hergestellt werden.

Bei der Wahl eines Prismenmaterials mit einem dem integriert-optischen Lichtwellenleiter angepaßten Brechungsindex kann die Strahlaufweitung des Lichtes beim Durchlaufen des Prismas minimiert werden. Für den Einsatz kleinflächiger Empfangsdioden kann darüber hinaus bei Verwendung von Silizium als Trägersubstratmaterial auf der Waferrückseite durch Plasmaätzverfahren eine abbildende Linse L strukturiert werden, die das divergente Lichtbündel auf die aktive Fläche der Empfangsdiode fokussiert.

Neben der rückseitigen Montage des Empfängers E ist es auch denkbar, den Sender auf der Rückseite des Trägersubstrats T zu montieren. Dabei können auch weitere Ansteuerschaltungen und Versorgungsschaltungen auf der Rückseite des Trägersubstrats vorgesehen werden.

Claims

1. Optische Sende- und Empfangsanordnung für bidirektionale Übertragung über eine Übertragungsfaser im Wellenlängenmultiplex mit einem Sender, einem Empfänger und einem wellenlängenselektiven Richtkoppler, wobei Sender und Empfänger über den wellenlängenselektiven Richtkoppler mit der Übertragungsfaser verbunden sind, mit einem Trägersubstrat, auf dessen erster Seite der integriert-optische wellenlängenselektive Richtkoppler aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strahlumlenkelement (P) zum Umlenken des empfangenen oder gesendeten Strahls durch das Trägersubstrat (T) auf der ersten Seite des Trägersubstrats (T) vorgesehen ist, und daß der Sender oder Empfänger (E) auf der der ersten Seite gegenüberliegenden Seite des Trägersubstrats (T) derart angeordnet ist, daß der gesendete Strahl vom Sender über das Strahlumlenkelement (P) in den wellenlängenselektiven Richtkoppler (R) und von dort in die Übertragungsfaser (Ü) oder der empfangene Strahl von der Übertragungsfaser (Ü) über den Richtkoppler (R) und das Strahlumlenkelement (P) auf den Empfänger (E) gelangt.

2. Optische Sende- und Empfangsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlumlenkelement (P) in einer anisotrop geätzten Vertiefung (V) im Trägersubstrat (T) fixiert ist.

3. Optische Sende- und Empfangsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlumlenkelement (P) ein Prisma ist.

4. Optische Sende- und Empfangsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als wellenlängenselektiver Richtkoppler (R) ein Richtkoppler mit Koppelgitter (G) eingesetzt ist.

5. Optische Sende- und Empfangsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsfaser (Ü) in einer anistrop geätzten V-Nut (N) fixiert ist.

6. Optische Sende- und Empfanganordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf der der ersten Seite des Trägersubstrats (T) gegenüberliegenden Seite elektronische Schaltungen (ES) zur Versorgung und Ansteuerung des auf dieser Seite montierten Senders oder Empfängers (E) vorgesehen sind.

7. Optische Sende- und Empfangsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsfaser (Ü) in einer anisotrop geätzten V-Nut (N) auf der ersten Seite des Trägersubstrats (T) fixiert ist.

8. Optische Sende- und Empfangsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf der der ersten Seite gegenüberliegenden Seite des Trägersubstrats (T) im Trägermaterial eine abbildende Linse (L) angeordnet ist, die den umgelenkten Strahl auf den Empfänger (E) fokussiert.