DE4240460C2 - Vorrichtung zur lösbaren Verbindung von Lichtwellenleitern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur lösbaren Verbindung von Lichtwellenleitern, wobei die zu verbindenden Lichtwellenleiter auf je einem Träger angeordnet sind.

Bei Geräten und Anlagen zur Breitbandkommunikation werden mit zunehmender Übertragungsrate und Verarbeitungsgeschwindigkeit einzelne Schaltungsplatinen für die Datenverarbeitung nicht elektrisch, sondern optisch miteinander verbunden. Dazu sind Vorrichtungen aus W. Delbare u. a.: "Electro-optical Board Technology Based on Discrete Wiring", circuit World Vol. 18, No. 3, 1992, Seiten 11 bis 16 bekannt. Bei diesen Vorrichtungen werden die zu verbindenden Glasfasern in ihren Endbereichen über einen oder mehrere quer zur Glasfaser liegende Drähte gebogen und in einem Träger eingebettet. Der schräg nach oben gebogene Teil der Faser wird parallel zur Oberfläche des Trägers angeschliffen. Die Schliffstelle wird mit einer ebenso zur optischen Verbindung präparierten Glasfaser in Kontakt gebracht.

Die bekannten Vorrichtungen weisen den Nachteil auf, daß die Präparation der Glasfasern einschließlich des Einbettens und Schleifens sehr aufwendig ist und leicht zu Faserbrüchen führen kann. Außerdem müssen die Schliffstellen der einzelnen Glasfasern genau zueinander justiert werden. Die Toleranz dieser Justierung muß klein gegenüber dem Kerndurchmesser der Glasfasern sein, beispielsweise < 5 µm bei Multimode- und < 0,5 µm bei Monomode-Fasern. Bei der gleichzeitigen Justierung von mehreren Fasern auf einem Trägerpaar müssen die Positionen der Schliffstellen mit dieser Toleranz relativ zueinander positioniert werden. Dieses ist auf einer ebenen Trägerfläche sehr schwierig.

Aus der DE 28 05 949 C2 ist eine Vorrichtung zum lösbaren Verbinden zweier Lichtwellenleiter bekannt, wobei die zu verbindenden Lichtwellenleiter auf je einem Träger angeordnet sind und mindestens an ihrem Ende parallel zu einer Oberfläche des Trägers verlaufen. In mindestens einem der Träger ist in Verlängerung des jeweiligen Lichtwellenleiters eine Vertiefung zur Aufnahme eines Lichtwellenleiters des anderen Trägers vorgesehen. Bei aufeinanderliegenden Oberflächen beider Träger liegen sich die Enden der zu verbindenden Lichtwellenleiter gegenüber. Die Anordnung ist zum Verbinden eines Lichtwellenleiterpaares geeignet. Für mehrere Lichtwellenleiterpaare ist aus der US 4,029,390 eine Anordnung mit mehreren parallelen V-Nuten für Lichtwellenleiter bekannt, die obige Merkmale ebenfalls aufweist. Die aus der US 4,029,390 bekannte Vorrichtung ist jedoch nicht lösbar.

Aus der DE 33 07 669 C2 ist es an sich bekannt, einen Lichtwellenleiter und eine Kugellinse in eine V-Nut einzulegen. Die Herstellung von V-Nuten ist in einkristallinem Silizium (DE-OS 23 45 273) mittels anisotropem Ätzen besonders einfach und genau. Auch aus der DE 39 08 927 A1 ist es bekannt, Lichtwellenleiter in photolithografisch strukturierte V-Nuten einzulegen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur lösbaren Verbindung von Lichtwellenleitern anzugeben, die einfach - insbesondere ohne aufwendige Justiermaßnahmen - herzustellen ist, einen guten Kopplungswirkungsgrad aufweist und für Mehrfachverbindungen geeignet ist.

Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, daß sie in einfacher Weise mit Verfahren herstellbar ist, die eine hohe Präzision in bezug auf die Lage der zu verbindenden Lichtwellenleiter gewährleisten. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird insbesondere die laterale Zuordnung der zu verbindenden Lichtwellenleiter sichergestellt, was sich positiv auf den Kopplungswirkungsgrad auswirkt.

Die Erfindung geht zwar von einer Mehrfachverbindung von Schaltungsplatinen mit Hilfe von flexiblen Lichtwellenleitern aus, eine Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf andere Verbindungen zwischen Lichtwellenleitern ist jedoch nicht ausgeschlossen. So ist beispielsweise mit Hilfe einer erfindungsgemäßen Vorrichtung die Verbindung von flexiblen Lichtwellenleitern mit den Lichtwellenleitern auf einer integriert optischen Schaltung möglich.

Die Vorrichtungen lassen sich aufgrund des Einsatzes der anisotropen Ätztechnik besonders präzise herstellen. Außerdem können zu jeweils einer Verbindung zwei exakt gleiche Träger verwendet werden. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch nicht ausgeschlossen, daß in den beiden Trägern die Lichtwellenleiter verschieden tief eingebettet sind.

Wenn sich die Nuten über die gesamte Ausdehnung der Oberfläche des Trägers erstrecken, können die zu verbindenden Lichtwellenleiter in dem gesamten vom Träger berührten Längenbereich geradlinig geführt werden. Es sind dann in beiden Trägern nur geradlinig verlaufende Nuten erforderlich.

In jeweils einem Teil einer Nut, der nicht einen Lichtwellenleiter enthält und einen größeren Querschnitt aufweist, ist am Ende des Lichtwellenleiters eine Kugellinse angeordnet. Durch die Linse wird eine Aufweitung des im Lichtwellenleiter geführten Lichts vorgenommen, so daß eine laterale Übereinstimmung der zu verbindenden Lichtwellenleiter nicht in dem hohen Maße erforderlich ist, wie es an sich durch den Kerndurchmesser gegeben wäre. Die Kugellinsen dienen zur Positionierung und Führung der aufeinanderliegenden Träger.

Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Kugellinse aus einem Glas mit einem Brechungsindex von n = 2 besteht. Dann liegt nämlich die Brennebene auf der Oberfläche der Kugellinse, so daß der Lichtwellenleiter die Kugellinse berühren kann. Dadurch sind bei der Herstellung keine weiteren Maßnahmen zur Sicherung eines richtigen Abstandes zwischen der Stirnfläche des Lichtwellenleiters und der Kugeloberfläche erforderlich.

Ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß die V-förmigen Nuten durch anisotrope Ätzung eines Siliziumträgers gebildet werden. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, daß die zu ätzende Oberfläche in der (100)-Ebene liegt und daß die V-förmigen Nuten parallel zur <100<-Richtung des Siliziumträgers ausgerichtet sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 und Fig. 2 eine Draufsicht und einen Querschnitt des Ausführungsbeispiels,

Fig. 3 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel mit einem Gehäuse.

Das Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1 und 2 stellt eine Lichtwellenleiter-Mehrfachverbindung dar, wobei auf zwei Trägern 1, 1′ die zu verbindenden Lichtwellenleiter 5, 5′ in V-förmigen Nuten 2, 2′ geführt werden. Der Querschnitt der Nuten 2, 2′ ist derart gewählt, daß die Lichtwellenleiter mit ihrer Mittelachse in der Oberflächenebene des jeweiligen Trägers 1, 1′ liegen. Außerhalb dieses für die Führung der Lichtwellenleiter 5, 5′ vorgesehenen Längenbereichs sind ebenfalls V-förmige Nuten 3, 4, 3′, 4′ mit einem größeren Querschnitt vorgesehen. Die Nuten 3, 3′ dienen dabei zur Aufnahme der Lichtwellenleiter 5, 5′ mit ihrem Sekundärschutz 7, 7′. Die Nuten 4, 4′ nehmen je eine Kugellinse 6, 6′ auf, die vorzugsweise aus einem Glas mit einem Brechungsindex n = 2 besteht, beispielsweise aus dem Glas LaSF35 der Firma Schott. Bei dieser Wahl des Brechungsindex kann der Lichtwellenleiter unmittelbar bis an die Stirnfläche der Kugellinse reichen. Bei einer Kugellinse mit n = 2 liegt die Brennebene auf der Kugeloberfläche. Auf der von dem Lichtwellenleiter abgekehrten Seite der Kugellinse 6, 6′ tritt ein kollimierter Strahl 8, 8′ aus. Wird ein Glas mit einem kleineren Brechungsindex verwendet, so ist zwischen der Stirnfläche des Lichtwellenleiters und der Kugellinse ein Abstand vorzusehen.

Die Träger 1, 1′ werden vorzugsweise aus Silizium hergestellt mit einer Orientierung der Oberfläche in der (110)-Ebene. In diese Träger sind mit Ausrichtung parallel zur <110<-Richtung V-förmige Nuten mit einem sich aus der Kristallstruktur ergebenden Böschungswinkel von 54,7° anisotrop geätzt. Die Breiten der V-förmigen Nuten 2, 3 und 4 bzw. 2′, 3′ und 4′ werden derart gewählt, daß die Mitten der eingelegten kugel- bzw. zylinderförmigen Körper jeweils in der Höhe der Oberfläche der Träger 1, 1′ zuliegen kommen. Wenn r der jeweilige Radius ist, ergibt sich aufgrund der Kristalleigenschaften des Siliziums eine Breite der jeweiligen Nut von d = r·6½.

Zur Fixierung der Lichtwellenleiter und Kugellinsen in den jeweiligen Nuten kann ein nach dem Stand der Technik gebräuchliches Fixierverfahren verwendet werden, beispielsweise Kleben, Metallisieren und Löten und Glaslot. Die Lage der eingelegten Teile wird dabei durch den hochgenauen anisotropen Ätzprozeß bestimmt. Auf diese Weise ist es möglich, die besonders kritische gegenseitige laterale Positionierung zwischen Lichtwellenleitern und Kugellinsen ohne aktiven Justierprozeß, sondern lediglich durch Einlegen in die hochpräzisen Nutzen zu erzielen.

Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen ist die Länge der Nuten 4, 4′ wesentlich größer gewählt als es zur Aufnahme der Kugellinsen 6, 6′ an sich erforderlich wäre. Der Träger 1′ ist mit seinen entsprechend eingelegten und fixierten Teilen 5′, 6′ und 7′ genau spiegelbildlich zum Träger 1 aufgebaut. Zur optischen Verbindung werden die beiden Träger 1 und 1′ so aufeinander gelegt, daß die Kugellinsen 6 im Träger 1 in die Nuten 4′ im Träger 1′ und die Kugellinse 6′ im Träger 1′ in den Nuten 4 im Träger 1 jeweils im verlängerten Teil der Nuten 4, 4′ zuliegenkommen. Dies ist in Fig. 1 durch einen gebogenen Doppelpfeil und in Fig. 2 durch einen senkrechten Pfeil angedeutet. Dann werden die Träger 1, 1′ soweit gegeneinander verschoben, daß die Kugellinsen 6, 6′ sich berühren (senkrechte Pfeile).

Eine eventuelle laterale Dejustierung der Kugellinsen 6, 6′ zueinander, wie sie etwa durch in den Nuten 4, 4′ befindlichen Staub verursacht sein könnte, ist hierbei nicht kritisch, da die beiden kollimierten Strahlen 8 und 8′ aufeinander treffen müssen, deren Durchmesser groß gegenüber dem Kerndurchmesser der Lichtwellenleiter ist. Die große Länge der Nuten 4, 4′ ermöglicht ferner die Aufnahme des jeweils auf dem anderen Träger fixierten Sekundärschutzes 7′, 7, der mit der Hälfte seines Durchmessers über die jeweilige Trägeroberfläche hinausragt.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Vorrichtung dient zur Verbindung von vier Lichtpfaden. In gleicher Weise können Vorrichtungen mit mehr oder weniger Lichtpfaden gestaltet werden. Bei vielen nebeneinanderliegenden Lichtpfaden erhält man neben der Winkelausrichtung an den einzelnen Kugelpaaren 6, 6′ eine zusätzliche Genauigkeit der Winkelausrichtung durch das Aneinanderliegen weiter entfernter Kugelpaare.

Beim Steckvorgang mit dem in den Fig. 1 und 2 beschriebenen Ausführungsbeispiel gleiten die Kugellinsen 6, 6′ in den Nuten 4′, 4. Die Gleitflächen der Kugellinsen liegen dabei außerhalb der optisch wirksamen Oberflächen der Kugeln.

Zum Andrücken der Träger 1, 1′ gegeneinander dienen Federelemente 30, 31, die innen am Steckergehäuse 25 angeordnet sind und auf die Rückseite des Trägers 1′ drücken (Fig. 3).

Claims (3)

1. Vorrichtung zur lösbaren Verbindung von Lichtwellenleitern mit folgenden Merkmalen:

• a) die zu verbindenden Lichtwellenleitern (5, 5′) sind auf je einem Träger (1, 1′) angeordnet, wobei die Lichtwellenleiter (5, 5′) mindestens an ihrem Ende parallel zu einer Oberfläche des Trägers und mehrere Lichtwellenleiter (5, 5′) auf jeweils einem Träger (1, 1′) parallel zu einander verlaufen;
• b) die Träger (1, 1′) sind aus Silizium und die Lichtwellenleiter liegen in anisotrop geätzten V-Nuten (2, 2′);
• c) in einem Träger (1, 1′) ist in Verlängerung der jeweiligen Lichtwellenleiters (5, 5′) eine V-förmige Vertiefung zur Aufnahme eines Lichtwellenleiters (5′,5) des jeweils anderen Trägers (1′, 1) vorgesehen;
• d) die Enden der zu verbindenden Lichtwellenleiter (5, 5′) stehen sich bei aufeinanderliegenden Oberflächen beider Träger (1, 1′) gegenüber;
• e) jeweils ein Teil (4, 4′) einer V-Nut (2, 2′), der nicht einen Lichtwellenleiter (5, 5′) enthält, hat einen größeren Querschnitt;
• f) in jedem solchen Teil (4, 4′) einer V-Nut ist am Ende des Lichtwellenleiters (5, 5′) eine Kugellinse (6, 6′) angeordnet, die zur Strahl-Kollimierung und zur Positionierung der Träger (1, 1′) aufeinander dient.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Träger im zusammengesteckten Zustand von einem Gehäuse (25) umfaßt werden, wobei Federn (30) zum Zusammendrücken beider Träger (1, 1′) vorgesehen sind.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugellinse (6, 6′) aus einem Glas mit dem Brechungsindex n = 2 besteht.