DE10013932A1

DE10013932A1 - Lasermodul

Info

Publication number: DE10013932A1
Application number: DE10013932A
Authority: DE
Inventors: Franz Auracher
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2000-03-21
Filing date: 2000-03-21
Publication date: 2001-10-04
Also published as: WO2001071865A1

Abstract

Eine Ankoppellinse (6), die von einem Laser-Submount (2) unabhängig montiert und eine hohe numerische Apertur und gute Abbildungseigenschaften besitzt, kollimiert oder fokussiert die von der Laserdiode emittierte Laserstrahlung auf die optische Achse (OA) des Lasermoduls. Die Ankoppellinse ist justiert quer zur optischen Achse mittels eines Zwischenringes (4) des Gehäuses und in der Längsrichtung der optischen Achse mittels eines in dem Zwischenring angebrachten Fokussierungselementes (5), so dass die optische Achse (typisch Symmetrieachse) der Ankoppellinse möglichst genau mit der optischen Achse des Lasermoduls übereinstimmt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lasermodul, das in op toelektronischen Nachrichtensystemen eingesetzt 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. 1 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 geregelt und stabilisiert werden kann. In Fig. 2 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 2, wie es in Fig. 1 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. 3 im Querschnitt dargestellt.

In der Fig. 3 ist das Sende- oder Empfangsbauelement 2 in einem Gehäuse 21 angeordnet, in dem es an der dafür vorgese henen Position auf dem Modulboden befestigt, z. B. aufgeklebt ist. Die beispielsweise von der Laserdiode erzeugte Strahlung tritt durch ein Fenster des Gehäuses 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. 3 eingezeichneten Pfeil orientiert. Für höhere Ansprüche an die zu übertragenden Datenraten und die Länge der Übertragungsstrecken wird häufig ein optischer Iso lator 13 in den Strahlengang eingefügt, hier im Innern des zylindrischen Zwischenstückes 14, um unerwünschte Rückwirkun gen von reflektiertem Laserlicht auf den Laser zu unterdrüc ken. Ein solcher optischer Isolator besteht im Wesentlichen aus einem Faraday-Rotator zwischen einem linearen Polarisator und einem Analysator. Mit dieser Anordnung wird erreicht, dass das Licht linear polarisiert wird und anschließend die Polarisationsrichtung um 45° gedreht wird. Nach einer uner wünschten Reflexion und erneutem Passieren des Analysators und des Rotators ist die Polarisationsrichtung dieses reflek tierten Lichtes im rechten Winkel zur Durchlassrichtung des Polarisators ausgerichtet, so dass die Strahlung vom Polari sator abgeschirmt wird. Des weiteren kann eine weitere Linse 15, in Fig. 3 als Kugellinse dargestellt, in dem Zwischen stück 14 vor der Glasfaser 18 angebracht sein. Die Glasfaser 18 ist in einer Kapillare 17 eines Flansches 16 angeordnet, auf den ein Knickschutz 19 aufgeschoben ist. Dieser Flansch 16 wird nach einer lateralen Justage mittels Schweißnähten 20 an dem zylindrischen Zwischenstück 14 fixiert.

Bisher werden derartige Module für Anwendungen im Niedrigko stenbereich typisch für Datenraten bis unter 1 Gbit/s und kürzere Übertragungsstrecken eingesetzt. Es besteht jedoch zunehmendes Interesse, diese Aufbautechnik auch für wesent lich höhere Datenraten (bis 10 Gbit/s) im Niedrigkostenbe reich einzusetzen. Dazu werden die Bauelemente mit einer ge eigneten Anpassungsschaltung betrieben. In sogenannten But terfly-Gehäusen auf Peltierkühlern montiert, werden Koax- Lasermodule für optische WDM-Übertragungssysteme eingesetzt.

Für diesen erweiterten Einsatzbereich ist häufig eine höhere optische Ausgangsleistung und somit ein höherer Koppelwir kungsgrad erforderlich, als mit einer herkömmlichen Aufbau weise des Moduls erreicht werden kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Lasermodul an zugeben, das bei einfachem Aufbau einen hohen Koppelwirkungs grad ermöglicht und insbesondere für die Übertragung hoher Datenraten und/oder längere Übertragungsstrecken geeignet ist.

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

Bei dem erfindungsgemäßen Lasermodul ist eine optimal ju stierte Ankoppellinse, vorzugsweise eine asphärische Linse, bezüglich des Strahlenganges nahe hinter einer für Strah lungsemission vorgesehenen Laserdiode angebracht. Mit dieser Ankoppellinse wird die von der Laserdiode emittierte Laser strahlung auf die optische Achse des Lasermoduls kollimiert oder auf einen Punkt oder kurzen Abschnitt der optischen Ach se fokussiert. Die erfindungsgemäß eingesetzte Ankoppellinse ist eine Komponente des Lasermoduls, die von einem Laser- Submount oder einem Laserchip unabhängig montiert ist und folglich so gewählt sein kann, dass sie eine hohe numerische Apertur und gute optische Abbildungseigenschaften besitzt, die mit einer in einen Subträger aus Silizium geätzten Linse nicht erreichbar sind. Die Ankoppellinse ist in der Längs richtung des Laserstrahles und quer dazu justiert, so dass die optische Achse (typisch Symmetrieachse) der Ankoppellinse möglichst genau mit der vorgesehenen optischen Achse des La serstrahles übereinstimmt. Die optische Achse des Laserstrah les in dem Lasermodul ist durch die Position der vorgesehenen Ankopplung eines externen Wellenleiters an das Lasermodul de finiert. Die Justage der Ankoppellinse erfolgt bei der Montage des Lasermoduls, bevor die beweglichen Teile der Anordnung dauerhaft z. B. mittels Anschweißens fixiert werden.

Es folgt eine genauere Beschreibung bevorzugter Ausführungs beispiele der erfindungsgemäßen Anordnung anhand der Figuren.

Die Fig. 1 zeigt ein eingangs beschriebenes Laser-Submount nach dem Stand der Technik im Querschnitt.

Die Fig. 2 zeigt die Anordnung der Fig. 1 in einer schrägen Aufsicht ohne integrierte Linse.

Die Fig. 3 zeigt ein eingangs beschriebenes Koax-Lasermodul aus dem Stand der Technik im Querschnitt.

Die Fig. 4 zeigt ein Beispiel für ein erfindungsgemäßes La sermodul.

In Fig. 4 ist als Beispiel für ein erfindungsgemäßes Laser modul ein Koax-Lasermodul im Querschnitt dargestellt, bei dem sich auf einem Träger 1 (TO-Träger) ein Laserchip-Montage gehäuse 2 (üblicherweise als Laser-Submount bezeichnet) mit einer Laserdiode befindet. Anstelle des eingezeichneten La serchip-Montagegehäuses, das mittels einer geeigneten reflek tierenden Fläche den von der Laserdiode emittierten Laser strahl in die von dem Träger abgewandte Richtung (in der Zeichnung nach oben) umlenkt, kann der Lasermodul auch mit einem Laserchip mit einer Laserdiode auf einem konventionel len Subträger ohne Strahlungsumlenkung aufgebaut sein. Der Träger 1 ist dann so ausgeführt, dass der Subträger mit dem Laserchip senkrecht zu dem Boden des Trägers montiert werden kann, damit der Laserstrahl parallel zur optischen Achse OA des Lasermoduls emittiert wird. Jedenfalls besitzt die mit der Laserdiode versehene Komponente des Lasermoduls keine in tegrierte Linse und kann somit im Beispiel eines Laserchip- Montagegehäuses den in Fig. 2 dargestellten Aufbau besitzen.

Ein Versteifungsring 3, der integraler Bestandteil des Trä gers 1 ist oder rings um den Träger 1 an diesen angeschweißt oder angelötet ist, ermöglicht eine mechanisch stabile Fixierung des Trägers an dem Gehäuse des Lasermoduls. Dieses Ge häuse weist einen Zwischenring 4 und ein darin vor der Monta ge mit möglichst wenig Spiel verschiebbares und vorzugsweise zylindrisches Fokussierungselement 5 auf, in das die Ankop pellinse 6 eingesetzt ist. Zur besseren Befestigung der An koppellinse oder zur Erleichterung der Montage kann die An koppellinse mit einer eigenen Halterung 61 versehen sein, mit der sie in dem Fokussierungselement 5 befestigt ist. Die An koppellinse 6 kann aber statt dessen direkt in das Fokussie rungselement 5 eingesetzt sein. Statt einer einzelnen, vor zugsweise asphärisch ausgebildeten Linse kann als Ankoppel linse 6 ein Linsensystem, d. h. eine geeignete Kombination von Linsen, wie sie von einer Vielzahl optischer Instrumente an sich bekannt ist, verwendet sein. Die Ankoppellinse 6 ist so nahe an der Laserdiode angebracht, dass die emittierte La serstrahlung auf die optische Achse OA des Lasermoduls kolli miert wird bzw. auf einen anzukoppelnden Wellenleiter (insbe sondere eine Glasfaser) fokussiert wird.

Ein nicht zwingend erforderlicher optischer Isolator 7, der zur Vermeidung von Rückwirkungen reflektierten Laserlichts auf die Laserdiode dient und bereits oben beschrieben wurde, kann wie in der Fig. 4 dargestellt in dem Fokussierungsele ment 5 im Strahlengang hinter der Ankoppellinse 6 angeordnet oder in dem Gehäuseteil 8 angebracht sein. Dieses Gehäuseteil 8 dient der mechanischen Stabilisierung der Anordnung und der Aufnahme einer nicht unbedingt erforderlichen, aber die An kopplung eines externen Wellenleiters vereinfachenden weite ren Linse 9, die hier als Kugellinse dargestellt ist. Statt einer Kugellinse kann eine andere Linsenform oder ein Linsen system gewählt sein. Im Fall, dass die direkte Ankopplung ei nes externen Wellenleiters an das Fokussierungselement 5 aus reichende Ergebnisse der Betriebseigenschaften (performance) liefert, kann das Gehäuseteil 8 weggelassen sein.

In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird als externer Wellenleiter eine Glasfaser eingesetzt, die mittels eines Flansches 10 zur Aufnahme der Glasfaser oder einer Stecker zwinge (ferrule) für einen Glasfaserstecker angebracht wird. Zur Vervollständigung der Abbildung ist in der Figur als Bei spiel eine Kapillare 11 mit einer darin geführten Glasfaser 12 eingezeichnet. Eine Steckerzwinge zur Befestigung eines Glasfasersteckers kann prinzipiell auch an dem Fokussierungs element 5 angebracht sein.

Das beschriebene Ausführungsbeispiel des Lasermoduls bietet den Vorteil, dass bei der Montage der Anordnung die für die erfindungsgemäße Verbesserung maßgebliche Justage der von dem Laserchip unabhängig montierten Ankoppellinse sehr genau vor genommen werden kann, indem der Zwischenring 4 quer zur Strahlrichtung verschoben wird und das Fokussierungselement 5 längs der Strahlrichtung innerhalb des Zwischenringes 4 ver schoben wird. Bei Erreichen einer optimalen Position der An koppellinse 6 werden der Versteifungsring 3, der Zwischenring 4 und das Fokussierungselement 5 relativ zueinander fixiert, was insbesondere durch Anschweißen oder Anlöten geschehen kann. Dreipunktschweißen oder Rundschweißen unter Verwendung eines Laserstrahles ist das Verfahren, das sich hierfür be sonders anbietet.

Wenn die Befestigungen der zunächst relativ zueinander ver schiebbaren Teile an den eingezeichneten Stellen A, B und C so ausgeführt werden, dass sie ringsum ausreichend abdichten, kann damit der Laser-Submount 2 bzw. Laserchip nach außen hermetisch dicht abgeschlossen und so gegen Eindringen von Staub und Feuchtigkeit versiegelt werden. In diesem Fall ist darauf zu achten, dass der optische Isolator 7 oder zumindest die Halterung 61 in dem Fokussierungselement 5 so angebracht ist, dass die Abdichtung vollständig ist. Einfacher lässt sich eine vollständige Abdichtung erreichen, wenn das Fokus sierungselement 5 direkt mit der Ankoppellinse 6 "eingeglast" wird, d. h. wenn die Ankoppellinse 6 ohne eigene Fassung oder Halterung mit einem niedrig schmelzenden Glaslot staub- und wasserdicht in dem Fokussierungselement 5 befestigt wird.

Die Ankoppellinse muss nicht an einem in Längsrichtung der optischen Achse verschiebbaren Teil des Lasermoduls ange bracht sein. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel ist die Ankoppellinse in einem quer zur Richtung der Laserstrah lung justierbaren Teil angebracht, das seinerseits an oder in einem weiteren Teil angeordnet ist, das in Längsrichtung der Laserstrahlung justiert werden kann.

Claims

1. Lasermodul
mit einem Laserchip-Montagegehäuse (2) mit einer Laserdiode oder mit einem Laserchip mit einer Laserdiode und
mit einer relativ dazu fest angeordneten Vorrichtung (8, 9, 10) zum Ankoppeln eines externen Wellenleiters (12), wodurch eine optische Achse (OA) des Lasermoduls für von der Laser diode ausgesandte Laserstrahlung definiert ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Ankoppellinse (6) vorhanden ist,
die als von dem Laserchip bzw. dem Laserchip-Montagegehäuse unabhängige Komponente angebracht ist,
deren optische Achse auf die optische Achse (OA) des Lasermo duls justiert ist und
die so dicht an der Laserdiode angeordnet ist, dass die von der Laserdiode ausgesandte Laserstrahlung auf die optische Achse (OA) des Lasermoduls kollimiert oder fokussiert wird.

2. Lasermodul nach Anspruch 1, bei dem die Ankoppellinse (6) in oder an einem längs der optischen Achse (OA) des Lasermoduls justierten Fokussierungselement (5) angebracht ist.

3. Lasermodul nach Anspruch 2, bei dem
ein Zwischenring (4) zwischen einem Versteifungsring (3) an einem Träger (1), auf dem das Laserchip-Montagegehäuse (2) oder der Laserchip angeordnet ist, und einem weiteren Gehäu seteil (8) vorhanden ist,
das Fokussierungselement (5) in dem Zwischenring (4) angeord net ist und
der Zwischenring (4) quer zu der optischen Achse (OA) des La sermoduls justiert ist.

4. Lasermodul nach Anspruch 3, bei dem die Laserdiode nach außen durch den Träger (1), den Versteifungsring (3), den Zwischenring (4) und das Fokussierungsele ment (5) dicht abgeschlossen ist.

5. Lasermodul nach Anspruch 1, bei dem die Ankoppellinse (6) in oder an einem quer zu der optischen Achse (OA) des Lasermoduls justierten Element angebracht ist.

6. Lasermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Ankoppellinse (6) eine asphärische Linse ist.