DE69715497T2

DE69715497T2 - Vorrichtung zur Aufnahme elektrooptischer Komponenten mit hoher Wärmeabgabe und Verfahren zur Montage dieser Vorrichtung

Info

Publication number: DE69715497T2
Application number: DE69715497T
Authority: DE
Inventors: Stefano Vanoli
Original assignee: Corning OTI Inc
Current assignee: Corning OTI Inc
Priority date: 1996-04-05
Filing date: 1997-04-01
Publication date: 2003-03-27
Anticipated expiration: 2017-04-02
Also published as: US5898812A; NZ314511A; AU1666897A; EP0800246B1; AU713819B2; CA2201989A1; BR9700509A; DE69715497D1; IT1283720B1; EP0800246A1; ITMI960670A1; ITMI960670A0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Verpackung optoelektronischer Einrichtungen, und insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Aufnahme elektrooptischer Komponenten mit hoher Wärmeemission in einer optoelektronischen Vorrichtung.
Optoelektronische Vorrichtungen sind Einrichtungen, die verwendet werden, um die Lichtwellensignale, die entlang einer optischen Faserleitung übertragen werden, zu erzeugen, abzutasten oder zu modifizieren (d. h. ohne eine Umsetzung in elektrische Signale oder Signale einer anderen Art). Zu dieser Klasse gehören beispielsweise optische Verstärker, optische Vorverstärker, Faserlaser, optische Spektrumscanner, Filter und optische Schalter in planarer Optik, z. B. aus Lithiumniobat und dergleichen.
Insbesondere sind so genannte "Faser"-Verstärker bekannt, in welchen das Verstärkungselement aus einem aktiven optischen Faserabschnitt besteht, der durch ein Dotieren mit bestimmten Substanzen (typischerweise Seltene-Erden-Elemente) erhalten wird; über diesem Faserabschnitt wird das optische Signal verstärkt, indem Pumplichtenergie, die von Laserquellen zugeführt wird, verwendet wird.
Gelegentlich ist eine Verstärkung in zwei Verstärkerstufen aufgeteilt, d. h., dass sie aus zwei ausgeprägten aktiven optischen Faserabschnitten besteht. Zweistufige optische Verstärker sind aus dem US-Patent 5,115,338 und der europäischen Patentanmeldung EP 0509577 bekannt.
Eine Montage optoelektronischer Vorrichtungen, insbesondere zweistufiger oder mehrstufiger optischer Verstärker, ist sicher keine einfach Angelegenheit, vor allem aufgrund der großen Anzahl von auszuführenden Spleißungen zwischen optischen Fasern; zusätzlich werden Schwierigkeiten aufgrund der Erfordernis, den Raumbedarf der Vorrichtung auf einem Minimum zu halten, vermehrt und noch weiter verschlimmert.
Für Zwecke der vorliegenden Erfindung ist unter einer optischen Komponente eine Komponente zu verstehen, die auf optischen Signalen ohne jedwede elektrische Zuführung oder Steuerung arbeitet, wie etwa beispielsweise eine aktive Faser, ein optischer Koppler, ein optischer Isolator.
Unter einer elektrooptischen Komponente ist stattdessen eine Komponente zu verstehen, die auf einem optischen Signal arbeitet, das eine elektrische Zuführung oder Steuerung erfordert, wie etwa beispielsweise ein Halbleiterlaser, eine Photodiode oder ein abstimmbares optisches Filter oder dergleichen.
Ein aktiver optischer Faserverstärker umfasst mehrere unterschiedliche elektrische, elektrooptische und optische Komponenten. Unter den optischen Komponenten ist zumindest eine aktive Faser, ein oder mehrere optische Koppler und wahlweise optische Isolatoren vorhanden. Unter den elektrooptischen Komponenten ist zumindest ein Pumplaser und wahlweise eine oder mehrere Monitordioden vorhanden. Elektrische Komponenten bestehen aus Versorgungs- und Steuerschaltungen. Sämtliche Komponenten müssen einen Platz in dem Verstärkergehäuse finden.
Die elektrischen Komponenten werden üblicherweise auf einer oder mehreren Platinen zusammen mit den elektrooptischen Komponenten angeordnet. Eine Anordnung der elektrischen Schaltungen bringt keine besonderen Probleme mit sich und wird in der gleichen Weise wie jedwede Art einer elektrischen Vorrichtung mittels gedruckter Schaltungen auf der gleichen Platine oder mittels Kabeln, die mit geeigneten Anschlüssen auf den Platinen verbunden werden, ausgeführt.
Im Gegensatz dazu erscheint, aufgrund der strukturellen Beschränkungen, die durch optische Fasern auferlegt sind, eine Anordnung von optischen Komponenten, wie etwa aktiven Fasern, Isolatoren, Kopplern und dergleichen, schwieriger zu sein.
Tatsächlich können optische Fasern nur in einem Minimalradius einer Krümmung gebogen werden, anderenfalls treten Signaldämpfungen oder sogar Beschädigungen an der Faserstruktur auf. Zusätzlich werden Verbindungen zwischen unterschiedlichen Fasern durch geeignete Vorrichtungen ausgeführt, die eine enge Verbindung der zwei Faserenden durch eine Stumpf-Spließung ausführen, um so Signaldämpfungen der Verbindungen zu minimieren; jede so ausgeführte Spleißung wird in einem zylindrischen Schutzgehäuse gekapselt, das somit eine optische Verbindungskomponente verkörpert.
Schließlich ist jede optische oder elektrooptische Komponente mit Faserabschnitten zur Verbindung mit anderen Komponenten versehen; diese Faserabschnitte (hier als "Anschlussenden" ("pig-tails") bezeichnet) weisen eine bestimmte Länge auf, um wiederholte Spleißungen im Falle von Fehlern oder Neupositionierungen zu ermöglichen (eine Komponente ohne ein Anschlussende oder in welcher das Anschlussende zu kurz ist, ist nicht mehr verwendbar), und das Verstärkergehäuse muss deswegen einen ausreichenden Platz zur Aufnahme dieser Faserabschnitte aufweisen, die üblicherweise als eine Überschussfaser bezeichnet werden.
Zusätzlich ist zur Ausführung eines Spleißbetriebs die Verwendung geeigneter Vorrichtungen in einer Position nahe bei dem Verstärkergehäuse, außerhalb desselben, aufgrund des Raumbedarfs erforderlich; aus diesem Grunde ist auch die Verfügbarkeit eine ausreichenden Faserabschnitts zum Zugriff von dem Verstärker auf die Vorrichtung während des Montageschritts erforderlich.
Eine Anordnung der optischen Komponenten innerhalb des Gehäuses eines aktiven faseroptischen Verstärkers muss sämtliche dieser Erfordernisse berücksichtigen.
Üblicherweise sind Aufnahmen für eine oder mehrere Spulen einer aktiven Faser und Einrichtungen zum teilweisen Aufwickeln der Anschlussenden (Spulen oder dergleichen) bereitgestellt; eine Lage der übrigen Komponenten hängt von der Anordnung der aktiven Faser und der Anschlussenden ab. Oft werden unterschiedliche passive Komponenten und Spleißungen in dem Gehäuse in einer ziemlich unordentlichen Weise angeordnet, und eine Montage ist deswegen besonders kompliziert. Zusätzlich kann ein Befestigen der Komponenten unsicher erscheinen, wie es beispielsweise mittels Einrichtungen von Haken und/oder Silikon-basierten Klebemitteln erhalten wird.
Die europäischen Patente Nr. EP 0 595 395 und Nr. EP 0 595 396 offenbaren aktive optische Faserverstärker, in welchen eine geeignete Anordnung der Komponenten ersonnen worden ist, um den Verstärkerraumbedarf zu minimieren, um die Einfügung desselben in Gehäuse oder Schränke zu erleichtern. In diesen Verstärkern ist das Vorhandensein von zwei getrennten Einheiten bereitgestellt: i) Eine optische Einheit, die spezifische Aufnahmen aufweist, die innerhalb der Einheit verschiedentlich angeordnet sind, für aktive und passive optische Komponenten, elektrooptische Komponenten und Spleißungen, und ii) eine elektronische Einheit, in welcher die elektrischen und elektronischen Komponenten aufgenommen sind.
Jedoch sind in den oben erwähnten europäischen Patenten optische Einheiten beschrieben, in welchen die Komponentenanordnung darauf gerichtet ist, eine Verringerung in dem Gesamtraumbedarf des Verstärkers zu erreichen, anstelle dass eine Montage und eine Wartung der Einheiten einfacherer und sicherer ausgeführt wird.
In der italienischen Patentanmeldung Nr. MI94A002531 ist im Gegensatz dazu ein bestimmter Behälter zum Aufnehmen von Komponenten in einer optischen Einheit eines aktiven Faserverstärkers beschrieben. Dieser Behälter ist aus kastenförmigen Elementen gebildet, in welche aktive optische Komponenten, passive optische Komponenten und Spleißungen jeweils eingefügt werden. Zusätzlich berücksichtigt das Element, das die passiven optischen Komponenten hält, die Verwendung von Aufnahmen von vorab definierten Größen, um sie anzuordnen. Die Form und Größen der Aufnahmen sind durch die Form und die Größen der optischen Komponenten, die darin einzufügen sind, vorgegeben; mögliche Unterschiede (hinsichtlich kleinerer Komponenten) können durch perforierte Verbindungshauben eines elastischen Materials, das auf die Komponente anzupassen ist, bevor sie in die Nuten eingeführt wird, kompensiert werden.
In diesem Fall werden die optischen Komponenten und Spleißungen durch geschlossene Kästen geschützt, und die Überschussfasern sind innerhalb der optischen Einheit des Verstärkers in den Bereichen, die nicht von den Kästen eingenommen werden, angeordnet. Insbesondere macht das Vorhandensein vieler geschlossener Kästen, die die Komponenten halten, wobei manche von ihnen auch aufeinander gestapelt sind, den Zugriff auf die gewünschten Komponenten kompliziert. Zusätzlich scheint, sobald die optische Einheit geöffnet worden ist, die Überschussfaser aufgrund ihrer Elastizität ein Hindernis für Montage- und Wartungsvorgänge zu sein.
Schließlich sind Komponenten, die eine hohe Wärmedispersion, wie etwa Pumplaser, aufweisen, innerhalb der optoelektronischen Vorrichtungen untergebracht, ohne zu berücksichtigen, wie die erzeugte Wärme nach außen dissipiert wird, wobei dies ein wichtiges Problem dahingehend ist, dass eine schlechte Wärmedissipation Beschädigungen an sowohl den Komponenten als auch der gesamten Vorrichtung verursacht.
Dementsprechend zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, eine optoelektronische Vorrichtung bereitzustellen, in welcher eine Anordnung der Komponenten mit einer hohen Wärmedissipation in der optischen Einheit der optoelektronischen Vorrichtung die Wärmedispersion der Komponenten zur Außenseite hin maximiert, während gleichzeitig eine Fertigstellung der optischen Einheit ermöglicht wird, und sie ohne wesentliche Schwierigkeiten testbar ausgeführt wird.
Deswegen betrifft die vorliegende Erfindung eine optoelektronische Vorrichtung, die ein Gehäuse zum Aufnehmen einer optischen Einheit umfasst,
wobei die optische Einheit einen Rahmen und zumindest eine Komponente mit einer hohen Wärmeemission einschließt,
wobei die Vorrichtung umfasst
eine erste Befestigungseinrichtung, um die Komponente mit Halteeinrichtungen zu befestigen, die in den Rahmen eingeführt sind,
eine zweite Befestigungseinrichtung, um die Komponente mit dem Gehäuse in einem Zustand eines thermischen Kontakts zu befestigen, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass die Komponente derart befestigt ist, eine begrenzte Bewegung der Komponente relativ zu dem Rahmen zu ermöglichen, wenn sie nur durch die erste Befestigungseinrichtung befestigt ist.
Vorzugsweise sind die Halteeinrichtungen in ein Paar von Führungen eingepasst, die auf dem Rahmen gebildet sind, derart, dass begrenzte Bewegungen in einer Richtung senkrecht zu der Ebene des Rahmens vorhanden sind.
Vorzugsweise umfasst die zumindest eine Komponente zumindest eine optische Faser für eine Verbindung mit einer oder mehreren Komponenten integral mit der optischen Einheit.
Die Ausführung eines Systems zum Verbinden einer Komponente, das in zwei unterschiedenen Schritten ausgeführt wird, ermöglicht die Auslegung einer optischen Einheit, die zunächst (i) die Verfügbarkeit sämtlicher erforderlichen Komponenten zum Ausführen von Tests aufweist und die eine Komponente fest an der optischen Einheit mit einem ausreichenden Spielraum hält, um so eine kleine Bewegung der einen Komponente zu ermöglichen, während gleichzeitig versehentliche Verschiebungen derselben von ihrem Sitz vermieden werden, wenn Tests ausgeführt werden. Es ist festgestellt worden, dass während dieses anfänglichen Schritts einer begrenzten Dauer der Spielraum, dem die Komponente unterworfen wird, keine besondere Quelle von Schwierigkeiten ist.
In dem zweiten Schritt (ii) wird, wenn die getestete optische Einheit in der optoelektronischen Vorrichtung für Abschlusstests und einen darauf folgenden Vertrieb montiert ist, die Komponente fest in Kontakt mit dem Gehäuse verbunden, und ein geringfügiger Spielraum wird eliminiert, so dass sie in einem Zustand eines engen thermischen Kontakts angeordnet ist. Auf diese Weise wird eine thermische Dispersion zu der Außenseite hin maximiert, und gleichzeitig bestehen keine Risiken, dass eine Wiederholung der geringfügigen Bewegung der Komponente über eine lange Zeitdauer Beschädigungen an der optischen Einheit und/oder der Vorrichtung herbeiführen könnte.
Vorzugsweise weist die Vorrichtung Halteeinrichtungen auf, die mit ersten und zweiten Befestigungseinrichtungen zum Verbinden der zumindest einen Komponente zusammenwirken. Durch dieses spezifische Befestigungssystem wird der Nachteil (eine dimensionelle Inkompatibilität), die von dem Erfordernis eines Verbindens des gleichen Elements (Komponente) mit zwei unterschiedlichen Halterungen (optische Einheit und Gehäuse) herrührt, überwunden.
Typischerweise ist der Spielraum kleiner als ein Wert, der die optische Faser in einer zerstörerischen Weise beansprucht, und größer als ein Wert, der einen geeigneten thermischen Kontakt zwischen der Komponente und dem Gehäuse, sobald sie verbunden sind, verhindert. Zusätzlich findet eine Anbringung der ersten Befestigungseinrichtung zwischen der zumindest einen Komponente und der Halteeinrichtung statt, und eine Anbringung der zweiten Befestigungskomponente findet zwischen der Halteeinrichtung und dem Gehäuse statt.
Vorzugsweise umfasst die Halteeinrichtung zumindest ein T- förmiges Element, das einen Schenkel und zwei Arme aufweist, und die zumindest eine Komponente umfasst einen zentralen Körper und einen Flansch. Die erste Befestigungseinrichtung wird zwischen den Flanschen der zumindest einen Komponente und dem Schenkel des Elements angebracht, und die zweite Befestigungseinrichtung wird zwischen den Armen des Elements und dem Gehäuse angebracht. Die ersten und zweiten Befestigungseinrichtungen umfassen Schrauben. Das Gehäuse ist aus einem Metallmaterial ausgeführt.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Montage einer optoelektronischen Vorrichtung, die ein Gehäuse umfasst, bereitgestellt, das die folgenden Schritte umfasst:
Anordnen einer Komponente, die eine hohe Wärmeemission aufweist, auf einem Rahmen,
Befestigen der Komponente mit dem Rahmen mit einem vorbestimmten Wert eines Spielraums, um so eine begrenzte Bewegung der Komponente relativ zu dem Rahmen zu ermöglichen;
Einführen des Rahmens in das Gehäuse;
Befestigen der Komponente mit dem Gehäuse in einem Zustand eines thermischen Kontakts.
Vorzugsweise wird die erste Befestigungseinrichtung in dem Schritt eines Befestigens mit einem Spielraum zwischen einer Halteeinrichtung, die zuvor auf dem Rahmen angeordnet wird, und der Komponente angebracht. Die Befestigung in dem Schritt eines Zustands eines thermischen Kontakts sieht die Anbringung der zweiten Befestigungseinrichtung zwischen der Halteeinrichtung und dem Gehäuse vor. Die Phase eines Befestigens der Komponente mit dem Gehäuse umfasst weiter ein Befestigen des Rahmens mit der Vorrichtung. Der Spielraum ist kleiner als ein Wert, der die optische Faser, die mit der Komponente verbunden ist, in einer zerstörerischen Weise beansprucht, und größer als ein Wert, der einen geeigneten thermischen Kontakt zwischen der Komponente und dem Gehäuse, sobald sie verbunden sind, verhindert.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend im Wege eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Draufsicht einer optischen Einheit einer optoelektronischen Vorrichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine perspektivische Unteransicht der optischen Einheit, die in Fig. 1 gezeigt ist;
Fig. 3 eine optoelektronische Vorrichtung, die die optische Einheit, die in Fig. 1 gezeigt ist, umfasst, in einem Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 1;
Fig. 4 ein Detail der in Fig. 3 gezeigten Ansicht, das eine elektrooptische Komponente betrifft;
Fig. 5 eine Schnittansicht der in Fig. 4 gezeigten elektrooptischen Komponente, entlang der Linie V-V in Fig. 4;
Fig. 6 ein Detail der in Fig. 1 gezeigten optischen Einheit, die ein Paar von Halterungen darstellt, die ausgelegt sind, Spleißungen zurückzuhalten; und
Fig. 7 ein Detail einer Öffnung für einen Durchgang von Fasern von dem oberen Teil zu dem unteren Teil der in den Fig. 1 und 2 gezeigten optischen Einheit.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Anzahl und der Typ von Komponenten, die innerhalb der optoelektronischen Vorrichtung gezeigt sind, nicht in einem einschränkenden Sinn in Verbindung mit einer spezifischen Konfiguration zu betrachten ist; zum Zwecke der Erfindung ist die bestimmte Kombination, die mit jedweder Anzahl unterschiedlicher Komponenten durchgeführt wird, ziemlich irrelevant. Tatsächlich können die gleichen Lehren beispielsweise verwendet werden, wenn ein optischer Verstärker, ein optischer Vorverstärker, ein Faserlaser, ein optischer Spektrumscanner oder ein optisches Filter in planarer Optik oder dergleichen auszuführen ist.
In Fig. 1 ist eine optische Einheit gezeigt, die optische Komponenten (wie etwa aktive optische Faserabschnitte, Isolatoren, Wellenlängen-selektive Koppler, direktionale Koppler), optische Verbindungskomponenten (wie etwa Spleißungen und Überschussfasern) und elektrooptische Komponenten (wie etwa Halbleiterlaser, Photodioden und abstimmbare optische Filter) umfasst, die auf einem Organisationsrahmen 100 angeordnet sind.
Die optische Einheit ist in einem Behälter 110 aufgenommen, der außen vorzugsweise mit einer Aussparung 115 in der Nähe der Ecken versehen ist, um eine Verbindung mit externen Elementen, beispielsweise einer Karte, zu ermöglichen, ohne die Behälter 110 -Höhe zu erhöhen.
Der Rahmen 100 ist in unterschiedliche getrennte und zugeordnete Bereiche oder Flächen eingeteilt, d. h. Bereiche, auf welchen Komponenten im Wesentlichen des gleichen Typs angeordnet werden können; insbesondere ist in Fig. 1 ein Bereich 190, auf welchem die optischen Verbindungselemente zusammengefasst sind, d. h. Spleißungen an optischen Faserabschnitten, die mit ihren Schutzhüllen versehen sind, und Überschussfasern, und ein Bereich 195 gezeigt, auf welchem die elektrooptischen Komponenten angeordnet sind.
Detaillierter ist in dem Bereich 190 eine Schnittstelle 180 angeordnet, die ein Zugriffs- oder Ausgangselement der optoelektronischen Vorrichtung für die optischen Fasern ist, die nicht in der Figur gezeigt sind, wobei die Schnittstelle durch ein Verbinden der Fasern eine Übertragung von axialen Dehnungsbeanspruchungen von den Faserabschnitten, die extern zu jenen angeordnet sind, die intern angeordnet sind, ermöglicht. Vorzugsweise ist zu diesem Zwecke eine elastische innere Beschichtung aus einem Elastomermaterial, wie etwa beispielsweise einem Silicon-basierten Harz ausgelegt, so dass ein geeigneter Schutz gegen axiale Dehnungsbeanspruchungen für die inneren Faserabschnitte sichergestellt ist, und der Faserabschnitt, der an der Schnittstelle 180 befestigt ist, gleichzeitig einen verringerten Druck durchläuft, der das optische Verhalten davon nicht schädigen kann.
Vorzugsweise ist die Schnittstelle 180, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist, mit Nuten ausgebildet, die die optische Faser an dem Vorrichtungseingang und -ausgang besser zurückhalten können.
Sobald die Faser in die Vorrichtung eingeführt ist, wird sie auf den Rahmen 100 gelegt und daran befestigt, indem sie zwischen einigen Haltern 175 eingepasst wird, dann wird sie entlang einer Mulde 130 geführt und durch Lappen 135 gehalten.
Dann sind Bereiche vorhanden, wo Spleißungen, wenn überhaupt, untergebracht werden, die mit ihren Schutzhüllen vervollständigt sind. Insbesondere ermöglicht ein Bereich 160 eine Aufnahme von Spleißungen zwischen zwei Faserabschnitten, sowohl wenn die Fasern den gleichen Durchmesser aufweisen, als auch wenn sie einen unterschiedlichen Durchmesser aufweisen, wenn beispielsweise eine Faser einen externen Durchmesser von ungefähr 245-260 um aufweist, wie sie gegenwärtig innerhalb der Vorrichtung verwendet wird, und eine Faser einen externen Durchmesser von ungefähr 900 um aufweist, wie sie gewöhnlich außerhalb der Vorrichtung eingesetzt wird, da sie mit einem zusätzlichen Adhäsionsschutz ("dichte" Faser) versehen ist und deswegen eine größere Festigkeit aufweist.
Dieser Typ der Spleißung bringt eine einzige Hülle mit sich, die aufgrund der unterschiedlichen Größen der gespleißten Fasern Spleißungsabschnitt aufweist, die unterschiedliche Außendurchmesser aufweisen. Somit weist der Bereich 160 einen Abschnitt 160a, wo der Spleißungsabschnitt eines kleineren Durchmessers verbunden werden kann, vorzugsweise durch ein Anpasssystems, das einige Halter 161 einschließt, zwischen welchen die Spleißungsabschnitte des kleineren Durchmessers eingeführt werden, und einen Abschnitt 160b ohne Halter auf, wo die Spleißungsabschnitte eines größeren Durchmessers angeordnet werden können, da sie den Platz einnehmen, der durch die Halterdicke in einem Abschnitt 160a besetzt ist.
Der Bereich 160 ist vorzugsweise nahe der Schnittstelle 180 bereitgestellt, da dieser Typ einer Spleißung hauptsächlich mit Faserabschnitten (die mit einer festen Beschichtung versehen sind, die einen Durchmesser von ungefähr 900 um aufweist) ausgeführt ist, die von außen kommen.
Für Spleißungen zwischen Fasern des gleichen Durchmessers, beispielsweise ungefähr 260 um, ist ein Aufnahmebereich 140 bereitgestellt. Sowohl der Faserabschnitt, der der Spleißung vorangeht, als auch jener, der ihr folgt, sind in einer ausgerichteten Weise untergebracht, vorzugsweise mittels eines Anpasssystems, das aus einem Paar von Haltern, jeweils einem T- förmigen Halter 150 und einem zahnförmigen Halter 155, wie in Fig. 6 gezeigt, besteht, wobei eine Zusammenwirkung zwischen jenen dazu führt, dass die Spleißungen in der bereitgestellten Position innerhalb des Bereichs 140 zurückgehalten werden.
Vorzugsweise ist auch ein weiterer Bereich 170 bereitgestellt, wo andere Spleißungen aufgenommen werden.
Die Anordnung der Bereiche 140, 160 und 170 ermöglicht eine einfache Handhabung der optischen Fasern, während die minimale mechanische Beanspruchung während des schwierigsten Montageschritts darauf ausgeübt wird, d. h. der Schritt, der eine Ausführung von Spleißungen durch eine geeignete Maschine (per se bekannt und nicht beschrieben) mit sich bringt. Zu diesem Zweck wird der Behälter 110 entlang der Spleißungsmaschine positioniert, und sobald eine Spleißung ausgeführt worden ist, wird er in einen der Aufnahmebereiche 140, 160, 170 bewegt, die vorzugsweise nahe der Behälter 110-Kante angeordnet sind. Dann werden Anschlussenden, die aus den Spleißungen herauskommen, einfach in die Halter 150 und 155 eingeführt, die vernachlässigbaren Biegungen unterworfen werden, und jede Spleißung wird somit in Ausrichtung mit der anderen befestigt und wird einzeln zugänglich gemacht.
Der Bereich 190 ist weiter mit einer Aufnahme 120 zum Aufnehmen der Überschussfaser versehen, die notwendig ist, um eine mögliche Wiederholung von Spleißungen zu ermöglichen, wenn sie entweder nicht perfekt oder beschädigt sind oder entfernt werden müssen oder wenn mögliche Versetzungen der Faserabschnitte, beispielsweise von der Vorrichtung zu der Spleißungsmaschine zum Ausführen einer Spleißung ausgeführt werden müssen (üblicherweise ist für diesen Vorgang zumindest ein Faserabschnitt von 20 cm notwendig). Die Überschussfaser wird durch Haltezungen 122 platziert gehalten, die im Wesentlichen in der Aufnahme 120 angeordnet sind. Zusätzlich ist ein Halteband 124 vorhanden, und es verläuft von einem Ende zu dem anderen der Aufnahme 120, wobei es vorzugsweise durch eine Presspasseinrichtung 127 in der Mitte befestigt wird und in Zusammenwirkung mit einigen der Zungen 122 Schleifen 125 bildet. Die Schleifen 125 erleichtern die Anordnung der Fasern unter den Zungen und dem Band, wobei die Fasern in der Aufnahme 120 so befestigt sind, dass auf ein Öffnen des Gehäuses hin die Überschussfaser nicht aus der Aufnahme herausspringt, was Arbeiten an der optischen Einheit weniger einfach machen wird. Zusätzlich ermöglicht die Aufnahme 120 aufgrund ihrer Größe, dass die Wicklungsrichtung der Faser umgekehrt wird, ohne ihr kleine Krümmungsradien aufzuerlegen, die für die Faser schädlich sind; dies ist notwendig, wenn Komponenten verwendet werden, die beispielsweise den Fasereingang und -ausgang physisch auf der gleichen Seite angeordnet aufweisen.
Typischerweise ist der Rahmen ein beinahe monolithisches Element, das aus einem Plastikmaterial durch ein Gießen, ein mechanisches Bearbeiten oder dergleichen ausgeführt wird.
Zusätzlich weist der Bereich 190 eine Vielzahl von Öffnungen auf, die aus den Figuren nicht direkt ersehen werden können, aber beispielsweise an einem Abschnitt 1 vorhanden sind und einen Durchgang der Fasern zu den anderen Teilbereichen des Rahmens 100 ermöglichen.
Vorzugsweise sind einige Löcher 199 ausgebildet, um einen Durchgang von Befestigungseinrichtungen, wie etwa Schrauben, zum Befestigen des Rahmens 100 an dem Behälter 110 zu ermöglichen.
Die Elemente, die in dem Bereich 195 vorhanden sind, werden später unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben werden, die den Rahmen 100 von der Unterseite zeigt. In diesem Fall ist der Behälter 110 entfernt worden, und es ist möglich, sowohl eine elektronische Einheit 150 als auch die Abdeckung 340 der optoelektronischen Vorrichtung zu sehen.
In dem unteren Teil des Rahmens 100 sind zwei Bereiche vorhanden, d. h. ein Bereich 195, der im Wesentlichen die elektrooptischen Komponenten enthält und auch in Fig. 1 gezeigt ist, und einen Bereich 290, der nahe bei dem oberen Teil des Bereichs 190 angeordnet ist, wo im Wesentlichen sowohl aktive als auch passive optische Komponenten zusammengefasst sind.
Da beide Bereiche 190 und 290 gegenüberliegend auf dem gleichen Abschnitt des Rahmens 100 mittels Gussformen ausgeführt sind, sind manche erhobene Elemente, die in dem Bereich 190 vorhanden sind, auch in der Form von Kavitäten, wie etwa Zähnen 150, in dem Bereich 290, und auch Zungen 122 sichtbar.
Insbesondere ist ein Sitz 230 vorhanden, und vorzugsweise entlang des Umfangsabschnitts des Bereichs 290 angeordnet, in welchem eine aktive Faser einer Länge von 50 m zusammengefasst werden kann. Diese Faser wird beispielsweise automatisch in der Form einer toroidalen Spule über geformte kreisförmige Rollen gewickelt, um eine Extraktion des Fasertorus zu erleichtern, ohne sie in Unordnung zu bringen. Vorzugsweise weist die Faserspule ihren minimalen Umfang zumindest einen um größer als der minimale Pfad des passenden Sitzes 230 auf, in welchem die Spule lose angeordnet wird.
Um die Faserspule in dem Rahmen 100 leichter platziert halten zu können, ist die Verwendung eines Elements 235 bereitgestellt, das durch ein Verlaufen über dem Sitz 230 die Breite davon verringert, und verhindert, dass die Faser in unerwünschter Weise herausfällt.
Vorzugsweise ist ein Boden 260 von im Wesentlichen rechtwinkliger Form in der Mitte des Bereichs 290 bereitgestellt, wobei er über zwei gegenüberliegende Seiten durch zwei parallele Abschnitte des Sitzes 230 und über die übrigen beiden Seiten durch zwei im Wesentlichen kammförmige Elemente, die parallel angeordnet sind, begrenzt ist. In Ausrichtung mit dem Boden 260 sind passive optische Komponenten 250, wie etwa Isolatoren, Koppler, Filter angeordnet.
Die optischen Komponenten sind innerhalb von Patronen 240, vorzugsweise aus steifem Plastikmaterial, wie etwa Nylon, die standardisierte, externe Form und Raumbedarf aufweisen, aufgenommen, die ausgelegt sind, durch eine Presspassung in den Boden 260 in einer ausgerichteten Beziehung eingeführt zu werden. Vorzugsweise sind für die Patronen 240 drei unterschiedliche, zuvor definierte Abschnitte von 4, 8 bzw. 12 um ausgelegt, wobei die Werte Vielfache eines gemeinsamen Werts (4 um) sind, der die Periodizität darstellt, die es ermöglicht, sie auf dem Boden 260 in einer Ausrichtung anzuordnen. Auf diese Weise wird zum Aufnehmen einer Komponente 250, die jedwede Größe aufweist, eine Patrone 240 gewählt, die einen voreingerichteten Abschnitt aufweist, der ausreicht, sie zu halten, dann wird der innere Sitz der Patrone 240 modifiziert, um sie aufzunehmen. Ein Auslegen der Patrone 240 für einen Komponente scheint nicht eine übermäßige Arbeit zu sein, weil, wenn der Abschnitt des Komponente 250 geändert wird, ein Ändern der Gussform des Rahmens 100 zum Modifizieren des Bodens 260 nicht erforderlich ist, wobei die einzige Änderung diejenige ist, die ihre Einführung 240 umfasst.
Vorzugsweise ist die Patrone ein perforiertes Element in der Form eines Parallelepipeds, das eine innere Aufnahme von ungefähr 0,1-0,2 um größer als die Form und Größe der Komponente 250 aufweist und ausreichend ist, eine Einführung der Komponente 250 auf einer Seite und einen Ausgang ihres Anschlussendes 50 auf der gegenüberliegenden Seite zu ermöglichen. Um den Gesamtraumbedarf der Patrone 240 zu verringern und die Montagevorgänge der beiden Elemente (Patrone und Komponente) von unterschiedlicher geometrischer Form zu erleichtern, ist die Patrone 240 mit einer Öffnung versehen, aus welcher ein Teil der Komponente 250 heraustreten kann. Zusätzlich können die Patronen 240 ein unterschiedliches Montagesystem in Abhängigkeit von dem Typ einer Komponente, den sie aufzunehmen haben, aufweisen. Deswegen wird ein erster Typ einer Patrone 240a bereitgestellt, der aus zwei äquivalenten Teilen gebildet ist (wobei nur einer in Fig. 2 gezeigt ist), die an beiden Enden der Komponenten 250 einer größeren Größe, wie beispielsweise optischen Isolatoren, befestigt ist. Ein zweiter Typ einer Patrone 240b berücksichtigt stattdessen das Vorhandensein zweiter übereinandergelegter Aufnahmen, die ausgelegt sind, Komponenten 250 verringerter Größen, wie beispielsweise richtungs- oder wellenlängen-selektive Koppler, aufzunehmen.
Sobald ein Befestigen der Komponente 250 an der Patrone 240 vollendet worden ist, kann das erhaltene Element leicht an der Innenseite des Bodens 260 mittels eines Anpasssystems mit der Hilfe des kammförmigen Elements 220 befestigt werden, das vorzugsweise an dem Rahmen 100 durch ein Anpasssystem befestigt ist. Der leere Raum des Kamms 220 ermöglicht einen Durchgang des Anschlussendes 50, der aus der Patrone 240 austritt, während die Hakenform der Kammzähne durch ein Wechselwirken mit den Vorsprüngen, die in dem Endabschnitt der Patrone 240 vorhanden sind, letzteres in einer verriegelten Position innerhalb des Bodens 260 halten. Deswegen sind, um die Anschlussenden 50, die zwischen jedem Kamm 220 und dem Sitz 230 verlaufen, auf eine ordentliche Weise zu halten, die Anschlussenden durch einige Zylinderelemente, beispielsweise vier Stifte 219 auf jeder Seite, wie in Fig. 2 gezeigt, getrennt.
In dem Sitz 230 sind Öffnungen bereitgestellt, wie in Fig. 7 gezeigt, die einen einfacheren Durchgang der Faser von dem untern Bereich 290 in den oberen Bereich 190 in dem Sitz 130, beispielsweise nahe an dem Abschnitt 1 in Fig. 1, ermöglichen. An diesen Durchgangspunkten kann eine optische Faser, die auf der Unterseite des Sitzes 230 ausgelegt ist, zu dem Sitz 130 verlaufen und sich an der Unterseite desselben auslegen und umgekehrt, ohne dass unzweckmäßige Biegungen erforderlich sind, wobei nur eine Fasertranslation zum Durchlaufen von einem Sitz zu dem anderen erforderlich ist.
Andere Öffnungen, die in der Figur nicht gezeigt sind, ermöglichen, dass die Fasern von dem Bereich 290 zu einem Bereich 195 durchlaufen.
Innerhalb des Bereichs 195 werden die elektrooptischen Komponenten der Einrichtung angeordnet. In Fig. 2 sind beispielsweise ein Paar Halbleiterlaser 300, ein Paar Photodioden 270 und ein abstimmbares optisches Filter 275 gezeigt. Ein freier Bereich zum Einführen möglicher Komponenten, für welche in den Bereichen, die eigens dafür angeordnet sind, nicht ausreichend Raum vorhanden ist, ist auch verfügbar,; beispielsweise ist in Fig. 2 dieser Bereich durch einen zusätzlichen optischen Isolator 255 belegt. Diese Komponenten werden vorzugsweise an dem Rahmen mittels Presspasssystemen, wie etwa den geformten Zähnen 275a, befestigt, die nahe bei den zu verriegelnden Komponenten ausgebildet sind, um eine Montage und eine Demontage der Komponenten leichter auszuführen, außer dass der Halbleiterlaser 300, der bestimmte Merkmale aufweist, an dem Rahmen mit einem geeigneten System befestigt wird, das detaillierter im Folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 4 zu beschreiben ist. Somit wird ein Zusammenfassen sämtlicher elektrischen Kontakte in einem Abschnitt 205 des Bereichs 195 leicht.
In einer unterschiedlichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können mögliche elektrooptische Komponenten, die in dem Bereich 195 nicht ausreichend Raum fanden, in einigen der zuvor beschriebenen Bereiche angeordnet werden.
In einem Abschnitt in Fig. 3 ist die gesamte Vorrichtung gezeigt, die die optische Einheit umfasst, die bereits unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 beschrieben worden ist. Die Vorrichtung umfasst den Behälter 110, in welchen der Rahmen 100, der nur einige der zuvor beschriebenen Komponenten, wie etwa den Laser 300, hält, eingeführt wird. Eine elektronische Einheit 350 ist oberhalb der optischen Einheit platziert, aber ist nicht in Kontakt damit, indem sie vorzugsweise extern des Containers mittels eines Paars von Abstandshaltern 370 angeordnet ist. Die elektronische Einheit 350 umfasst Elemente, die ausgelegt sind, eine Versorgung und eine Steuerung der elektrooptischen Komponenten, wie etwa der Halbleiterlaser 300, der Photodioden 270, des abstimmbaren optischen Filters 275, in bekannter Weise zu ermöglichen. Alternativ kann, sollte ein Versorgen und eine Steuerung durch Einrichtungen außerhalb der Vorrichtung aufgrund besonderer Anforderungen ausgeführt werden, die elektronische Einheit 350 nur elektrische Verbindungen umfassen, die ausgelegt sind, die unterschiedlichen Eingänge und Ausgänge der elektrooptischen Komponenten auf einem mehrpoligen Leiter, der extern ausgeführt ist, zusammenzufassen.
Die Verbindungseinrichtung (nicht gezeigt) zwischen den optischen und elektronischen 350 Einheiten besteht vorzugsweise aus einem herkömmlichen, flachen mehrpoligen Schnittstellenkabel, das lang genug ist, um eine Verbindung zu ermöglichen, die auch aufrechtzuerhalten ist, wenn die elektronische Einheit vorübergehend entfernt wird, um beispielsweise eine Überprüfung der optischen Einheit während der Testschritte zu ermöglichen. Dieses Kabel verbindet deswegen die elektrischen Kontakte, die in dem Abschnitt 205 des Bereichs 195 zusammengefasst sind, und die elektronische Einheit 350.
Der Behälter 110, der die optische Einheit umfasst, wird an der Oberseite durch eine Abdeckung 340 geschlossen, die auch die elektronische Einheit 350 umfasst. Ein Befestigen der gesamten Anordnung wird vorzugsweise mittels herkömmlicher Befestigungseinrichtungen, beispielsweise Schrauben, die durch die Abdeckung 350 verlaufen, durchgeführt, und die beiden Einheiten werden mittels Löchern, die in den jeweiligen Strukturen vorhanden sind (in den Fig. 1 und 2 sind nur die Löcher 199 gezeigt), an einem geeignet angeordneten Abschnitt des Containers 110 festgeschraubt.
Das Verfahren eines Befestigens des Halbleiterlasers 300 an den Rahmen 100 wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 4 und 5 beschrieben werden. Jedoch ist dieses Verfahren auch zum Befestigen unterschiedlicher optischer Komponenten in einer optoelektronischen Vorrichtung ausgelegt, wobei die Komponenten aufgrund einer Wärme, die während des Betriebs derselben erzeugt wird, mit dem externen Behälter der Vorrichtung selbst thermisch verbunden werden müssen, um ihre Wärmedissipation zu verbessern.
Zuerst wird der Laser 300, der mit einer Verbindungsfaser mit einer oder mehreren Komponenten, integral mit der optischen Einheit, verbunden ist, in die passende Aufnahme eingeführt, die auf dem Rahmen 100 angeordnet ist. Ein Paar Führungen 410 und 420, die vorzugsweise auf dem Rahmen 100 während des Vergießungsschritts gebildet werden, ist nahe bei dieser Aufnahme angeordnet, die es ermöglichen, dass der Laser in einer Richtung parallel zu der Richtung Y, die in Fig. 4 gezeigt ist, frei gleitet. Zwei im Wesentlichen T-förmige Metallhalter 310, beispielsweise aus Aluminium, sind in dieses Paar von Führungen eingepasst, die frei in der gleichen Richtung Y wie der Laser gleiten können. Die Halter werden dann mit einer ersten Befestigungseinrichtung, beispielsweise Schrauben 330, an dem Laser 300 befestigt. Insbesondere verbinden Schrauben 330 den Halter 310 -Schenkel mit einem Flansch 300a des Lasers 300. Folglich ermöglicht es eine Zusammenwirkung zwischen den Laser 300 -Flanschen auf der einen Seite und den Halter 310 -Armen auf der anderen Seite zum Einschließen der Führung 410 einer geringeren Länge als der Halteschenkel, dass das Laser-Halter (300-310)-System an dem Rahmen 100 mit einem gewissen Spielraum 360 befestigt wird, wodurch verhindert wird, dass das Laser-Halter-System aus seinem Sitz in dem Rahmen 100 herausfällt und die Verbindungsfaser auf eine gefährliche Weise beansprucht wird. Vorzugsweise beträgt der Spielraum 360 zwischen 0,2 um und 0,4 um. Dieses erste Befestigungssystem ermöglicht es, dass sämtliche Tests auf der optischen Einheit ausführbar sind, ohne dass es notwendig ist, die Montage der Vorrichtung abzuschließen, und wobei der Laser, noch nicht geeignet verbunden, daran gehindert wird, aus seinem Sitz während dieses Schritts herauszufallen, wenn der Rahmen beispielsweise umgedreht wird.
Dann wird die optische Einheit in den Behälter 110 eingeführt, mit welchem das Laser-Halter-System (300-310), in Kontakt damit stehend, durch eine zweite Befestigungseinrichtung, beispielsweise Schrauben 320, befestigt ist. In diesem Fall ist der Spielraum 360, der zwischen den Halter 310- Rahmen und dem Behälter vorhanden ist, durch einen Druck verringert, der durch die Schrauben 320 auf die Arme übertragen wird, die folglich auf den zentralen Abschnitt des Halters 310 eine Kraft übertragen werden, um den Laser gegen die innere Oberfläche des Behälters 110 zu drücken, wodurch dessen thermischer Kontakt verbessert wird. Vorzugsweise ist, um eine thermische Dissipation nach außen zu verbessern und die Vorrichtung fester auszuführen, der Behälter aus Metall, beispielsweise Aluminium, ausgeführt.
In Übereinstimmung mit der obigen Beschreibung ist der Schritt eines Fertigstellens der optoelektronischen Vorrichtung besonders einfach. Tatsächlich wird die optische Einheit vervollständigt, indem auf dem Rahmen 100 sämtliche der notwendigen optischen Komponenten einschließlich der Laser 300, die ausschließlich mittels Schrauben 330 befestigt werden, angeordnet werden. Parallel dazu wird die elektronische Einheit in einer herkömmlichen Weise, die nicht beschrieben ist, montiert. Sobald beide Einheiten ausgeführt worden sind, können sie unabhängig voneinander getestet werden. Dann wird die optische Einheit in den Behälter 110 eingeführt, und die Laser 300 werden endgültig an dem Rahmen 100 und dem Behälter 110 mit Schrauben 320 befestigt. An dieser Stelle wird die elektronische Einheit angeschlossen und auf die optische Einheit aufgesetzt, und die Anordnung wird wieder getestet. Sollten Probleme auftreten, kann die elektronische Einheit 350 lediglich verschoben werden, um einen Zugriff auf die optische Einheit zu ermöglichen, ohne die Verbindung entfernen zu müssen, und der Test kann in diesem Zustand auch ausgeführt werden. Sobald der Test abgeschlossen worden ist, wird die Vorrichtung durch die Abdeckung 340 geschlossen, und andere Schrauben vollführen ein endgültiges Befestigen.

Claims

1. Optoelektronische Vorrichtung umfassend ein Gehäuse (110, 340), das eine optische Einheit enthält,

wobei die optische Einheit einen Rahmen (100) und zumindest eine Komponente (300) mit einer hohen Wärmeemission einschließt,

wobei die Vorrichtung umfasst

eine erste Befestigungseinrichtung (330), um die Komponente (300) mit Halteeinrichtungen (310), die in den Rahmen (100) eingeführt sind, zu befestigen,

eine zweite Befestigungseinrichtung (320), um die Komponente (300) mit dem Gehäuse (110, 340) in einem Zustand eines thermischen Kontakts zu befestigen, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass

die Komponente (300) derart befestigt ist, eine begrenzte Bewegung der Komponente (300) relativ zu dem Rahmen (100) zu ermöglichen, wenn sie nur durch die erste Befestigungseinrichtung (330) befestigt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtungen (310) in ein Paar von Führungen (410, 420) eingepasst sind, die auf dem Rahmen (100) gebildet sind, derart, dass begrenzte Bewegungen in einer Richtung senkrecht zu der Ebene des Rahmens (100) möglich sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Komponente (300) zumindest eine optische Faser für eine Verbindung mit einer oder mehreren Komponenten integral mit der optischen Einheit aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung zumindest ein T-förmiges Element (310) mit einem Schenkel und zwei Armen aufweist, und zumindest eine Komponente (300) einen zentralen Körper und einen Flansch aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Befestigungseinrichtung zwischen den Flanschen der zumindest einen Komponente (300) und dem Schenkel des Elements (310) angebracht ist, und die zweite Befestigungseinrichtung zwischen den Armen des Elements (310) und dem Gehäuse (110, 340) angebracht ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten (330) und zweiten (320) Befestigungseinrichtungen Schrauben aufweisen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse aus einem Metallmaterial ausgeführt ist.

8. Verfahren zum Montieren einer optoelektronischen Vorrichtung, die ein Gehäuse (110, 340) aufweist, umfassend die folgenden Schritte:

- Anordnen einer Komponente (300), die eine hohe Wärmeemission aufweist, auf einem Rahmen (100);

- Befestigen der Komponente (300) mit dem Rahmen (100) mit einem vorbestimmten Wert eines Spielraums (360), um so eine begrenzte Bewegung der Komponente (300) relativ zu dem Rahmen (100) zu ermöglichen;

- Einführen des Rahmens (100) in das Gehäuse (110, 340);

- Befestigen der Komponente (300) mit dem Gehäuse (110, 340) in einem Zustand eines thermischen Kontakts.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schritt eines Befestigens mit dem Spielraum eine erste Befestigungseinrichtung zwischen der Halteeinrichtung (310), die zuvor auf dem Rahmen (100) angeordnet wird, und der Komponente (300) angebracht wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Befestigen in einem Schritt eines Zustands eines thermischen Kontakts die Anbringung einer zweiten Befestigungseinrichtung (320) zwischen den Halteeinrichtungen (310) und dem Gehäuse (110, 340) vorsieht.

11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Phase eines Befestigens der Komponente (300) mit dem Gehäuse (110, 340) weiter ein Befestigen des Rahmens (100) mit der Vorrichtung umfasst.

12. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Spielraum kleiner als ein Wert ist, der die optische Faser, die mit der Komponente (300) verbunden ist, in einer zerstörerischen Weise beansprucht, und größer als ein Wert ist, der einen geeigneten thermischen Kontakt zwischen der Komponente (300) und dem Gehäuse (110, 340), sobald sie verbunden sind, verhindert.