DE2920957A1

DE2920957A1 - Verzweigerelement und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2920957A1
Application number: DE19792920957
Authority: DE
Inventors: Herbert Michel; Achim Dipl Phys Reichelt; Gerhard Dr Ing Winzer
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1979-05-23
Filing date: 1979-05-23
Publication date: 1980-11-27
Also published as: JPH0226203B2; DE2920957C2; US4339290A; FR2457501B1; GB2049987B; FR2457501A1; JPS55159403A; GB2049987A

Description

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-IT-

AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München TPA 79 P 7 0 6 9 BRD

Terzweigerelement und Terfahren zu seiner Herstellung.

Die Erfindung betrifft ein Terzweigerelement nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und Terfahren zu seiner Herstellung.

Derartige, nach dem Strahlteiler-Prinzip arbeitende Terzweigerelemente sind bereits in der älteren Patentanmeldung (P 28 51 679.2) vorgeschlagen worden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Terzweigerelement der eingangs genannten Art in einfacher Weise zu einem Terzweigerelement-Tielfachen zu erweitern und insbesondere Terfahren anzugeben, mit deren Hilfe diese Terzweigerelement-Tielfachen wirtschaftlich hergestellt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mehrere Paare fluchtender Führungskanäle parallel zueinander in einer Ebene angeordnet sind, daß alle Paare durch eine gemeinsame Spiegelschicht getrennt sind und

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daß je Paar mindestens ein weiterer Führungskanal von der Spiegelschicht und von einem der fluchtenden Führungskanäle des Paares wegführt. Dadurch entsteht ein Block mit einer Vielzahl identischer einfacher Versweigerelemente, die in unterschiedlichen Ebenen parallel zueinander liegen.

Durch einfaches Auftrennen zwischen diesen Ebenen läßt sich aus diesem Verzweigerelement-Vielfachen im Bedarfsfall eine Vielzahl von einfachen Verzweigerelementen erzeugen. Die Herstellung des erfindungsgemäßen Verzweigerelement-Vielfachen erfolgt besonders vorteilhaft nach Verfahren, wie sie in den kennzeichnenden Teilen der Ansprüche 2 und 3 angegeben sind. Danach können Teile des Yerzweigerelement-Vielfachen gemeinsam während der verschiedenen Verfahrensschritte, wie beispielsweise dem Justieren der Lichtwellenleiter zueinander, en bloc bearbeitet werden, wodurch sich der Arbeitsaufwand je einzelnem Verzweigerelement umgekehrt proportional zur Anzahl der einzelnen Verzweigerelemente reduziert.

Eine weitere Vereinfachung des Herstellungsverfahrens läßt sich vorteilhaft dadurch erreichen, daß die Verfahrensschritte bezüglich der Ausrichtung der Achsen der Lichtwellenleiter zueinander selbstjustierend sind. Neben der Vereinfachung ergibt sich dabei gleichzeitig eine höhere Genauigkeit und Reproduzierbarkeit.

Im Hinblick auf eine konstruktive Ausgestaltung empfiehlt es sich dabei, daß der Ausgangskörper eine planpolierte und senkrecht zur Oberfläche liegende Seitenfläche aufweist und daß im Verfahrensschritt a die Führungskanäle parallel zu dieser Seitenfläche erzeugt werden. Die Seitenfläche dient dadurch als Bezugsfläche für die spätere Justierung der Lichtwellenleiter zueinander. Die unter-

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schiedlichen Teile des Verzweigereleinent-Vielfachen brauchen beim Zusammenfügen auf einer ebenen Montageplatte lediglich mit dieser Seitenfläche gegen einen gemeinsamen Anschlag gelegt zu werden.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, daß die Abmessungen der für das Verzweigerelement-Vielfache benötigten Teile so gewählt werden und die notwendigen Trennungen so erfolgen, daß das fertige Verzweigerelement-Yielfache quaderförmig ist. Dadurch lassen sich mehrere derartige Yerzweigerelement-Vielfache nach dem Baukasten-Prinzip beliebig zu Yielfach-Yerzweigerelement-Vielfachen kombinieren.

Weitere Vorteile des'" erfindungsgemäßen Verzweigerelement-Vielfachen und der dazu vorgesehenen Herstellungsverfahren sind den Ausführungsbeispielen zu entnehmen, die anhand der Fig.Ibis 3 im folgenden näher beschrieben und erläutert werden. Dabei zeigen

die Fig.1a bis 1h die einzelnen Verfahrensschritte zur Herstellung eines Verzweigerelement-Vielfachen in T-Struktur,

die Fig.2a und 2b davon abweichende Verfahrensschritte zur Erzeugung eines Verzweigerelement-Vielfachen in Kreuz-Struktur und

die Fig.3a bis 3c mögliche Anwendungsbeispiele dieser ' Verzweigerelement-Vielfachen.

Die Fig.1a zeigt in Drauf- und in Seitenansicht einen Ausgangskörper 100, der aus einem Siliziumplättchen 1 und einem Substrat 2 besteht. Das Siliziumplättchen 1 ist mit Führungskanälen 3 versehen und auf das Substrat

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2 aufgekittet. Das Substrat 2 besteht vorzugsweise aus Glas. Ersatzweise kann auch das Substrat 2 allein den Ausgangskörper 1CO bilden. Die Führungskanäle kennen dabei beispielsweise durch Ritzen, Pressen, Fragen oder Laminieren erzeugt werden. Der Abstand der einzelnen Führungskanäle 3 voneinander ist im Vergleich zur Breite dieser Kanäle und deren Tiefe groß, z.B. 2 mm. Die Führungskanäle 3 haben eine Breite von beispielsweise 215/um und bilden zwischen den Flanken der Kanäle einen Winkel von 70,53° bei Verwendung von Silizium. In jedem Fall muß das Profil der Führungskanäle dem äußeren Durchmesser der darin einzulegenden Lichtwellenleiter angepaßt sein.

Dieser Ausgangskörper 100 wird an seiner unteren durch die Kante U-Y markierten Seitenfläche genau parallel zu den Führungskanälen 3 poliert. Untereinander verlaufen die Führungskanäle ebenfalls sehr exakt parallel zueinander. Bei Verwendung von Silizium ist diese Forderung leicht zu erfüllen, weil die Führungskanäle 3 fotolithografisch mit hoher Präzision von einer Maske zunächst in Fotolack und anschließend durch anisotropes Ätzen in das Siliziumplättchen 1 übertragen werden können.

Wie im linken Teil der Fig.1a dargestellt, wird der Ausgangskörper 100 anschließend entlang der Linie A-B getrennt, so daß zwei Teile mit den Längen L₁ und L₂ entstehen. Yorteilhafterweise wird dabei L₁ annähernd gleich d^+dp kleiner oder gleich 0,5 Lp gewählt. cL und dp sind dabei die Dicken des Siliziumplättchens 1 und des Substrats 2.

In die Führungskanäle des rechten Teiles mit der Länge L₂ werden Lichtwellenleiter 4 lose eingelegt, wie es in der Fig.1b wiederum in Drauf- und Seitenansicht darge-

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stellt ist. In die Führungskanäle 3 des linken Teiles mit der Länge L^ v/erden ebenfalls Lichtwellenleiter 5 eingelegt. Sie werden hier jedoch unter Verwendung eines Deckels 6, vorzugsweise aus Glas, mit dem SiIiziumplättchen 1 mittels eines optischen Klebers verkittet. Beim Yerkitten ist darauf au achten, daß die untere Planfläche des Deckels 6 mit der entsprechenden Fläche des Ausgangskörpers 100 exakt zusammenfällt. Das so entstandene Gebilde aus Substrat 2, Siliziumplättchen 1 mit Lichtwellenleitern 5 und Deckel β ist in Fig.1c wiederum in zwei Ansichten dargestellt.

Die ursprüngliche Trennfläche dieses Körpers wird nun optisch planpoliert, damit in einer Ebene liegende Licht-Wellenleiter-Stirnflächen optischer Qualität entstehen. Der gesamte Block nach Fig.1c wird nun mit dem mit den Lich&wellenleitern bestückten Ausgangskörper nach Fig.1b, wie in den Fig.id und 1e in Seitenansicht und perspektivisch dargestellt, mittels eines optischen Klebers verkittet. Erfolgt dieses Yerkitten auf einer ebenen Montagevorrichtung (hier nicht dargestellt), dann stoßen die Achsen der Lichtwellenleiter 5 orthogonal auf die Achsen der Lichtwellenleiter 4. Ein ideales Zusammenpassen aller Lichtwellenleiter ist dadurch gewährleistet, daß die Führungskanäle 3 ursprünglich zusammenhängend waren. Durch die bestimmte ¥ahl von d-,, dp, L^ und Lp entsteht ein Quader 110 mit mehreren identischen Lichtwellenleiter-T-Strukturen. In der Fig.1 sind der Übersichtlichkeit halber nur vier derartige Strukturen dargestellt. In Wirklichkeit wird man einen solchen Quader beispielsweise mit dreißig Strukturen herstellen.

Der Quader 110 muß nun, wie in Fig.if in einer Ansicht senkrecht zu den Lichtwellenleiter-T-Strukturen dargestellt, entlang der Linie C-D unter 45° zu den Achsen

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der Lichtwellenleiter 4 und 5 in bekannter l/eise getrennt werden. Das Ergebnis zeigt die Fig.Ig. Die Trennflächen werden optisch planpoliert und eine von ihnen mit einem Teilerspiegel 9 bedampft. Dabei kann es sich um einen metallischen teildurchlässigen Spiegel oder einen dielektrischen Spiegel handeln. Abschließend werden die beiden Teile wieder achsfluchtend mittels optischen Klebers verkittet. Die Fig.1h zeigt das so hergestellte fertige Yerzweigerelement-Vielfache.

Nach einem zusätzlichen Polieren aller Außenflächen 101, 102 und 103, aus denen Lichtwellenleiter austreten, eignet sich das Verzweigerelement-Vielfache für die baukastenförmige Zusammensetzung mehrerer derartiger Vielfaeher. Jedes einseine Vielfache kann darüber hinaus über Lichtwellenleiter-Yielfachstecker z.B. an optische Kabelstrecken angekuppelt werden.

Trennt man den Quader 110 jeweils in einem Abstand, der dem Abstand der Führungskanäle 3 entspricht, entlang der in der Fig.id durch die Linien P_n-Q_n angedeuteten Ebenen mittig zwischen den η Lichtwellenleiter-T-Strukturen, so entstehen aus dem Yerzweigerelement-Yielfachen η einzelne T-Abzweige, die in der Aufsicht der Fig.1h nicht von einem einfachen Verzweigerelement unterscheidbar sind.

Die Fig.2 zeigt bestimmte Verfahrensschritte für eine Variante zu der bisher besprochenen Bauforn des Yerzweigerelement-Vielfachen. Unverändert übernommen werden zwei Teilkörper nach der Fig.1c, die jeweils aus Substrat 2, Siliziumplättchen 1 mit eingelegten Lichtwellenleitern 5 und Deckel 6 bestehen und an der unteren Fläche entlang U-Y sowie an der Trennfläche planpoliert sind.

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Wie in der Fig.2a dargestellt ist, wird auf eine planpolierte Trennfläche ein lichtempfindlicher Dickfilia 7 auflaminiert, in den fotolithografisch Führungskanäle zwischen stehenbleibenden Dickfilmbereichen erzeugt werden. Die Führungskanäle 8 ersetzen die Führungskanale des Teiles des Ausgangskörpers 100 der Länge L_? im Ausführungsbeispiel gemäß der Fig.1. Wie dort werden in die Führungskanäle 8 Liahtwellenleiter 4 eingelegt. Bei der Maskierung des Dickfilms Tor den fotolithografischen Verfahrensschritten ist darauf zu achten, daß die Lage der zu erzeugenden Führungskanäle· 8 wieder genau parallel zu der Kante U-Y ist und daß die Achsen dieser Führungskanäle die Achsen der Lichtwellenleiter 5 schneiden. Auf den so bestückten Körper nach .der Fig.2b wird nun, wie zuvor beschrieben, der zweite Körper entsprechend der Fig.1c justiert und mit optischem Kleber gekittet. Es entsteht dadurch ein Quader ähnlich dem in der Fig.ie. Die weiteren Verfahrensschritte sind die gleichen wie im Ausführungsbeispiel gemäß der Fig.1.

Im Unterschied zur ersten Anordnung sind die Einzelstrukturen des Yerzweigerelement-Vielfachen nun aber keine T-Strukturen, sondern Kreuz-Strukturen, d.h. 4-Tore.

In der Fig.3 ist anhand der Lichtwellenleiter-T-Strukturen gezeigt, wie einzelne Versweigerelemente oder geschichtete Verzweigerelement-Vielfache kombiniert werden können. Die Einzelelemente sind die "Klötze" eines Baukastens, mit denen sich beliebig variieren läßt. Entsprechende Kombinationen sind ebenfalls mit Lichtwellenleiter-Kreuz-Strukturen möglich.

Die Basis bildet ein einfaches Verzweigerelement in T-Struktur (oder ein entsprechendes Verzweigerelement-

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Vielfaches, wie es in Fig.lh dargestellt ist. Durch die römischen Ziffern I bis III sind die entsprechenden Tore angedeutet.

In den Fig.3a und 3b sind jeweils T-Kaskaden dargestellt, die bei Montage auf einer ebenen Montageplatte mit Anschlägen achsfluchtend zusammenpassen. Die Anordnung nach der Fig.3a ist dabei z.B. für die unidirektionale Ein- und Auskopplung von Signalen in die Stammleitung I-II geeignet. Vorteilhafterweise wird dabei der Sender bei III und der Empfänger bei IV angeordnet. Dadurch läßt sich z.B. eine Störung des Empfangssignals eines' Teilnehmers durch den eigenen Sender reduzieren.

Die Anordnung gemäß der Fig.3b stellt einon bidirektionalen Anschluß dar. Alle "Klötze" der Anordnungen sind bisher von der geometrischen Dimensionierung her identisch. Dabei ist es möglich, daß die Strahlteiler bezüglich Teilerverhältnis und/oder spektraler Charakteristik unterschiedlich ausgelegt sind.

In der Fig.3c ist ein 5-Tor als Baum-Struktur dargestellt. Die Tore sind wieder mit den römischen Ziffern I bis V gekennzeichnet. Bei Verwendung geeignet dimensionierter Strahlteiler 9 läßt sich dieses 5-Tor gemäß der Fig.3c z.B. als Multiplexer sum Zusammenführen bzw. als Demultiplexer zum Trennen von vier Lichtwellenlängen benutzen. Im Falle eines Demultiplexers ist es zur Erhöhung der Nebensprechdämpfung vorteilhaft, an den Ausgangen H-V Schmalbandfilter anzubringen, die jeweils nur die gewünschte Wellenlänge transmittieren. Die einzelnen "Klötze" dieser Struktur sind hier nicht mehr gleich lang ausgeführt, damit eine kompakte Einheit mit an einem Gesamtquader außenliegenden lichtweXLenleiter-Stirnflächen entsteht. Dreht man jedoch den "Klotz" entspre-

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chend der Fig.1h um, so kann auch nit geometrisch identischen Klötzen gearbeitet werden, veil das Tor (V) rechts in der Fig.3c zu liegen kommt. In diesem Fall müssen
aber u.U. höhere Fertigungstoleranzen bei der Herstellung eingehalten "werden.

Wie diese Ausführungsbeispiele gezeigt haben, lassen sich durch einfache Yerfahrensschritte Yerzweigerelement-Yielfache mit einer großen Anzahl identischer Lichtwellenleiter-Strukturen erzeugen, die sich nach dem Baukasten-Prinzip zu beliebigen T- oder Baum-Strukturen kombinieren lassen. Darüber hinaus lassen sich durch einfaches Trennen aus diesen Yerzweigerelement-Yielfachen einzelne Yerzweigerelemente herstellen, wodurch der Aufwand für diese einzelnen Yerzweigereleciente erheblich herabgesetzt wird.

6 Patentansprüche
3 Figuren

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Claims

Patentansprüche:

1. Verzweigerelement sum Verteilen von Licht aus mindestens einem zuführenden Lichtwellenleiter auf weiterführende Lichtwellenleiter nach den Strahlteiler-Prinaip, bei dem in einem Körper fluchtende Führungskanäle vorgesehen sind, die durch eine dazu geneigte Spiegelschicht getrennt sind, "bei dem zumindest ein weiterer Führungskanal von der Spiegelschicht und von einem fluchtenden Führungskanal wegführt und bei dem Lichtwellenleiter in den Führungskanälen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet , daß mehrere Paare fluchtender Führungskanäle (3) parallel zueinander in einer Ebene angeordnet sind, daß alle Paare durch eine gemeinsame Spiegelschicht (9) getrennt sind und daß je Paar mindestens ein weiterer Führungskanal (3) von der Spiegelschicht und von einem der fluchtenden Füh^ingskanäle (3) des Paares wegführt.

2. Verfahren zum Herstellen eines Verzweigerelenentes nach Anspruch 1 mit einem weiteren Führungskanal Je Paar fluchtender Kanäle, bei den die v/eiteren Kanäle annähernd senkrecht auf der Ebene der fluchtenden Kanäle stehen, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a. in einer ebenen Oberfläche eines Ausgangskörpers (100) werden mehrere parallel liegende Führungskanäle (3)

• erzeugt,
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b. der Körper (100) wird senkrecht zu den Führungskanälen (3) in einen ersten und einen zweiten Teil getrennt,

c. in die Kanäle (3) beider Teile werden Lichtwellenleiter (4, 5) eingelegt,

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d. die Lichtwellenleiter werden in dem ersten Teil unter Verwendung eines Deckels (δ) mittels eines optischen Klebers verkittet,

e. die Trennfläche des ersten Teiles wird optisch planpoliert,

f. sie wird so auf die Oberfläche des zweiten Teiles aufgesetzt, daß die Achsen der Lichtwellenleiter (5) des ersten Teiles orthogonal auf die entsprechenden Achsen des zweiten Teiles stoßen,

g. beide Teile, werden in dieser Lage verkittet,

h. das so entstandene Gebilde wird entlang der Winkelhalbierenden zwischen den beiden durch die Lichtwellenleiter (4, 5) aufgespannten Ebenen getrennt,

i. die Trennflächen v/erden optisch planpoliert und eine von ihnen mit einem Teilerspiegel (9) bedampft,

j. die beiden Hälften werden mit den Trennflächen wieder so zusammengefügt, daß die Achsen entsprechender Lichtwellenleiter (4, 5) fluchten.

3. Verfahren zur Herstellung eines Verzweigerelementes nach Anspruch 1 mit zwei weiteren, ebenfalls fluchtenden Führungskanälen je Paar fluchtender Führungskanäle, bei dem die weiteren Kanäle annähernd senkrecht auf der Ebene der Paare fluchtender Kanäle stehen, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

a. In einer ebenen Oberfläche eines Ausgangskörpers (100) werden mehrere parallel liegende Führungskanäle (3) erzeugt,

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b. der Körper wird senkrecht zu den Führungskanälen (3) in einen ersten und einen zweiten Teil getrennt,

c. in die Kanäle (3) beider Teile werden Lichtwellenleiter (5) eingelegt,

d. die Lichtwellenleiter (5) werden in beiden Teilen unter Verwendung je eines Deckels (6) mittels eines optischen Klebers verkittet,

e. die Trennflächen werden optisch planpoliert,

f. auf die Fläche des ersten Teiles wird ein lichtempfindlicher Dickfilm (7) auflaminiert, in dem fotolithografisch eine der Anzahl der Lichtwellenleiter (5) in

diesem Teil entsprechende Anzahl von Führungskanälen (S) erzeugt wird, die die Achsen der vorhandenen Licht-. wellenleiter (5) senkrecht schneidet,

g· in diese Führungskanäle (8) werden ebenfalls Lichtwellenleiter (4) eingelegt,

h. der zweite Teil wird mit seiner Trennfläche so auf die Trennfläche des ersten Teiles aufgesetzt, daß die Achsen der Lichtwellenleiter (5) fluchten,

i. beide Teile werden in dieser Lage verkittet,

j. das so entstandene Gebilde wird entlang der ¥inkelhalbierenden zwischen den beiden durch die Lichtwellenleiter (4, 5) aufgespannten Ebenen getrennt,

k. die Trennflächen werden optisch planpoliert und eine von ihnen mit einem Teilerspiegel (9) bedampft,

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1. die beiden Hälften werden nit den Trennflächen wieder so zusammengefügt, daß die Achsen entsprechender Lichtwellenleiter (4, 5) fluchten.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Terfahrensschritte bezüglich der Ausrichtung der Achsen der Lichtv/ellenleiter (4, 5) zueinander selbstjustierend sind.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Ausgangskörper eine planpolierte und senkrecht zur Oberfläche liegende Seitenfläche (U-V) aufweist, und deß im Verfahrensschritt a die Führungskanäle (3) parallel zu dieser Seitenfläche (U-V) erzeugt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Abmessungen der für das Verzv/eigerelement-Vielfache benötigten Teile so gewählt werden und die notwendige Trennung so erfolgt, daß das fertige Verzweigerelement-Vielfache (110) quaderförmig ist.

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