DE3116252A1 - OPTO-ELECTRONIC CONVERTER - Google Patents
OPTO-ELECTRONIC CONVERTERInfo
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Description
O I I U ί. OIIU ί.
OPTO-ELEKTRONISCHER WANDLEROPTO-ELECTRONIC CONVERTER
Die Erfindung betrifft einen opto-elektronischen Wandler, der die Schnittstelle zwischen einer Lichtleitfaser und einer elektrischen Leitung bildet und ein Wandlerscheibchen enthält, dessen Stirnflächen mit Elektroden verbunden sind.The invention relates to an opto-electronic converter which is the interface between an optical fiber and forms an electrical line and contains a converter disk, the end faces of which are connected to electrodes.
Die Übertragung von Informationen in Form optischer Signale über optische Fasern bietet im Verhältnis zur Übertragung in Form von elektrischen Signalen über Leitungsdrähte große technische und wirtschaftliche Vorteile. Die Verarbeitung dieser optisch übertragenen Informationen erfolgt hingegen fast ausschließlich in elektrischer Form. Daher ist es erforderlich, die optischen Signale in elektrische und die elektrischen Signale in optische Signale umzuwandeln, wenn die optisch übertragenen Informationen genutzt oder in elektrischer Form vorliegende Informationen über optische Kanäle übertragen werden sollen.The transmission of information in the form of optical signals over optical fibers provides relative to transmission in the form of electrical signals via lead wires, great technical and economic advantages. Processing this In contrast, optically transmitted information takes place almost exclusively in electrical form. Therefore it is necessary convert the optical signals into electrical and the electrical signals into optical signals when the optical signals are transmitted Information is used or information available in electrical form is to be transmitted via optical channels.
Diese Umwandlung erfolgt mit Hilfe von opto-elektronischen Wandlern wie beispielsweise Elektrolumineszenzdioden und Photodioden. Diese Dioden müssen einerseits über elektrische Leiter an einen elektrischen Schaltkreis angeschlossen werden und andererseits in Bezug auf die optischen Übertragungsfasern mit hoher Genauigkeit positioniert werden.This conversion takes place with the help of opto-electronic converters such as electroluminescent diodes and photodiodes. On the one hand, these diodes must be connected to an electrical circuit via electrical conductors and on the other hand, positioned with respect to the transmission optical fibers with high accuracy.
Diese Positionierung kann oft nur unter großen Schwierigkeiten erreicht und beibehalten werden, ohne daß die optische Faser dabei bricht, insbesondere wenn die opto-elektronische Diode zu einem Hybridschaltkreis gehört, der senkrecht zu der Ebene .angeordnet ist, in der die optische Faser zugeführt wird.This positioning can often only be achieved and maintained with great difficulty, without the optical The fiber breaks, especially if the opto-electronic diode is part of a hybrid circuit that is perpendicular to the Is arranged in the plane in which the optical fiber is fed.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen optoelektronischen Wandler anzugeben, der in ähnlicher Weise wie die herkömmlichen elektronischen Bauteile ausgebildet ist und auf einfache Weise die Positionierung der optischen Faser in Bezug auf die Diode ermöglicht und die Herstell- und Einbauprobleme in einen Schaltkreis wegen der Ähnlichkeit mit der Form von elektronischen Bauteilen auf ein Minimum reduziert. Diese Aufgabe wird durch den im Hauptanspruch gekennzeichneten Wandler gelöst. Bezüglich von Merkmalen bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung wird auf die Unteransprüche verwiesen. The object of the invention is therefore to provide an optoelectronic converter that is similar to the conventional electronic components is formed and in a simple manner the positioning of the optical fiber in Relation to the diode allows and the manufacturing and installation problems in a circuit because of the similarity with the shape of electronic components reduced to a minimum. This problem is solved by the converter characterized in the main claim. With regard to features of preferred embodiments of the invention, reference is made to the subclaims.
Die Erfindung wird nun anhand einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden vier Figuren näher erläutert.The invention will now be described on the basis of a few preferred exemplary embodiments with reference to the enclosed four Figures explained in more detail.
Fig. 1 zeigt schematisch einen Wandler, an dem die Erfindung anwendbar ist.Fig. 1 shows schematically a converter to which the invention can be applied.
Fig. 2 zeigt einen axialen Teilschnitt durch einen erfindungsgemäßen opto-elektronischen Wandler, dessen Elektroden in einer Reihe angeordnet sind.Fig. 2 shows an axial partial section through an opto-electronic converter according to the invention, its electrodes are arranged in a row.
Fig. 3 zeigt einen axialen Schnitt durch einen anderen erfindungsgemäßen opto-elektronischen Wandler mit koaxialen Elektroden .3 shows an axial section through another opto-electronic converter according to the invention with coaxial electrodes .
Fig. 4 zeigt einen axialen Schnitt durch einen weiteren erfindungsgemäßen opto-elektronischen Wandler mit koaxialen Elektroden .4 shows an axial section through a further opto-electronic converter according to the invention with coaxial electrodes .
In Fig. 1 sind die wesentlichen Bestandteile eines opto-elektronischen Wandlers dargestellt. Hierzu gehören eine erste Elektrode 1, eine scheibenförmige Photodiode 2, eine optische Faser 3 und ihre Schutzhülle 4. Diese Bauteile müssen einerseits zueinander positioniert werden und andererseits kon-In Fig. 1 the essential components of an opto-electronic converter are shown. This includes a first electrode 1, a disc-shaped photodiode 2, an optical Fiber 3 and its protective sheath 4. These components must be positioned in relation to one another on the one hand and
taktiert werden. Wie dies im Rahmen der Erfindung erfolgt, wird nun unter Bezugnahme auf die Figuren 2, 3 und 4 näher beschrieben,be tacted. How this is done within the scope of the invention will now be described in more detail with reference to Figures 2, 3 and 4,
Die erste, zylinderförmige Elektrode 1 ist mit ihrer Stirnfläche an das Wandlerscheibchen 2 angeschlossen. Diese Stirnfläche kann auch verbreitert sein, wie die Figuren 3 und zeigen.The end face of the first, cylindrical electrode 1 is connected to the converter disk 2. These The end face can also be widened, as FIGS. 3 and 4 show.
Das Wandlerscheibchen 2 ist entweder eine lichtemittierende Diode, wenn die ankommenden Signale von elektrischer Art sind, oder eine lichtempfindliche Diode, wenn die ankommenden Signale Lichtsignale sind. Das Scheibchen 2 ist beispielsweise eine ΡΛΡΝ- oder PIN-Halbleiterphotodiode.The converter disk 2 is either a light-emitting diode, if the incoming signals are of an electrical nature or a light sensitive diode if the incoming signals are light signals. The disc 2 is for example a ΡΛΡΝ or PIN semiconductor photodiode.
Eine der beiden Frontflächen des Scheibchens 2 besitzt einen zentralen lichtempfindlichen Bereich 7 und eine elektrisch leitende periphere Kontaktzone 8.One of the two front surfaces of the disc 2 has a central light-sensitive area 7 and an electrical area conductive peripheral contact zone 8.
Mit Hilfe eines rohrförmigen Positionierteils wird direkt oder indirekt die Positionierung eines Endes der optischen Faser 3 in Bezug auf den lichtempfindlichen Bereich 7 der optoelektronischen Diode 2 gewährleistet.With the help of a tubular positioning part, the positioning of one end of the optical Fiber 3 in relation to the photosensitive area 7 of the optoelectronic Diode 2 guaranteed.
Fig. 2 zeigt eine erste Lösung, die sich im besonderen dadurch auszeichnet, daß sie einen niedrigen Kapazitätswert zwischen den Elektroden aufweist und es gestattet, die optische Faser nach dem Einbau des Wandlers in eine Druck- oder Hybridschaltung in den Wandler einzusetzen. Entsprechend dieser Ausführungsform weisen die beiden mit 1a und 6a bezeichneten Elektroden vorzugsweise denselben Außendurchmesser auf. Die erste Elektrode 1a ist stabförmig ausgebildet und weist an ihrem Ende die opto-elektronische Diode 2a auf. Letztere umfaßt einen elektrischen Kontaktbereich 8a, der ringförmig ist.Fig. 2 shows a first solution, which is particularly characterized in that it has a low capacitance value between the electrodes and it allows the optical fiber after the transducer has been built into a print or hybrid circuit to be used in the converter. According to this embodiment, the two designated with 1a and 6a have electrodes preferably the same outside diameter. The first electrode 1a is rod-shaped and has at its end the opto-electronic diode 2a. The latter includes an electric one Contact area 8a, which is annular.
Die zweite Elektrode 6a ist rohrförmig, und der Innendurchmesser des Kapillarrohrs, aus dem sie besteht, ist etwas größer als der Durchmesser der optischen Faser 3a, um dieser als Führung bei der Positionierung zu dienen. Ein erstes Ende des die zweite Elektrode 6a bildenden Rohrs tritt mit dem peripheren Kontaktbereich 8a in Berührunq; dieses erste Ende ist angelötet oder aufgepreßt, um die erforderliche Leitungskontinuität zu gewährleisten.The second electrode 6a is tubular and the inner diameter of the capillary tube of which it is made is slightly larger than the diameter of the optical fiber 3a to serve as a guide for positioning. A first The end of the tube forming the second electrode 6a comes into contact with the peripheral contact area 8a; this first ending is soldered or pressed on to achieve the required line continuity to ensure.
Das Positionierteil 5a wird auf die Elektroden aufgesteckt und bewirkt so deren Zentrierung.The positioning part 5a is attached to the electrodes and thus causes them to be centered.
In einem Ausführungsbeispiel werden die Elektroden aus einer Legierung gebildet, die eine Schmelzverbindung zwischen Glas und Metall gestattet, beispielsweise aus Dumet, und das Positionierteil 5a besteht aus einem niedrigschmelzenden Glas, das den so gebildeten Wandler mittels Schnellverbindung hält.In one embodiment, the electrodes are formed from an alloy that fuses between Glass and metal permitted, for example from Dumet, and the positioning part 5a consists of a low-melting glass that holds the transducer formed in this way by means of a quick connection.
Die optische Faser 3a wird über die gewünschte Länge in die zweite Elektrode 6a eingeschoben. Die Kopplung erfolgt durch Verkleben des Faserendes mit dem l.ichtempfindlichen Bereich mit Hilfe eines Klebers, der eine cjute optische Leitfähigkeit aufweist, beispielsweise mit einem Silikon- oder Epoxykleber, Die Schutzhülle 4a wird in Bezug auf die Elektrode 6a durch eine Hülse 9a gehalten, die auf die Schutzhülle aufgeklemmt oder aufgeklebt wird.The optical fiber 3a is pushed into the second electrode 6a over the desired length. The coupling takes place by gluing the fiber end to the light-sensitive area with the help of an adhesive that has a cjute optical conductivity, for example with a silicone or epoxy adhesive, The protective cover 4a is held in relation to the electrode 6a by a sleeve 9a which is clamped or glued onto the protective cover will.
Fig. 3 zeigt eine zweite Lösunq, bei der die erste Elektrode 1b einen verbreiterten Kopf aufweist, auf den das Wandlerscheibchen 2b positioniert wird; letzteres steht mit der ersten Elektrode 1b über seine Stirnfläche in derselben Weise in elektrischer Verbindung wie in der vorhergehend beschriebenenFig. 3 shows a second solution in which the first electrode 1b has a widened head on which the Converter disk 2b is positioned; the latter stands in the same way with the first electrode 1b via its end face in electrical connection as in that previously described
Ausführungsform. Die erste Elektrode 1b ist innerhalb der zweiten Elektrode 6b angeordnet, die aus einem elektrisch leitenden Rohr besteht, dessen Innendurchmesser größer als der maximale Durchmesser des die erste Elektrode abschließenden Kopfs ist, so daß eine Durchführung geschaffen wird, die beispielsweise mit Hilfe eines zwischen diesen beiden Elektroden vergossenen Isolierharzes oder durch Glasperlen isoliert wird. Die so gebildete und hier als ein Block aus Isolierharz dargestellte Durchführung 10b gewährleistet ebenfalls die Positionierung und Festlegung der ersten Elektrode in der zweiten Elektrode. Die Stirnflächen der Elektroden 1b und 6b, die innerhalb des opto-elektronischen Wandlers angeordnet sind, liegen praktisch in derselben Ebene, während die erste Elektrode 1b länger als die Elektrode 6b ist und aus letzterer hinausragt, um mit einem äußeren Schaltkreis verbunden werden zu können.Embodiment. The first electrode 1b is inside the arranged second electrode 6b, which consists of an electrically conductive tube, the inner diameter of which is greater than the maximum Diameter of the head terminating the first electrode, so that a feedthrough is created, for example with the help of an insulating resin cast between these two electrodes or with glass beads. The so educated and bushing 10b, shown here as a block of insulating resin, also ensures positioning and fixing the first electrode in the second electrode. The end faces of the electrodes 1b and 6b, which are inside the opto-electronic Transducer are arranged, are practically in the same plane, while the first electrode 1b is longer than the Electrode 6b is and protrudes from the latter to be connected to an external circuit can.
Die zweite Elektrode 6b ist an die periphere Kontaktzone 8b des Wandlerscheibchens 2b über einen an ihre beiden Enden angelöteten Verbindungsdraht 11b angeschlossen.The second electrode 6b is connected to the peripheral contact zone 8b of the converter disk 2b via one of its two ends soldered connecting wire 11b connected.
Die optische Faser 3b wird in Bezug auf den lichtempfindlichen Bereich 7b des Scheibchens 2b mit Hilfe einer hier nicht dargestellten äußeren Anordnung positioniert und mit Hilfe eines gute Lichtleiteigenschaften aufweisenden Klebers 12b in Höhe der den lichtempfindlichen Bereich 7b und die elektrische Kontaktzone 8b aufweisenden Frontfläche des Scheibchens in ihrer Stellung festgelegt.The optical fiber 3b is in relation to the photosensitive area 7b of the disc 2b with the aid of a here External arrangement, not shown, positioned and with the aid of an adhesive 12b having good light-guiding properties in FIG Height of the light-sensitive area 7b and the electrical contact zone 8b having the front surface of the disc in its Position established.
Die optische Faser 3b mit ihrer Schutzhülle 4b wird gegenüber den Elektroden 1b und 6b sowie dem Harzblock 10b durch Umgießen mit Harz festgelegt, wobei das Positionierteil 5b entsteht.The optical fiber 3b with its protective sheath 4b is opposite the electrodes 1b and 6b and the resin block 10b Cast around with resin set, wherein the positioning part 5b arises.
In einer Ausführungsvariante greift das Positionierteil 5b über einen Teil der zweiten Elektrode 6b hinweg.In one embodiment variant, the positioning part 5b extends over part of the second electrode 6b.
Fig. 4 zeigt eine derartige Lösung, mit der die zur Durchführung der vorhergehenden Variante erforderlichen Positionierhilfen und Gießvorgänge vermieden und das Einsetzen der Faser in den Wandler nach dessen Einbau in eine Druck- oder Hybridschaltung ermöglicht werden soll.Fig. 4 shows such a solution with which the positioning aids required to carry out the preceding variant and casting operations and the insertion of the fiber into the transducer after its incorporation into a pressure or hybrid circuit should be made possible.
Der opto-elektronische Wandler gemäß dieser Variante umfaßt eine erste Elektrode 1c, ein Wandlerscheibchen 2c und eine zweite Elektrode 6c sowie eine isolierte Durchführung 10c und einen Verbindungsdraht 11c; alle diese Bestandteile sind praktisch mit den Bestandteilen 1b, 2b,6b, 10b und 11b aus Fig.3 identisch.The opto-electronic converter according to this variant comprises a first electrode 1c, a converter disk 2c and a second electrode 6c as well as an insulated bushing 10c and a connecting wire 11c; all these components are practically with the components 1b, 2b, 6b, 10b and 11b from Fig.3 identical.
Hier wird das Positionierteil 5c aus einem rohrförmigen Metallteil gebildet, das auf die zweite Elektrode 6c in Höhe der Stelle 13c aufgeklemmt ist.Here, the positioning part 5c is formed from a tubular metal part that is attached to the second electrode 6c at the level of the Point 13c is clamped.
Dieses Positionierteil 5c ist rohrförmig und weist einen ersten Abschnitt auf, dessen Innendurchmesser etwas größer als der Außendurchmesser der zweiten Elektrode 6c ist, auf die dieses Positionierteil aufgequetscht wird. Die Länge des ersten Abschnitts wird so gewählt, daß vor der Frontfläche des optoelektronischen Scheibchens 2c ein Hohlraum entsteht. Ein zweiter Teil des Positionierteils 5c besitzt einen Durchmesser, der etwas größer als der Durchmesser der Schutzhülle 4c der Faser 3c ist, damit letztere im Positionierteil geführt werden kann.This positioning part 5c is tubular and has a first section, the inner diameter of which is somewhat larger than the outer diameter of the second electrode 6c onto which this positioning part is crimped. The length of the first Section is chosen so that a cavity is created in front of the front surface of the optoelectronic disc 2c. A second Part of the positioning part 5c has a diameter which is slightly larger than the diameter of the protective sheath 4c of the fiber 3c, so that the latter can be guided in the positioning part.
Wie in den vorhergehenden Varianten kann das Ende der Faser eventuell mit dem lichtempfindlichen Bereich verklebt sein.As in the previous variants, the end of the fiber can possibly be glued to the light-sensitive area.
O I IUiJiO I IUiJi
■10 —. r --. -■ 10 -. r -. -
Der zweite Abschnitt des Positionierteils 5c weist eine axiale Ausnehmung 14c auf, die nach außen mündet und einen Durchmesser besitzt, der etwas größer als der Innendurchmesser des zweiten Abschnitts des Positionierteils 5c ist. Um die Schutzhülle 4c ist eine Feder 15c gewickelt, die in die axiale Ausnehmung 14c eingesetzt und hier so festgeklemmt ist, daß sie selbst und die Schutzhülle durch Klemmdruck gehalten werden.The second section of the positioning part 5c has an axial recess 14c which opens outwards and a Has diameter which is slightly larger than the inner diameter of the second portion of the positioning part 5c. To the protective cover 4c, a spring 15c is wound into the axial recess 14c is inserted and clamped here so that it itself and the protective cover are held by clamping pressure.
Unabhängig von der gewählten Lösung kann der Einbau des erfindungsgemäßen Wandlers in eine Schaltung wie der einer herkömmlichen Diode oder eines herkömmlichen Widerstands durch Verlöten der hervorstehenden Teile der Elektroden an entsprechenden Lötpunkten oder mit Hilfe von Verbindungslaschen oder -bahnen erfolgen. Es ist insbesondere möglich, diese Wandler so anzuordnen, daß ihre Achse in einer Ebene liegt, die parallel zur Ebene derjenigen Schaltung liegt, an die ihre Elektroden angeschlossen werden, so daß die optische Faser parallel zur Ebene dieses Schaltkreises aus dem Wandler austritt. Bei Schaltkreisen kleiner Abmessungen ist vorzusehen, den oder die optoelektronischen Wandler und den Schaltkreis in derselben Masse zu vergießen, die dann zu einem Teil dafür sorgt, daß der oder die Wandler in ihrer Stellung festgelegt werden.Regardless of the solution chosen, the installation of the converter according to the invention in a circuit such as the one conventional diode or resistor by soldering the protruding parts of the electrodes to respective ones Solder points or with the help of connecting straps or tracks. It is particularly possible to use these converters to be arranged so that its axis lies in a plane which is parallel to the plane of the circuit to which its electrodes are attached so that the optical fiber exits the transducer parallel to the plane of this circuit. With circuits Smaller dimensions must be provided, the optoelectronic converter (s) and the circuit in the same mass to shed, which then partially ensures that the transducer or transducers are fixed in their position.
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