DE19917596B4

DE19917596B4 - Bidirektionales optisches Kommunikationsbauteil und bidirektionale optische Kommunikationsvorrichtung

Info

Publication number: DE19917596B4
Application number: DE19917596A
Authority: DE
Inventors: Kuniaki Tenri Okada; Yorishige Yamatotakada Ishii; Toshiyuki Matsushima; Hideaki Fujita; Yukio Tenri Kurata
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1998-04-20
Filing date: 1999-04-19
Publication date: 2005-09-08
Anticipated expiration: 2019-04-20
Also published as: DE19917596A1; JPH11308179A; JP3399832B2; US6501876B1

Abstract

Bidirektionales optisches Kommunikationsbauteil mit:
– einem Lichtemissionselement (2) zum Erzeugen von Signallicht entsprechend einem Datensignal;
– einem Lichtempfangselement (3) zum Empfangen des Signallichts und zum Erzeugen eines diesem entsprechenden Datensignals;
– einem Sendelicht-Wellenleiter (4) zum Abstrahlen von Sendelicht, das das Signallicht vom Lichtemissionselement ist, auf eine sich außerhalb befindliche optische Faser;
– einem Empfangslicht-Wellenleiter (5) zum Führen von Empfangslicht, das Signallicht von der außerhalb befindlichen optischen Faser ist; und
– einer Positionierungseinrichtung (22, 23) zum Positionieren des Sendelicht-Wellenleiters, des Empfangslicht-Wellenleiters und der optischen Faser, um diese optisch miteinander zu verbinden;
dadurch gekennzeichnet, dass der Sendelicht-Wellenleiter und
der Empfangslicht-Wellenleiter optisch voneinander getrennt sind und die Lichtachse des Sendelichts (11) durch die Positionierungseinrichtung so eingestellt ist, dass sie in Bezug auf die Normale auf der Stirnfläche (9) der optischen Faser geneigt (Φ₁) ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein bidirektionales optisches Kommunikationsbauteil und eine bidirektionale optische Kommunikationsvorrichtung, die unter Verwendung einer einzelnen optischen Faser gleichzeitig optische Kommunikation in zwei Richtungen ausführen können.
Der Kürze halber werden nachfolgend bidirektionale optische Kommunikationsbauteile als bidirektionale Bauteile bezeichnet, bidirektionale optische Kommunikationsvorrichtungen werden als bidirektionale Vorrichtungen oder bidirektionale Übertragungsstrecken bezeichnet.

Das Dokument JP-A-63-279627 offenbart ein bidirektionales Bauteil (erster Stand der Technik). Wie es in 9 veranschaulicht ist, ist das bidirektionale Bauteil mit einem ersten optischen Kommunikationsmodul 32 und einem zweiten optischen Kommunikationsmodul 36 versehen. Das erste Modul 32 und das zweite Modul 36 sind jeweils mit einem der Enden einer einzelnen, die Polarisation aufrechterhaltenden optischen Faser 31 verbunden.

Darüber hinaus ist das erste Modul 32 mit einem ersten polarisierenden Wellenleiter-Strahlteiler 33, einem ersten Halbleiterlaser 34 und einem ersten Photodetektor 35 versehen. Das zweite Modul 36 ist mit einem zweiten polarisierenden Wellenleiter-Strahlteiler 37, einem zweiten Halbleiterlaser 38 und einem zweiten Photodetektor 39 versehen. Hierbei wirken die polarisierenden Wellenleiter-Strahlteiler 33 und 37, die aus einer doppelbrechenden Substanz wie LiNbO₃ bestehen, so, dass sie von den Halbleiterlasern 34 und 38 in einer TE(transversal-elektrisch)-Mode abgestrahltes Licht übertragen, um Licht in einer TM(transversal-magnetisch)-Mode auf die Unterseite von Substraten 40 und 40' zu strahlen.

Das vom ersten Halbleiterlaser 34 des ersten Moduls 32 abgestrahlte Licht in einer TE-Mode wird durch den ersten polarisierenden Wellenleiter-Strahlteiler 33 hindurchgestrahlt, in die die Polarisation aufrechterhaltende optische Faser 31 eingekoppelt, durch diese Faser 31 übertragen, während ihre Polarisationsebene erhalten bleibt, vom anderen Ende der Faser 31 emittiert und zum zweiten Modul 36 geleitet.

Wie es in 10 dargestellt ist, sind das erste Modul 32 und das zweite Modul 36, die mit der Faser 31 verbunden sind, so angebracht, dass die Polarisationsebenen der jeweiligen Ausgangslichtstrahlen rechtwinklig zueinander ausgerichtet sind. Aus diesem Grund bildet das Ausgangslicht des ersten Moduls 32 im zweiten Modul 36 Licht in einer TM-Mode, mit dem Ergebnis, dass es nicht durch den zweiten Wellenleiter-Strahlteiler 37 hindurchgestrahlt wird, sondern von einem zweiten Photodetektor 39 erfasst wird, der an der Unterseite des Substrats 40' angebracht ist. Auf dieselbe Weise wird auch das Ausgangslicht des zweiten Moduls 36 von einem ersten Photodetektor 35 im ersten Modul 32 erfasst.

Darüber hinaus offenbart das Dokument JP-A-8-262276 eine herkömmliche bidirektionale Übertragungsstrecke (zweiter Stand der Technik). Wie es in 11 veranschaulicht ist, besteht diese bidirektionale Übertragungsstrecke aus einem Lichtemissionselement 41 und einem Lichtempfangselement 42, zwei Linsen 45 und 46, einem Wellenlängenfilter 43, das Licht mit einer ersten Wellenlänge λ1 durchlässt und Licht mit einer zweiten Wellenlänge λ2 reflektiert, und einer optischen Faser 44, deren Lichteingangs- und -ausgangsstirnflächen 44a diagonal poliert sind. Hierbei bilden das Lichtemissionselement 41, das Lichtempfangselement 42, die zwei Linsen 45 und 46 und das Signalverlaufsfilter 43 ein bidirektionales Bauteil.

Vom ersten Lichtemissionselement 41 ausgegebenes Licht der ersten Wellenlänge λ1 wird durch die erste Linse 45 konvergiert und durch das Wellenlängenfilter 43 in die optische Faser 44 gekoppelt. von der optischen Faser 44 eingegebenes Licht der zweiten Wellenlänge λ2 wird durch das Wellenlängenfilter 43 reflektiert, durch die zweite Linse 46 konvergiert und in das Lichtempfangselement 42 eingekoppelt.

Wenn die Stirnfläche 44a so positioniert ist, dass sie rechtwinklig zum Eingangslicht verläuft, wird ein Teil des Lichts der ersten Wellenlänge λ1 durch diese Stirnfläche 44a reflektiert, und das reflektierte Licht wird erneut durch das Wellenlängenfilter 43 reflektiert und auf das Lichtemp fangselement 42 gelenkt, wodurch die Tendenz eines Übersprechens entsteht. Jedoch kann bei diesem zweiten Stand der Technik das an der Stirnfläche 44a der optischen Faser 44 reflektierte Licht in die zweite Linse 46 eintreten, was das Übersprechen verringert, da die Stirnfläche 44a geneigt ist.

Hierbei bestehen beim ersten und zweiten Stand der Technik die folgenden Probleme. Beim ersten Stand der Technik sind teure Elemente wie die die Polarisation aufrechterhaltende optische Faser 31 und die polarisierenden Wellenleiter-Strahlteiler 33 und 37 erforderlich, was zu hohen Kosten führt, und da die Faser 31 eine optische Einzelmodefaser mit einem kleinen Kerndurchmesser von einigen μm ist, sind zeitaufwendige Arbeiten zum Positionieren der jeweiligen Module 32 und 36 und der Faser 31 gegeneinander erforderlich.

Beim zweiten Stand der Technik müssen die Lichtemissionselemente 41, wie Halbleiter usw., mit voneinander verschiedenen erzeugten Signalverläufen sowie die bidirektionalen Bauteile mit den Wellenlängenfiltern 43 mit voneinander verschiedenen Transmissionswellenlängen an den beiden Enden der optischen Faser 44 angebracht werden, und es müssen die Eigenschaften der jeweiligen bidirektionalen Bauteile geändert werden. Dies verkompliziert den Aufbau der bidirektionalen Übertragungsstrecke und führt zu Schwierigkeiten beim Senken der Kosten des bidirektionalen Bauteils und der bidirektionalen Übertragungsstrecke unter Verwendung dieser Teile.

Weiterer Stand der Technik ist auch aus der Druckschrift "A Single Fiber Bidirectional Optical Link Using Colocated Emitters and Detectors" von J. Cross et al. erschienen in IEEE Photonics Technical Letter, Volume 8, Nr. 10, Okt. 1996, Seiten 1385-1387 bekannt. Dort ist ein optisches Kommunikationsbauteil beschrieben, bei welchem eine auf GaAs-Basis arbeitende Lichtquelle auf einem größeren Siliziumdetektor angeordnet ist, um eine räumliche Anordnung der Lichtquelle und des Lichtdetektors zu ermöglichen. Die so angeordneten Einrichtungen ermöglichen eine einphasenbidirektionale Kommunikation zwischen zwei Analog/Digitalsiliziumschaltungen, welche die Lichtquelle und den Lichtdetektor umfassen.

Außerdem ist aus der Druckschrift US 5,555,334 ein bidirektionales optisches Übertragungs- und Empfangsmodul und ein optisches Kommunikationssystem bekannt. Das optische Übertragungs- und Empfangsmodul beinhaltet einen Lichtsender und einen Lichtempfänger, welche im gleichen Gehäuse angeordnet sind, wobei das Gehäuse eine Öffnung aufweist, welche mit einem Abdeckglas abgedeckt ist. Die aus dem Gehäuse herausführende Faser ist dabei schräg angeschliffen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein bidirektionales optisches Kommunikationsbauteil (Modul) und eine bidirektionale optische Kommunikationsvorrichtung (Übertragungsstrecke) unter Verwendung eines solchen Bauteils zu schaffen, bei denen sich das Bauteil und eine optische Faser leicht und billig zueinander positionieren lassen.

Diese Aufgabe ist hinsichtlich des Bauteils durch die Lehre des Anspruchs 1 und hinsichtlich der Vorrichtung durch die Lehre von Anspruch 11 gelöst.

Wenn ein erfindungsgemäßes bidirektionales Bauteil mit den beiden Enden einer optischen Faser verbunden wird, um eine bidirektionale Vorrichtung zu bilden, wird Signallicht vom Lichtemissionselement durch den Sendelicht-Wellenleiter in die optische Faser eingekoppelt und vom einen Ende zum anderen Ende der optischen Faser übertragen, während Signallicht von der optischen Faser durch den Empfangslicht-Wellenleiter geschickt wird und vom Lichtempfangselement empfangen wird, durch das die entsprechenden Daten erzeugt werden.

So ermöglicht es die oben genannte Anordnung, Sendelicht und Empfangslicht bidirektional unter Verwendung einer einzelnen optischen Faser zum Übertragen von Signallicht zu übertragen, wodurch bidirektionale Kommunikation möglich ist.

Darüber hinaus sind bei der obigen Anordnung der Sendelicht-Wellenleiter und der Empfangslicht-Wellenleiter optisch voneinander getrennt, und die Lichtachse des Sendelichts wird durch die Positionierungseinrichtung so eingestellt, dass sie in Bezug auf die Normale auf der Stirnfläche der optischen Faser geneigt ist. So ist es möglich zu verhindern, dass Sendelicht aus dem Sendelicht-Wellenleiter in den Empfangslicht-Wellenleiter eintritt.

Daher erübrigt die obige Anordnung die Verwendung herkömmlicherweise verwendeter teurer optischer Elemente wie polarisierender Strahlteiler und Wellenlängenfilter, sie trennt Sende- und Empfangslicht voneinander und sie führt gleichzeitig auf billige Weise unter Verwendung einer einzelnen optischen Faser optische Kommunikation in zwei Richtungen aus.

Darüber hinaus kann, da die optische Faser Licht in mehreren Moden überträgt, der Kerndurchmesser der optischen Faser größer gemacht werden, z. B. ungefähr 1 mm. Demgemäß können die optische Faser und jedes bidirektionale optische Kommunikationsbauteil auf einfache Weise optische gekoppelt werden.

Für ein vollständiges Verständnis der Art und der Vorteile der Erfindung ist auf die folgende detaillierte Beschreibung in Zusammenhang mit den beigefügten Figuren Bezug zu nehmen.
1 ist eine schematische, erläuternde Zeichnung, die eine bidirektionale Übertragungsstrecke gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
2 ist eine erläuternde Zeichnung, die ein optisches Kommunikationsmodul bei der Übertragungsstrecke gemäß 1 zeigt;
3 ist eine erläuternde Zeichnung, die einen Querschnitt eines Sendelicht-Wellenleiters, entlang der Linie A-A in 2, zeigt;
4 ist eine erläuternde Zeichnung, die einen Querschnitt eines Sendelicht-Wellenleiters, entlang der Linie B-B in 2, zeigt;
5 ist eine erläuternde Zeichnung, die Verbindungen zwischen dem Sendelicht-Wellenleiter, dem Empfangslicht-Wellenleiter und der optischen Faser zeigt;
6 ist eine schematische, erläuternde Zeichnung, die eine bidirektionale Übertragungsstrecke gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
7 ist eine schematische, erläuternde Zeichnung, die eine bidirektionale Übertragungsstrecke gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
8(a) bis 8(g) sind erläuternde Zeichnungen zum Veranschaulichen wesentlicher Schritte beim Herstellprozess für ein optisches Kommunikationsmodul;
9 ist eine schematische Vorderansicht einer bidirektionalen Übertragungsstrecke gemäß einem ersten Stand der Technik;
10 ist eine perspektivische Ansicht der Übertragungsstrecke gemäß 9;
11 ist eine Schnittansicht, die ein optisches Kommunikationsmodul zeigt, wie es in einer bidirektionalen Übertragungsstrecke gemäß einem zweiten Stand der Technik verwendet ist;
12 ist eine schematische, erläuternde Zeichnung, die eine bidirektionale Übertragungsstrecke gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
13 ist eine schematische, erläuternde Zeichnung, die eine bidirektionale Übertragungsstrecke gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel zeigt.
(ERSTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL)
Unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 sowie 12 erörtert die folgene Beschreibung das erste Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Wie es in den 1 und 12 dargestellt ist, sind erfindungsgemäße bidirektionale optische Kommunikationsmodule (bidirektionale optische Kommunikationsbauteile) 21 und 21' optisch an die beiden Enden einer optischen Faser 1 angekoppelt, wobei sie durch Kopplung zwischen optischen Verbinder-Hauptteilen (Positionierungseinrichtungen) 22 und 22' und optischen Verbinder-Anbring/Löse-Abschnitten (Positionierungseinrichtungen) 23 und 23' positioniert sind, um dadurch eine bidirektionale optische Übertragungsstrecke (bidirektionale optische Kommunikationsvorrichtung) zu bilden.
Die oben genannten Module 21 und 21' haben jeweils dieselben Funktionen, und die folgende Beschreibung erörtert den Aufbau des einen Moduls 21. Darüber hinaus sind hinsichtlich des Aufbaus des anderen optischen Moduls 21' die Elemente mit denselben Funktionen wie beim Modul 21 dadurch gekennzeichnet, dass ein (') zu den entsprechenden Bezugszahlen für das Modul 21 hinzugefügt wird, und es wird die zugehörige Erläuterung weggelassen.
Der Verbinderhauptteil 22 ist zylinderförmig mit einem Boden und einer Öffnung an seinem einen Ende ausgebildet, und optische Elemente, wie ein Sendelicht-Wellenleiter 4 und ein Empfangslicht-Wellenleiter 5, die später beschrieben werden, sind darin untergebracht, wobei jeweilige Anschlüsse 24 zum Eingeben und Ausgeben von Datensignalen oder von den Datensignalen hergeleiteten Modulationssignalen für die optischen Elemente am Umfang der Unterseite vorhanden sind.
Darüber hinaus verfügt der Verbinderhauptteil 22 über einen Verbindungsabschnitt, der flexibel eingeschnappt ist und das Vorderende des Verbinder-Anbring/Löse-Abschnitts 23 mit dem Rand der Öffnung verbindet. Bei dieser Anordnung ermöglicht es der Verbindungsabschnitt im Verbinderhauptteil 22, da das Ende der optischen Faser 1 am Verbinder-Anbring/Löse-Ab schnitt 23 befestigt ist, die Stirnseite der optischen Faser 1 an einer vorbestimmten Position in Bezug auf den Sendelicht-Wellenleiter 4 einzusetzen.
Der Verbinder-Anbring/Löse-Abschnitt 23, der über Zylinderform verfügt, ist so eingesetzt, dass er koaxial in Bezug auf das Ende der optischen Faser 1 verläuft, und er ist so konzipiert, dass die Stirnfläche der optischen Faser 1 an der Spitze des Verbinder-Anbring/Löse-Abschnitts 23 freiliegt; demgemäß ist die Faser 1 über die oben genannte Einschnappbefestigung frei lösbar am Verbinderhauptteil 22 befestigt.
Die optische Faser 1 ist ein flexibles, langes Kabel, das aus Datensignalen hergeleitetes Modulationslicht als Sendelicht und Empfangslicht überträgt. Das Modul 21, das optisch in der Längsrichtung mit der Stirnfläche der optischen Faser 1 gekoppelt ist, erzeugt Sendelicht und liefert dies an die Faser 1, und es erzeugt auch ein Datensignal aus Empfangslicht, das von der Stirnfläche der Faser 1 abgestrahlt wird.
Die Faser 1 verfügt über praktisch runden Querschnitt in der Richtung rechtwinklig zu ihrer Längsrichtung, und wie es auch in 2 dargestellt ist, verfügt sie in ihrem Zentrum über einen Lichtübertragungskern 1a sowie einen Mantel 1b, der den Umfang des Kerns 1a bedeckt. Der Brechungsindex des Kerns 1a ist größer als derjenige des Mantels 1b eingestellt. Daher wird innerhalb der Faser 1 Licht, das an ihrer Stirnfläche einfällt und durch den Kern 1a übertragen wird, an der Grenze zwischen dem Kern 1a und dem Mantel 1b totalreflektiert; demgemäß kann es mit geringen Übertragungsverlusten übertragen werden.
Das Modul 21 ist mit einem Halbleiterlaser (Lichtemissionselement) 2, einer Photodiode (Lichtempfangselement) 3, einem Sendelicht-Wellenleiter 4 und einem Empfangslicht-Wellenleiter 5 versehen. Der Sendelicht-Wellenleiter 4 wird dazu verwendet, vom Halbleiterlaser 2 abgestrahltes Sendelicht zur Faser 1 zu lenken. Der Empfangslicht-Wellenleiter 5 wird dazu verwendet, von der Faser 1 emittiertes Empfangslicht zur Photodiode 3 zu lenken.
Sowohl der Sendelicht-Wellenleiter 4 als auch der Empfangslicht-Wellenleiter 5 verfügen über einen Kernabschnitt zum Übertragen von Licht sowie einen Mantelabschnitt zum Bedecken der Umfangsfläche des Kernabschnitts. Der Mantelabschnitt dient zum Verringern von Lichtübertragungsverlusten dadurch, dass durch das Innere des Kernabschnitts übertragenes Licht an seiner Grenze zum Mantelabschnitt totalreflektiert wird.
Hierbei sind der Sendelicht-Wellenleiter 4 und der Empfangslicht-Wellenleiter 5 optisch voneinander getrennt. Die optische Trennung des Sendelicht-Wellenleiters 4 und des Empfangslicht-Wellenleiters 5 bedeutet, dass es möglich ist zu verhindern, dass durch den Sendelicht-Wellenleiter 4 übertragenes Licht zum Empfangslicht-Wellenleiter 5 übertragen wird und dass selbst dann, wenn ein Teil des vom Sendelicht-Wellenleiter 4 abgestrahlten Sendelichts an der Stirnfläche der Faser 1 reflektiert wird, das reflektierte Licht nicht in den Empfangslicht-Wellenleiter 5 einfallen kann.
Da der Sendelicht-Wellenleiter 4 und der Empfangslicht-Wellenleiter 5 auf diese Weise optisch voneinander getrennt sind, sind sie nahe aneinander positioniert, wie dies unten beschrieben ist. Diese zwei Wellenleiter 4 und 5 sind mit einem bestimmten gegenseitigen Abstand (einige 10 μm) angeordnet, um wechselseitiges Einlecken von Licht zu vermeiden. Darüber hinaus sind an jedem der zwei Wellenleiter 4 und 5 eine obere Mantelschicht 19 und ein Lichtabschirmungsfilm 20, die später beschrieben werden, angebracht. Dies gewährleistet optische Trennung zwischen diesen zwei Teilen.
Der Halbleiterlaser 2, der Sendelicht-Wellenleiter 4 und der Empfangslicht-Wellenleiter 5 sind auf einem Substrat 16 aus z. B. Silizium angebracht. Der Sendelicht-Wellenleiter 4 und der Empfangslicht-Wellenleiter 5 sind so angebracht, dass ihre Lichtachsen parallel zueinander verlaufen. Darüber hinaus ist der Sendelicht-Wellenleiter 4 so angebracht, dass seine Lichtachse zu einer Position ausgerichtet ist, die zur radialen Richtung in Bezug auf die Mittelachse der Stirnfläche der Faser 1, die dem Sendelicht-Wellenleiter 4 zugewandt ist, abweicht (Versetzung, Positionsverschiebung gegenüber der Mittelachse), d. h., dass sie sich an einer exzentrischen, gegenüber dem Zentrum (versetzten) Position befindet. Darüber hinaus sind die Stirnfläche 8 an der Abstrahlseite des Sendelicht-Wellenleiters 4 und die Stirnseite 10 an der Eintrittsseite des Empfangslicht-Wellenleiters 5 so konzipiert, dass sie miteinander fluchten.
Wie es in 4 dargestellt ist, ist die Photodiode 3 so in das Substrat 16 eingebettet, dass die Lichtempfangsfläche derselben in Kontakt mit der Seitenfläche (Seitenteil) des Empfangslicht-Wellenleiters 5 in Bezug auf die Lichtachsenrichtung des Empfangslichts 12 in solcher Weise tritt oder ihr nahe kommt, dass sie ihr auf der Seite abgewandt von der Einfallsrichtung in Bezug auf die Einfallsstirnfläche 10 des Empfangslichts von der Faser 1 zugewandt ist.
Wie es in 3 dargestellt ist, wird im Modul 21 vom Halbleiterlaser abgestrahltes Sendelicht 11 in den Sendelicht-Wellenleiter 4 eingekoppelt, durch diesen hindurchgestrahlt und an der Stirnfläche 8 auf der Lichtemissionsseite desselben emittiert. Das von der Stirnfläche 8 auf der Lichtemissionsseite emittierte Sendelicht 11 wird in die Faser 1 ein gekoppelt, die dicht an der Stirnfläche 8 auf der Lichtemissionsseite steht, durch diese Faser 1 hindurchgestrahlt und zum Modul 21' gelenkt, das, wie es in 1 dargestellt ist, auf der anderen Seite der Faser 1 liegt. Darüber hinaus wird von der anderen Stirnfläche des Halbleiterlasers 2 emittiertes Licht auf einen Monitorlichtwellenleiter 6 gelenkt und durch eine Monitorphotodiode 7 erfasst, um zum Einstellen des Ausgangssignals des Halbleiterlasers verwendet zu werden.
Wie es in 4 dargestellt ist, wird im Modul 21 von der Faser 1 emittiertes Empfangslicht 12 in den Empfangslicht-Wellenleiter 5 eingekoppelt, durch diesen hindurchgestrahlt und durch die Photodiode 3 erfasst, die dem seitlichen Abschnitt des Empfangslicht-Wellenleiters 5 zugewandt ist. So ist es im Modul 21 möglich, ein elektrisches Signal zu erhalten, das dem Datensignal entspricht, und zwar entsprechend Änderungen der Lichtintensität des Empfangslichts 12. Dieses elektrische Signal wird durch einen nicht dargestellten Decodierer zu einem Datensignal decodiert, um dadurch die Datenübertragung abzuschließen.
Als ein Beispiel eines Verfahrens zum optischen Trennen des Sendelicht-Wellenleiters 4 und des Empfangslicht-Wellenleiters 5 voneinander ist, wie es in 2 dargestellt ist, die Stirnfläche 9 des Lichteinfallsbereichs für das Sendelicht 11 aus dem Sendelicht-Wellenleiter 4 in die Faser 1 so konzipiert, dass sie um einen Winkel Φ₁ gegen eine hypothetische Fläche geneigt ist, die rechtwinklig auf der Mittelachse der Faser 1 steht, die der Stirnfläche 9 der Lichteintrittsfläche für das Sendelicht zugewandt ist.
Der Neigungswinkel Φ₁ ist so beschaffen, dass dann, wenn ein Teil des vom Sendelicht-Wellenleiter 4 emittierten Sendelichts 11 durch die Stirnfläche 9 des Lichteintrittsbereichs der Faser 1 reflektiert wird, um Reflexionslicht 13 zu bilden, verhindert werden kann, dass das Reflexionslicht 13 in den Empfangslicht-Wellenleiter 5 eintritt.
Bei dieser Anordnung ist es möglich, optische Kommunikation gleichzeitig in zwei Richtungen mit hoher Zuverlässigkeit auf stabile Weise auszuführen, da Reflexionslicht 13, wie es vom vom Halbleiterlaser 2 emittierten Sendelicht 11 herrührt, nicht auf die Photodiode 3 innerhalb desselben Moduls 21 fallen kann.
Bei dieser Anordnung sind, wenn keine Signalmultiplexkommunikation für Datenübertragung mit höherer Dichte erforderlich ist, die Eigenschaften der Module 21 und 21', die an die beiden Seiten der Faser 1 angeschlossen sind, einander gleich, und es können teure optische Elemente, wie polarisierende Strahlteiler und Wellenlängenfilter, wie sie herkömmlicherweise zum Erzielen bidirektionaler optischer Kommunikation zu verwenden waren, weggelassen werden; daher ist es möglich, bidirektionale Übertragungsstrecken auf billige Weise zu erstellen.
Hierbei divergiert das Sendelicht 11 und streut beim Abstrahlen aus dem Sendelicht-Wellenleiter 4, wenn die Stirnfläche 8 an der Lichtemissionsseite desselben als ebene Fläche ausgebildet ist. Dieser Divergenzwinkel (der größte unter den Winkeln, die durch divergierende Lichtstrahlen in Bezug auf die Lichtachse gebildet werden) ist durch den Aufbau des Sendelicht-Wellenleiters 4 bestimmt, d. h. hauptsächlich durch die Differenz der Brechungsindizes zwischen dem Kernabschnitt und dem Mantelabschnitt dieses Wellenleiters. Wenn der Divergenzwinkel des Sendelichts 11 größer als der Neigungswinkel Φ₁ der Stirnfläche 9 der Eintrittsfläche ist, wird ein Teil des an der Stirnfläche 9 der Eintrittsfläche reflektierten Lichts in den Empfangslicht-Wellenlei ter 5 eingekoppelt. Daher ist es bevorzugt, den Neigungswinkel Φ₁ größer als den Divergenzwinkel des Sendelichts 11 einzustellen, um diese Kopplung zu vermeiden.
Normalerweise kann der Divergenzwinkel des Sendelichts nicht allzu klein eingestellt werden, und er beträgt einige 10°. Daher ist es bevorzugt, den Neigungswinkel Φ₁ der Stirnfläche 9 der Eintrittsfläche nicht kleiner als den Divergenzwinkel zu machen. Wenn jedoch der Neigungswinkel Φ₁ größer eingestellt wird, nimmt auch die Reflexion des Sendelichts 11 an der Stirnfläche 9 der Eintrittsfläche zu, was zu einer Beeinträchtigung der Lichtnutzung führt. Daher existiert eine Grenze beim Einstellen des Neigungswinkels Φ₁ auf einen größeren Wert. Darüber hinaus ist dann, wenn das Sendelicht 11 divergierendes Licht ist, die Fläche des Bereichs, auf den das Sendelicht 11 auf der Stirnfläche 9 der Eintrittsfläche der optischen Faser 1 fällt, größer als die Stirnfläche 8 auf der Lichtemissionsseite der Sendelicht-Wellenleiter 4. Wenn hierbei versucht wird, den Kopplungswirkungsgrad für das Sendelicht 11 zu erhöhen, ist es bevorzugt, unter Berücksichtigung der Divergenz des Sendelichts 11, die Position des Sendelicht-Wellenleiters 4 entsprechend der Divergenz näher an die Lichtachse der Faser 1 zu bringen. Jedoch verengen derartige Einstellungen die Breite (die Länge in der Richtung rechtwinklig zur Richtung der Lichtachse) des Sendelicht-Wellenleiters 5, was zu einer entsprechenden Verringerung des Kopplungswirkungsgrads des Empfangslichts 12 führt.
Um das obige Problem zu vermeiden, ist, wie es in 5 dargestellt ist, ein Linsenabschnitt (Konvergiereinrichtung) 4a, der aus einer Konvexlinse besteht, an der Stirnfläche 8 auf der Lichtemissionsseite des Sendelicht-Wellenleiters 4 angebracht. Dieser Linsenabschnitt 4a ermöglicht es, den Divergenzwinkel des von der Stirnfläche 8 auf der Lichtemis sionsseite abgestrahlten Sendelichts 11 zu verringern und auch das Sendelicht 11 auf die Stirnfläche 9 der Lichteintrittsfläche zu konvergieren. Demgemäß kann der Lichtwirkungsgrad verbessert werden, da der Neigungswinkel Φ₁ der Stirnfläche 9 der Lichteintrittsfläche der Faser 1 kleiner eingestellt ist.
Insbesondere dann, wenn das Sendelicht 11 durch den Linsenabschnitt 4a konvergiert wird, um den Öffnungswinkel Φ (Winkel zwischen einem durch den Außenrand des Linsenabschnitts 4a laufenden Lichtstrahl und der Lichtachse) kleiner als den Neigungswinkel Φ₁ der optischen Faser 1 zu machen, ist es möglich zu verhindern, dass das Reflexionslicht an der Stirnfläche 9 der Lichteintrittsfläche der Faser 1 in den Empfangslicht-Wellenleiter 5 eingekoppelt wird. Da der Öffnungswinkel Φ durch Formungsvorgänge des Linsenabschnitts 4a in einem großen Bereich eingestellt werden kann, kann der Neigungswinkel Φ₁ dadurch noch kleiner gemacht werden, dass der Öffnungswinkel Φ geeignet eingestellt wird.
Obwohl es etwas zeitaufwendige Arbeiten benötigt, den Linsenabschnitt 4a an der Stirnfläche 8 auf der Lichtemissionsseite des Sendelicht-Wellenleiters 4 als Kugelfläche auszubilden, ist es nur erforderlich zu verhindern, dass Reflexionslicht an der Stirnfläche 9 der Lichteintrittsfläche der Faser 1 auf den Empfangslicht-Wellenleiter 5 fällt, der in der X-Richtung (Richtung rechtwinklig zur Mittelachse der optischen Faser 1) in Bezug auf den Sendelicht-Wellenleiter 4 ausgerichtet ist. Aus diesem Grund kann eine Zylinderlinse mit konvexer Fläche nach außen nur in der Richtung X, mit Linseneffekten (Lichtkonvergiereffekt) in der Richtung X, als Linsenabschnitt 4a der Stirnfläche 8 auf der Lichtemissionsseite verwendet werden.
Ein Linsenabschnitt 4a, der als derartige Zylinderlinse aus gebildet ist, kann auf einfache Weise wie folgt hergestellt werden: beim Herstellen des Sendelicht-Wellenleiters 4 und des Empfangslicht-Wellenleiters 5 wird ein Teil des Musters einer zur Strukturierung verwendeten Maske, d. h. ein der Stirnfläche 8 auf der Lichtemissionsseite entsprechender Teil, mit nach außen konvexer Form ausgebildet. Hinsichtlich der Faser 1 kann eine optische Multimodefaser oder eine optische Kunststofffaser verwendet werden. Insbesondere ist, da optische Kunststofffasern größere Kerndurchmesser von 0,2 bis 1,0 mm aufweisen, einfache Positionierung beim Herstellen von Verbindungen zum Sendelicht-Wellenleiter 4 und zum Empfangslicht-Wellenleiter 5 möglich, und die Herstellkosten für derartige Fasern sind gering.
Um den Kopplungswirkungsgrad von der Faser 1 in den Empfangslicht-Wellenleiter 5 zu erhöhen, werden, da es bevorzugt ist, die Kernquerschnittsgröße des Empfangslicht-Wellenleiters 5 zu erhöhen, hochpolymere Materialien, die einfache Herstellung dicker Filme ermöglichen, vorzugsweise für das Kernmaterial des Empfangslicht-Wellenleiters 5 verwendet. Hinsichtlich des Kernmaterials des Sendelicht-Wellenleiters 4 ist der zulässige Versatzbereich um so größer, je kleiner dessen Größe im Vergleich zum Kern 1a der Faser 1 ist. Aus diesem Grund ist es bevorzugt, den Sendelicht-Wellenleiter 4 so dünn wie möglich zu machen und den Empfangslicht-Wellenleiter 5 so dick wie möglich zu machen.
Hierbei werden der Sendelicht-Wellenleiter 4 und die Faser 1 so zueinander positioniert, dass das Sendelicht an einer Position nahe dem Umfang des Kerns 1a mit runder Form in einer Schnittfläche rechtwinklig zur Lichtachsenrichtung der Faser 1, d. h. an einer Position nahe dem den Umfang des Kerns 1a bedeckenden Mantel 1b, entfernt von der Mittelachse des Kerns 1a, in den Kern 1a eingekoppelt wird; demgemäß ist, da die Lichtempfangsfläche des Empfangslicht-Wellenleiters 5 größer gemacht werden kann, der Kopplungswirkungsgrad von der Faser 1 in diesem Wellenleiter verbessert.
Zusätzlich zum Reflexionslicht von der Stirnfläche 9 der Lichteintrittsfläche der Faser 1 fallen Lecklicht des durch den Sendelicht-Wellenleiter 4 übertragenen Sendelichts, Lecklicht betreffend das Ausgangslicht des Halbleiterlasers 2 auf die Photodiode 3, was zu einer Beeinträchtigung des S/R-Verhältnisses in einem elektrischen Signal (Datensignal) führt, das aus dem Empfangslicht aus dem Empfangslicht-Wellenleiter 5 wiedergegeben wird.
Um dieses Problem zu überwinden, sind bei der Erfindung, wie es in 4 dargestellt ist, eine obere Mantelschicht 19 und ein Lichtabschirmungsfilm 20 vorhanden, die die Seitenwände und den oberen Teil des Empfangslicht-Wellenleiters 5 bedecken um zu verhindern, dass das oben genannte Lecklicht auf die Photodiode 3 fällt, die eng benachbart dazu auf dem Substrat 16 angebracht ist. Unter Verwendung einer derartigen Mantelschicht 19 und eines Lichtabschirmungsfilms 20 wird Licht nur von der Eintrittsstirnfläche 10, die die Stirnfläche auf der Kopplungsseite in die Faser 1 ist, eingekoppelt, und es ist möglich, den Lichteinfall aus anderen Abschnitten zu verhindern.
Darüber hinaus sind die Seitenwände und die oberen Teile (d. h. die Stirnfläche auf der Seite entgegengesetzt zum Substrat 16) des Sendelicht-Wellenleiters 4 und des Überwachungslicht-Wellenleiters 6 mit dem Lichtabschirmungsfilm 20 hinsichtlich anderer Teile als der Stirnfläche auf der Kopplungsseite für den Halbleiterlaser und der Stirnfläche auf der Kopplungsseite für die Faser bedeckt; demgemäß können die Einflüsse von Lecklicht durch diesen Lichtabschirmungsfilm 20 weiter verringert werden. Demgemäß ermöglicht es das Anbringen des Lichtabschirmungsfilms 20, das S/R-Verhältnis weiter zu verbessern.
Beim erfindungsgemäßen Modul 21 sind auf dem Substrat 16, in dem die Überwachungsphotodiode 7 und die Lichtempfangsphotodiode 3 auf eingebettete Weise ausgebildet sind, der Halbleiterlaser 2, der Sendelicht-Wellenleiter 4 und der Empfangslicht-Wellenleiter 5 unter Verwendung eines Halbleiterprozesses integriert. Daher erzielt die obige Anordnung im Vergleich mit herkömmlichen optischen Kommunikationsmodulen, die durch Zusammenbauen einzelner Teile mit beträchtlicher Sperrigkeit, die gesondert hergestellt wurden, beachtliche Miniaturisierung und Massenherstellbarkeit zu geringen Kosten.
(ZWEITES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL)
Unter Bezugnahme auf 6 erörtert die folgende Beschreibung eine bidirektionale Übertragungsstrecke gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Diese Übertragungsstrecke unterscheidet sich von der des ersten Ausführungsbeispiels dahingehend, dass die gesamte Stirnfläche der optischen Faser 1, die dem Modul 21 zugewandt ist, als kegelförmige Endfläche 14 ausgebildet ist; jedoch ist die andere Anordnung dieselbe wie beim ersten Ausführungsbeispiel. Daher sind diejenigen Elemente, die dieselben Funktionen wie beim ersten Ausführungsbeispiel aufweisen, mit denselben Bezugszahlen gekennzeichnet, und eine zugehörige Beschreibung wird weggelassen.
Bei einer derartigen kegelförmigen Stirnfläche 14 fällt die Mittelachse z. B. mit der Mittelachse der Faser 1 zusammen, so dass selbst dann, wenn ein Teil des Sendelichts 11 vom Sendelicht-Wellenleiter 4 reflektiert wird, verhindert werden kann, dass Reflexionslicht 13 Streulicht bildet. Daher verfügt die kegelförmige Stirnfläche 14 an der Stirnfläche 9 der Lichteintrittsfläche auf dieselbe Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel über einen Neigungswinkel Φ₁, und selbst wenn ein Teil des Sendelichts 11 vom Sendelicht-Wellenleiter 4 reflektiert wird, ist es möglich, dass das Reflexionslicht 13 Streulicht bildet.
Hierbei besteht beim ersten Ausführungsbeispiel ein Problem dahingehend, dass dann, wenn die optische Faser 1 zentriert zu ihrer Mittelachse gedreht wird, das Reflexionslicht 13 von der Stirnfläche 9 der Lichteintrittsfläche für das Sendelicht 11 vom Sendelicht-Wellenleiter 4 als Streulicht auf den Empfangslicht-Wellenleiter 5 fällt. Dies führt zu zeitaufwendigen Arbeiten des Verbindens der Faser 1 mit dem Modul 21, während die Neigungsrichtung der Stirnfläche 9 der Lichteintrittsfläche der Faser 1 berücksichtigt wird.
Jedoch wird bei der kegelförmigen Stirnfläche 14 selbst dann, wenn die Faser 1 gedreht wird, der Neigungswinkel der Stirnfläche 9 der Lichteintrittsfläche, auf die das Sendelicht 11 fällt, konstant gehalten, so dass an der Stirnfläche 9 der Lichteintrittsfläche keine Änderung der Richtung des Reflexionslichts 13 auftritt.
Demgemäß ermöglicht es das zweite Ausführungsbeispiel zu verhindern, dass Reflexionslicht in den Empfangslicht-Wellenleiter 5 eintritt, und zwar unabhängig von der verdrehbaren Fixierungsposition zwischen dem Modul 21 und der Faser 1; daher können die Faser 1 und das Modul 21 miteinander verbunden werden, ohne dass die Neigungsrichtung der Stirnfläche 9 der Lichteintrittsfläche zu berücksichtigen ist, und demgemäß können die zur Verbindungsherstellung erforderlichen Arbeiten verringert werden.
(DRITTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL)
Unter Bezugnahme auf die 7, 8 und 13 erörtert die folgende Beschreibung eine bidirektionale optische Übertragungsstrecke gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Wie es in den 7 und 13 dargestellt ist, verläuft die Stirnfläche 15 der optischen Faser 1, die dem Sendelicht-Wellenleiter 4 und dem Empfangslicht-Wellenleiter 5 zugewandt ist, rechtwinklig zur Mittelachse der Faser 1, während die Lichtachse des Sendelichts 11 vom Sendelicht-Wellenleiter 4 so eingestellt ist, dass sie in Bezug auf die Mittelachse der optischen Faser 1 geneigt ist; demgemäß ist es selbst dann, wenn ein Teil des Sendelichts 11 vom Sendelicht-Wellenleiter 4 an der Stirnfläche 9 der Lichteintrittsfläche der Faser 1 reflektiert wird, möglich zu verhindern, dass das Reflexionslicht 13 als Streulicht auf den Empfangslicht-Wellenleiter 5 fällt. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich in diesem Punkt vom ersten Ausführungsbeispiel.
Die andere Anordnung ist dieselbe wie beim ersten Ausführungsbeispiel, weswegen die Elemente mit denselben Funktionen wie beim ersten Ausführungsbeispiel mit denselben Bezugszahlen gekennzeichnet sind und die zugehörige Beschreibung weggelassen ist.
Beim dritten Ausführungsbeispiel ist der Winkel Φ₂ zwischen der Lichtachse des Sendelichts 11 vom Sendelicht-Wellenleiter 4 und der Mittelachse der Faser 1 so eingestellt, dass das Reflexionslicht 13 des Sendelichts 11 an der Stirnfläche 9 der Lichteintrittsfläche nicht in den Empfangslicht-Wellenleiter 5 fällt; daher wird, auf dieselbe Weise wie beim zweiten Ausführungsbeispiel, selbst dann, wenn die Faser 1 gedreht wird, der Neigungswinkel für das Sendelicht 11 an der Stirnfläche 9 der Eintrittsfläche, auf die das Sende licht fällt, konstant gehalten, so dass an der Stirnfläche 9 der Lichteintrittsfläche keine Änderung der Richtung des Reflexionslichts 13 auftritt.
Darüber hinaus besteht beim dritten Ausführungsbeispiel die Möglichkeit, da die optische Achse des Sendelichts 11 in Bezug auf die Mittelachse der Faser 1 geneigt sein kann, dass das Sendelicht 11 nicht in die Faser 1 eingekoppelt wird, wenn zwischen der Stirnfläche 8 auf der Lichtemissionsseite des Sendelicht-Wellenleiters 4 und der Stirnfläche 9 der Lichteintrittsfläche der Faser 1 ein großer Abstand besteht. Daher ist es beim dritten Ausführungsbeispiel bevorzugt, den Abstand zwischen der Stirnfläche 8 auf der Lichtemissionsseite und der Stirnfläche 9 der Lichteintrittsfläche so klein wie möglich zu halten, so dass die Lichtmittelachse des Sendelichts 11 auf die Stirnfläche 9 der Lichteintrittsfläche innerhalb des Bereichs des Kerns 1a fällt.
Als Nächstes erfolgt unter Bezugnahme auf die 8(a) bis 8(g) eine Erläuterung zu einem Herstellverfahren für das Modul 21 der obigen Ausführungsbeispiele. Diese 8(a) bis 8(g) sind Schnittansichten, die jeweilige Schritte eines Herstellprozesses für den Sendelicht-Wellenleiter veranschaulichen. Der Empfangslicht-Wellenleiter wird gleichzeitig mit derselben Abfolge von Prozessschritten hergestellt.
Wie es in 8(a) dargestellt ist, werden eine Photodiode, die Monitorphotodiode 7 und eine Signalerfassungsschaltung zur Verwendung bei diesen, die nicht dargestellt ist, unter Verwendung eines Halbleiter-Herstellprozesses auf einem Substrat 16 hergestellt. Anschließend wird darauf eine Pufferschicht 17 für einen optischen Wellenleiter hergestellt. Hinsichtlich des Materials für diese Pufferschicht 17 kann z. B. SiO₂ verwendet werden, das einen Brechungsindex unter demjenigen eines Kernmaterials aufweist, das später be schrieben wird. Die Oberfläche der Pufferschicht 17 wird durch Polieren geglättet.
Als Nächstes werden, wie es durch 8(b) veranschaulicht ist, Photolithographie- und ähnliche Prozesse ausgeführt, um die Pufferschicht 17 auf den Photodioden 3 und 7 und einer Anbringungsposition 2a für einen später zu positionierenden Halbleiterlaser 2 zu entfernen.
Dann wird, wie es durch 8(c) veranschaulicht ist, eine Lichtsende-Kunststoffschicht 18, die als Kern für den Lichtwellenleiter dient, auf dem Substrat 16 und der Pufferschicht 17 hergestellt. Z. B. kann als Material für diese Kunststoffschicht 18 Polyimid verwendet werden, und die Dicke der Kunststoffschicht 18 wird z. B. auf ungefähr 100 μm eingestellt.
Als Nächstes werden, wie es durch 8(d) veranschaulicht ist, Photolithographie- und Ätzprozesse so ausgeführt, dass die Kunststoffschicht 18 aus Zwischenraumabschnitten 18b mit Ausnahme des Sendelicht-Wellenleiters, des Empfangslicht-Wellenleiters und des Monitorwellenleiters für vom Halbleiterlaser emittiertes Licht entfernt wird. Hinsichtlich des Ätzverfahrens kann reaktives Ionenätzen und Ätzen mit einem Excimerlaser verwendet werden.
Danach wird, wie es durch 8(e) veranschaulicht ist, auf der restlichen Kunststoffschicht 18, der Anbringungsposition 2a für den Halbleiterlaser und der Pufferschicht 17 eine obere Mantelschicht 19 hergestellt, und auf dieser wird ferner ein Lichtabschirmungsfilm 20 hergestellt. Hinsichtlich des Materials für die obere Mantelschicht 19 kann z. B. SiO₂, das einen kleineren Brechungsindex als das Kernmaterial aufweist, verwendet werden. Hinsichtlich des Materials für den Lichtabschirmungsfilm 20 kann z. B. Aluminium ver wendet werden, das Lichtabschirmungseigenschaften durch Lichtreflexion zeigt.
Als Nächstes werden, wie es durch 8(f) dargestellt ist, Photolithographie- und Ätzprozesse so ausgeführt, dass die Stirnfläche 2b auf der Halbleiterlaser-Kopplungsseite des Lichtwellenleiters, d. h. eine restliche Kunststoffschicht 18, die obere Mantelschicht 19 an der Stirnfläche 18a auf der Kopplungsseite der optischen Faser und die Lichtschirmungsschicht 20 jeweils entfernt werden.
Abschließend wird, wie es durch 8(g) veranschaulicht ist, der Halbleiterlaser 9 auf die Anbringungsposition 2a für den Halbleiterlaser gebondet, um dadurch den Sendelicht-Wellenleiter 4 fertigzustellen. Hierbei wird der Empfangslicht-Wellenleiter 5 auf dieselbe Weise wie dieser Sendelicht-Wellenleiter 4 hergestellt, d. h., sie können gleichzeitig unter Verwendung der oben genannten Halbleiter-Herstellprozesse hergestellt werden. Außerdem kann beim oben beschriebenen Modul die Herstellung der jeweiligen Schichten unter Verwendung verschiedener Verfahren ausgeführt werden, wie Sputterverfahren, CVD-Verfahren, Dampfabscheideverfahren und Schleuderbeschichtungsverfahren, was von den verwendeten Materialien abhängt.
Wie oben beschrieben, ist das erfindungsgemäße bidirektionale optische Kommunikationsbauteil mit einem Sendelicht-Wellenleiter und einem Empfangslicht-Wellenleiter, die zur bidirektionalen optischen Kommunikation verwendet werden, und einer Positionierungseinrichtung zum Positionieren des Sendelicht-Wellenleiter versehen, wobei der Sendelicht-Wellenleiter und der Empfangslicht-Wellenleiter optisch voneinander getrennt und die Lichtachse des Sendelichts so eingestellt ist, dass sie in Bezug zur Normalen auf der Stirnfläche der optischen Faser geneigt ist.
Daher beseitigt die obige Anordnung das Erfordernis teurer optischer Elemente, wie polarisierender Strahlteiler und Wellenlängenfilter, durch optisches Trennen des Sendelicht-Wellenleiters und des Empfangslicht-Wellenleiters voneinander, und sie führt bidirektionale optische Kommunikation gleichzeitig unter Verwendung einer einzelnen optischen Faser zu günstigen Kosten aus.
Bei diesem Bauteil ist die Querschnittsfläche in der Richtung rechtwinklig zur Lichtachse des Empfangslicht-Wellenleiters vorzugsweise so eingestellt, dass sie größer als die Querschnittsfläche in der Richtung rechtwinklig zur Lichtachse des Sendelicht-Wellenleiters ist.
Bei der obigen Anordnung ist die Breite (die Länge in der Richtung rechtwinklig zur Richtung der Lichtachse) des Empfangslicht-Wellenleiters, der mit dem Lichtemissionselement gekoppelt ist, verkleinert, so dass der mit dem Lichtempfangselement gekoppelte Empfangslicht-Wellenleiter breiter eingestellt ist, und die Position des Sendelicht-Wellenleiters ist gegenüber der Mittelachse der optischen Faser versetzt. Demgemäß ist es möglich, den Kopplungswirkungsgrad für Licht zu verbessern, das von der optischen Faser in den Empfangslicht-Wellenleiter einzukoppeln ist.
Beim obigen Bauteil ist die Lichtmittelachse des Sendelichts vorzugsweise so eingestellt, dass sie durch die Nähe des Kernaußenrands innerhalb des Kerns an der Stirnfläche der optischen Faser zum Übertragen von Signallicht verläuft.
Bei der obigen Anordnung ist die Position des Sendelicht-Wellenleiters gegenüber der Mittelachse der optischen Faser versetzt, so dass es möglich ist, den Kopplungswirkungsgrad für Licht zu verbessern, das aus der optischen Faser in den Empfangslicht-Wellenleiter einzukoppeln ist.
Das obige Bauteil ist vorzugsweise mit einer Lichtkonvergiereinrichtung versehen, um die Diffusion von Sendelicht vom Sendelicht-Wellenleiter zu verringern.
Bei der obigen Anordnung kann die Diffusion des vom Leiterpfad für Sendelicht emittierten Sendelichts durch die Lichtkonvergiereinrichtung verringert werden, da diese an der Stirnfläche auf der Seite der optischen Faser des Sendelicht-Wellenleiters vorhanden ist. Daher ist es möglich, den Kopplungswirkungsgrad für das Sendelicht zu verbessern, das vom Sendelicht-Wellenleiter zum Übertragen von Signallicht in die Faser zu koppeln ist.
Beim obigen Bauteil ist die Lichtkonvergiereinheit vorzugsweise als Linse konzipiert, die durch Formen der Lichtemissionsfläche für Sendelicht im Sendelicht-Wellenleiter zu einer gekrümmten Fläche hergestellt wird.
Bei der obigen Anordnung ist es möglich, da die Lichtkonvergiereinrichtung eine Linse ist, die durch Formen der Lichtemissionsfläche zu einer gekrümmten Fläche hergestellt wurde, die Lichtkonvergiereinrichtung auf einfache Weise herzustellen.
Beim obigen Bauteil ist die Lichtkonvergiereinrichtung vorzugsweise eine Zylinderlinse, die Lichtkonvergierfunktion in der Richtung zeigt, in der der Sendelicht-Wellenleiter und der Empfangslicht-Wellenleiter zueinander ausgerichtet sind.
Bei der obigen Anordnung ist es möglich, da die Lichtkonvergiereinrichtung als Zylinderlinse ausgebildet ist, die Lichtkonvergierfunktion in der Richtung zeigt, in der der Sendelicht-Wellenleiter und der Empfangslicht-Wellenleiter zueinander ausgerichtet sind, zeitaufwendige Arbeiten zum Herstellen mehrerer gekrümmter Flächen, als erforderlich sind, zu verringern. Daher ermöglicht es die obige Anordnung, die Lichtkonvergiereinrichtung einfacher herzustellen.
Darüber hinaus wird beim obigen Bauteil der Winkel, der durch die Lichtachse des durch die Lichtkonvergiereinrichtung konvergierten Sendelichts und die Normale auf der Fläche, auf die das Sendelicht auf der Stirnfläche der optischen Faser zum Übertragen von Signallicht gerichtet ist, vorzugsweise so eingestellt, dass er größer als der Öffnungswinkel des durch die Lichtkonvergiereinrichtung konvergierten Sendelichts ist.
Bei der obigen Anordnung ist der Winkel, der durch die Lichtachse des durch die Lichtkonvergiereinrichtung konvergierten Sendelichts und die Normale auf der Fläche, auf die das Sendelicht gerichtet ist, so konzipiert, dass er größer als der Öffnungswinkel des konvergierten Sendelichts ist, weswegen es möglich ist zu gewährleisten, dass der Sendelicht-Wellenleiter und der Empfangslicht-Wellenleiter optisch voneinander getrennt sind.
Darüber hinaus kann beim obigen Bauteil jeder der Kernabschnitte des Sendelicht-Wellenleiters und des Empfangslicht-Wellenleiters aus einem hochpolymeren Material hergestellt werden.
Bei der obigen Anordnung ermöglicht es die Anwendung eines hochpolymeren Materials beim Sendelicht-Wellenleiter und beim Empfangslicht-Wellenleiter, einfacher und zu geringen Kosten dicke Schichten des Sendelicht-Wellenleiters und des Empfangslicht-Wellenleiters herzustellen.
Ferner ist es beim obigen Bauteil bevorzugt, eine obere Man telschicht und einen Lichtabschirmungsfilm auf den jeweiligen Kernabschnitten des Sendelicht-Wellenleiters und des Empfangslicht-Wellenleiters herzustellen, um zu verhindern, dass Streulicht in das Lichtempfangselement eintritt.
Da bei der obigen Anordnung eine Pufferschicht und auch ein Lichtabschirmungsfilm auf dem Sendelicht-Wellenleiter und dem Empfangslicht-Wellenleiter hergestellt werden, ist es möglich zu verhindern, dass Licht aus dem Sendelicht-Wellenleiter in den Empfangslicht-Wellenleiter eintritt.
Das obige Bauteil ist vorzugsweise mit einem Siliziumsubstrat versehen, auf dem das Lichtempfangselement ausgebildet ist und auf das das Lichtemissionselement, der Sendelicht-Wellenleiter und der Empfangslicht-Wellenleiter integral zusammengebaut sind.
Bei der obigen Anordnung, bei der auf dem Siliziumsubstrat, in dem das Lichtempfangselement und eine Signalschaltung eingebaut sind, das Lichtemissionselement, der Sendelicht-Wellenleiter und der Empfangslicht-Wellenleiter einstückig zusammengebaut sind, z. B. Halbleiterprozesse verwendet werden, so dass Miniaturisierung und Massenherstellung zu geringen Kosten erzielt werden.
Wie oben beschrieben, ist die erfindungsgemäße bidirektionale optische Kommunikationsvorrichtung mit einer optischen Faser zum Senden von Signallicht und mit den oben genannten Bauteilen versehen, die optisch mit den jeweiligen Enden der Faser gekoppelt sind.
Bei dieser Anordnung ist es möglich, da der Sendelicht-Wellenleiter und der Empfangslicht-Wellenleiter optisch voneinander getrennt sind, das Erfordernis teurer optischer Elemente, wie polarisierender Strahlteiler und Wellenlängenfil ter, zu beseitigen und auch bidirektionale optische Kommunikationsvorgänge gleichzeitig unter Verwendung einer einzelnen optischen Faser zu geringen Kosten auszuführen.
Bei der obigen Vorrichtung ist vorzugsweise jede der Stirnflächen der optischen Faser so konzipiert, dass sie eine hypothetische Fläche (geneigt) schneidet, die rechtwinklig zur Lichtachse der optischen Faser verläuft.
Da bei der obigen Anordnung die Stirnflächen der optischen Faser so konzipiert sind, dass sie eine hypothetische Fläche schneiden, die rechtwinklig zur Lichtachse der Faser verläuft, ist es möglich, auf einfachere Weise optische Trennung zwischen dem Sendelicht-Wellenleiter und dem Empfangslicht-Wellenleiter zu gewährleisten.
Darüber hinaus ist bei der obigen Vorrichtung die Lichtachse des Sendelicht-Wellenleiter vorzugsweise so konzipiert, dass sie in Bezug auf die Lichtachse der optischen Faser geneigt ist.
Bei der obigen Anordnung ist es möglich, da die Lichtachse des Sendelicht-Wellenleiters so konzipiert ist, dass sie in Bezug auf die Lichtachse der Faser geneigt ist, zu gewährleisten, dass die optische Trennung zwischen dem Sendelicht-Wellenleiter und dem Empfangslicht-Wellenleiter einfacher erfolgt.
Bei der obigen Vorrichtung ist es bevorzugt, wenn die Lichtachse des Sendelicht-Wellenleiters so konzipiert ist, dass sie zur Lichtachse der Faser geneigt ist, den Abstand zwischen dem Sendelicht-Wellenleiter und der Faser so einzustellen, dass die Lichtmittelachse des Sendelichts durch das Innere des Kerns an der Stirnfläche der optischen Faser verläuft.
Bei der obigen Anordnung ermöglicht es das Einstellen des Abstands ferner zu gewährleisten, dass Signallicht vom Sendelicht-Wellenleiter in die Faser eingekoppelt wird, wodurch das Übertragen von Signallicht stabiler gemacht werden kann.
Bei der obigen Vorrichtung ist es bevorzugt, die Endfläche der optischen Faser so zu konzipieren, dass sie kegelförmig ist.
Wenn bei der obigen Anordnung die Stirnfläche der optischen Faser so konzipiert ist, dass sie kegelförmig ist, ist es möglich, optische Trennung zwischen dem Sendelicht-Wellenleiter und dem Empfangslicht-Wellenleiter unter Verwendung einfacherer Prozesse zu erzielen, wobei selbst dann, wenn die optische Faser um ihre Mittelachse gedreht wird, optische Trennung zwischen dem Sendelicht-Wellenleiter und dem Empfangslicht-Wellenleiter aufrechterhalten werden kann, was es ermöglicht, den Befestigungsprozess der optischen Faser am Sendelicht-Wellenleiter und am Empfangslicht-Wellenleiter zu vereinfachen.
Darüber hinaus ist es bei der obigen Vorrichtung bevorzugt, als optische Faser eine Kunststofffaser zu verwenden.
Wenn bei der obigen Anordnung eine optische Kunststofffaser als optische Faser verwendet wird, ist es möglich, den Kerndurchmesser der Faser zu erhöhen und demgemäß die Lichtachseneinstellung (Positionierungseinstellung beim Befestigen) zwischen der Faser und dem Sendelicht-Wellenleiter sowie dem Empfangslicht-Wellenleiter einfacher auszuführen.

Claims

Bidirektionales optisches Kommunikationsbauteil mit: – einem Lichtemissionselement (2) zum Erzeugen von Signallicht entsprechend einem Datensignal; – einem Lichtempfangselement (3) zum Empfangen des Signallichts und zum Erzeugen eines diesem entsprechenden Datensignals; – einem Sendelicht-Wellenleiter (4) zum Abstrahlen von Sendelicht, das das Signallicht vom Lichtemissionselement ist, auf eine sich außerhalb befindliche optische Faser; – einem Empfangslicht-Wellenleiter (5) zum Führen von Empfangslicht, das Signallicht von der außerhalb befindlichen optischen Faser ist; und – einer Positionierungseinrichtung (22, 23) zum Positionieren des Sendelicht-Wellenleiters, des Empfangslicht-Wellenleiters und der optischen Faser, um diese optisch miteinander zu verbinden; dadurch gekennzeichnet, dass der Sendelicht-Wellenleiter und der Empfangslicht-Wellenleiter optisch voneinander getrennt sind und die Lichtachse des Sendelichts (11) durch die Positionierungseinrichtung so eingestellt ist, dass sie in Bezug auf die Normale auf der Stirnfläche (9) der optischen Faser geneigt (Φ₁) ist.
Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche in der Richtung rechtwinklig zur Lichtachse des Empfangslicht-Wellenleiters (5) so eingestellt ist, dass sie größer als die Querschnittsfläche in der Richtung rechtwinklig zur Lichtachse des Sendelicht-Wellenleiters (4) ist.
Bauteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtmittelachse des Sendelichts (11) vorzugsweise so eingestellt ist, dass sie an der Stirnfläche (9) der optischen Faser (1) zum Übertragen von Sendelicht durch die Nähe eines Kernaußenrands innerhalb des Kerns der Faser verläuft.
Bauteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lichtkonvergiereinrichtung zum Verringern der Diffusion des vom Sendelicht-Wellenleiter (4) empfangenen Lichts vorhanden ist.
Bauteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtkonvergiereinrichtung als Linse ausgebildet ist, die durch Formen der Lichtemissionsfläche des Sendelicht-Wellenleiters (4) für das Sendelicht zu einer gekrümmten Fläche (4a) ausgebildet ist.
Bauteil nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtkonvergiereinrichtung als Zylinderlinse ausgebildet ist, die Lichtkonvergierfunktion in der Richtung zeigt, in der der Sendelicht-Wellenleiter (4) und der Empfangslicht-Wellenleiter (5) zueinander ausgerichtet sind.
Bauteil nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel zwischen der Lichtachse des durch die Lichtkonvergiereinrichtung konvergierten Sendelichts (11) und der Normalen auf der Fläche, auf die das Sendelicht gerichtet ist, so konzipiert ist, dass er größer als der Öffnungswinkel (φ) des konvergierten Sendelichts ist.
Bauteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Kernabschnitte des Sendelicht-Wellenleiters (4) und des Empfangslicht-Wellenleiters (5) aus einem Polymermaterial besteht.
Bauteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine obere Mantelschicht (19) und eine Lichtabschirmungsschicht (20), die Streulicht am Eintreten in das Lichtempfangselement (3) hindern, auf jedem der Kernabschnitte des Sendelicht-Wellenleiters (4) und des Empfangslicht-Wellenleiters (5) vorhanden sind.
Bauteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es mit einem Siliziumsubstrat (16) versehen ist, auf dem das Lichtempfangselement (3) ausgebildet ist und auf dem das Lichtemissionselement (2), der Sendelicht-Wellenleiter (4) und der Empfangslicht-Wellenleiter (5) integral aufgebaut sind.
Bidirektionale optische Kommunikationsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass sie an den beiden Enden einer optischen Faser (1) zum Multimodeübertragen von Signallicht jeweils ein bidirektionales optisches Kommunikationsbauteil gemäß einem der vorstehenden Ansprüche aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Stirnflächen (9) der optischen Faser (1) so konzipiert ist, dass sie eine hypothetische Fläche schneidet, die rechtwinklig zur Lichtachse der optischen Faser verläuft.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtachse des Sendelicht-Wellenleiters (4) so konzipiert ist, dass sie in Bezug auf die Lichtachse der optischen Faser (1) geneigt (Φ₁) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem Sendelicht-Wellenleiter (4) und der optischen Faser (1) so eingestellt ist, dass die Lichtmittelachse des Sendelichts (11) an der Stirnfläche (9) der optischen Faser durch das Innere des Kerns verläuft.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnfläche (9) der optischen Faser (1) so konzipiert ist, dass sie kegelförmig ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Faser (1) eine optische Kunststofffaser ist.