DE10003087A1 - Arrangement for an optoelectronic transmitter and receiver module - Google Patents
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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.A lateral displacement of the beam path (3) is achieved by means of a transparent optical element (2) with two coplanar reflecting surfaces that is glued to the pane (6) of the window (5) of the housing (1) of a coax or TO module for optoelectronic transmission links causes the middle, so that the position (4) of the transmitting or receiving component on the bottom (10) of the housing can be chosen laterally and largely freely to create enough space for the installation of a preamplifier or driver chip.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sende- und Empfangsmo dul, das bei optoelektronischen Nachrichtensystemen einge setzt werden kann.The present invention relates to a transmit and receive mo dul, which is used in optoelectronic communication systems can be set.
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.Optical transmit and receive modules are often constructed as so-called coax modules. In such a module, an optoelectronic component is used as the transmitting and receiving unit, which in preferred embodiments is mounted on a carrier together with control components. In the clips in Fig. 3, an exemplary arrangement in cross-section is shown. On the carrier T, a laser diode LD is attached, the radiation S of which is guided by means of suitably arranged reflectors R as shown once through a lens L in order to be coupled into a transmission system, and on the other hand is directed into a monitor diode MD so that the radiation power can be regulated and stabilized by means of a suitable feedback. In Fig. 4 this arrangement is shown in an oblique view, in which it can also be seen that the reflectors R can be formed by ver mirrored glass prisms or by polished or etched te and mirrored silicon body, where the crystal lattice structure of the silicon is suitably aligned . Such a transmitting or receiving component 9 , as shown in FIG. 3, is also referred to as a "laser submount" in the arrangement shown there. This laser submount is inserted into a housing of a coax laser module or TO laser module provided for this purpose. The entire basic structure of such a module is shown in cross section in the attached FIG. 5.
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. In FIG. 5, the transmitting or receiving device 9 is disposed in a housing 1 in which it, z in the space NEN position pre see 4 mounted on the module base. B. is glued on. The radiation generated, for example, by the laser diode passes through a window 5 of the housing 1 , which is covered with a plate or disk 6 , e.g. B. a simple glass sheet is provided and enters a zy-cylindrical adapter 14 to be coupled into a glass fiber 18 . Instead of a laser diode, a photodiode can be present as the receiving component. The beam path is then aligned in the same way, but is oriented in the opposite direction to the arrow shown in FIG. 5. In Fig. 5 leads 7 for driving the Bauelemen tes 9 are still drawn. A stiffening ring 11 , which is fastened by means of weld seams 12 to the cylindrical intermediate piece 14 and the housing 1 , serves to fix the housing with the transmitting or receiving component 9 relative to the intermediate piece 14 . For higher demands on the data rates to be transmitted and the length of the transmission paths, an optical isolator 13 is often inserted into the beam path, here in the interior of the cylindrical intermediate piece 14 , in order to suppress undesirable effects of reflected laser light on the laser. Such an optical isolator essentially consists of a Faraday rotator between a linear polarizer and an analyzer. This arrangement ensures that the light is linearly polarized and then the direction of polarization is rotated by 45 °. After an undesirable reflection and passing through the analyzer and the rotator, the direction of polarization of this reflected light is aligned at right angles to the transmission direction of the polarizer, so that the radiation is shielded from the polarizer. Furthermore, a white lens 15 , shown in FIG. 5 as a spherical lens, can be attached in the intermediate piece 14 in front of the glass fiber 18 . The glass fiber 18 is arranged in a capillary 17 of a flange 16 on which an anti-kink 19 is pushed. This flange 16 is fixed to the cylindrical intermediate piece 14 after a lateral adjustment by means of weld seams 20 .
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.So far, modules of this type have been used for applications in the low-cost range, typically for data rates of less than 1 Gbit / s. However, there is increasing interest in using this setup technology for much higher data rates (up to 10 Gbit / s) in the low-cost range. For this purpose, however, a semi-conductor chip with a preamplifier for the receiving component and possibly also the semiconductor chip with the driver circuit for the transmitting component in the housing 1 must be placed under. This leads to constructive difficulties, especially when very high data rates are required. Because of the coaxial arrangement of the overall structure, the glass fiber 18 sits approximately in the middle of the housing 1 . The transmitting or receiving component must then be placed on the bottom of the module in the housing 1 if in the middle (in FIG. 5, position 4 ). This ensures that the beam path runs approximately along the center axis of the coaxial arrangement. The resulting boundary conditions for possible designs often have the consequence that given the dimensions of the housing 1, the space remaining on the floor for the semiconductor chips is not sufficient to accommodate the preamplifier chip or the driver chip, or that long electrical connections (bond -Wires) between the respective control chip and the transmitting or receiving component or to the supply lines 7 may be required. However, long bond connections are not permitted in most cases, especially with high data rates.
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.The object of the present invention is to provide an arrangement for to specify an optoelectronic transmission and reception module, the simple structure for the transmission of high data rates suitable is.
Diese Aufgabe wird mit der Anordnung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Ausgestaltungen ergeben sich aus den ab hängigen Ansprüchen. This task is accomplished with the arrangement with the characteristics of Claim 1 solved. Refinements result from the pending claims.
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.In the arrangement according to the invention, a device is used Neten optical element on the for the radiation passage provided window of the housing a lateral shift of the beam path so that the position of the transmitting or receiving device within the housing largely can be freely chosen. This way it can be sufficient Space for installing a preamp or driver chips are created. The optical element is concerned preferably around one for the intended radiation at least largely transparent body, the reflective or at least has partially reflecting surfaces which obliquely to the beam direction and preferably plane-parallel are aligned with each other. This will make the beam twice reflected in opposite directions, preferably at the same angle, so that the beam axis is shifted appropriately. The beam emerges or beam entry through the window of the housing can therefore along the center axis of the coplanar arrangement follow while the beam is propagating inside the case laterally offset and possibly at an angle to it.
Es folgt eine genauere Beschreibung bevorzugter Ausführungs beispiele der erfindungsgemäßen Anordnung anhand der Fig. 1 und 2.The following is a more detailed description of preferred exemplary embodiments of the arrangement according to the invention with reference to FIGS. 1 and 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. 1 shows the housing provided for receiving the transmitting or receiving element with the optical element attached to it according to the invention in a first embodiment.
Fig. 2 zeigt die Anordnung der Fig. 1 in einer alternativen Ausgestaltung. Fig. 2 shows the arrangement of Fig. 1 in an alternative embodiment.
Fig. 3 + 4 zeigen ein eingangs erläutertes Laser-Submount. Fig. 3 + 4 show an initially Illustrated laser submount.
Fig. 5 zeigt ein Koax-Lasermodul im Querschnitt. Fig. 5 shows a coax laser module in cross section.
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.In Figs. 1 and 2 of 5 is turned to draw the bottom part of te in Fig. Coax module of FIG. The housing 1 is formed in this example by a cover attached to the base plate 10 with a window 5 and a transparent plate or pane 6 . Cables 7 for the control of the transmitting or receiving component are guided by capillaries 8 through the base plate 10 of the housing. The position 4 provided for the transmitting or receiving component is shown on the bottom of the housing. According to the invention, the beam path is 3 catch component to the lateral position 4 of the transmitting or Emp shifted through the optical element 2 from the center of the array, preferably in parallel. As an optical element there is an essentially transparent body with a parallelogram-shaped cross-section and two coplanarly aligned reflecting or at least partially reflecting surfaces. This optical ele ment is in the embodiment of FIG. 1 on the outside of the housing 1 on the window 5 closing plate or disc 6 attached. The attachment of the opti's element 2 on the disc 6 is preferably done by means of a transparent adhesive. The reflection of the radiation is achieved in that the reflecting surfaces of the optical element are mirrored or the reflection angle is chosen such that total reflection takes place at the interface between the material of the body and the surrounding air. On the other surfaces, in particular the surfaces that are provided for the entry and exit of the radiation, the reflection is preferably by suitable measures such. B. anti-reflective coating or the use of egg nes immersion-forming adhesive minimized.
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. Fig. 2 shows a corresponding arrangement in which the opti cal element 2 is attached to the inside of the transparent plate or disc 6 inside the housing 1 .
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.If the two opposing reflecting surfaces of the body are not made plane-parallel to each other, there is a change in the beam direction (tilt) in addition to a parallel shift of the radiation. This may be desirable in certain embodiments, e.g. B. to reduce back reflections of the laser light on the disk 6 in the laser or to be able to position the transmitting or receiving element in the housing even further laterally.
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.In the embodiments explained on the basis of the figures, the transparent body which forms the optical element 2 is preferably made of glass. Instead of gluing such a prism or parallel flat glass to the pane 6 , it can be connected to an optical isolator (e.g. glued) and mounted together with it. Optical isolators in the so-called laminate design known per se appear to be particularly suitable for this construction. In this who the polarizer, the Faraday rotator and the analyzer glued together and then cut into small rectangular plates. With an appropriate choice of the cutting direction, the prisms for beam deflection and the Iso lator platelets can be aligned parallel with respect to their side edges and glued together to the pane 6 of the window 5 .
Claims (6)
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.4. Arrangement according to claim 1, wherein
the window ( 5 ) is provided with a plate or pane ( 6 ) made of a material which is transparent to the intended radiation, and
the optical element ( 2 ) on the plate or disc ( 6 ) be fastened.
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