DE69525701T2

DE69525701T2 - Integrierter optoelektronischer Verbund und Stecker

Info

Publication number: DE69525701T2
Application number: DE69525701T
Authority: DE
Inventors: Takuhiro Tani; Toshikazu Uchida
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1994-09-28
Filing date: 1995-09-27
Publication date: 2002-11-21
Anticipated expiration: 2015-09-28
Also published as: JPH08179171A; US5535296A; EP1143278A3; EP0704732B1; US5687267A; EP1143278B1; DE69525701D1; DE69535291T2; EP0704732A1; JP3143051B2; EP1143278A2; JP3329797B2; DE69535291D1; JP2001141969A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Optoelektronik und insbesondere einen integrierten Koppler zum Koppeln von Laserdioden oder Photodetektoren an Lichtleitfasern.
Die optische Verbindung von elektronischen Daten und Kommunikationssystemen ist von großer Bedeutung, da sie die Verwendung kleiner leichter Kabel mit hoher Übertragungskapazität über lange Übertragungsstrecken und die Unempfindlichkeit gegenüber elektromagnetischem Rauschen ermöglicht - im Gegensatz zu elektrischen Kabeln mit metallischen Leitern. Mögliche Anwendungsbeispiele sind u. a. Telefonleitungen, Fernsehkabeldienste und die Verbindung von Subsystemen in großen Computerarchitekturen in unterschiedlichen Hierarchien von Einheiten, z. B. Chip-an-Chip, Platine-an-Platine, Baugruppenrahmen-an-Baugruppenrahmen und Verbindungen zwischen Schaltschränken.
Lichtleitfasern sind kontinuierliche Längen an fein gezogenem, hochtransparentem Glasmaterial, das Licht über lange Distanzen übertragen kann. Lichtleitfasern müssen Grenzflächen zu den elektronischen Schaltungen aufweisen, die die von den Fasern übertragenen elektrischen Signale erzeugen und verarbeiten. Am Senderende steuern die elektronischen Schaltungen Licht aussendende Halbleiter wie z. B. Laserdioden an, die in die Lichtleitfasern eingespeiste Lichtimpulse erzeugen. Am Empfangsende werden die von den Lichtleitfasern übertragenen Lichtsignale auf Photodetektoren geleitet, die zwecks Weiterverarbeitung durch elektronische Empfangsschaltkreise die optischen Signale, d. h. Lichtsignale, in ein elektrisches Signal umwandeln.
Typischerweise bestehen Lichtleitfaser-Übertragungsleitungen aus Bündeln solcher Fasern zum Übertragen paralleler Daten. Daten werden jeder Lichtleitfaser durch ein korrespondierendes Licht aussendendes Element eingespeist, das elektrisch moduliert ist, sodass der Lichtausgang einem elektrischen Signaleingang entspricht. Die Licht aussendenden Elemente sind typischerweise auf einem einzelnen Halbleiterchip wie z. B. einer Laserdioden-Anordnung gebildet, der z. B. zwölf voneinander unabhängige Laserdiodenemitter aufweisen kann, die entlang einer Linie auf einer gemeinsamen Fläche des Chips voneinander beabstandet sind. Die einzelnen Laserdioden der Anordnung sind eng aneinander angeordnet, und jede von ihnen strahlt einen Lichtkegel aus. Die Kegel breiten sich aus und beginnen in kurzer Entfernung vom Laserchip einander zu überlappen. Um Crossover und Interferenz zwischen den optischen Signalen zu vermeiden, müssen die Laserdiodenemitter nahe den Endflächen der Lichtleitfasern, die die optische Übertragungsleitung umfassen, positioniert sein. Der enge Abstand zwischen den Laserdiodenemittern, die mit dem kleinen Durchmesser der Faserendflächen und den noch kleineren Kerndurchmessern gekoppelt sind, erfordern eine präzise Ausrichtung der Diodenanordnung in Bezug auf die Lichtleitfaserhalterung, sodass eine maximale Menge an Laserlicht den korrespondierenden Lichtleitfaserkern beleuchtet. Eine Fehlausrichtung zwischen der Laserdiode und dem Faserkern führt zu verschwendeter Laserleistung und folglich zu einer Schwächung des übertragenen Lichtsignals. Die korrekte Ausrichtung der Laserdiodenanordnung ist besonders wichtig, wenn Einmoden-Lichtleitfasern verwendet werden, da diese Fasern einen sehr kleinen Kerndurchmesser aufweisen. Mehrmoden-Lichtleitfaserkerne besitzen einen deutlich größeren Durchmesser, und die Ausrichtung der Laserdiodenanordnung ist in einem solchen Fall einfacher.
Damit das Potenzial optoelektronischer Kommunikation voll ausgeschöpft wird, muss die Anordnung der optoelektronischen Komponenten verbessert werden, insbesondere die Baugruppen zur Bildung der Schnittstelle zwischen den elektrischen und optischen Abschnitten des Systems. Insbesondere sind Verbesserungen hinsichtlich der Montage der Licht aussendenden Geräte und Photodetektor-Vorrichtungen sowie ihrer Kopplung an die Lichtleitfasern erforderlich, um die Wirksamkeit und Zuverlässigkeit der optoelektronischen Verdrahtungen zu erhöhen und die Kosten aktueller Baugruppen zu senken, die auf diskreten, präzisionsgefertigten Komponenten basieren, kostspielige, arbeitsintensive aktive Ausrichtung erfordern und inadäquate thermische und mechanische Stabilität bieten.
Eine Art eines weit verbreiteten Lichtleitfaser-Steckverbinders - die so genannten MT- Steckverbinder (mechanisch transferierbar) - besitzt eine Lichtleitfaserhalterung, in der die Fasern in Kanälen eingeschlossen sind, die zwischen einem oberen und einem unteren Substrat definiert sind. Typischerweise besitzt ein Substrat eine von parallelen Rillen durchsetzte Oberfläche, wobei jede Rille einen V-förmigen Querschnitt aufweist. Eine flache Oberfläche des anderen Substrats stößt mit der gerillten Oberfläche zusammen, um zwischen den zwei Substraten parallele Kanäle mit dreieckigem Querschnitt zu definieren. Ein Faserband oder -kabel, das eine oder mehrere Lichtleitfasern enthält, ist zwischen den zwei Substraten festgeklemmt, und einzelne Fasern erstrecken sich aus dem Kabel oder Band innerhalb korrespondierender Kanäle und enden an einer gemeinsamen ebenen Fläche, die durch die zwei Substrate definiert ist, wobei die Faserenden entlang einer geraden Linie (gebildet durch die Stoßstelle der zwei Substrate) angeordnet sind. Jede Lichtleitfaser besitzt einen durch einen Mantel umgebenen, Licht aussendenden Kern. Der Faserdurchmesser beträgt normalerweise einschließlich des Mantels 125 um. Der Kerndurchmesser beträgt 62,5 um für Multimodenfasern und nur 10 um für Einmodenfasern. Die Innendimensionen der dreieckigen Kanäle werden innerhalb sehr enger Toleranzgrenzen gehalten, sodass im Querschnitt die zylindrischen Fasern tangentialen Kontakt mit dem Mittelpunkt jeder Seitenfläche des Kanals herstellen. Die Faserenden sowie die gemeinsame ebene Fläche der Substrate sind stark poliert und flach, um den engen physischen Kontakt mit einer zweiten ähnlichen Halterung zu erleichtern, damit die optische Verbindung zwischen zwei Längen von Faseroptikkabeln geschaffen werden kann. Die Ausrichtung der Faserenden zwischen den zwei Steckverbindern wird durch präzise gefertigte Führungsstifte auf einem Steckverbinder sichergestellt, die mit ebenso präzise gefertigten Führungslöchern im anderen Steckverbinder zusammenpassen. Diese Art von Lichtleitfasersteckverbindern ist bei NGK aus Japan, wobei die zwei Substrate aus keramischem Material bestehen, und in einer Präzisions-Kunststoffversion von US Conec Ltd. aus Hickory, North Carolina, USA, erhältlich.
Die aktuelle technische Praxis sieht vor, die Licht aussendenden Elemente und Photodetektor-Elemente getrennt von der Lichtleitfaserhalterung oder dem Steckverbinder auf einer Unter-Halterung zu montieren, die Teil der optoelektronischen Einheit ist, die die Sende/Empfangselektronik enthält. Der Lichtleitfaser-Steckverbinder steht in mechanischem Eingriff mit dem Gehäuse der optoelektronischen Einheit und wird mittels Ausrichtstiften oder anderer mechanischer Behelfe in Ausrichtung mit dem Photoemitter oder -detektor gehalten. Solche Konstruktionen erfordern typischerweise aktive Ausrichtung, d. h. die Laserdiode wird mit Energie versorgt und eingestellt, bis die Lichtleistung der Lichtleitfasern maximiert ist. Optoelektronische Kopplungen und Steckverbinder des Stands der Technik, die auf einer Kombination struktureller Materialien mit unterschiedlichen Wärmedehnungskoeffizienten basieren, weisen häufig thermische Instabilitäten auf. Wenn sich unterschiedliche Teile einer Kopplung oder eines Steckverbinders mit unterschiedlichen Raten bei Temperaturveränderungen ausdehnen, kann die optische Ausrichtung zwischen dem Licht aussendenden Gerät und den Lichtleitfasern in Mitleidenschaft gezogen werden, wodurch die Energie, die durch das Licht aussendende Gerät auf die Lichtleitfasern übertragen wird, geschwächt und in extremen Fällen die optoelektronische Verbindung getrennt wird.
Es ist eine optoelektronische Kopplung mit thermisch stabiler und mechanisch abhängiger integrierter Montage der Laserdiode / des Photodetektors und der Lichtleitfaserhalterung auf einer gemeinsamen Basis erforderlich. Bemühungen in dieser Richtung führten in der Vergangenheit zu Laborprototypen mit Technologien, die sich als prohibitiv teuer und unpraktisch für die Fertigung in kommerziellen Mengen herausstellten. In einer derartigen Anstrengung wurden einige parallele Rillen chemisch in die Oberfläche einer Siliziumbasis geätzt und Lichtleitfasern in den Rillen verlegt und mit Klebstoff befestigt. Die Rillentiefe war solcherart, dass nur der Fasermantel unterhalb der Siliziumoberfläche lag und die Faserkerne über der Oberfläche blieben. Eine Laserdiodenanordnung war auf der Siliziumbasis ausgerichtet montiert, um die Endflächen der Lichtleitfaserkerne zu beleuchten. Energie wurde der Laserdiode durch Metallfilmelektroden zugeführt, die auf der Silziumbasis positioniert und mittels Drahtbonding mit korrespondierenden Elektroden der Laserdiode verbunden sind.
Diese Baugruppe, die unter Laborbedingungen recht gut funktioniert, ist für kommerzielle Anwendungen ungeeignet. Erstens ist die chemische Ätztechnologie, die zur Herstellung der präzise dimensionierten Rillen erforderlich ist, sehr schwierig zu steuern, und außerdem handelt es sich um ein teures, für die kommerzielle Produktion unpassendes Verfahren. Ferner besitzt Silizium einen recht hohen Wärmedehnungskoeffizienten, was die Baugruppe thermisch instabil macht, und weist eine unzureichende mechanische Festigkeit zum praktischen Einsatz in Steckverbinderanwendungen auf.
Es besteht nach wie vor die Notwendigkeit, einen kommerziell einsetzbaren und nicht zu kostenintensiven integrierten optoelektronischen Koppler und Steckverbinder mit guter thermischer Stabilität, zufrieden stellender mechanischer Festigkeit und günstigen elektrischen Eigenschaften zu entwickeln.
Die unten geoffenbarte Erfindung erfüllt diese Erwartung, indem sie einen optoelektronischen Koppler bereitstellt, der die integrierte, optisch gekoppelte Montage Licht aussendender Geräte/Photodetektoren und Lichtleitfasern vorsieht. Zu Licht aussendenden Geräten zählen Licht aussendende Halbleiter wie z. B. Laserdioden. Zu den Photodetektoren zählen Photodioden.
Gemäß der Erfindung ist ein integrierter Koppler nach Anspruch 1 bereitgestellt, wobei die Basis, das Substrat und die Unter-Halterung aus dem gleichen Material bestehen können.
Die derzeit bevorzugten Materialien sind nichtmetallische anorganische Materialien, insbesondere Keramiken und Gläser. Vorzugsweise sind solche Keramiken Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid oder Glaskeramik. Allerdings kommen auch andere Materialien wie z. B. thermisch und auf ihre Dimensionen bezogen stabile technische Kunststoffe in Frage.
Die die Basis, das Substrat und die Unter-Halterung bildenden Materialien sind vorzugsweise solcherart ausgewählt, dass die Differenzen zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten der Materialien nicht über 2,0 · 10&supmin;&sup6;/ºC liegen, um so die thermische und mechanische Stabilität der integrierten Baugruppe zu verbessern.
Die Licht aussendenden Geräte (wie z. B. Laserdioden) können bei Verwendung in der Erfindung aus mehreren als eine Einheit zusammengesetzten Geräten bestehen, in welchem Fall die Anordnung eine gemeinsame Elektrode einer Polarität und einige diskrete Elektroden entgegengesetzter Polarität aufweisen kann. Versorgungselektroden- Anschlussflächen können auf dem Sustrat durch selektive Metallisierung der Substratoberfläche ausgebildet sein. Die Anordnung kann an der Unter-Halterung durch Anlöten der gemeinsamen Elektrode an einer korrespondierenden Versorgungselektroden- Anschlussfläche auf der Unter-Halterung und durch Verbinden der diskreten Elektroden mittels Drahtbonding mit diskreten Versorgungselektroden-Anschlussflächen auf der Unter-Halterung fixiert werden. Alternativ dazu können die diskreten Elektroden der Anordnung an korrespondierenden Elektroden-Anschlussflächen auf der Unter- Halterung angelötet und der gemeinsame Elektrodendraht an einer korrespondierenden Versorgungselektroden-Anschlussfläche auf der Unter-Halterung angebondet werden.
Im letzteren Fall kann man "Bump Pad"-Löten wählen, wenn die Oberflächenspannung des geschmolzenen Lots zwischen dem Licht aussendenen Gerät oder der Photodetektorvorrichtung und den Elektrodenanschlussflächen auf der Unter-Halterung das Gerät in eine neu ausgerichtete Position bringt, sodass bei richtiger Montage der Unter- Halterung an der Basis das Gerät korrekt mit den Kernen der Lichtleitfasern in der Halterung ausgerichtet ist. Alternativ dazu kann das Gerät auf dem Substrat in Bezug auf voreingestellte Referenzmarkierungen positioniert sein. Beide dieser Anordnungsmontage- und Positionierungsverfahren können angewendet werden, wenn die Unter- Halterung einstückig mit der Basis ausgebildet und die Anordnung direkt an der Basis montiert ist. Ob die Unter-Halterung nun ein getrenntes Element oder einstückig mit der Basis verbunden ist, dient sie dazu, die Anordnung auf eine Position zu heben, an der sie in einer gemeinsamen Ebene mit den Enden der Lichtleitfasern liegt.
Die Licht emittierende Vorrichtung oder Photodetektoranordnung, die an einer getrennten Unter-Halterung montiert ist, kann am Koppler angebracht und mit Lichtleitfasern mithilfe von Führungsstiften ausgerichtet werden, die mittels präzise im Koppler definierter Stiftführungen positioniert sind. Ein Paar paralleler in den Stiftführungen eingesetzter Führungsstifte kann relativ zur Basis präzise positioniert und als Referenz zur Positionierung der Unter-Halterung auf der Basis verwendet werden, wobei die Anordnung auf der Unter-Halterung in optischer Ausrichtung mit den optischen Faserenden montiert ist. Die Führungsstifte werden entfernt, sobald die Unter-Halterung und die Anordnung an der Basis montiert sind. Die Stiftführungen können auch dazu dienen, die Stifte eines eingreifenden Steckverbinders in einer Konfiguration der Kopplereinheit aufzunehmen.
Gemäß der Erfindung kann eine optische Scramblereinheit auch mit der integrierten Montagebaugruppe einstückig sein und zwischen der Licht aussendenden Geräteanordnung oder der photodetektierenden Geräteanordnung und den ersten Faserenden angeordnet sein. Die Scramblereinheit besteht günstigerweise aus dem gleichen Material wie die Faserhalterung und die Basis, um thermische und mechanische Kompatibilität zu bieten. Die Scramblereinheit kann analog zur Lichtleitfaserhalterung konstruiert werden, indem ein V-gerilltes oberes Substrat an eine ebene Oberfläche eines unteren Substrats angefügt wird. Alternativ dazu kann der Scrambler ein einzelner Block aus transparentem Material mit einstückig ausgebildeten Linsenelementen sein. Es kann zu diesem Zweck eine lichtdurchlässige Keramik verwendet werden, die auch zur Herstellung der Lichtleitfaserhalterung, Basis und Unter-Halterungs-Komponenten der integrierten Halterung herangezogen werden kann.
Der integrierte Koppler kann mit einem Faseroptikkabel verbunden werden, indem eingreifende oder aufnehmende Haltesicherungen als die Steckverbindermittel bereitgestellt werden, die konfiguriert sind, mit einem Steckverbinder der entgegengesetzten Art am Ende des Faseroptikkabels zusammenzupassen, sodass der normalerweise am Schlußteil befestigte Steckverbinder auch einstückig mit dem Koppler verbunden ist, der dann die Funktionen eines optoelektronischen Kopplers und eines Steckverbinders in einer kompakten und strapazierfähigen Einheit kombiniert. Luftdichte mechanische Abdichtung und EMI-Abschirmung der optoelektronischen Einheit sind mit dem integrierten Koppler erreichbar; indem die Koppleroberflächen metallisiert und die Faser enthaltenden Kanäle abgedichtet werden.
Gemäß der Erfindung können das Substrat und die Basis so in Bezug aufeinander positioniert sein, dass die zu den Kanälen parallele Substratseite und die zu den Kanälen parallele Basisseite eine gemeinsame Ebene bilden. Somit kann die Position des Substrats relativ zur Basis präzise in einer zum Kanal senkrechten Richtung bestimmt werden. Außerdem kann die Unter-Halterung mechanisch solcherart positioniert sein, dass ein Abstand zwischen der zum Kanal parallelen Seite der Unter-Halterung und der obigen gemeinsamen Oberfläche konstant ist. Dadurch kann die Position der Unter- Halterung relativ zu jedem Kanal in einer zum Kanal senkrechten Richtung präzise bestimmt werden. Eine solche präzise Positionierung kann durch Verwendung einer präzise gefertigten Basis, Unter-Halterung und Lichtleitfaserhalterung (alles Produkte von NGK INSULATORS, LTD.) - wie unten beschrieben - durchgeführt werden. Dann kann - wie oben beschrieben - die Licht aussendende bzw. photodetektierende Geräteanordnung relativ zur Unter-Halterung genau positioniert werden, sodass jede Licht aussendende bzw. photodetektierende Vorrichtung relativ zum korrespondierenden Kanal und zur korrespondierenden Faser im Kanal ohne die oben beschriebene aktive Ausrichtung präzise positionierbar ist.
Eine Seite des Substrats, an der die Kanäle offen sind, und die zum Kanal senkrecht verlaufende Seite der Basis können solcherart zueinander positioniert sein, dass sie eine gemeinsame Ebene bilden. Somit können das Substrat und die Basis präzise in Bezug aufeinander in einer zum Kanal parallelen Richtung positioniert sein. Außerdem können die Unter-Halterung und die Basis solcherart in Bezug aufeinander angeordnet sein, dass die Hinterkante der Unter-Halterung auf der gegenüberliegenden Seite der Vorderkante gegenüber dem Substrat und die Hinterseite der Basis eine gemeinsame Ebene bilden. Auf diese Weise sind die Basis und die Unter-Halterung präzise in Bezug aufeinander in einer zum Kanal parallelen Richtung positionierbar.
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines integrierten optoelektronischen Kopplers, der zur Erklärung der in Fig. 9 gezeigten erfindungsgemäßen Ausführungsform hierin beschrieben ist;
Fig. 2 ist eine Explosionsansicht des Kopplers von Fig. 1;
Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht einer Laserdiodenanordnung, die an einer Unter- Halterung fixiert ist, um anschließend am integrierten Koppler von Fig. 1 angebracht zu werden;
Fig. 4 ist eine Ansicht wie in Fig. 3, die aber das "Bump Pad"-Löten der Laserdiodenanordnung veranschaulicht;
Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht der Montage einer Photodetektoranordnung auf einer Unter-Halterung zwecks anschließender Montage an einem integrierten Koppler;
Fig. 6 ist eine Seitenansicht des integrierten Kopplers von Fig. 1, wobei die Ausrichtungsstifte der Unter-Halterung strichliert dargestellt sind;
Fig. 7 ist eine Draufsicht des integrierten Kopplers von Fig. 1, wobei die Substrat- Ausrichtungsstifte strichliert dargestellt und mit einer Pigtail-Lichtleitfaserverbindung versehen sind;
Fig. 8(a) ist ein Schnitt in Vorderansicht entlang Linie 8-8 in Fig. 6;
Fig. 8(b) ist eine vergrößerte Detailansicht des Endes einer in einem dreieckigen Kanal der Faserhalterung enthaltenen Lichtleitfaser;
Fig. 9 ist eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen integrierten Kopplers, der mit einer optischen Scramblereinheit mit V-Rillen-Technologie und Kerben versehen ist, um eine integrierte Steckverbinderbuchse zu bilden;
Fig. 10 ist ein Schnitt des optischen Scramblers entlang Linie 10-10 in Fig. 9, aus dem die Verwendung von Stablinsen im Scrambler ersichtlich ist;
Fig. 11 (a) ist eine perspektivische Ansicht einer alternativen optischen Scramblereinheit mit einstückigen Mikrolinsen;
Fig. 11(b) ist ein Schnitt entlang Linie 11b-11b in Fig. 11 (a);
Fig. 12 ist eine perspektivische Explosionsansicht der Scramblereinheit von Fig. 9;
Fig. 13 ist eine Draufsicht des integrierten Kopplers von Fig. 9, der mit einem eingreifenden optischen Steckverbinder des MTB-Typs verbunden ist;
Fig. 14 ist eine Explosionsansicht eines integrierten optoelektronischen Kopplers, der zur Montage mit vertikalen Ausrichtungsstiften anstelle der in Fig. 6-8 verwendeten horizontalen Stifte ausgebildet ist;
Fig. 15 ist eine Draufsicht des Kopplers von Fig. 14 in montiertem Zustand zwischen den vertikalen Ausrichtungsstiften.
Unter Bezugnahme auf die Abbildungen, in denen gleiche Bezugszeichen ähnliche Elemente identifizieren, zeigt Fig. 1 einen integrierten optoelektronischen Koppler 10, der eine rechteckige Basis 12 und eine Lichtleitfaserhalterung 14 besitzt, die ein V- Rillen-Substrat 16 und ein Faserklemmsubstrat 18 enthält, dessen Montage unter Bezugnahme auf Fig. 2 und 8 ersichtlich ist. Das obere gerillte Substrat 16 weist einige parallele Rillen 20 auf, die sich vollständig über das obere Substrat 16 zwischen einer Vorderseite 22 und einer Rückseite 24 erstrecken. Das obere Substrat 16 definiert auch zwei parallele Stiftführungsschlitze 26 mit der Deckfläche 28 der Basis 12. Eine Laserdiodenanordnung 30 ist an der Deckfläche 33 einer Unter-Halterung 32 angebracht, die ihrerseits an der Deckfläche 28 der Basis 12 fixiert ist.
Jede Rille 20 besitzt einen V-förmigen Querschnitt, wobei zwei Seitenwände in der Rille in einem 60º-Winkel zueinander angeordnet sind. Wenn das obere Substrat 16 an der Basis 12 angebracht ist, deckt die Deckfläche 34 des unteren Substrats 18 die Rillen 20 ab, die dann parallele Kanäle 36 mit dreieckigem Querchnitt bilden und sich zwischen den gegenüberliegenden Seiten 22, 24 des oberen Substrats 16 erstrecken. Jeder Kanal besitzt einen gleichseitigen dreieckigen Querschnitt, sodass eine zylindrische Lichtleitfaser 40, die in jeder Rille 20 verlegt ist, den Mittelpunkt jeder Seitenwand der dreieckigen Kanäle berührt, sodass ein Linien-Kontakt mit jeder Seitenwand entlang der Kanallänge hergestellt ist. Jede Faser 40 ist somit eng in einer geraden Linie zwischen dem oberen Substrat 16 und dem unteren Substrat 18 gehalten, die gemeinsam eine Lichtleitfaserhalterungs-Anordnung bilden. Die Lichtleitfasern 40 erstrecken sich von einem zwischen den Halterungssubstraten 16 und 18 festgeklemmten Faserband 38 aus. Jede Faser 40 endet an einer Faserendfläche 68, die mit der Vorderfläche 22 des V- gerillten Substrats 16 flachpoliert ist.
Das obere Substrat 16 und das untere Substrat 18 sind durch Präzisionsbearbeitung auf sehr enge Toleranzen ausgebildet - siehe die keramischen Hochpräzisions-Lichtleitfaser- Steckverbinder vertrieben von NGK aus Japan bzw. ihrer Vertriebsfirma in den USA, NGK-Locke, Inc. aus Santa Clara, Kalifornien. Die NGK-Keramikkomponenten besitzen V-gerillte Substrate zur Abstützung von Lichtleitfasern in Mehrfasern-Steckverbindern und ähnlichen Baugruppen. Die bestehenden NGK-Keramikhalterungen für Lichtleitfasern besitzen ein unteres Substrat bzw. eine Basis, die genauso breit ist wie das obere Substrat 16 z wischen seinen gegenüberliegenden Seiten 22, 24. Es stellt eine Verbesserung dar, wenn sich die Basis 12 über die Vorderseite 22 des oberen Substrats 16 erstreckt und auch die Unter-Halterung 32 auf einer gemeinsamen Basis 12 mit dem V- gerillten Substrat 16 stützt (siehe Fig. 1 und 2).
Wie dies insbesondere aus Fig. 1 ersichtlich ist, sind eine zu jedem Kanal parallele Seite 93 des Substrats 16 und eine zum Kanal parallele Seite 91 der Basis 12 so in Bezug aufeinander positioniert, dass die Seiten 93 und 91 eine gemeinsame Ebene bilden. Außerdem sind eine Seite 24 des Substrats 16, an der die Kanäle offen sind, und eine Seite der Basis 12, die senkrecht zum Kanal verläuft, so in Bezug aufeinander positioniert, dass die Seite 24 und die Seite der Basis 12 eine gemeinsame Ebene bilden.
Die Montage der Laserdiode 30 und der Unter-Halterung 32 ist besser aus Fig. 3 und 4 ersichtlich.
Bezug nehmend auf Fig. 3 besitzt die Laserdiodenanordnung 30 einige Licht aussendende Laserhalbleiter-Sperrschichten, die entlang einer aktiven Oberfläche 44 voneinander beabstandet sind. Jede Halbleiter-Sperrschicht ist ansteuerbar, sodass ein Kegel 46 kohärenten Lichtes emittiert wird, von denen nur zwei in der Zeichnung dargestellt sind, Jede Laser-Sperrschicht besitzt eine korrespondierende Elektrode 48 in Form einer metallischen Anschlussfläche, die auf der oberen Seite der Diodenanordnung aufgebracht ist. Eine gemeinsame Elektrode auf der verdeckten Unterseite der Diodenanordnung 30 ist an und im elektrischen Kontakt mit einer Versorgungselektrode 50 (gebildet durch Oberflächen metallisierung der Unter-Halterung 32) angelötet bzw. verlötet. Jede der diskreten Elektroden 48 ist durch Draht-Bonding 52 mit jeweiligen Versorgungselektroden-Anschlussflächen 54 auf der Substratoberfläche 33 verbunden. Elektrische Energie wird durch eine geeignete in den Abbildungen nicht dargestellte Kontaktanordnung den Elektrodenanschlussflächen 50, 54 zugeführt, um die Diodenanordnung 30 mit Energie zu versorgen.
Fig. 4 zeigt eine alternative Montage der Laserdiode 30 am Substrat 32 mittels so genannter "Flip Chip"- oder Bump Pad-Kontaktierung. Die Diodenanordnung 30 ist umgedreht, und die diskreten Elektrodenanschlussflächen 48 werden durch Anlöten auf korrespondierende Versorgungselektroden 54', die auf der Unter-Halterungs-Oberfläche 33 aufgebracht sind, direkt verbunden. Dje gemeinsame Elektrode 56, die sich nun auf der Oberseite der Laserdiode 30 befindet, ist bei 58 mit einer korrespondierenden Versorgungselektrode 50' draht-gebondet. Das Substrat 32 mit der auf der Deckfläche 33 vormontierten Diodenanordnung 30 wird dann mit der Deckfläche 28 der gemeinsamen Basis 12 verbunden, um den integrierten optoelektronischen Koppler 10 zu bilden.
Der integrierte Koppler 10 bietet eine Schnittstelle und Übergangszone zwischen einer elektronischen Schaltung, in der Signale durch metallische Leiter übertragen werden, und einer optischen Übertragungsleitung, die aus einer oder mehreren Lichtleitfasern besteht. Im integrierten Koppler 10 erfolgt die Ausrichtung der Laserdiodenanordnung 30 zunächst durch Bezugnahme der Position der Anordnung 30 auf die Unter-Halterung 32 und dann durch Bezugnahme der Position der Unter-Halterung auf das V-gerillte obere Substrat 16. Bestehende Fertigungsverfahren, insbesondere die von NGK durchgeführten, ermöglichen die Produktion des oberen Substrats 16 mit einem hohen Grad an Dimensionspräzision.
Die Unter-Halterung 32 ist ebenfalls auf enge Toleranzen bearbeitet. Die Diodenanordnung 30 ist an der Unter-Halterung 32 an einer bekannten Position, normalerweise dem Mittelpunkt, zwischen zwei gegenüberliegenden Seiten der Unter-Halterung, genauer gesagt zwischen der Seite 56 und der gegenüberliegenden Seite 58, montiert. Die präzise Positionierung der Laseranordnung 30 in Fig. 3 erfolgt durch Platzieren der Anordnung 30 zwischen Referenzmarkierungen 60a und 60b, die auf der Unter- Halterung 32 durch Messen relativ zu den Seiten 56, 58 genau positioniert werden.
Außerdem ist die aktive Fläche 44 der Diodenanordnung gegen die Vorderkante 62 der Unter-Halterung angeordnet. Diese Positionierung der Diodenanordnung 30 auf der Unter-Halterung 32 erfolgt auf dem geheizten Objektträger eines Montagemikroskops, das auf die Versorgungselektrode 50 voraufgebrachtes Lot zum Schmelzen bringt, und auf der gemeinsamen Elektrode auf der Unterseite der Diodenanordnung 30. Das Lot bleibt im erwärmten Stadium flüssig und ermöglicht es der Diodenanordnung 30, präzise zwischen den Referenzmarkierungen 60a, 60b und gegen die Kante 62 der Unter-Halterung positioniert zu sein. Sobald das Lot richtig positioniert ist, lässt man es abkühlen, oder es wird durch ein Kühlsystem im Mikroskop-Objektträger aktiv gekühlt, wodurch die Diodenanordnung am Substrat 32 fixiert wird.
Fig. 4 zeigt ein alternatives Verfahren zum genauen In-Bezug-Setzen der Diodenanordnung 30 und der gegenüberliegenden Seiten 56, 58 der Unter-Halterung 32. Die Versorgungselektroden-Anschlussflächen 54' werden mittels eines photolitographischen Verfahrens in Bezug auf die Seiten 56, 58 präzise auf der Oberfläche 33 der Unter- Halterung angeordnet. Die diskreten Elektrodenanschlussflächen 48 der Diodenanordnung 30 sind dimensioniert, um mit der Breite der Versorgungselektroden- Anschlussflächen 54' übereinzustimmen. Die Unter-Halterung 32 wird auf einer geheizten Assemblier-Auflage platziert, wobei die Diodenanordnung 30 solcherart positioniert ist, dass die diskreten Elektrodenanschlussflächen 48 jeweils eine korrespondierende Versorgungselektroden-Anschlussfläche 54' überdecken. Voraufgebrachtes Lot auf den Anschlussflächen 48, 54' schmilzt bei Erwärmung, wodurch ein flüssiger Film zwischen den übereinander liegenden Anschlussflächen 48, 54' entsteht. Das geschmolzene Lot zeigt beträchtliche Oberflächenspannung, die dazu neigt, die Diodenanordnung 30 in Ausrichtung mit den Unter-Halterungs-Anschlussflächen 54' zu ziehen, wodurch die Diodenanordnung 30 in Bezug auf die Seiten 56, 58 korrekt positioniert wird. Die Diodenanordnung 30 wird auch manuell gegen die Vorderkante 62 der Unter-Halterung 32 ausgerichtet, wie dies in Zusammenhang mit Fig. 3 erklärt wird. Die Verwendung von Oberflächenspannung des geschmolzenen Lots zur Ausrichtung eines Halbleiterchips auf einem mit Kontaktanschlussflächen versehenen Substrat ist auf dem Gebiet der Erfindung als "Bump Pad"-Montage bekannt und ist Stand der Technik.
Sobald die Diodenanordnung 30 in Bezug auf die Unter-Halterung 32 positioniert ist, wird diese in Ausrichtung mit dem V-gerillten Substrat 16 mittels paralleler, durch die Stiftführungen 26 eingesetzter Führungsstifte 64 an der Basis 12 montiert. Die zwei Führungsstifte 64 sind präzise dimensionierte zylindrische Stifte, die für engen Gleitsitz in der Stiftführung 26 sorgen. Die hinteren Enden 66 der Führungsstifte können in einer geeigneten Halterung (in den Abbildungen nicht zu sehen) fixiert sein, die die Führungsstifte in zueinander paralleler und präzise beabstandeter Beziehung stützt, die mit dem Abstand zwischen dem Führungsstift 26 übereinstimmt. Die Führungsstifte 64 sind durch die Stiftführung 26 eingesetzt (siehe Fig. 6-8) und liegen auf der Deckfläche 28 der Basis 12 auf.
Die Unter-Halterung 32 mit der daran vormontierten Laserdiodenanordnung 30 wird dann an der Basis 12 angebracht. Die Unter-Halterung 32 wird auf der Basisoberfläche 28 zwischen den Führungsstiften 64 platziert. Die Breite der Unter-Halterung zwischen ihren gegenüberliegenden Oberflächen 56, 58 wird während der Fertigung präzise mit dem Abstand zwischen den Führungsstiften 64 in Übereinstimmung gebracht. Die Unter-Halterung 32 passt daher genau zwischen die zwei Stifte 64 auf der Basisoberfläche 28, wodurch die Laserdioden der Anordnung 30 in optischer Ausrichtung mit den Endflächen 68 der Lichtleitfasern 40 positioniert werden.
In der dargestellten Auslegung ist die Unter-Halterung so positioniert, dass der Abstand zwischen der zum Kanal parallelen Seite 92 (siehe Fig. 1) der Unter-Halterung und der durch die Seiten 91, 93 gebildeten gemeinsamen Ebene mittels der Stifte und Stiftführungen konstant gehalten wird. Vorzugsweise sind - wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich - die Unter-Halterung 32 und die Basis 12 zueinander so angeordnet, dass die Hinterkante 70 der Unter-Halterung 32 und die Rückseite 72 der Basis 12 eine gemeinsame Ebene bilden.
Außerdem sind das Substrat und die Basis so zueinander positioniert, dass eine Seite der Unter-Halterung, an der die Kanäle offen sind, und die senkrecht zum Kanal verlaufende Seite der Basis 12 eine gemeinsame Ebene bilden.
Man beachte, dass der integrierte optoelektronische Koppler 10 die aktive Ausrichtung der Laserdiodenanordnung 30 an den Lichtleitfasern 40 nicht mehr benötigt, da derzeit bekannte und in der Industrie durchgeführte präzise Fertigungs- und Bearbeitungsverfahren in Kombination mit neuartigen Kopplerstrukturen und Montagetechniken angewendet werden.
Der Abstand zwischen der aktives Licht aussendenden Fläche 44 der Laserdiodenanordnung und den Endflächen 40 der Lichtleitfasern wird durch die Breitedimension des Substrats 32 - gemessen zwischen seiner Vorderkante 62 und seiner Hinterkante 70 - fixiert, wobei letztere mit der Rückseite 72 der Basis 12 ausgerichtet ist.
Das bevorzugte Material zur Verwendung bei der Herstellung der Unter-Halterung 32 ist das gleiche Material wie für das V-gerillte Substrat 16 und die Basis 12. Wie oben erklärt, werden Lichtleitfasern 40 derzeit von NGK Company vertrieben, die ein oberes Substrat 16, das zur Verwendung in Zusammenhang mit der Erfindung nach Bedarf bearbeitet ist, und einen Basisabschnitt, der sich von der Basis 12 in den Abbildungen nur insofern unterscheidet, als er bündig mit der Vorderfläche 22 des Substrats 16 endet, enthält. Man erkennt eine gemeinsame Basis für das Tragen der Laseranordnung sowie die Faserhalterung. Insbesondere sind das Substrat 16 und die Unter-Halterung 32 auf einer gemeinsamen verlängerten Basis 12 montiert, die vergrößert ist, um die Unter- Halterung 32 aufzunehmen.
Die gleichen Keramikmaterialien, wie sie derzeit in NGK-Lichtleitfaserhalterungen und -Steckverbindern verwendet werden, z. B. Aluminiumoxid, sind für die Herstellung der Strukturkomponenten 16, 12 und 32 des integrierten optoelektronischen Kopplers 10 vorzuziehen. Diese Elemente sind dauerhaft mittels eines geeigneten Klebstoffs oder durch Aneinanderlöten metallisierter Oberflächen auf jeder der Basen, dem Substrat 16 und der Unter-Halterung 32 miteinander verbunden. Die Unter-Halterung 32 wurde als von der Basis 12 getrenntes Element beschrieben, kann aber auch einstückig mit der Basis ausgebildet sein, sodass es nicht mehr erforderlich ist, die Unter-Halterung präzise relativ zur Basis zu platzieren. Die Laseranordnung kann dann mittels der oben beschriebenen Verfahren direkt an der einstückigen Unter-Halterung montiert werden, um an der getrennten Unter-Halterung montiert zu sein.
Man beachte, dass der einstückige Koppler 10 Homogenität struktureller Materialien bietet, wodurch die den optoelektronischen Kopplern und Steckverbindern des Stands der Technik inhärenten thermischen Instabilitäten vermieden werden. Außerdem gewährleistet die Verwendung von Keramik in der gesamten Struktur des Kopplers 10 einen hohen Grad mechanischer Festigkeit und Dimensionsstabilität infolge der günstigen mechanischen Eigenschaften von Keramikmaterialien. Das Ergebnis ist ein kompakter und strapazierfähiger optoelektronischer Koppler, der in kommerziellen Anwendungen zuverlässig funktioniert und in kommerziellen Mengen gefertigt, montiert und kostengünstig ausgerichtet werden kann. Insbesondere entfällt die Notwendigkeit der aktiven Ausrichtung des Kopplers, wodurch die Fertigungskosten beträchtlich gesenkt werden.
Der integrierte Koppler 10 eignet sich ebenso zur Verwendung mit einer optoelektronischen Empfangs-Einheit, wenn ein Photodetektor statt der Laserdiodenanordnung 30 verwendet wird. Unter Bezugnahme auf Fig. 5 ist eine Photodetektoranordnung 74 an einer Vorderfläche 76 einer Photodetektor-Unter-Halterung 78 fixiert. Die Photodetektoranordnung 74 wird durch Anlöten einer gemeinsamen Elektrode auf der verdeckten Unterseite des Anordnungschips an der metallisierten Oberfläche 82 der Unter-Halterung 78 befestigt, welche metallisierte Oberfläche auch als Versorgungselektrode einer Polarität dient. Die Energie der entgegengesetzten Polarität wird durch die Versorgungselektroden 84 zugeführt, die auf der Unter-Halterung 78 ausgebildet und mit korrespondierenden einzelnen Elektroden 86 für jedes Photodetektorelement der Anordnung verdrahtet sind. Die Ausrichtung der Photodetetoranordnung 74 relativ zu den Lichtleitfasern 40 auf dem integrierten Koppler 10 erfolgt in analoger Weise zur Laserdiodenandrdnung 30 in Fig. 3. Im Allgemeinen jedoch ist die Ausrichtung der Photodetektoren weniger schwierig und entscheidend als für Laserdiodenanordnungen. Daher kann die Detektoranordnung 74 unter Bezugnahme auf voreingestellte Markierungen oder Merkmale auf der Unter-Halterung, z. B. Elektrodenanschlussflächen 84 und die Metallisierungskante 88, auf der Unter-Halterung 78 positioniert werden. Die Dimension zwischen den gegenüberliegenden Seiten 90 und 92 ist in genauer Übereinstimmung mit dem Abstand zwischen den Führungsstiften 64 in Fig. 6-8, und die Unter-Halterung 78 wird an der Basis 12 des Kopplers 10 so angebracht, wie dies in Zusammenhang mit der Unter-Halterung 32 der Laserdiodenanordnung oben beschrieben ist.
Unter Bezugnahme auf Fig. 9 ist ein erfindungsgemäßer integrierter optoelektronischer Koppler 10 dargestellt, der sich vom Koppler 10 der Fig. 1-8 insofern unterscheidet, als eine optische Scramblereinheit 100 zwischen die Laserdiodenanordnung 30 und die Endflächen 68 der Lichtleitfasern (gehalten durch das V-gerillte Substrat 16) eingeschoben wurde. Die Scramblereinheit besteht aus zwei Elementen (siehe Fig. 12), einem oberen V-gerillten Substrat 102 und einem unteren Substrat 104, die aneinander gefügt sind, wie dies aus der strichlierten Darstellung und der Darstellung mit durchgehenden Linien der Scramblereinheit 100 in Fig. 9 ersichtlich ist. Die zwei Substrate 102, 104 definieren zwischen ihnen einige Durchgänge mit jeweils dreieckigem Querschnitt, der mit dem dreieckigen Querschnitt der Kanäle übereinstimmt, die die Lichtleitfasern zwischen dem unteren Substrat 18 und dem oberen Substrat 16 des Kopplers enthalten. Außerdem wird der Scrambler durch die gleichen Verfahren und unter Anwendung der gleichen Materialien wie das V-gerillte Substrat 16 erzeugt. Beispielsweise kann das obere Substrat 102 des Scramblers einfach durch Schneiden eines V-gerillten Substrats 16 erhalten werden, wodurch die dreieckigen Kanäle der Faserhalterungsanordnung präzise in Übereinstimmung gebracht werden, während das untere Substrat 104 einfach ein rechteckiger Block des gleichen Materials sein kann. Die zusammengesetzte Scramblereinheit 100 kann mit den die Lichtleitfasern enthaltenden dreieckigen Kanälen ausgerichtet werden, indem die Führungssegmente der Lichtleitfaser oder starre Stifte mit gleichem Durchmesser wie die Fasern durch die dreieckigen Kanäle 106 der Scramblereinheit und in die dreieckigen Kanäle der Lichtleitfaserhalterung, d. h. zwischen das obere Substrat 16 und das untere Substrat 18, geschoben werden. Alternativ dazu kann die Scramblereinheit 102 auch mittels der gleichen Führungsstifte 64 (siehe Fig. 6-8) ausgerichtet werden, die durch Stiftführungsdurchgänge der Scramblereinheit verlaufen (analog zu den Stiftführungen 26 des oberen Substrats 16 in Fig. 1 und 2). Wiederum kann in einem solchen Fall das obere Substrat 102 der Scramblereinheit ein Schnitt aus einem V-gerillten Substrat 16 einschließlich der Stiftführungsabschnitte dieses Substrats sein.
Die Scramblereinheit 100 kann im Koppler 10 so eingebaut sein, dass die Durchgänge 106 einfach gegenüber dem durch die Laseranordnung 30 ausgesendeten Licht geöffnet sind, in welchem Fall der Scramblingeffekt durch Mehrfachreflexionen des Laserlichts von den Innenflächen der dreieckigen Durchgänge 106 auftritt. Alternativ dazu kann jeder dreieckige Durchgang 106 in ein optisches Element wie z. B. Stablinsen 108 eingepasst sein, das einen zylindrischen Querschnitt aufweist und in den dreieckigen Durchgang 106 passt (analog zu den Lichtleitfasern 40 in den dreieckigen Kanälen 36). Daher wird die Ausrichtung der Stablinsen 108 mit einer korrespondierenden Lichtleitfaser 40 sichergestellt.
Fig. 11 zeigt eine weitere alternative Scramblereinheit 110, die sich von den zuvor erwähnten Scramblereinheiten 100 und 100' insofern unterscheidet, als sie aus einem einzelnen Block 110 lichtdurchlässiger Keramik besteht, in dem einstückig konkave Mikrolinsen 114 ausgebildet sind. Der Scramblereinheitblock 112 ist maschinell auf präzise Dimensionen bearbeitet, sodass die optische Ausrichtung der Mikrolinsen 114 mit korrespondierenden Lichtleitfasern 40 durch Positionieren des Scramblers 110 auf der Basisoberfläche 28 und anschließend durch einfaches Ausrichten z. B. einer Seite 116 des Blocks 112 mit einer Seite 17 des V-gerillten Substrats 16 erhalten werden kann. Die Mikrolinsen 114 können in unterschiedlichen Konfigurationen ausgebildet sein und sind nicht auf die in Fig. 11 gezeigte konkave Linse beschränkt. Beispielsweise können die Mikrolinsen 114 konvexe Linsen auf einer planaren Oberfläche des Blocks 112 sein.
Durch Herstellen des Scramblers in einer dieser drei Versionen 100, 100' und 110 aus dem gleichen Material wie die anderen Strukturkomponenten des Kopplers 10', d. h. das V-gerillte Substrat 16, die Basis 12 und die Unter-Halterung 32, kann ein hoher Grad an thermischer Stabilität erzielt werden. Durch physisches Integrieren des Scramblers in den bereits integrierten Koppler 10' kann auch ein hohes Maß an mechanischer Festigkeit und Stabilität erzielt werden, wodurch die Baugruppe leistungsfähiger wird. Dieser Leistungssteigerung wird mit geringeren Herstellungskosten als gleichwertige konventionell gefertigte Einheiten erreicht.
Der integrierte Koppler 10' von Fig. 9 ist ferner gemäß der Erfindung mit einem Paar Kerben 120 versehen, von denen jede eine Seitenfläche des V-gerillten Substrats 16 und der Basis 12 durchsetzt und die parallel zur Rückfläche 24 des Substrats 16 ist. Die Kerben 120 sind als aufnehmende Einbuchtungen konfiguriert, die durch eingreifende Finger 122 eines konventionellen MTB-Steckverbinders 130 (siehe Fig. 13) in Eingriff genommen werden können. Der MTB-Steckverbinder 130 enthält einen innerhalb einer Hülle 134 montierten MT-Steckverbinder 132. Der MT-Steckverbinder 132 besitzt ein Paar Ausrichtungsstifte 136, von denen nur einer in Fig. 13 zu sehen ist und die in korrespondierende Löcher 144 in der Rückfläche 24' des Kopplers 10' passen. Der MT- Steckverbinder hält eine Anzahl an Lichtleitfasern 138, die sich von einem Faserband 140 erstrecken. Die Lichtleitfasern 138 enden an einer Steckverbinderfläche 142, die engen Kontakt mit der Rückfläche 24' des integrierten Kopplers 10' herstellt. Die im Koppler 10' gehaltenen Lichtleitfasern 40 enden in Endflächen, die mit der Rückfläche 24' bündig ausgebildet sind und sind in optischer Ausrichtung mit korrespondierenden Fasern 138 des Steckverbinders 130, wenn die Finger 122 des Steckverbinders in die Rillen 120 eingreifen. Diese Anordnung integriert den Koppler 10' weiter, indem eine Steckverbinderfunktion im Körper des Kopplers eingebaut wird und ein getrennter Steckverbinder am Ende eines "Pigtail"-Bands 38 (siehe Fig. 7) überflüssig ist.
Fig. 14 und 15 zeigen ein alternatives Verfahren zur Montage eines integrierten Kopplers 10". Ein V-gerilltes oberes Substrat 16' ist auf einem unteren Substrat 18' montiert, um Kanäle mit dreieckigem Querschnitt zum Halten von Lichtleitfasern zu definieren (wie in Zusammenhang mit dem Koppler 10 der Fig. 1 und 2 erklärt). Das untere Substrat 18' ist auf einer Basis 12' montiert. Eine Laserdiodenanordnung 30 ist auf einer Unter-Halterung 32' montiert, wie dies in Zusammenhang mit Fig. 3 und 4 beschrieben ist. Die Unter-Halterung 32' besitzt Kerben 150a, die mit den Kerben 150b in der Basis 12' ausgerichtet sind. Die Kerben 150a und 150b werden am besten durch einen einzigen Durchgang eines Kopplungs-Blattes gebildet, um ihre exakte Ausrichtung zu gewährleisten. Die Position der Unter-Halterung 32' steht in Bezug zur Basis 12'; dies erfolgt mittels- eines Paars paralleler Führungsstifte 160, die an einer geeigneten Halterung (in den Abbildungen nicht zu sehen) montiert sind, um einen präzisen Abstand zwischen den Stiften zu gewährleisten, und dazu dienen, die Unter-Halterung 32' an der Basis 12' anzubringen. Die Stifte 160 passen eng in die Kerben 150a und 150b und bringen diese in präzise Ausrichtung zueinander. Die genaue Dimensionierung der Unter-Halterung stellt sicher, dass die Laseranordnung an die Lichtleitfasern gekoppelt ist. Die Unter-Halterung wird dann dauerhaft an der Basis fixiert, vorzugsweise durch Aneinanderlöten metallisierter Kontaktflächen. Dieses Montageverfahren gewährleistet die präzise Positionierung der Unter-Halterung 32' in zwei Dimensionen relativ zur Basis 12', d. h. in den zwei Dimensionen der Deckfläche 28' der Basis 12. Dieses Verfahren ist für die kommerzielle Produktion besser geeignet, da es weniger Geschicklichkeit der Montagearbeiter verlangt als die Konfiguration des Kopplers 10 in Fig. 1 und 2. Der Koppler 10 verwendet allerdings das bestehende und im Handel erhältliche V-gerillte Substrat 16 und erfordert weniger Umrichten.
Die verschiedenen Strukturkomponenten des integrierten Kopplers können in allen oben beschriebenen Auslegungen durch Metallisieren einiger oder aller Oberflächen der Komponenten und Aneinanderlöten der Kontaktflächen dauerhaft zusammengesetzt werden. Die Metallisierung der Oberflächen des integrierten Kopplers ist besonders vorteilhaft, wenn dieser in einem Montageloch im Gehäuse einer optoelektronischen Einheit montiert ist. In diesem Fall schirmen die metallisierten Oberflächen - wenn sie elektrisch mit dem Gehäuse verbunden sind - gegen das Eindringen von elektromagnetischem Rauschen und Interferenz in die Einheit durch das Montageloch ab. Fig. 13 zeigt den integrierten Koppler 10', der im Loch 172 eines Gehäuses 170 einer optoelektronischen Einheit montiert ist. Eine Dichtung 174 dichtet den Koppler 10' hermetisch vom Gehäuse 170 ab. Eine elektrische Verbindung zwischen metallisierten Oberflächen des Kopplers 10' und des Gehäuses 170' kann auch durch Auswählen von elektrisch leitendem Dichtungsmaterial oder durch jedes andere geeignete Mittel geschaffen werden. Eine vollkommen abgedichtete Kopplermontage erfolgt durch Füllen der Innenräume 35 in den dreieckigen Kanälen der Lichtleiterfaserhalterung zwischen dem runden Querschnitt der Lichtleitfaser 40 und dem dreieckigen Querschnitt der Kanäle (siehe Fig. 8a). Dies wird durch Metallisieren der Innenflächen des dreieckigen Kanals sowie der zylindrischen Oberfläche der Fasern 40 und Fließenlassen des geschmolzenen Lots in die Leerräume 35 erreicht.

Claims

1. Integrierter Koppler (10') zum Koppeln einer Anordnung (30, 74) Licht aussendender Vorrichtungen oder Licht detektierender Vorrichtungen an eine externe Anordnung aus Lichtleitfasern, wobei der Koppler umfasst:

eine Basis (12'),

ein Substrat (16) auf der Basis (12'),

eine Vielzahl paralleler Kanäle (36), die zwischen der Basis (12') und dem Substrat (16') definiert sind, wobei die Kanäle (20) an einander gegenüberliegenden Vorder- und Rückseiten des Substrats (16) offen sind,

wobei jeweilige Lichtleitfaserlängen (40) in den Kanälen in ersten Faserenden an der Vorderseite des Substrats und in zweiten Faserenden an der Rückseite des Substrats enden,

eine Unter-Halterung (32) auf der Basis, wobei die Anordnung aus Licht aussendenden Vorrichtungen oder Licht detektierenden Vorrichtungen auf der Unter-Halterung so montiert ist, dass sie optisch an die ersten Faserenden der Lichtleitfaserlängen (40) gekoppelt ist,

Steckverbindermittel (120, 144) auf dem Koppler, die so ausgebildet sind, dass sie mit einem Steckverbindermittel eines Steckverbinders zusammenpassen, der Enden der externen Anordnung aus Lichtleitfasern hält, um die zweiten Faserenden der Lichtleitfaserlängen (40) jeweils optisch an die externe Anordnung aus Lichtleitfasern zu koppeln.

2. Integrierter Koppler nach Anspruch 1, der in einer Öffnung (172) einer Wand (170) eines optoelektrischen Gehäuses montiert ist.

3. Integrierter Koppler nach Anspruch 1 oder 2, worin die parallelen Kanäle (36) durch Rillen (20) im Substrat (16) und eine ebene Oberfläche der Basis (12') definiert sind.

4. Integrierter Koppler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin Unterschiede der Wärmeausdehnungskoeffizienten der Materialien, die die Basis (12'), das Substrat (16) und die Unter-Halterung bilden, nicht größer als 2,0 · 10&supmin;&sup6;/ºC sind.