DE10131374A1 - Arrangement for positioning an optical fiber - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Positionierung einer optischen Faser relativ zu einem mit einer aktiven Fläche ausgerüsteten optischen Bauteil, mit welcher Licht von der einen Licht leitenden Kern und einen denselben umgebenden Mantel aufweisenden Faser auf das Bauteil übertragen oder von dem Bauteil in die Faser eingekoppelt wird. The invention relates to an arrangement for positioning an optical fiber relative to an optical component equipped with an active surface, with which light from the a light-conducting core and a jacket surrounding the same Fiber is transferred to the component or is coupled into the fiber by the component.
Eine solche Anordnung ist seit langem bekannt. Sie wird beispielsweise bei der Datenübertragung über Glasfasern bzw. Lichtwellenleitern benötigt. Das in moderner Technik als Halbleiterschaltung ausgeführte optische Bauteil kann dabei als Empfänger oder als Sender ausgeführt sein. Bei einem Empfänger wird beispielsweise eine Fotodiode mit zugehörigem Verstärker eingesetzt. Bei einem Sender kann für das optische Bauteil eine Laserdiode mit Treiberschaltung verwendet werden. Das jeweilige optische Bauteil hat für den Empfang bzw. das Senden von Licht eine aktive Fläche mit vorgegebener Größe. Für deren Bemessung ist auch die Frequenz der zu übertragenden Daten bzw. Signale von Bedeutung. Such an arrangement has been known for a long time. For example, at Data transmission via glass fibers or optical fibers required. That in a more modern way Technology designed as a semiconductor circuit optical component can be used as a receiver or be designed as a transmitter. In the case of a receiver, for example Photodiode used with associated amplifier. With a transmitter can for optical component, a laser diode with driver circuit can be used. The respective optical component has an active surface for the reception or transmission of light given size. The frequency of the signals to be transmitted is also used to measure them Data or signals of importance.
Bei bekannten Anordnungen, die mit relativ niedrigen Frequenzen bzw. Datenraten arbeiten, werden die Fasern so positioniert, daß ihr Kern, der beispielsweise einen Durchmesser von 9 µm hat, mit seiner Stirnfläche möglichst nahe an der aktiven Fläche des optischen Bauteils liegt. Die relative Position von Fasern und aktiven Flächen ist dann nicht so kritisch, wenn es sich bei dem optischen Bauteil um eine Empfangsdiode handelt, weil die aktiven Flächen ausreichend groß sind. Außerdem wird insbesondere bei als Sender arbeitenden optischen Bauteilen eine jeweils optimale Position durch aktive Justage eingestellt. Wenn es sich bei dem optischen Bauteil um einen Sender handelt, werden meist auch noch Linsen zwischen den aktiven Flächen und den Fasern eingebaut. Mit steigenden Frequenz in der Datenübertragung (MHz- bzw. GHz-Bereich) muß die aktive Fläche der optischen Bauteile kleiner werden, um zu große Kapazitäten in denselben zu vermeiden. Solche Kapazitäten müssen möglichst klein sein, damit die erforderlichen elektrischen Umladungen mit einer ausreichend hohen Geschwindigkeit durchgeführt werden können. Die bisherige Technik zur Kopplung von Fasern und optischen Bauteilen ist für diese Anwendung wenig geeignet. In known arrangements with relatively low frequencies or data rates work, the fibers are positioned so that their core, for example one Has a diameter of 9 µm with its end face as close as possible to the active area of the optical component. The relative position of fibers and active areas is then not so critical if the optical component is a receiving diode acts because the active areas are large enough. In addition, in particular in the case of optical components operating as transmitters through an optimal position active adjustment set. If the optical component is a transmitter are usually also lenses between the active surfaces and the fibers built-in. With increasing frequency in data transmission (MHz or GHz range) the active area of the optical components must be smaller in order to have too large capacities to avoid the same. Such capacities must be as small as possible so that required electrical transfers at a sufficiently high speed can be carried out. The previous technique for coupling fibers and optical components are not very suitable for this application.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs geschilderte Anordnung so zu gestalten, daß eine optimale Kopplung zwischen der aktiven Fläche eines optischen Bauteils und einer optischen Faser auf einfache Weise erreicht werden kann. The invention has for its object to the arrangement described above shape that an optimal coupling between the active surface of an optical Component and an optical fiber can be achieved in a simple manner.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst,
- - daß das Ende der Faser mit einer planen, Licht reflektierenden Endfläche versehen ist, die unter einem spitzen Winkel zur Achse der Faser verläuft, und
- - daß die Faser derart in unmittelbarer Nähe der aktiven Fläche des optischen Bauteils positioniert ist, daß jeweils nach Reflexion an der Endfläche von der Faser geführtes Licht auf die aktive Fläche fällt oder vom optischen Bauteil ausgehendes Licht in den Kern der Faser eingekoppelt wird.
- - That the end of the fiber is provided with a flat, light-reflecting end surface which is at an acute angle to the axis of the fiber, and
- - That the fiber is positioned in the immediate vicinity of the active surface of the optical component that light guided by the fiber falls on the active surface after reflection at the end surface or light emanating from the optical component is coupled into the core of the fiber.
Bei dieser Anordnung kann der Licht leitende Kern der optischen Faser sehr dicht an die aktive Fläche des optischen Bauteils herangebracht werden. Wenn das optische Bauteil nahezu oder direkt am Mantel der Faser anliegt, beträgt die Entfernung im Mittel beispielsweise nur 62,5 µm, wenn eine handelsübliche Faser mit einem Durchmesser von 125 µm verwendet wird. Hinzu kommt, daß durch die Krümmung des Mantels der kreisrunden Faser in einer Ebene eine Bündelung des Lichts stattfindet, während in der dazu orthogonalen Ebene eine geringfügige Aufweitung des Lichtstrahls auftritt. Es ergibt sich also ein etwa elliptischer Lichtfleck beim Auftreffen auf der aktiven Fläche des optischen Bauteils. With this arrangement, the light-conducting core of the optical fiber can be very close to the active surface of the optical component can be brought up. If the optical component is almost or directly on the cladding of the fiber, the distance is on average for example, only 62.5 µm if a commercially available fiber with a diameter of 125 µm is used. In addition, due to the curvature of the jacket circular fiber bundling of light takes place in one plane while in the a slight widening of the light beam occurs in the orthogonal plane. It results there is an approximately elliptical light spot when it hits the active surface of the optical component.
Die optische Faser kann zum einfachen Aufbau der Anordnung in einer vorzugsweise V- förmigen, offenen Rinne eines ebenen Trägers angeordnet werden, der auch das optische Bauteil trägt. Der Aufwannd für die Montage von Faser und optischem Bauteil ist dann sehr gering, da die Faser nur bis zu einer vorgebbaren Endposition in die Rinne eingeschoben werden muß. In bevorzugter Ausführungsform wird für den Träger ein Halbleitermaterial verwendet, auf dem mindestens eine weitere elektronische Schaltung angebracht ist. For simple construction of the arrangement, the optical fiber can be in a preferably V- shaped, open channel of a flat beam, which is also the optical component. The effort for the assembly of fiber and optical component is then very low, since the fiber only reaches a predeterminable end position in the channel must be inserted. In a preferred embodiment, a for the carrier Semiconductor material used on the at least one other electronic circuit is appropriate.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in den Zeichnungen dargestellt. An embodiment of the subject of the invention is shown in the drawings.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 schematisch eine Schaltung zum Empfang optischer Signale. Fig. 1 shows schematically a circuit for receiving optical signals.
Fig. 2 ebenfalls schematisch ein optisches Bauteil. Fig. 2 also schematically shows an optical component.
Fig. 3 eine Anordnung nach der Erfindung ebenfalls in schematischer Darstellung. Fig. 3 shows an arrangement according to the invention also in a schematic representation.
Fig. 4 eine gegenüber Fig. 3 ergänzte Anordnung. FIG. 4 shows an arrangement compared to FIG. 3.
Fig. 5 eine Stirnansicht der Anordnung nach Fig. 4. Fig. 5 is an end view of the arrangement according to Fig. 4.
Fig. 6 eine weiter ergänzte Anordnung. Fig. 6 shows a further supplemented arrangement.
In der folgenden Beschreibung wird zunächst der Fall berücksichtigt, daß das Licht eines Signalstroms über eine optische Faser übertragen wird und auf ein dann als Empfänger ausgebildetes optisches Bauteil trifft. Statt der Worte "optisches Bauteil" wird daher der Einfachheit halber das Wort "Fotodiode" verwendet. In the following description, the case is first considered that the light of a Signal stream is transmitted via an optical fiber and then to a receiver trained optical component meets. Instead of the words "optical component", the For the sake of simplicity, the word "photodiode" is used.
Die Empfangsschaltung nach Fig. 1 hat als Lichtempfänger eine Fotodiode 1, beispielsweise eine PIN-Diode, auf welche das Licht eines über eine optische Faser 2 übertragenen Signalstroms fällt. An die als opto/elektrischer Wandler arbeitende Fotodiode 1 ist ein Verstärker 3 für elektrische Signale angeschlossen, durch welchen die von der Fotodiode 1 gelieferten Signale in weiterverarbeitbare Signale verstärkt werden. Die für die Fotodiode 1 erforderliche Vorspannung ist mit UB bezeichnet. Die Fotodiode 1 besteht aus Halbleitermaterial, wie beispielsweise Gallium-Arsenid oder Indium- Phosphid. Auf dem Halbleitermaterial befinden sich eine aktive Fläche 4 sowie zwei elektrische Kontakte 5 und 6, an die beispielsweise der Verstärker 3 angeschlossen werden kann. The receiving circuit according to Fig. 1, as the light receiver comprises a photodiode 1, for example a PIN diode to which the light is transmitted through a an optical fiber 2 signal stream. To the working as an opto / electrical transducer photodiode 1, an amplifier 3 is connected for electrical signals, which are amplified by the data provided by the photodiode 1 signals to be further processed signals. The bias voltage required for photodiode 1 is denoted by U B. The photodiode 1 consists of semiconductor material, such as gallium arsenide or indium phosphide. An active surface 4 and two electrical contacts 5 and 6 , to which the amplifier 3 can be connected, for example, are located on the semiconductor material.
Zur Herstellung einer aus der Fotodiode 1 und der optischen Faser 2 bestehenden Anordnung wird zunächst das Ende der Faser 2 schräg abgeschnitten. Es ergibt sich dadurch eine plane Endfläche 7, die unter einem spitzen Winkel α zur Achse der Faser 2 verläuft. Die Endfläche 7 wird anschließend verspiegelt. Dazu kann beispielsweise ein Metall auf die Endfläche 7 aufgedampft werden. Als Metall wird in bevorzugter Ausführungsform Gold verwendet. Es können aber auch andere, bei der Spiegelherstellung übliche Materialien eingesetzt werden, beispielsweise Silber. Auf die so behandelte Endfläche 7 auftreffendes Licht wird von derselben reflektiert. To produce an arrangement consisting of the photodiode 1 and the optical fiber 2 , the end of the fiber 2 is first cut off at an angle. This results in a flat end surface 7 , which extends at an acute angle α to the axis of the fiber 2 . The end surface 7 is then mirrored. For this purpose, for example, a metal can be evaporated onto the end face 7 . In a preferred embodiment, gold is used as the metal. However, it is also possible to use other materials which are customary in mirror production, for example silver. Light incident on the end surface 7 treated in this way is reflected by the latter.
Die optische Faser 2 besteht aus einem Licht leitenden Kern 8, der beispielsweise einen Durchmesser von 9 µm hat, und aus einem den Kern 8 umgebenden Mantel 9, der einen Außendurchmesser von beispielsweise 125 µm hat. Kern 8 und Mantel 9 haben unterschiedliche Brechzahlen. Der Winkel α wird zweckmäßig so gewählt, daß vom Kern 8 geführtes Licht nach Reflexion an der Endfläche 7 auf möglichst kurzem Wege aus der Faser 2 austritt und nach Möglichkeit nicht in den Kern 8 zurück reflektiert wird. Er liegt mit einer in diesem Sinne erforderlichen Abweichung zweckmäßig in der Nähe von 45°. The optical fiber 2 consists of a light-conducting core 8 , which has a diameter of 9 μm, for example, and a jacket 9 surrounding the core 8 , which has an outer diameter of, for example, 125 μm. Core 8 and cladding 9 have different refractive indices. The angle α is expediently chosen such that light guided by the core 8 emerges from the fiber 2 in the shortest possible way after reflection at the end face 7 and is not reflected back into the core 8 if possible. With a deviation required in this sense, it is expediently in the vicinity of 45 °.
Die optische Faser 2 wird mit Vorteil in einer offenen Rinne 10 eines ebenen, plattenförmigen Trägers 11 angeordnet, auf dem auch die Fotodiode 1 angebracht sein kann. Die Rinne 10 ist vorzugsweise V-förmig ausgebildet. Im Träger 11 ist mindestens eine Rinne 10 angebracht. Die Rinne 10 ist vorzugsweise genau auf die Abmessungen der Faser 2 abgestimmt, so daß dieselbe exakt im Träger 11 geführt ist. Die Faser 2 ist zweckmäßig so in der Rinne 10 angebracht, daß sie knapp unter der Oberfläche des Trägers 11 liegt. Sie kann dann in Längsrichtung der Rinne 10 in dieselbe eingeschoben werden, ohne von der eventuell bereits montierten Fotodiode 1 behindert zu werden. In der Endposition liegt die Faser 2 dann knapp unter der Fotodiode 1. Es ist jedoch auch möglich, die Faser 2 in der Rinne 10 so anzuordnen, daß die Fotodiode 1 an ihrem Mantel 9 anliegt. Die Faser 2 ist in der fertigen Anordnung im Träger 11 so positioniert, daß das von der Endfläche 7 reflektierte Licht an der Stelle austritt, an welcher sich die aktive Fläche 4 der Fotodiode 1 befindet. The optical fiber 2 is advantageously arranged in an open channel 10 of a flat, plate-shaped carrier 11 , on which the photodiode 1 can also be attached. The channel 10 is preferably V-shaped. At least one channel 10 is attached in the carrier 11 . The channel 10 is preferably precisely matched to the dimensions of the fiber 2 , so that it is guided exactly in the carrier 11 . The fiber 2 is expediently mounted in the channel 10 in such a way that it lies just below the surface of the carrier 11 . It can then be inserted into the channel 10 in the longitudinal direction thereof without being obstructed by the photodiode 1 , which may already be installed. In the end position, the fiber 2 is then just below the photodiode 1 . However, it is also possible to arrange the fiber 2 in the groove 10 so that the photodiode 1 bears against its jacket 9 . The fiber 2 is positioned in the finished arrangement in the carrier 11 such that the light reflected from the end surface 7 emerges at the point at which the active surface 4 of the photodiode 1 is located.
Das Material des Trägers 11 ist an sich beliebig. Er kann beispielsweise aus Keramik bestehen. In bevorzugter Ausführungsform wird für den Träger 11 aber halbleitendes Material verwendet, wie beispielsweise Gallium-Arsenid oder-Indium-Phosphid. Der Träger 11 kann mit einer durch gestrichelte Linien angedeuteten elektronischen Schaltung 12 versehen sein, bei der es sich mit Vorteil um einen Verstärker handelt. Auf dem Träger 11 können auch noch weitere elektronische Schaltungen angebracht sein. Die Faser 2 ist wieder in einer vorzugsweise V-förmigen Rinne 10 angebracht, die sich bei diesem Material als sogenannter V-Graben (V-groove) sehr genau durch Ätzen herstellen läßt. Die Fotodiode 1 ist mit ihrer aktiven Fläche 4 über der Endfläche 7 der Faser 2 positioniert. Ihre Kontakte 5 und 6 sind auf kürzestem Wege mit korrespondierenden Kontakten der Schaltung 12 verbunden. Solch kurze, elektrisch leitende Verbindungen können bei einem Träger 11 aus halbleitendem Material auch zu und zwischen anderen elektronischen Schaltungen desselben eingesetzt werden. Eine Störung oder Verzerrung bei der Übertragung von Signalen durch die leitenden Verbindungen kann damit weitestgehend ausgeschlossen werden. The material of the carrier 11 is arbitrary in itself. It can consist of ceramic, for example. In a preferred embodiment, however, semiconducting material is used for the carrier 11 , such as, for example, gallium arsenide or indium phosphide. The carrier 11 can be provided with an electronic circuit 12 , indicated by dashed lines, which is advantageously an amplifier. Further electronic circuits can also be attached to the carrier 11 . The fiber 2 is again attached in a preferably V-shaped groove 10 , which can be produced very precisely by etching in this material as a so-called V-groove (V-groove). The photodiode 1 is positioned with its active surface 4 over the end surface 7 of the fiber 2 . Their contacts 5 and 6 are connected in the shortest possible way to corresponding contacts of the circuit 12 . Such short, electrically conductive connections can also be used in a carrier 11 made of semiconducting material to and between other electronic circuits of the same. A disturbance or distortion in the transmission of signals by the conductive connections can be largely excluded.
Im vorangehenden ist die Anordnung für die Übertragungsrichtung von Datenströmen von der optischen Faser 2 zur Fotodiode 1 beschrieben. Die Anordnung ist auch für die entgegengesetzte Übertragungsrichtung einsetzbar. Statt der Fotodiode 1 als Empfänger wird dann als optisches Bauteil ein Sender eingesetzt. Ein geeigneter Sender ist beispielsweise eine Laserdiode, insbesondere eine als Flächenstrahler ausgeführte Laserdiode (VCSEL). The arrangement for the transmission direction of data streams from the optical fiber 2 to the photodiode 1 is described above. The arrangement can also be used for the opposite direction of transmission. Instead of the photodiode 1 as a receiver, a transmitter is then used as the optical component. A suitable transmitter is, for example, a laser diode, in particular a laser diode (VCSEL) designed as an area radiator.
Claims (4)
daß das Ende der Faser (2) mit einer planen, Licht reflektierenden Endfläche (7) versehen ist, die unter einem spitzen Winkel (α) zur Achse der Faser (2) verläuft, und
daß die Faser (2) derart in unmittelbarer Nähe der aktiven Fläche (4) des optischen Bauteils (1) positioniert ist, daß jeweils nach Reflexion an der Endfläche (7) von der Faser (2) geführtes Licht auf die aktive Fläche (4) fällt oder vom optischen Bauteil (1) ausgehendes Licht in den Kern (8) der Faser (2) eingekoppelt wird. 1. An arrangement is transmitted to the positioning of an optical fiber relative to a vehicle equipped with an active area optical component with which light from a light conducting core and a same surrounding cladding having fiber to the component or be coupled from the device into the fiber, characterized featured ,
that the end of the fiber ( 2 ) is provided with a planar, light-reflecting end face ( 7 ) which extends at an acute angle (α) to the axis of the fiber ( 2 ), and
that the fiber ( 2 ) is positioned in the immediate vicinity of the active surface ( 4 ) of the optical component ( 1 ) in such a way that, after reflection at the end surface ( 7 ), light guided by the fiber ( 2 ) onto the active surface ( 4 ) falls or light emanating from the optical component ( 1 ) is coupled into the core ( 8 ) of the fiber ( 2 ).
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| 8130 | Withdrawal |