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DE20021834U1 - Vorrichtung zur Lichteinkopplung in eine lichtleitende Schicht innerhalb einer hybrid aufgebauten elektrisch-optischen Leiterplatte - Google Patents

Vorrichtung zur Lichteinkopplung in eine lichtleitende Schicht innerhalb einer hybrid aufgebauten elektrisch-optischen Leiterplatte

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DE20021834U1
DE20021834U1 DE20021834U DE20021834U DE20021834U1 DE 20021834 U1 DE20021834 U1 DE 20021834U1 DE 20021834 U DE20021834 U DE 20021834U DE 20021834 U DE20021834 U DE 20021834U DE 20021834 U1 DE20021834 U1 DE 20021834U1
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coupling
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Schilling Harry De
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Schleifring und Apparatebau GmbH
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Description

Rosier
Patentanwaltskanzlei
urpaterv
Rosier Patentanwaltskanzlei, Landsberger Str, 480 a. 81241 München
Deutsches Patent- und Markenamt Zweibrückenstr. 12
80297 München
Uwe Th. Rosier, Dipl.-Phys. Dr. Roland Gagel, Dipl.-Phys.*
Patentanwälte,
European Patent Attorneys, European Trademark Attorneys
Telefon: +49/(0)89/820 477 120 Telefax: +49/(0)89/820 477 121 email: ur@urpatent.com
Neue Deutsche Gebrauchsmusteranmelduna
Anmelder:
22.12.2000, Rö/He
Unser Zeichen: SA100R01
Schleifring und Apparatebau GmbH
Am Hardtanger 10 82256 Fürstenfeldbruck
Vorrichtung zur Lichteinkopplung in eine lichtleitende Schicht innerhalb einer hybrid aufgebauten elektrisch-optischen Leiterplatte
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Lichteinkopplung in eine lichtleitende Schicht innerhalb einer hybrid aufgebauten elektrisch-optischen Leiterplatte, die wenigstens eine flächig ausgebildete, lichtleitende Schicht aufweist, die unmittelbar oder mittelbar mit wenigstens einer elektrisch leitenden Schicht flächig lateral verbunden ist.
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Stand der Technik
Hybride Multilayer-Leiterplatten, die sowohl elektrisch leitende als auch optisch leitende Schichten vorsehen, zeichnen sich durch ihre besonders breitbandigen Übertragungseigenschaften sowie ihre Robustheit gegenüber äußeren Störeinflüssen aus und finden zunehmend Anwendung in der datenverarbeitenden sowie datenübertragenden Technik. Hybride elektrisch-optische Leiterplatten zeichnen sich dadurch aus, dass zwischen zwei lateral benachbarten elektrisch leitenden Schichten eine optische Lage vorgesehen ist, die üblicherweise aus einer lichtleitenden Kernschicht und die Kernschicht begrenzende Deckschichten besteht und eine weitgehend verlustfreie Lichtübertragung bzw. Lichtleitung innerhalb der lichtleitenden Kernschicht ermöglicht.
Neben der Technologie zur Realisierung derartiger als Lichtwellenleiter ausgebildeter optischer Lagen und zu ihrer Integration in die Leiterplatte sind elektrisch-optische Wandlermodule, die die Schnittstelle zwischen den Lichtwellenleiter und den mikroelektronischen Komponenten der Leiterplatte bilden, von entscheidender Bedeutung. Zur Umsetzung elektrischer Signale in optische Signale und zur entsprechenden Einkopplung der optischen Signale in die lichtleitende Schicht werden vorzugsweise vertikal emittierende Laserdioden eingesetzt, deren Licht entweder unmittelbar oder unter Zuhilfenahme optischer Mikrokomponenten, wie beispielsweise Mikrolinsen, Spiegel oder Prismen, stirnseitig in die lichtleitende Schicht eingekoppelt wird. Als nachteilhaft bei den bekannten · *
Lichteinkoppeltechniken in elektrisch-optische Leiterplatten über die Stirnseiten der
jeweils optisch leitenden Schichten sind zum einen die hohen Kosten für die ll*,»U
* zusätzliche Verwendung mikrooptischer Elemente wie Prismen und Spiegel und zum {»,*!$
anderen der hohe Justageaufwand zur exakten Positionierung der jeweiligen Iv**
optischen Mikroelemente zur exakten und möglichst verlustfreien Lichteinkopplung * ·.·
über die sehr klein dimensionierten Stirnseiten der optischen Wellenleiter. '«♦*·'
Einen Übersichtsartikel zum derzeitigen Stand vorstehend bezeichneter hybridartig ausgebildeter elektrisch-optischer Leiterplatten findet sich in Fachverband Elektronik-
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SA100R01
Design (FED) 2000, Vortragsband-Konferenz Elektronik-Design 2000 & Baugruppen-Fertigung 2000 Seite 110 bis 117.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Lichteinkopplung in eine lichtleitende Schicht einer hybrid aufgebauten elektrisch-optischen Leiterplatte derart auszugestalten, dass die zur Lichteinkopplung zu treffenden Maßnahmen nur geringe Kosten und ein Mindestmaß an zusätzlichem Justageaufwand aufwerfen.
Die Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist im Schutzanspruch angegeben. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung zur Lichteinkopplung in eine lichtleitende Schicht innerhalb einer hybrid aufgebauten elektrisch-optischen Leiterplatte, die wenigstens eine lichtleitende Schicht aufweist, die unmittelbar oder mittelbar mit wenigstens einer elektrisch leitenden Schicht flächig lateral verbunden ist derart ausgebildet, dass die lichtleitende Schicht wenigstens einen frei an ihrer lateralen Oberfläche zugänglichen Bereich aufweist, der mit Licht bestrahlbar ist und dass im lateralen, frei zugänglichen Bereich der lichtleitenden Schicht ein optisches Gitter vorgesehen ist und/oder innerhalb der lichtleitenden Schicht zumindest im frei zugänglichen Bereich Streuzentren für das Licht vorhanden sind.
Im Gegensatz zu den bisher bekannten, vorstehend skizzierten Lichteinkoppeltechniken ist es mit der erfindungsgemäßen Maßnahme möglich, das in die lichtleitende Schicht einzukoppelnde Licht auf ihre laterale Oberfläche zu richten und über das Prinzip der optischen Beugung oder Streuung derart in die lichtleitende Schicht einzukoppeln, so dass sich gebeugte bzw. gestreute Lichtwellenanteile lateral innerhalb der lichtleitenden Schicht ausbreiten können. Aufwendige optische Umlenkkomponenten wie beispielsweise Prismen oder Spiegel, wie sie zur seitlichen Einkopplung über die Stirnseite in den flächig ausgebildeten
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SA100R01
Wellenleiter beim Stand der Technik erforderlich sind, entfallen bei der erfindungsgemäß lateralen Lichteinkopplung vollständig.
Die Lichteinkopplung im Wege der optische Beugung mit Hilfe eines Gitters, das als permanente brechungsvariante Struktur entweder an der Oberfläche der lichtleitenden Schicht oder innerhalb der die lichtleitende Schicht überdeckenden optisch transparenten Deckschicht eingebracht ist, vermag das einzukoppelnde Licht mit einem hohen Einkoppelwirkungsgrad längs zur Erstreckung der lichtleitenden Schicht umzulenken.
Alternativ zu permanent vorgesehenen Gittern ist es möglich, unter Verwendung einer photoreaktiven Schicht zeitlich dynamische Gitterstrukturen zu erzeugen, wobei die photoreaktiven Schicht auf der optisch leitenden Schicht bzw. auf der die optisch leitende Schicht überdeckende Deckschicht aufgebracht ist und bei entsprechender Belichtung Brechungsindexänderungen innerhalb der photoreaktiven Schicht generiert. Erfolgt die Belichtung der photoreaktiven Schicht mit Hilfe eines Gittermusters, so kann während der Belichtungsdauer ein optisch aktives Gitter generiert werden, an dem das einfallende Licht in gewünschter Weise je nach Gitterstruktur in den Lichtwellenleiter gebeugt wird.
Alternativ zur Lichtbeugung an einem optischen Gitter sind innerhalb der lichtleitenden Schicht zumindest im Bereich, an dem die lichtleitende Schicht nicht von benachbarten Schichtstrukturen, wie beispielsweise elektrisch leitende Schichten abgedeckt ist, Streuzentren eingebracht, an denen einfallendes Licht isotrop gestreut wird. Ein Teil des nahe der lichtleitenden Schicht gestreuten Lichtes breitet sich in gewünschter Weise lateral zur lichtleitenden Schicht aus. Neben optisch permanent wirkenden Streuzentren sind auch dynamisch aktivierbare Streuzentren bekannt, deren optische Streuwirkung durch Anlegen eines externen elektrischen oder magnetischen Feldes optisch aktivierbar sind. Derartig dynamisch aktivierbare Streuzentren haben gegenüber permanenten Streuzentren den Vorteil, dass sie lediglich in Zeiten der Lichteinkopplung optisch aktiviert sind und in der übrigen Zeit keine Streuwirkung entfalten. Dies hat insbesondere für die innerhalb der
5 i ·* I &iacgr; &Idigr; J SA100R01
lichtleitenden Schicht geführten Lichtwellen den Vorteil, dass sie keinen intrinsischen Streuprozessen unterworfen sind. So ist es möglich durch externe Einwirkung mittels Licht, elekrostatischen, elektrodynamischen, elektromagnetischen oder magnetischen Feldern oder Partikelströmen die Streuwirkung derartige Streuzentren zu beeinflussen in digitaler oder analoger Form, sodass auch der Streugrad individuell eingestellt werden kann.
Eine dritte Alternative zur lateralen Lichteinkopplung in eine innerhalb einer elektrisch-optischen Leiterplatte vorgesehenen lichtleitenden Schicht, die wenigstens an einem Bereich frei zugänglich ist, ist das Vorsehen einer oberflächigen Mikrostrukturierung, durch die in Abhängigkeit des Einfallswinkels des auf die Oberfläche der lichtleitenden Schicht auftreffenden Lichtstrahlung Licht einkoppelt. Derartige Mikrostrukturierungen sehen optisch aktive Grenzflächen vor, die im Wege der Lichtbrechung Licht in die gewünschte laterale Ausbreitungsrichtung umzuleiten vermag. Mikrostrukturierungen der vorstehenden Art können beispielsweise im Wege der Oberflächenprägung in geeigneter Weise herstellt werden.
Derzeit zeichnen sich grundsätzlich zwei Möglichkeiten zur Herstellung von optischen Verbindungen auf hybrid hergestellten Leiterplatten ab. Einerseits werden derartige Leiterplatten im Wege photochemischer Prozesse hergestellt, ähnlich der Herstellung von konventionellen Kupferstrukturen auf Leiterplatten, die andere Variante zur Herstellung ist die Erzeugung der lichtleitenden Schicht durch Pressen . %
mittels Stempels. Beide an sich bekannte Herstellungsverfahren erlauben ***M*
uneingeschränkt die Anwendung der vorstehend beschriebenen Prinzipien zur lateralen Lichteinkopplung über wenigstens eine seitliche Oberfläche der
lichtleitenden Schicht. *· * *
Kurze Beschreibung der Erfindung i * j
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben. Es zeigen:
• mr\ Φ · · · &phgr; ·
·&bgr; · ·&Ogr; · · ·..*·..· SA100R01
Fig. 1 Längsschnitt durch eine hybrid aufgebaute elektrisch-optische Leiterplatte, und
Fig. 2 Darstellung der lateralen Einkoppelmechanismen bezüglich Streuung und Beugung.
Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine hybrid aufgebaute elektrisch-optische Leiterplatte mit zwei elektrischen Lagen 1, zwischen denen eine optische Lage 2 eingeschlossen ist, die zwei Deckschichten 3 und eine mittlere lichtleitende Schicht vorsieht. Erfindungsgemäß weist die hybrid aufgebaute elektrisch-optische Leiterplatte einen frei an ihrer lateralen Oberfläche zugänglichen Bereich 5 auf, d.h. eine der elektrischen Lagen 1 weist im Bereich 5 eine Schichtunterbrechung auf. Nun gilt es Licht, das beispielsweise von einer Photodiode 6 emittiert wird und in den frei zugänglichen Bereich 5 durch die Deckschicht 3 auf die Oberfläche der lichtleitenden Schicht 4 auftrifft, derart umzulenken, dass ein möglichst großer Lichtanteil lateral in Richtung der lichtleitenden Schicht 4 umgelenkt wird.
In Fig. 2a und b sind zwei Schemazeichnungen dargestellt, die eine derartige Lichtumlenkung innerhalb der optischen Lage 2 beschreiben. In Fig. 2a sind zumindest im frei zugänglichen, vom Licht bestrahlten Bereich 5 der lichtleitenden : "*v Schicht 4 Streuzentren 7 vorgesehen, die einen Teil des einfallenden Lichtes in Richtung der lateralen Erstreckung der optischen Schicht 4 im Wege optischer Streuung umlenken. Alternativ hierzu kann durch Vorsehen eines optisch aktiven Gitters 8 in der Deckschicht 3 oder an der Oberfläche der lichtleitenden Schicht 4 eine optische Beugung des einfallenden Lichtes derart erzwungen werden, so dass
lit! das einfallende Licht nahezu vollständig in Richtung der lichtleitenden Schicht i ". !
umgelenkt wird.
Das Prinzip der lateralen Einkopplung, vermag wie vorstehend beschrieben, auf möglichst einfache und kostengünstige Weise, die zudem störungsunempfindlich
J7 I .* I 1I I SA100R01
gegenüber mechanischen Einflüssen ist, Licht wirkungsvoll längs zur Erstreckung einer lichtleitenden Schicht innerhalb einer hybrid aufgebauten elektrisch-optischen Leiterplatte einzukoppeln.
SA100R01
Bezugszeichenliste
1 Elektrische Schicht
2 Optische Lage
3 Deckschicht (Mantel)
4 Lichtleitende Schicht (Kern)
5 Frei zugänglicher Bereich
6 Photodiode oder Laserdiode
7 Streuzentren
8 Optisches Gitter
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Claims (13)

1. Vorrichtung zur Lichteinkopplung in eine lichtleitende Schicht innerhalb einer hybrid aufgebauten elektrisch-optischen Leiterplatte, die wenigstens eine lichtleitende Schicht aufweist, die unmittelbar oder mittelbar mit wenigstens einer elektrisch leitenden Schicht flächig lateral verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtleitende Schicht wenigstens einen frei an ihrer lateralen Oberfläche zugänglichen Bereich aufweist, der mit Licht bestrahlbar ist und daß im lateralen, frei zugänglichen Bereich der lichtleitenden Schicht ein optisches Gitter vorgesehen ist und/oder innerhalb der lichtleitenden Schicht zumindest im frei zugänglichen Bereich Streuzentren für das Licht vorhanden sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtleitende Schicht mit einer Deckschicht versehen ist, deren Brechzahl kleiner ist als die Brechzahl der lichtleitenden Schicht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Gitter ein brechzahlvariantes Muster innerhalb der lateralen Oberfläche der lichtleitenden Schicht ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Gitter ein brechzahlvariantes Muster innerhalb der lateralen Oberfläche der Deckschicht ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im lateralen, frei zugänglichen Bereich der lichtleitenden Schicht eine photorefraktive oder photoadressierbare Schicht vorgesehen ist, in die mittels optischer Projektion ein dynamisches optisches Gitter einprägbar ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Streuzentren fluoreszierende oder phosphoreszierende Eigenschaften besitzen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Streuzentren permanente oder dynamisch aktivierbare Streuwirkungen besitzen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der lichtleitenden Schicht die Streuzentren aus mindestens einem Material bestehen, das im Wege des photorefraktiven oder photoadressierbaren Effektes beeinflussbar ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der lichtleitenden Schicht die Streuzentren aus mindestens einem Material bestehen, das im Wege des rheologischen Effektes beeinflussbar ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtleidende Schicht aus Glas, Kunststoff oder aus einem anderen für die Lichtleitung geeigneten Materialien besteht.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtleitende Schicht als Faser oder planares Lichtwellenleiterelement ausgeführt ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur optischen Anregung der photorefraktiven oder der photoadressierbaren Schicht sowie zur Lichteinkopplung des innerhalb der lichtleitenden Schicht zu übertragenden Lichtes mindestens zwei unterschiedliche Lichtquellen vorgesehen sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur optischen Anregung der photorefraktiven oder der photoadressierbaren Schicht sowie zur Lichteinkopplung des innerhalb der lichtleitenden Schicht zu übertragenden Lichtes eine einzige Lichtquelle vorgesehen ist.
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