DE10003087A1 - Anordnung für ein optoelektronisches Sende- und Empfangsmodul - Google Patents

Abstract

Mittels eines an der Scheibe (6) des Fensters (5) des Gehäuses (1) eines Koax- oder TO-Moduls für optoelektronische Übertragungsstrecken aufgeklebten transparenten optischen Elementes (2) mit zwei koplanaren reflektierenden Flächen wird eine seitliche Verschiebung des Strahlenganges (3) aus der Mitte bewirkt, so daß die Position (4) des Sende- oder Empfangsbauelementes auf dem Boden (10) des Gehäuses seitlich und weitgehend frei gewählt werden kann, um ausreichend Platz für die Installation eines Vorverstärker- oder Treiberchips zu schaffen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sende- und Empfangsmo­ dul, das bei optoelektronischen Nachrichtensystemen einge­ setzt werden kann.

Optische Sende- und Empfangsmodule werden häufig als soge­ nannte Koax-Module aufgebaut. In ein solches Modul wird als Sende- und Empfangseinheit ein optoelektronisches Bauelement eingesetzt, das bei bevorzugten Ausführungen zusammen mit An­ steuerkomponenten auf einem Träger montiert ist. In der bei­ gefügten Fig. 3 ist eine beispielhafte Anordnung im Quer­ schnitt dargestellt. Auf dem Träger T ist eine Laserdiode LD angebracht, deren Strahlung S mittels geeignet angeordneter Reflektoren R wie eingezeichnet einmal durch eine Linse L ge­ leitet wird, um in ein Übertragungssystem eingekoppelt zu werden, und zum anderen in eine Monitordiode MD gelenkt wird, damit die Strahlungsleistung mittels einer geeigneten Rück­ kopplung reguliert und stabilisiert werden kann. In Fig. 4 ist diese Anordnung in einer schrägen Aufsicht dargestellt, in der auch erkennbar ist, daß die Reflektoren R durch ver­ spiegelte Glasprismen oder durch angeschliffene oder angeätz­ te und verspiegelte Siliziumkörper gebildet sein können, wo­ bei die Kristallgitterstruktur des Siliziums geeignet ausge­ richtet wird. Ein solches Sende- oder Empfangsbauelement 9, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, wird in der dort gezeigten Anordnung auch als "Laser-Submount" bezeichnet. Dieses Laser- Submount wird in ein dafür vorgesehenes Gehäuse eines Koax- Lasermoduls bzw. TO-Lasermoduls eingesetzt. Der gesamte prin­ zipielle Aufbau eines solchen Moduls ist in der beigefügten Fig. 5 im Querschnitt dargestellt.

In der Fig. 5 ist das Sende- oder Empfangsbauelement 9 in einem Gehäuse 1 angeordnet, in dem es an der dafür vorgesehe­ nen Position 4 auf dem Modulboden befestigt, z. B. aufgeklebt ist. Die beispielsweise von der Laserdiode erzeugte Strahlung tritt durch ein Fenster 5 des Gehäuses 1, das mit einer für die Strahlung transparenten Platte oder Scheibe 6, z. B. einer einfachen Glasscheibe, versehen ist und gelangt in ein zy­ lindrisches Zwischenstück 14, um in eine Glasfaser 18 einge­ koppelt zu werden. Statt einer Laserdiode kann als Bauelement eine Fotodiode als Empfangsbauelement vorhanden sein. Der Strahlengang ist dann gleich ausgerichtet, aber entgegenge­ setzt zu dem in Fig. 5 eingezeichneten Pfeil orientiert. In Fig. 5 sind noch Zuleitungen 7 zum Ansteuern des Bauelemen­ tes 9 eingezeichnet. Ein Versteifungsring 11, der mittels Schweißnähten 12 an dem zylindrischen Zwischenstück 14 und dem Gehäuse 1 befestigt ist, dient der Fixierung des Gehäuses mit dem Sende- oder Empfangsbauelement 9 relativ zu dem Zwi­ schenstück 14. Für höhere Ansprüche an die zu übertragenden Datenraten und die Länge der Übertragungsstrecken wird häufig ein optischer Isolator 13 in den Strahlengang eingefügt, hier im Innern des zylindrischen Zwischenstückes 14, um uner­ wünschte Rückwirkungen von reflektiertem Laserlicht auf den Laser zu unterdrücken. Ein solcher optischer Isolator besteht im Wesentlichen aus einem Faraday-Rotator zwischen einem li­ nearen Polarisator und einem Analysator. Mit dieser Anordnung wird erreicht, daß das Licht linear polarisiert wird und an­ schließend die Polarisationsrichtung um 45° gedreht wird. Nach einer unerwünschten Reflexion und erneutem Passieren des Analysators und des Rotators ist die Polarisationsrichtung dieses reflektierten Lichtes im rechten Winkel zur Durchlaß­ richtung des Polarisators ausgerichtet, so daß die Strahlung vom Polarisator abgeschirmt wird. Des weiteren kann eine wei­ tere Linse 15, in Fig. 5 als Kugellinse dargestellt, in dem Zwischenstück 14 vor der Glasfaser 18 angebracht sein. Die Glasfaser 18 ist in einer Kapillare 17 eines Flansches 16 an­ geordnet, auf den ein Knickschutz 19 aufgeschoben ist. Dieser Flansch 16 wird nach einer lateralen Justage mittels Schweiß­ nähten 20 an dem zylindrischen Zwischenstück 14 fixiert.

Bisher werden derartige Module für Anwendungen im Niedrigkos­ tenbereich typisch für Datenraten bis unter 1 Gbit/s einge­ setzt. Es besteht jedoch zunehmendes Interesse, diese Aufbau­ technik auch für wesentlich höhere Datenraten (bis 10 Gbit/s) im Niedrigkostenbereich einzusetzen. Dazu muß aber ein Halb­ leiterchip mit einem Vorverstärker für das Empfangsbauelement und gegebenenfalls auch der Halbleiterchip mit der Treiber­ schaltung für das Sendebauelement in dem Gehäuse 1 unterge­ bracht werden. Das führt zu konstruktiven Schwierigkeiten, insbesondere, wenn sehr hohe Datenraten gefordert sind. Wegen der koaxialen Anordnung des Gesamtaufbaus sitzt die Glasfaser 18 etwa mittig zum Gehäuse 1. Das Sende- oder Empfangsbauele­ ment muß dann auf dem Boden des Moduls in dem Gehäuse 1 eben­ falls etwa in der Mitte angebracht werden (in Fig. 5 einge­ zeichnete Position 4). So wird erreicht, daß der Strahlengang etwa längs der Mittenachse der koaxialen Anordnung verläuft. Die sich daraus ergebenden Randbedingungen für mögliche Auf­ bauformen haben häufig zur Folge, daß bei den vorgegebenen Abmessungen des Gehäuses 1 der auf dem Boden verbleibende Platz für die Halbleiterchips nicht ausreicht, um auch den Vorverstärkerchip oder den Treiberchip unterzubringen, oder daß lange elektrische Verbindungen (Bond-Drähte) zwischen dem jeweiligen Ansteuerchip und dem Sende- oder Empfangsbauele­ ment oder zu den Zuleitungen 7 erforderlich werden. Lange Bond-Verbindungen sind jedoch in den meisten Fällen, insbe­ sondere bei hohen Datenraten, nicht zulässig.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung für ein optoelektronisches Sende- und Empfangsmodul anzugeben, die bei einfachem Aufbau für die Übertragung hoher Datenraten geeignet ist.

Diese Aufgabe wird mit der Anordnung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Ausgestaltungen ergeben sich aus den ab­ hängigen Ansprüchen.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird mittels eines geeig­ neten optischen Elementes an dem für den Strahlungsdurchtritt vorgesehenen Fenster des Gehäuses eine seitliche Verschiebung des Strahlenganges bewirkt, so daß die Position des Sende- oder Empfangsbauelementes innerhalb des Gehäuses weitgehend frei gewählt werden kann. Auf diese Weise kann ausreichend Platz für die Installation eines Vorverstärker- oder Treiber­ chips geschaffen werden. Bei dem optischen Element handelt es sich vorzugsweise um einen für die vorgesehene Strahlung zu­ mindest weitgehend transparenten Körper, der reflektierende oder zumindest teilreflektierende Flächen aufweist, die schräg zu der Strahlrichtung und vorzugsweise planparallel zueinander ausgerichtet sind. Damit wird der Strahl zweimal gegensinnig, vorzugsweise in demselben Winkel, reflektiert, so daß die Strahlachse geeignet verschoben wird. Der Strahl­ austritt bzw. Strahleintritt durch das Fenster des Gehäuses kann daher längs der Mittenachse der koplanaren Anordnung er­ folgen, während die Strahlausbreitung im Inneren des Gehäuses seitlich versetzt und ggf. im Winkel dazu verläuft.

Es folgt eine genauere Beschreibung bevorzugter Ausführungs­ beispiele der erfindungsgemäßen Anordnung anhand der Fig. 1 und 2.

Fig. 1 zeigt das zur Aufnahme des Sende- oder Empfangsbau­ elementes vorgesehene Gehäuse mit dem erfindungsgemäß daran angebrachten optischen Element in einer ersten Ausführungs­ form.

Fig. 2 zeigt die Anordnung der Fig. 1 in einer alternativen Ausgestaltung.

Fig. 3 + 4 zeigen ein eingangs erläutertes Laser-Submount.

Fig. 5 zeigt ein Koax-Lasermodul im Querschnitt.

In den Fig. 1 und 2 ist der in Fig. 5 unten eingezeichne­ te Teil des Koax-Moduls dargestellt. Das Gehäuse 1 ist in diesem Beispiel durch eine auf der Bodenplatte 10 angebrachte Abdeckung mit einem Fenster 5 und einer durchsichtigen Platte oder Scheibe 6 gebildet. Zuleitungen 7 für die Ansteuerung des Sende- oder Empfangsbauelementes sind mittels Kapillaren 8 durch die Bodenplatte 10 des Gehäuses geführt. Die für das Sende- oder Empfangsbauelement vorgesehene Position 4 ist am Boden des Gehäuses eingezeichnet. Erfindungsgemäß wird der Strahlengang 3 durch das optische Element 2 aus der Mitte der Anordnung zu der seitlichen Position 4 des Sende- oder Emp­ fangsbauelementes, vorzugsweise parallel, verschoben. Als op­ tisches Element ist hier ein im Wesentlichen transparenter Körper mit parallelogrammförmigem Querschnitt und zwei kopla­ nar zueinander ausgerichteten reflektierenden oder zumindest teilreflektierenden Flächen vorhanden. Dieses optische Ele­ ment ist in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 auf der Au­ ßenseite des Gehäuses 1 auf der das Fenster 5 verschließenden Platte oder Scheibe 6 angebracht. Die Befestigung des opti­ schen Elementes 2 auf der Scheibe 6 geschieht vorzugsweise mittels eines transparenten Klebers. Die Reflexion der Strah­ lung wird dadurch erreicht, daß die reflektierenden Oberflä­ chen des optischen Elementes verspiegelt werden oder der Re­ flexionswinkel so gewählt wird, daß eine Totalreflexion an der Grenzfläche zwischen dem Material des Körpers und der um­ gebenden Luft erfolgt. Auf den anderen Oberflächen, insbeson­ dere den Flächen, die für Eintritt und Austritt der Strahlung vorgesehen sind, wird vorzugsweise die Reflexion durch geeig­ nete Maßnahmen wie z. B. Entspiegelung bzw. die Verwendung ei­ nes eine Immersion bildenden Klebers minimiert.

Fig. 2 zeigt eine entsprechende Anordnung, bei der das opti­ sche Element 2 auf der Innenseite der durchsichtigen Platte oder Scheibe 6 im Inneren des Gehäuses 1 angebracht ist.

Werden die beiden einander gegenüberliegenden reflektierenden Flächen des Körpers nicht planparallel zueinander ausgeführt, ergibt sich zusätzlich zu einer Parallelverschiebung der Strahlung eine Änderung der Strahlrichtung (Verkippung). Das kann bei bestimmten Ausführungsbeispielen erwünscht sein, z. B. um Rückreflexionen des Laserlichtes an der Scheibe 6 in den Laser zu reduzieren oder um das Sende- oder Empfangsbau­ element in dem Gehäuse noch weiter seitlich positionieren zu können.

Bei den anhand der Figuren erläuterten Ausführungsformen ist der transparente Körper, der das optische Element 2 bildet, vorzugsweise aus Glas. Statt ein solches Prisma oder Paral­ lelflach aus Glas an der Scheibe 6 festzukleben, kann es mit einem optischen Isolator verbunden (z. B. verklebt) und ge­ meinsam mit diesem montiert werden. Besonders geeignet für diese Aufbauweise erscheinen optische Isolatoren in der an sich bekannten sogenannten Laminatausführung. Bei dieser wer­ den der Polarisator, der Faraday-Rotator und der Analysator als Verbund verklebt und anschließend in kleine rechteckige Plättchen geschnitten. Bei entsprechender Wahl der Schnitt­ richtung können die Prismen zur Strahlumlenkung und die Iso­ latorplättchen bezüglich ihrer Seitenkanten parallel ausge­ richtet und gemeinsam auf die Scheibe 6 des Fensters 5 ge­ klebt werden.

Claims (6)

1. Anordnung für ein optoelektronisches Sende- und Empfangs­ modul mit einem Gehäuse (1), das zur Aufnahme eines Sende- oder Empfangsbauelementes (9) vorgesehen ist und das ein Fenster (5) aufweist, das für Ein- oder Austritt von Strahlung vorge­ sehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein optisches Element (2) an dem Fenster (5) angebracht und so gestaltet ist, daß Strahlung, die durch das Fenster hin­ durch tritt, durch das optische Element seitlich verschoben wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, bei der das optische Element (2) außerhalb des Gehäuses (1) ange­ bracht ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, bei der das optische Element (2) innerhalb des Gehäuses (1) ange­ bracht ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1, bei der
das Fenster (5) mit einer Platte oder Scheibe (6) aus einem für die vorgesehene Strahlung transparenten Material versehen ist und
das optische Element (2) auf der Platte oder Scheibe (6) be­ festigt ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, bei der das optische Element (2) mittels eines für die vorgesehene Strahlung transparenten Klebers befestigt ist.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der das optische Element ein für die vorgesehene Strahlung zumin­ dest weitgehend transparenter Körper mit zwei zueinander planparallelen, reflektierenden Flächen ist, die schräg zu einer für die Strahlung vorgesehenen Richtung ausgerichtet sind.