DE19519486A1

DE19519486A1 - Optical transceiving device for bidirectional transmission via optical fibre

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

Abstract

An optical transmission and reception system for two-way bidirectional transmission via a transmission fibre in a wavelength multiplex, has a transmitter, a receiver and a wavelength selective directional coupler. A beam deflection element (P) is provided to deflect the received or transmitted beam through the carrier substrate (T). The transmitter or receiver (E) are arranged so that the transmitted beam passes into the wavelength selective directional coupler (R), and from there into the transmission fibre (U). The received beam passes to the receiver (E) via the directional coupler (R) and the beam deflection element (P).

Description

State of the art

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.The invention relates to an optical transmission and Receiving arrangement for bidirectional transmission over a Transmission fiber in wavelength division multiplex with one transmitter, a receiver and a wavelength selective Directional coupler, the transmitter and receiver via the wavelength selective directional coupler with the Transmission fiber are connected and with a Carrier substrate, on the first side of which is integrated optical wavelength-selective directional coupler is applied.

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.Numerous optical duplexers and splitters are known which can be divided into two classes. Either will optical waveguide over a certain distance led together or united and then again apart, with the light on the Output branches distributed, or the light is on a Micro-optics directed onto a filter layer that the produces the desired beam distribution. An advantage of The first possibility is that there are no micro-optical ones Systems are needed that are manufactured with high precision and have to be adjusted. A disadvantage is that for a Wavelength separation the parallel guided neighboring Waveguides with tolerances in the submicrometer range have to be structured. The wavelength separation over Filter layers as in the second class of proposals realized, however, is much easier and more flexible to adapt to different wavelengths. From the DE 36 05 248 C2 is an optical transmitter / receiver module known. This has an optical transmitter, one optical receiver and an integrated optical wavelength selective waveguide coupler, the optical transmitter and the optical receiver via the coupler are connected to a transmission optical fiber. Of the wavelength-selective integrated coupler is located on a carrier substrate. For example, a is used as a coupler Fiber optic fusion coupler used.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine optische Sende- und Empfangsanordnung anzugeben, die durch ihre Bauweise besonders kompakt ist.Based on this state of the art, it is the task of Invention, an optical transmission and reception arrangement to specify, which is particularly compact due to its construction.

Die Aufgabe wird durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.The task is accomplished through an arrangement with the characteristics of Claim 1 solved. Advantageous further developments are can be found in the subclaims.

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.The optical transmission and reception arrangement is for the bidirectional transmission of optical signals over a Transmission fiber suitable for wavelength division multiplexing. Here signals of the wavelength λ₁ are received, for example and signals of the wavelength λ₂ sent. The separation of the Both wavelengths are made by an integrated optical Component. For example, there is a Wavelength selective directional coupler, especially with one Coupling grid suitable. By overlaying one Coupling grid eliminates the need for the directional coupler thanks to high-precision structuring for both at the same time To dimension wavelengths λ₁ and λ₂.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigenAn embodiment of the invention is in the drawings shown. Show it

Fig. 1 eine Aufsicht auf ein Trägersubstrat mit einem integriert optischen Richtkoppler und Fig. 2 einen Querschnitt durch obige Anordnung. Fig. 1 is a plan view of a carrier substrate with an integrated optical directional coupler and Fig. 2 shows a cross section through the above arrangement.

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. Fig. 1 shows a carrier substrate T with an integrated optical structure in the form of a wavelength-selective directional coupler R with a coupling grating G. Via a transmission fiber Ü, which is butt-coupled to a waveguide end of the directional coupler R, signals of the wavelengths λ₁ and λ₂ are transmitted in the opposite direction. From a transmitter, light of wavelength λ₂ is fed to the directional coupler via a connecting fiber piece VF, which is also butt-coupled to a waveguide of the directional coupler R. The beam deflecting element P can be a prism made of a transparent material such as. B. glass or a suitable plastic. The beam is deflected due to total reflection on an edge inclined at 45 ° or by mirroring. It is also possible to use polymeric materials to manufacture the prism. Polymeric materials offer the advantage that the prism is highly precise as a microstructure in a suitable molding process, such as. B. micro injection molding can be produced.

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.In the arrangement shown, the integrated optical fiber with only one vertical end face to be structured. vertical End surfaces can be in the integrated optics usual material systems in a simple way by a Create a variety of structuring techniques. As Examples include plasma etching, laser ablation and called mechanical processing with a wafer saw. The required fibers can then be blunted to the corresponding integrated waveguide. It is there It is advantageous to micromechanically support the substrate structure. A recess V can be etched into which the prism P can be inserted without adjustment can. The waveguide end surface serves at the same time as a mechanical stop for the prism P. In addition, V-grooves N for fixing the transmission fiber, for example but also the connecting fiber VF can be produced.

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.When choosing a prism material with a integrated optical fiber adapted Refractive index can the beam expansion of the light Passage through the prism can be minimized. For use small-area receiving diodes can also Use of silicon as a carrier substrate material on the Wafer back by plasma etching an imaging Lens L are structured, which is the divergent light beam focused on the active area of the receiving diode.

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.In addition to the rear mounting of the receiver E, it is also conceivable, the transmitter on the back of the carrier substrate T to assemble. Additional control circuits can also be used and supply circuits on the back of the Carrier substrate are provided.

Claims

1. Optical transmission and reception arrangement for bidirectional transmission via a transmission fiber in wavelength division multiplexing with a transmitter, a receiver and a wavelength-selective directional coupler, the transmitter and receiver being connected to the transmission fiber via the wavelength-selective directional coupler, with a carrier substrate on the first side of which is integrated -optical wavelength-selective directional coupler is applied, characterized in that a beam deflecting element (P) for deflecting the received or transmitted beam through the carrier substrate (T) is provided on the first side of the carrier substrate (T), and in that the transmitter or receiver (E) on the opposite side of the carrier substrate (T) is arranged such that the transmitted beam from the transmitter via the beam deflecting element (P) into the wavelength-selective directional coupler (R) and from there into the transmission fiber (Ü) or the received beam from the Ü Transmission fiber (Ü) reaches the receiver (E) via the directional coupler (R) and the beam deflection element (P).

2. Optical transmission and reception arrangement according to claim 1, characterized in that the beam deflecting element (P) in an anisotropically etched depression (V) in the carrier substrate (T) is fixed.

3. Optical transmission and reception arrangement according to one of the Claims 1 or 2, characterized in that the Beam deflecting element (P) is a prism.

4. Optical transmission and reception arrangement according to one of the Claims 1 to 3, characterized in that as wavelength selective directional coupler (R) with a directional coupler Coupling grid (G) is used.

5. Optical transmission and reception arrangement according to one of the Claims 1 to 4, characterized in that the Transmission fiber (Ü) in an anistropically etched V-groove (N) is fixed.

6. Optical transmission and reception arrangement according to one of the Claims 1 to 5, characterized in that on the opposite side of the carrier substrate (T) Side electronic circuits (ES) for supply and Control of the transmitter mounted on this side or Receiver (E) are provided.

7. Optical transmission and reception arrangement according to one of the Claims 1 to 6, characterized in that the Transmission fiber (Ü) in an anisotropically etched V-groove (N) is fixed on the first side of the carrier substrate (T).

8. Optical transmission and reception arrangement according to one of the Claims 1 to 7, characterized in that on the first side opposite side of the carrier substrate (T) an imaging lens (L) is arranged in the carrier material which is the redirected beam to the receiver (E) focused.