DE69527169T2 - Koaxialkoppler mit integrierter Quelle und Ringdetektor - Google Patents

Koaxialkoppler mit integrierter Quelle und Ringdetektor

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Description

  • Koaxialkoppler mit integrierter Quelle und Ringdetektor Hintergrund der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft optische Zwei-Wege- Kommunikationssysteme und insbesondere eine Sender-Empfänger- Vorrichtung, welche koaxiale Koppler aufweist.
  • Eine Schlüsselkomponente von optischen Zwei-Wege- Übertragungssystemen ist die Sender-Empfänger(Tx/Rx) - Baugruppe. Solche Baugruppen wurden ursprünglich mit 1 · 2 oder 2 · 2 Kopplern in Verbindung mit Standardsendern hergestellt, wie Laserdioden oder in einigen Anwendungen lichtemittierenden Dioden und Standardempfängern, wie PIN-Dioden. Solch ein System ist in der Veröffentlichung von C. H. Henry et al. "Glass Waveguides on Silicon for Hybrid Optical Packaging", aus dem Journal of Lightwave Technology, Ausgabe 7, Nr. 10, vom Oktober 1989, auf den Seiten 1530 bis 1539 offenbart.
  • Das US-Patent 5,177,803 offenbart eine Sender-Empfänger- Vorrichtung, in welcher der Standardkoppler durch einen Koaxialkoppler ersetzt ist. Der Koaxialkoppler ist eine zylinderförmige Vorrichtung, welche einen Ringwellenleiter, der radial von einem zentralen Kernwellenleiter beabstandet ist, aufweist. Der longitudinale zentrale Bereich der Vorrichtung ist eingeschnürt, um den gewünschten Kopplungstyp zwischen dem Ring- und dem Kernwellenleiter bereitzustellen. An einem Ende der Vorrichtung ist der Kernwellellenleiter mit einer optischen Übertragungsfaser verbunden. Am anderen Ende ist ein ringförmiger Lichtdetektor direkt benachbart des Ringwellenleiters angeordnet, und Licht von einer Quelle ist an den Kernwellenleiter durch eine Öffnung in dem Lichtdetektor angekoppelt. Die Lichtguelle und der Detektor müssen jeweils getrennt mit dem Kern- und Ringwellenleiter ausgerichtet werden.
  • Die Druckschrift DE-A-37 16 772 beschreibt eine Eingabe-/ Ausgabevorrichtung des Typs, welcher im Oberbegriff des nachstehenden Anspruchs 1 dargelegt ist.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Tx/Rx-Baugruppe bereitzustellen, welche einen Koaxialkoppler einsetzt.
  • Das optische System kann entweder in einem Einfach- oder Mehrfachwellenlängenmodus durch sachgerechte Gestaltung des Kopplungsbereichs (entweder im 3 dE oder im WDM- (Wavelength division mulitiplexing)Betrieb) betrieben werden.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Eingabe-/Ausgabevorrichtung einen Koaxialkoppler auf, welcher einen von einem Ringwellenleiter ummantelten Kernwellenleiter aufweist, wobei der Koppler eine Endfläche aufweist, an welcher der Kern- und Ringwellenleiter enden. Die erste Oberfläche eines Substrats ist benachbart der Endfläche des Koaxialkopplers positioniert. Ein Lichtemitter und ein Lichtdetektor sind an der ersten Oberfläche des Substrats angeordnet. Der Ausdruck "an der ersten Oberfläche" bedeutet, dass die Vorrichtung auf der Oberfläche, in der Oberfläche oder in einer Vertiefung in der Oberfläche angeordnet sein kann. Der Lichtemitter oder der Lichtdetektor ist optisch mit dem Ringwellenleiter verbunden, und der Verbleibende aus dem Lichtemitter und dem Lichtdetektor ist optisch mit dem Kernwellenleiter der Koaxialkopplers verbunden.
  • Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ist durch die Merkmale charakterisiert, die im kennzeichnenden Teil des nachstehenden Anspruchs 1 dargelegt sind.
  • Die Eingabe-/Ausgabevorrichrung weist des weiteren bevorzugt Ausrichtungshaltevorrichtungen an der Kopplerendfläche im Eingriff mit Ausrichtungshaltevorrichtungen auf der Substratoberfläche zum Positionieren des Substrats bezüglich des Kopplers auf.
    • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Fig. 1 ist eine Querschnittssicht eines bekannten Koaxialkopplers.
  • Fig. 2 bis 9 zeigen verschiedene Eingabe-/Ausgabevorrichtungen, wobei Fig. 7 alle von der Erfindung erforderlichen Merkmale aufweist.
  • In diesen Figuren ist:
  • Fig. 2 ist eine schematische Ansicht einer Eingabe-/ Ausgabevorrichtung.
  • Fig. 3 ist eine Querschnittssicht, welche die Ausrichtung eines integrierten Quellen-/Ringdetektors mit einem Koaxialkoppler darstellt.
  • Fig. 4 ist eine Querschnittssicht einer optischen Faser, welche einen geätzten Schacht aufweist.
  • Fig. 5 ist eine Querschnittssicht, welche die Ausrichtung zweier Oberflächen verdeutlicht.
  • Fig. 6 ist eine Querschnittssicht, welche einen Koaxialkoppler, der in seinem eingeschnürten Berich endet, verdeutlicht.
  • Fig. 7 ist eine Querschnittssicht eines Systems, in welchem das Sender-zu-Empfänger-Nebensprechen reduziert ist.
  • Fig. 8 ist eine Querschnittssicht einer weiteren Eingabe-/Ausgabevorrichtung.
  • Fig. 9 stellt eine ringförmige Anordnung von Lichtemittern um einen zentral angeordneten Detektor schematisch dar.
    • Beschreibung der dargestellten Vorrichtungen
  • Fig. 1 zeigt einen Koaxialkoppler 20, des in US-Patent 5,177,803 offenbarten Typs. Der Koppler 20 weist einen zentralen Kernwellenleiter 14, welcher von einem Ringwellenleiter 15 ummantelt ist, auf. Ein Matrixglasbereich 16, welcher zwischen den Wellenleitern 14 und 15 angeordnet ist und ein Matrixglasbereich 17, welcher um den Wellenleiter 15 angeordnet ist, weisen einen Brechungsindex auf, welcher kleiner ist als der der Wellenleiter 14 und 15. Die Zusammensetzung des Matrixglases 16 kann dieselbe sein, wie die des Matrixglases 17, oder diese Gläser können sich unterscheiden. In der in Fig. 1 verdeutlichten Ausführungsform ist eine optische Übertragungsfaser 11 in Ausrichtung mit dem Kernwellenleiter 14 an die Endfläche 12 angelegt. Eine optische Anschlussfaser, welche sich von der Endfläche 12 erstreckt, kann, in Abhängigkeit des Herstellungsverfahrens des Kopplers, den Kernwellenleiter 14 mit der Übertragungsfaser verkoppeln. Der Koaxialkoppler 20 verläuft innen im Mittelbereich 25 konisch, um die gewünschte Kopplung zwischen dem Kernwellenleiter 14 und dem Ringwellenleiter 15 zu erreichen. Der Koppler 20 kann Lichtsignale, die räumlich getrennt sind, vereinen, und er kann Lichtsignale, die räumlich vereint sind, separieren oder aufteilen. Somit kann der Koppler 20 zum Beispiel ein WDM- Koppler sein, dessen Betrieb so abläuft, dass alles aus der optischen Übertragungsfaser 11 ankommende Licht in einer Wellenlänge von 1310 nm von dem Kernwellenleiter 14 auf den Ringwellenleiter 15 gekoppelt wird. Außerdem verlässt Licht der Wellenlänge 1550 nm, welches in den Kernwellenleiter 14 an der Endfläche 13 eingegeben wird, den Koppler durch den Kernwellenleiter 14. Alternativ kann der Koppler als Signal- Aufteiler funktionieren, wodurch ein Bruchteil, zum Beispiel 50% des ankommenden Lichtes einer gegebenen Wellenlänge vom Kern 14 auf den Ringwellenleiter 15 gekoppelt wird. Andere Aufteilungsverhältnisse sind möglich.
  • Zwei unterschiedlich Mechanismen, welche eingesetzt werden können, um die erforderliche Kopplung in einem Koaxialkoppler bereitzustellen, werden in US-Patent 5,177,803 beschrieben, zu welchem hierin Bezug hergestellt wird. Einer dieser Mechanismen wird als "β-matching" bezeichnet und der andere ist eine Kopplung im nichtadiabatischen Modus.
  • Eine Koaxialkopplervorform kann durch Umschnürung einer optischen Faser, welche einen axialen Kern aufweist, durch eine Glasüberzogene Röhre geformt werden. Die Röhre ist so ausgeformt, dass sie einen Ring- und Kernbereich mit hohem Brechungsindex aufweist, welcher jeweils an ihrer inneren Oberfläche oder zwischen ihrer inneren und äußeren Oberfläche auftritt, wobei der Rest aus einem Glas mit niedrigerem Brechungsindex geformt ist. Der Originaldurchmesser der Röhre ist bevorzugt etwa 2, 2 bis 3,0 mm, obwohl auch andere Durchmesser geeignet sind. Jede schützende Ummantelung, die auf der Faser sein kann, wird von dem Teil, der sich innerhalb der Röhre erstreckt, entfernt. Die Faser, welche sich von der Röhrenendfläche 12 erstreckt, weist bevorzugt ein schützendes, ummantelndes Material (nicht dargestellt) auf. Der Mittelbereich der Kopplervorform wird evakuiert und erhitzt, um ihn auf die Faser kollabieren zu lassen. Die Röhre wird weiter erhitzt und ihre Enden werden in entgegengesetzte Richtungen gezogen, um die Röhrenlänge zu vergrößern und den Durchmesser zu verkleinern. Der zentrale Teil des gestreckten Mittelbereiches 25 weist einen eingeschnürten Bereich auf, in dem der Kern- und Ringwellenleiter ausreichend nah auf eine ausreichende Distanz beabstandet sind, um dazwischen die gewünschte Kopplung zu erwirken. Die Verlängerung der Faser 14 nach dem Ende der Röhre kann dann als Anschlussfaser zum Anschluss an die Übertragungsleitung eingesetzt werden. Die Anschlussfaser kann bündig mit der Erdfläche 13 der Röhre abgebrochen werden, und die Endfläche kann abgeschliffen und flachpoliert werden. Außerdem kann die Faser gemäß dem US- Patent 5,177,803 eine Linse aufweisen, die an ihrem Ende hergestellt ist (vor oder nach dem Einführen in die Röhre), zur besseren Ankopplung an eine Laserdiode. Solch eine mit Linse versehene Faser erstreckt sich über die Endfläche 13 hinaus.
  • Der Koppler kann ebenfalls durch Einbringen einer speziell gestalteten Faser, welche einen Kern- und Ringwellenleiter aufweist, in eine Röhre hergestellt werden, welche keinen Wellenleiterbereich aufweist, d. h. eine Röhre, welche eine durchgängige Zusammensetzung und einen durchgängigen Brechungsindex aufweist. Die Röhre wird auf der Faser kollabieren gelassen und, wie oben beschrieben, gedehnt.
  • Ein Koaxialkoppler kann auch gemäß den Lehren in den US- Patenten 4,704,151 und 4,799,949 ausgeformt sein. Eine Kopplervorform wird durch eine Technik ausgeformt, bei der eine Faservorform in eine Röhre eingeführt wird, welche einen Ring mit hohem Brechungsindex aufweist, oder bei der Glas auf eine Faservorform abgeschieden wird, um darauf eine Schicht mit hohem Brechungsindex, eine Mantelschicht, auszuformen. Eine Faservorform ist eine zylindrische Vorform, welche einen axialen Glaskernbereich aufweist, der von einem Glasmantel ummantelt ist; wenn sie lediglich erhitzt und gezogen wird, wird sie eine optische Faser. Die Kopplervorform wird in einen Stab des gewünschten Durchmessers gezogen. Der Stab wird in Stücke abgetrennt, wobei jeder in seinem mittleren Bereich gestreckt wird, um einen koaxialen Koppler zu formen.
  • Im allgemeinen weisen Koaxialkoppleranordnungen gewisse Vorteile für Tx/Rx-Verwendungen auf. Die zwei Lichtleiter der Kernwellenleiter 14 und der Ringwellenleiter 15 sind eindeutig ausreichend an einem Ende der Struktur (zum Beispiel an der Erdfläche 13) getrennt, wobei die Wellenleiter 14 und 15 im konisch verlaufenden Bereich, in dem die Kopplung auftritt, nahe beabstandet sind. Darüber hinaus ist ein Koaxialkoppler durch verschiedene hierin beschriebene Techniken einfach an eine Übertragungsfaser anschließbar.
  • In dem Tx/Rx-System in US-Patent 5,177,803 ist ein ringförmiger Lichtdetektor benachbart der Endfläche 13 des Kopplers 20 positioniert, und ein Loch im Detektor ist um den Kernwellenleiter 14 zentriert. Der Detektor empfängt Licht von dem Zwei-Wege-Kommunikationssystem über den Ringwellenleiter 15. Das Licht von einer Quelle wird durch eine Öffnung in dem ringförmigen Detektor und auf das Ende des Kerns 14 an der Endfläche 13 angekoppelt. Der Durchmesser des Ringwellenleiters wird ausreichend groß hergestellt, um die notwendige Trennung zwischen dem Ringwellenleiter 15 und dem Kernwellenleiter 14 bereitzustellen, so dass die Kopplung nur im Bereich 25 auftritt. Wenn solch eine Tx/Rx- Vorrichtung zusammengebaut wird, muss der Detektor mit dem Ringwellenleiter 15 ausgerichtet werden, und in einem separaten Vorgang müssen die Linse und der Detektor mit dem Kernwellenleiter 14 ausgerichtet werden.
  • Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung zur Verbesserung des oben beschriebenen optischen Zwei-Wege- Kommunikationssystems. Die darin verwendeten Materialien und Komponenten werden in Standard Zwei-Wege- Kommunikationssystemen, wenn nicht anders bezeichnet, eingesetzt. Die in Fig. 2 und 3 dargestellte Vorrichtung verwendet einen Koaxialkoppler 30 in Verbindung mit der Kombination eines integrierten Quellen- und Ringdetektors 37, um ein neues Tx/Rx-System bereitzustellen. Der Kern der Übertragungsfaser 35 liegt an der Endfläche 31 in Ausrichtung mit dem zentralen Kernwellenleiter 39 an. Um das Ausrichten der Faser 35 am Koppler 30 in dem Gebiet zu erleichtern, wird die Faser 35 in die Bohrung einer Hülse 33 eingeführt, welche dann in einer Ausrichtungsmanschette 34 angeordnet wird, die ebenfalls mindestens ein Ende des Kopplers 30 ummantelt.
  • Alternativ kann die Faser 35 eine mit dem Koppler integral ausgeformte Anschlussfaser sein, wobei das Anschlussfaserende mit der Übertragungsfaser verschmolzen wird.
  • Der Detektor und der Lichtemitter sind auf einem einzelnen Substrat in präziser Beziehung zueinander vereint, wobei die Ausrichtung des Substrats mit dem Ende des koaxialen Kopplers gleichzeitig in der Ausrichtung des Detektors mit dem Ringwellenleiter des koaxialen Kopplers und der Ausrichtung des Lichtemitters mit dem axialen Kernwellenleiter des koaxialen Kopplers resultiert. Auf diese Weise ist der Detektor an das Licht, welches durch das System über den Ringwellenleiter übertragen wird, angekoppelt, und der Lichtemitter ist an den Kernwellenleiter zur Lichtübertragung angekoppelt.
  • Wie in Fig. 3 dargestellt, ist der Koppler 30 operativ mit einem integrierten Quellen-/Ringdetektor 37, welcher ein Substrat 46 aufweist, das einen Lichtemitter 44 und einen Ringdetektor 45 darauf aufweist, angeschlossen. In einer Ausführungsform kann ein Ringdetektor auf oder in einem Halbleitersubstrat ausgeformt sein, und eine lichtemittierende Vorrichtung kann in dem Gebiet des Substrats innerhalb des Ringdetektors befestigt sein. In einer anderen Vorrichtung können viele Quellen- und Detektorpaare auf einem Chip durch den Einsatz von Halbleiterprozesstechnologie hergestellt werden, und der Chip kann in individuelle Quellen-/Ringdetektoreinheiten geschnitten werden, wobei jede an einen Koaxialkoppler angepasst wird. In jeder Vorrichtung ist der Lichtemitter bevorzugt präzise im Ringdetektor zentriert. Es wird vermerkt, dass die Positionierung des Lichtemitters bezüglich seines Wellenleiterpfades normalerweise kritischer als die Positionierung des Lichtdetektors bezüglich seines Wellenleiterpfades ist. Das lichtempfindliche Gebiet des Detektors kann etwas größer als das lichtemittierende Gebiet der Lichtquelle sein. Deshalb ist der Detektor ausreichend mit seinem Wellenleiterpfad ausgerichtet, wenn der Lichtemitter präzise mit seinem Wellenleiterofad ausgerichtet ist. Es ist jedoch, wie untenstehend gekennzeichnet, wünschenswert, das Gebiet des Lichtdetektors so klein wie möglich zu halten, um seine Kapazität zu reduzieren.
  • In den Bereichen des Kopplers, außerhalb des eingeschnürten (koppelnden) Bereiches, sollte die Trennung zwischen dem Ringwellenleiter 40 und dem Kernwellenleiter 39 mindestens 5 bis 10 Wellenlängen (etwa 5 bis 15 um) betragen, um eine optische Kopplung zu verhindern; viel größere Trennungen sind jedoch möglich. Diese Trennung diktiert den inneren Minimalradius des ringförmigen Lichtdetektors 45, welcher kleiner oder gleich dem inneren Radius des Ringwellenleiters 40 ist. Der innere Radius und die Dicke und somit die Querschnittsfläche des Detektors 45 sollte nicht so groß sein, dass die resultierende Kapazität die Betriebsgeschwindigkeit begrenzt. Der Detektor kann in der Form eines kontinuierlichen, ringförmigen Ringes sein, oder er kann aus einer ringförmigen Anordnung diskreter Einheiten geformt sein, um seine hohe Bitratenleistung zu verbessern.
  • Die Lichtquelle 44 kann ein oberflächenemittierender Laser sein, wie der in der Veröffentlichung von J. W. Scott et al. "Optimization of Vertical Cavity Surface Emitting Lasers: Limitations of Output Power", (IEEE/Lasers and Electro-Optics Society) 1991, San Jose, Kalifornien, Artikel Nr. SDL4.4, vom 4. bis 7. November 1991, offengelegte. Alternativ kann die Quelle 44 eine kantenemittierende Diode sein, welche ein Bragg-Gitter zum Richten der Strahlen auf den Kern 39 aufweist. Solche Lichtemitter erfordern zum Ankoppeln an den Kern 39, in Betracht der nahen Annäherung der lichtemittierenden Vorrichtung an den Kern 39, keine Linsen. Die Endfläche 32 kann zum Beispiel weniger als 20 um von der Chipoberfläche 48 entfernt sein.
  • Der Ringdetektor kann mit dem Einsatz der Indium-Gallium- Arsenidtechnologie, die zum Beispiel in US-Patent 4,709,413 offenbart ist, hergestellt werden.
  • Um einen sachgerechten Kontakt der Komponenten des integrierten Quellen und Ringdetektors 37 mit dem Kern- und Ringwellenleiter des Kopplers 30 zu erleichtern, können Ausrichtungsvorrichtungen auf den Kontaktoberflächen ausgeformt sein. Die Oberfläche 48 (siehe Fig. 3) eines Halbleitersubstrats 46 kann geätzt werden, um Vorsprünge 50 auszubilden. Ähnlich kann die Endfläche 32 des Kopplers 30 geätzt werden, um Schächte 52 auszuformen. Der Ätzprozess kann mit dem Einsatz photolithographischer Techniken durchgeführt werden, wobei die entsprechenden Oberflächen durch Öffnungen in einer Maske geätzt werden, um präzise positionierte Ausrichtungsvorrichtungen auszuformen. Die Vorrichtungen 30 und 37 können schnell und präzise durch das Positionieren der Vorsprünge 50 in den Schächten 52 ausgerichtet werden.
  • Eine Überlegung bei der Gestaltung der Vorrichtung nach Fig. 2 und 3 ist das endnahe optische Übersprechen, welches die Menge des von Quelle 44 emittierten optischen Signals ist, welches vom Detektor 45 detektiert wird. Endnahes optisches Übersprechen kann durch Zurücksetzen des Kerns 39 und des benachbarten Teils des Kopplermatrixglases 41 an der Endfläche 32 reduziert werden, um die Menge des übertragenen Lichts, welches an der Kopplerendfläche 32 zum Detektor 45 reflektiert oder gestreut wird, zu reduzieren. Wiederum wird eine Maske, welche eine Öffnung über dem zu ätzenden Bereich aufweist durch photolithographische Techniken ausgeformt. Während dieses Prozesses kann der Photolack durch sich im Kern 39 und dem benachbarten Teil des Matrixglases in Richtung der Endfläche ausbreitendes Licht belichtet werden. Nachdem die Maske ausgeformt ist, kann der Faserkern und das ihn direkt ummantelnde Matrixglas durch Ätzen entfernt werden, um einen Schacht 54 auszuformen.
  • Ein Schacht, der dem Schacht 54 entspricht, kann ebenfalls durch das Ausnutzen differentieller Ätzraten verschiedener Gläser im Koppler 30 ausgeformt werden. Wenn zum Beispiel die Lichtquelle kleiner als der Durchmesser des Kerns 39 ist, dann kann der Kern 39 aus einem Glas gebildet werden, das leichter zu ätzen ist, als das Matrixglas 41. Der Kern 39 kann zum Beispiel aus einem mit GeO&sub2; und B&sub2;O&sub3; in ausreichender Menge dotieren Silikat gebildet werden, um den erforderlichen Brechungsindex bereitzustellen, und ebenfalls die gewünschte Ätzrate in einer gegebenen Lösung, zum Beispiel einer Säure, bereitzustellen.
  • Die bei der Herstellung des Koaxialkopplers verwendete Faser kann, wie in Fig. 4 verdeutlicht, ausgeformt werden, um einen Schacht, der größer als der Kerndurchmesser ist, herzustellen. Die Faser 60 weist einen Kern 61 und Mäntel 62 und 63 auf. Der Kern kann aus mit GeO&sub2; und B&sub2;O&sub2; in ausreichender Menge dotiertem Silikat gebildet werden, um den erforderlichen Brechungsindex bereitzustellen, und ebenfalls die gewünschte Ätzrate zum Beispiel in HF bereitzustellen. Der äußere Mantel 63 kann aus Silikat geformt werden, welches einen Brechungsindex aufweist, der kleiner als der des Kerns 61 und resistent gegenüber einer Ätzung in HF ist. Der innere Mantelbereich 62 kann aus mit GeO&sub2; und B&sub2;O&sub2; in ausreichender Menge dotiertem Silikat gebildet werden und ebenfalls die gewünschte Ätzrate zum Beispiel in HF bereitstellen. Wenn die Endfläche 67 HF ausgesetzt wird, wird der Schacht 65 darin geätzt.
  • Um die Menge des gestreuten Lichts, welches den Detektor erreicht weiter zu reduzieren, können die Seiten des Schachts 54 mit einer Beschichtung 68 aus einem lichtreflektierenden Material wie Aluminium oder einem lichtabsorbierenden Material. wie in Fig. 4 dargestellt, versehen werden.
  • Eine in Fig. 5 verdeutlichte Löttechnik kann ebenfalls zum Ausrichten des Chips 37 auf die Endfläche 32 des koaxialen Kopplers verwendet werden. Diese Stellen auf der Endfläche 32, welche in Fig. 3 mit Schächten bereitgestellt werden, können mit Metallisierungen 71 versehen werden. Die Stellen auf der Oberfläche des Substrats 46, welche in Fig. 3 mit Vorsprüngen bereitgestellt sind, können mit Metallisierungen 70 versehen werden. Nachdem Lot 72 auf die Metallisierungen 70 gebracht wurde, ist der Chip 37 benachbart der Endfläche 32 so positioniert, dass das Lot die Metallisierungen 71 kontaktiert. Die Oberflächenspannung des geschmolzenen Lots bringt den Chip 37 in Ausrichtung mit der Endfläche 32. Zur weiteren Erörterung dieses Löttechniktyps siehe "Electronic Packaging Forum", Ausgabe 1, geschrieben von J. E. Morris, Van Nostrand Reinhold, New York, New York, von 1990, auf den Seiten 34 bis 40.
  • Wie in Fig. 6 dargestellt, kann der Koppler 74 in seinem eingeschnürten Bereich abgetrennt sein, wodurch der Teil mit dem großen Durchmesser, die Endfläche 31 aus Fig. 2 eingeschlossen, beseitigt wird. Der eingeschnürte Bereich 75 wird ausreichend lang hergestellt, dass die gewünschte Kopplung darin auftritt. Solch ein Koppler ist so gestaltet, dass der Durchmesser des Betriebsbereiches des Kernwellenleiters plus dem des Ringwellenleiters an dem Ende des Kopplers 74 mit dem kleinen Durchmesser in etwa dem Durchmesser des Betriebsbereiches des Kerns der Übertragungsfaser 76 entspricht. Die Übertragungsfaser kann deshalb direkt mit dem abgetrennten, eingeschnürten Bereich des Kopplers verbunden werden. Eine Hülse 77 kann verwendet werden, um die Faser 76 auf den Koppler 74 auszurichten. Das Ende mit dem großen Durchmesser des Kopplers 74 passt mit der Lichtquelle/dem Ringdetektor, wie in Verbindung mit der Fig. 3 beschrieben, zusammen.
  • Bezüglich Fig. 7 ist ein Koppler 79 so ausgeformt, dass eine optische Faser 80 von der Endfläche 81 ausgeht. Eine Linse 82 ist am Ende der Faser 80 ausgeformt. Obwohl verschiedene Faserenden mit Linsengestalt verwendet werden können, ist eine konische Linse dargestellt. Das mit der Linse versehene Ende der Faser 80 erstreckt sich in einen Schacht 83, der in der Oberfläche des Substrats 84 ausgeformt ist. Eine lichtemittierende Vorrichtung 85 ist im Substrat 84 am Boden des Schachts 83 ausgeformt. Die verbleibende Konstruktion des Systems in Fig. 7 ist ähnlich wie die in Fig. 3. Das Licht von der Quelle 85 wird an den Kern der Faser 80 gekoppelt. Reflektiertes Licht vom mit der Linse versehenen Ende 82 breitet sich hinter dem Detektor 86, welcher deshalb dieses reflektierte Licht nicht detektieren kann, aus.
  • Nochmals mit Bezug auf Fig. 3, kann von der Quelle 44 emittiertes Licht in den Kernwellenleiter 39 durch Ausformung von Linsenbereichen auf der Endfläche 32 durch Ätztechniken in Ausrichtung mit dem Kernwellenleiter 39 gerichtet werden, wie die in den Veröffentlichungen von L. O. Svaasand et al. "Splicing of Optical Fibers with a Selective Etching Technique", Tagungsbericht der 4th European Conference on Optical Communication (ECOC) in Genoa [Italien], 1978, auf den Seiten 304 bis 308 und von M. Kawachi et al. "Microlens Formation on VAD Singel-Mode Fibre Ends", Electronics Letters, 21. Januar 1982, Ausgabe 18, Nr. 2, auf den Seiten 71 bis 72, offengelegten. Der ringförmige Wellenleiter 40 kann ebenfalls mit einer Linse versehen werden.
  • Obwohl in den vorstehenden Vorrichtungen die Lichtquelle mit dem zentralen Kernwellenleiter des Koaxialkopplers ausgerichtet wurde, kann sie stattdessen auf den Ringwellenleiter ausgerichtet werden. Wie in Fig. 8 dargestellt, ist ein ringförmiger Lichtemitter 89, der aus einem Material wie Gallium- Arsenid geformt wird, auf der Oberfläche des Substrats 90 ausgeformt. Ein ringförmiger, lichtemittierender Bereich 91 wird an der äußeren Peripherie des Emitters 89 ausgeformt. Ein Schacht 92 kann im Zentrum des Emitters 89 ausgeformt werden, um einen den Lichtdetektor 93 stützenden Bereich bereitzustellen. Alternativ kann die Vorrichtung 89 ohne Schacht 92 ausgeformt werden und der Detektor 93 kann auf der Oberfläche der Vorrichtung 89 ausgeformt werden. Wenn das Substrat 90 benachbart der Erdfläche 89 des koaxialen Kopplers 99 angeordnet wird und die Vorsprünge 95 in die Schächte 94 eingeführt werden, ist der ringförmige, lichtemittierende Bereich 91 in optischer Kommunikation mit dem Ringwellenleiter 97 und der Detektor 93 ist in optischer Kommunikation mit dem zentralen Kernwellenleiter 96.
  • Entweder die Kopplerendfläche 98 oder die Substratoberfläche 88 kann mit Schächten versehen werden, wie die jeweils in den Fig. 3 und 8 verdeutlichten.
  • Fig. 9 zeigt, dass eine Vielzahl von Lichtemittern 101 auf dem Substrat 102 in einer ringförmigen Art und Weise angeordnet werden können, so dass sie in optischer Kommunikation mit dem Ringwellenleiter des Koaxialkopplers sind. Der Detektor 103 kann in optischer Kommunikation mit dem zentralen Kernwellenleiter des Koaxialkopplers sein. Die Emitter 101 können alle ein Licht, welches eine gegebene Wellenlänge aufweist emittieren, oder jeder der Emitter kann Licht einer unterschiedlichen Wellenlänge emittieren.
  • In ähnlicher Weise können die Emitter zentral angeordnet, wie in Fig. 3 dargestellt, sein, und der Lichtdetektor kann in einer Vielzahl von Segmenten ausgeformt sein, welche eine einzelne Wellenlänge oder eine Vielzahl von verschiedenen Wellenlängen detektieren können.

Claims (8)

1. Eingangs-/Ausgangsvorrichtung für ein optisches Zwei-Wege-Kommunikationssystem mit:
einem Koaxialkoppler (79), der einen Kernwellenleiter (80) aufweist, welcher von einem Ringwellenleiter (40) ummantelt ist, wobei der Koppler eine Endfläche (81) aufweist, an welcher der Kern- und Ringwellenleiter enden,
einem Substrat (84), welches eine erste Oberfläche, die benachbart der Endfläche des Koaxialkopplers positioniert ist, aufweist,
einem Lichtemitter (85) und einem Lichtdetektor (86), welche an der ersten Oberfläche des Substrats angeordnet sind,
wobei einer von Lichtemitter und Lichtdetektor optisch mit dem Ringwellenleiter (40) verbunden ist und der verbleibende von Lichtemitter und Lichtdetektor optisch mit dem Kernwellenleiter (80) des koaxialen Kopplers verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorrichtung des weiteren einen Schacht (83) in dem Substrat aufweist, wobei der Emitter oder der Detektor in dem Schacht angeordnet sind, und der Kernwellenweiter (80) sich von der Endfläche (81) in den Schacht erstreckt, dass ein Teil des Kerns, der sich über die Endfläche hinaus erstreckt, eine derart vorgesehene Ummantelung aufweist.
2. Eingangs-/Ausgangsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Detektor (86) oder der Lichtemitter durch ringförmige innere oder äußere Grenzen definiert ist und am Substrat in lichtempfangender Beziehung bezüglich des Ringwellenleiters (40) angeordnet ist, und der Lichtdetektor oder die Lichtquelle (85) am Substrat innerhalb der inneren Detektorgrenze zum Richten von Lichttransmissionen auf den Kernwellenleiter (80) des Koaxialkopplers angeordnet ist.
3. Eingangs-/Ausgangsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Kernwellenleiter eine Linse (82) an seinem Ende aufweist.
4. Eingangs-/Ausgangsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Detektor aus einer Vielzahl von Segmenten geformt ist.
5. Eingangs-/Ausgangsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei jedes aus der Vielzahl der Emittersegmente eine unterschiedliche Wellenlänge des Lichtes emittiert.
6. Eingangs-/Ausgangsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche des weiteren Ausrichtungsvorrichtungen auf der Endfläche des Kopplers aufweist, die in Eingriff mit Ausrichtungsvorrichtungen auf der Substratoberfläche stehen.
7. Eingangs-/Ausgangsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Ausrichtungsvorrichtung Schächte entweder in der Oberfläche des Kopplers oder in der Substratoberfläche und Vorsprünge an der anderen Endfläche des Kopplers oder der Substratoberfläche aufweisen, wobei jeder der Vorsprünge sich in einen der entsprechenden Schächte erstreckt.
8. Eingangs-/Ausgangsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Ausrichtungsvorrichtungen Metallisierungen auf der Endfläche und Metallisierungen auf der ersten Oberfläche in Ausrichtung mit den Kopplermetallisierungen aufweisen, und eine Masse von Lot zwischen jeder Kopplermetallisierung und der entsprechenden Metallisierung auf der ersten Oberfläche aufweist.
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