DE69916914T2

DE69916914T2 - LD/PD Modul und LED/PD Modul

Info

Publication number: DE69916914T2
Application number: DE69916914T
Authority: DE
Inventors: Hiromi 1-3 Nakanishi; Yoshiki 1-3 Kuhara
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1998-02-23
Filing date: 1999-02-12
Publication date: 2005-04-07
Anticipated expiration: 2019-02-13
Also published as: EP0938007B1; DE69916914D1; EP0938007A3; EP0938007A2; JP3767156B2; JPH11237529A; US6236669B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Laserdioden-/Fotodiodenmodul oder ein Leuchtdioden-/Fotodiodenmodul als eine Sende- bzw. Empfangsvorrichtung, die an Basisanschlüssen (Rundfunksendestellen) und Teilnehmeranschlüssen in einem unidirektionalen oder bidirektionalen Kommunikationssystem, das optische Signale verschiedener Wellenlänge in eine unidirektionale oder bidirektionale Richtung überträgt benutzt werden. Insbesondere bezieht sich diese Erfindung auf ein LD-/PD-Modul oder ein LED-/PD-Modul, das ein einfaches Befestigen und Lösen an bzw. von einem optischen Verbinder garantiert. Das Wort „LD-/PD-Modul" ist angepasst, um aus Gründen der Einfachheit im Folgenden sowohl „LD-/PD-Modul" als auch „LED-/PD-Modul" zu bedeuten. Ein an einem Teilnehmeranschluss eintreffendes Licht wird als „Empfangssignallicht" und ein ausgehendes Licht wird als „Sendesignallicht" bezeichnet.
ERKLÄRUNG DER BIDIREKTIONALEN OPTISCHEN KOMMUNIKATION
Die aktuelle Entwicklung der Technologie hat die Übertragungsverluste optischer Fasern verringert und die Eigenschaften von Halbleiterlaserdioden (im Folgenden LDs genannt) verbessert. Die Verbesserung der Fasern, der LDs und der PDs, befähigen uns verschiedene Informationsarten durch Lichtsignale zu übertragen. Diese Übertragung wird, da die Lichtsignale Informationen tragen, als „optische Kommunikation" bezeichnet. Die verschiedenen Informationsarten zum Senden und zum Empfangen an Stationen oder Teilnehmeranschlüssen sind beispielsweise Telefone, Faxgeräte oder Fernsehapparate. Insbesondere wurden energisch optische Kommunikationen auf der Basis von langwelligem Licht (nahe Infrarot), beispielsweise mit einer 1,3 μm Wellenlänge oder 1,55 μm Wellenlänge, versucht. Das aktuelle bidirektionale Übertragen erweckt Aufmerksamkeit, da nur eine einzige optische Faser Signale sowohl in einer Vorwärtsrichtung als auch in einer Rückwärtsrichtung gleichzeitig senden kann. Das System der Kommunikation wird als „bidirektionales Kommunikationssystem" bezeichnet. Vorteilhafterweise spart das bidirektionale System eine optische Faser.
Die 1 zeigt schematisch ein bidirektionales optisches Multiwellenlängen-Kommunikationssystem, das eine Vielzahl von Wellen zum gleichzeitigen Senden von Signalen sowohl in einer Vorwärtsrichtung als auch in einer Rückwärtsrichtung anpasst. Eine Station ist durch optische Fasern an eine Vielzahl von Teilnehmern (ONUs) angeschlossen. Obwohl die 1 zur Vereinfachung der Zeichnung nur einen Teilnehmer zeigt, sind viele Teilnehmeranschlüsse an die Zentralstation angeschlossen. Die Faser aus der Station verzweigt sich an vielen halbierenden Punkten in eine Vielzahl von Fasern, die sich mit einzelnen Teilnehmern verbinden. Die Zentralstation verstärkt die Signale der Telefone oder Fernsehapparate als digitale Signale oder analoge Signale und betreibt einen Halbleiterlaser (LD1), der ein auf die verstärkten Signale reagierendes λ1-Licht erzeugt. Das von der LD-/PD ausgesendete λ1-Licht (P1) tritt in eine optische Faser als Lichtsignal von λ1 ein. Ein Wellenlängendemultiplexierer (WDM) 2 führt das Licht λ1 in eine dazwischenliegende optische Faser 3 ein. Ein weiterer Wellenlängendemultiplexierer (WDM) 4 teilt das λ1-Licht einer optischen Faser 5 zu. Eine Fotodiode (PD2) tastet die λ1-Signale zum Umwandeln der optischen Signale in elektrische Signale (P3) ab. Eine Empfangsvorrichtung auf der Teilnehmerseite verstärkt und verarbeitet die elektrischen Signale (P3) zur Wiedergabe einer Stimme oder einer Abbildung. Die Signale, die von der Station zu den Teilnehmern fließen, werden „Abwärtssignale" genannt. Die Richtung wird als „Abwärtsrichtung" bezeichnet.
Im Gegensatz dazu wandelt ein Teilnehmer die elektrischen Signale eines Faxgerätes oder eines Telefons durch eine Halbleiterlaserdiode (LD2), die mit einer Wellenlänge λ2 (P4) oszilliert, in ein λ2-Lichtsignal um. In eine Faser 6 eintretend, durchläuft das λ2-Licht den WDM 4 und verbreitet sich in der dazwischenliegenden optischen Faser 3 zu der Station. Der WDM 2 weist dem λ2-Licht eine Faser 7 zu. Eine Fotodiode (PD1) tastet das λ2-Licht zur Umwandlung in elektrische Signale (P2) ab. Umwandler oder Signalverarbeitungsschaltungen auf der Stationsseite regenerieren die Telefonstimme oder die Faxabbildung. Die Richtung des Signalflusses wird eine „Aufwärtsrichtung" genannt. Die Signale werden als „Aufwärtssignale" bezeichnet.
Das oben genannte System ordnet λ1 ausschließlich Abwärtssignalen zu und λ2 ausschließlich Aufwärtssignalen zu. Ein anderes System verwendet nur eine Wellenlänge gemeinsam sowohl für die Aufwärts- als auch für die Abwärtssignale. Ein weiteres System verwendet eine Doppelzuweisung zweier Wellenlängen λ1 und λ2 sowohl für die Aufwärtssignale als auch für die Abwärtssignale. Das Trennen zweier Wellenlängen ist bei dem optischen Kommunikationssystem, das verschiedene Wellenlängensignale in einer optischen Faser führt, ein wichtiges Problem.
Erklärung eines Wellenlängendemultiplexierers
Sowohl die Station als auch die Teilnehmer brauchen eine Vorrichtung zum Unterscheiden der Wellenlängen und zum Trennen der Wellenlängen voneinander. Ein WDM ist eine Vorrichtung mit solchen Funktionen. In der 1 haben die WDMs 2 und 4 die Funktion des Unterscheidens und des Trennens verschiedener Wellenlängen. Ein WDM verbindet sich entweder mit λ1 oder λ2, um diese in eine Faser einzuführen, oder extrahiert nur ein Wellenlängenlicht aus zwei in einer Faser verbreiteten Wellenlängen. WDMs spielen in bidirektionalen optischen Multiwellenkommunikationssystemen eine wichtige Rolle.
Verschiedene Typen von Wellenlängendemultiplexierern wurden vorgeschlagen. Die 2 zeigt einen durch optische Fasern oder optische Wellenleiter aufgebauten WDM. Zwei optische Pfade 8 und 9 liegen in enger Beziehung an einem Teil 10, um den Leistungsaustausch zu ermöglichen. Der Abstand D und die Länge L des nahen Abschnitts 10 bestimmen die Modi der Kopplung. Bei dem Beispiel tritt, wenn λ1 in den Pfad 8 (P1) eintritt, die gleiche Welle in dem Pfad 11 (P3) auf. Bei Eintritt in einen Pfad 12 (P4) tritt λ2 in einem Pfad 9 auf, anstatt in dem Pfad 8 (P2). Der Kopplungsabschnitt 10 verleiht der Vorrichtung das Wellenlängentrennvermögen.
Die 3 zeigt einen weiteren WDM, der einen mehrschichtigen Spiegel benutzt. Der WDM besteht aus zwei gleichschenkligen Dreieckstützen 13 und 14 und einem dielektrischen Mehrschichtspiegel 15, der auf den schrägen Platten der Stützen ausgebildet ist. Die beiden Stützen sind an den dielektrischen Spiegel 15 geleimt, um eine quadratische Stütze zu ergeben. Die Auswahl der Brechzahl und der Dicke gibt der dielektrischen Mehrschicht das Wellenlängentrennvermögen einer Wellenlänge λ1, um zu ermöglichen, mit 45 Grad auf die Mehrschicht aufzutreffen, um hindurchzulaufen und eine andere Wellenlänge λ2 senkrecht zu reflektieren. Dieser WDM dielektrischen Typs kann der WDM 2 und der WDM 4 in dem optischen Kommunikationssystem der 1 sein. Der WDM wird mitunter als Wellenbereichsintegrationsvorrichtung bezeichnet. WDMs des Fasertyps und des Glasbausteintyps sind bereits im Handel.
Ein Beispiel eines LD-/PD-Moduls auf einer Teilnehmerseite wird durch die 6 bis 16 erklärt. Eine sich von der Zentralstation ausbreitende Einfachmode-Glasfaser 16 ist durch einen optischen Verbinder 17 an eine Glasfaser 18 eines Teilnehmer-(ONU-)Moduls angeschlossen. Das ONU-Modul hat einen WDM 21 des Fasertyps, der die Faser 18 mit einer Faser 19 mit Wellenlängentrennvermögen koppelt. Ein Kontaktabschnitt 20 tauscht Lichtstrom aus. Ein optischer Verbinder 22 koppelt die Faser 18 an ein LD-Modul 25 in dem ONU. Ein weiterer optischer Verbinder 23 verbindet die Faser 19 mit einem PD-Modul 27.
Das LD-Modul 25 und die Faser 24 sind Teile eines Aufwärtssystems. 1,3 μm Licht trägt die Signale von dem Teilnehmer durch das Aufwärtssystem zu der Station. Die Faser 26 und das PD-Modul 27 sind Teile eines Abwärtssystems. Die Station sendet 1,55 μm Licht, das die Signale durch das Abwärtssystem zu dem Teilnehmer trägt. Das PD-Modul 27 wandelt die optischen Signale in elektrische Signale um. Das LD-Modul, eine Signalsendevorrichtung, enthält einen elektrischen Schaltkreis zum Verstärken und zum Modulieren der Signale von Telefonen und Faxgeräten und eine Laserdiode (LD) zum Umwandeln der elektrischen Signale in optische. Das PD-Modul 27, eine Empfangsvorrichtung, enthält eine Fotodiode zum Umwandeln der optischen Signale aus der Station in elektrische Signale, einen Verstärkerschaltkreis zum Verstärken der optischen Signale und einen Demodulationsschaltkreis zum Wiederherstellen der Fernsehsignale oder der Telefonsignale.
Der WDM 21 hat eine Funktion zum Trennen des 1,55 μm Lichts von dem 1,3 μm Licht. Dieses Beispiel verteilt das 1,3 μm Licht an das Aufwärtssystem und das 1,55 μm Licht an das Abwärtssystem.
Diese Erfindung stellt ein verbessertes LD-/PD-Modul (oder LED-/PD-Modul) für die bidirektionale optische Multiwellenlängenkommunikation bereit. Die Bezugnahme auf ein LD-/PD-Modul (oder LED-/PD-Modul) bedeutet eine Vorrichtung mit einer LD (oder LED) zum Erzeugen optischer Signale, eine PD zum Empfangen optischer Signale und optio nale periphere elektrische Schaltkreise zum Verstärken, Modulieren oder Demodulieren von Signalen. Verwandte Techniken werden in Bezug auf die Teile erklärt.
ERKLÄRUNG EINER BEKANNTEN HALBLEITERLASERDIODE
Die 4 zeigt eine Laserdiodenvorrichtung 28. Die Vorrichtung 28 enthält einen Halbleiterlaserdioden-(LD-)Chip 29 und einen Überwachungsfotodioden-(PD-)Chip 30. Der Laserdiodenchip 29 ist vertikal an einer Seitenfläche einer Fotostange 31 auf einer Montageplatte 32 angebracht. Die Laserdiode 29 emittiert in einer vertikalen Richtung Licht. Der Fotodiodenchip 30 ist oben auf der Montageplatte 32 an einer Stelle, an der der Laser ein Licht nach hinten schießt, angebracht. Eine Vielzahl von Anschlussstiften 33 ist in den Boden der Montageplatte 32 eingesetzt. Eine Abdeckkappe 34 bedeckt die obere Fläche der Montageplatte 32.
Die Abdeckkappe 34 hat in der Mitte ein Fenster 35. Die Lichtstrahlen werden von der Laserdiode 29 vertikal in beide Richtungen emittiert. Eine Linse 37 ist genau über dem Fenster 35 mit einem Linsenhalter 36 befestigt. Ein konisches Gehäuse 38 bedeckt das Oberteil des Linsenhalters 36. Eine Druckhülse 39 durchstößt ein Bohrloch des Gehäuses 38. Die Druckhülse 39 hält ein Ende einer optischen Faser 40. Die Enden der Druckhülse 39 und der Faser 40 sind in einer abgeschrägten Fläche von ungefähr 8 Grad poliert, um drohendes Auflicht am Zurückfallen in den Laser zu hindern. Der Halter 36 wird durch das Schieben des Halters 36 und das Messen der Lichtleistung an dem anderen Ende der Faser 40 an einer optimalen Stelle mit der Montageplatte 32 ausgerichtet. Das Gehäuse 38 wird auf die gleiche Art und Weise ebenso mit dem Linsenhalter 36 ausgerichtet. Drähte schließen die Pfade des Laserdiodenchips 29 und des Fotodiodenchips 30 an die Anschlussstifte 33 an.
Die Linse 37 nähert die aus dem Laser 29 emittierten Lichtstrahlen an das Ende der Faser 40 an. Die Lichtstrahlen treten in die Faser 40 ein. Da der Laser durch eine Treiberschaltung mit einem elektrischen Signal moduliert ist, trägt das Licht das Signal. Die Ausgabe der Laserdiode wird durch die Überwachungsfotodiode 30 überwacht. Das Lasermaterial bestimmt eine Wellenlänge zwischen 1,3 μm und 1,55 μm des durch den Laser erzeugten Lichts.
ERKLÄRUNG EINER BEKANNTEN FOTODIODENVORRICHTUNG
Die 5 zeigt eine bekannte Fotodiodenvorrichtung. Die Fotodiodenvorrichtung hat eine Montageplatte 42 als eine Baugruppenbasis. Ein Fotodiodenchip 41 ist durch Die-Bonden auf der Montageplatte 42 angebracht. Die Anschlussstifte 43 stehen von dem Boden der Montageplatte 42 hervor. Eine Abdeckkappe 44 schützt die obere Fläche der Montageplatte 42. Eine Öffnung 45 ist in der Mitte der Abdeckkappe ausgestanzt. Ein zylindrischer Linsenhalter 46 umgibt die Abdeckkappe 44 auf der Montageplatte 42. Der Linsenhalter 46 hält die Linse 47 genau über dem Fotodiodenchip 41.
Der Linsenhalter 46 hat darüber ein konisches Gehäuse 48. Eine Klemmbuchse 49 greift ein Ende einer optischen Faser 50. Die Klemmbuchse 49 zum Befestigen des Faserendes an dem Gehäuse 48 durchstößt ein oberes Bohrloch des Gehäuses 48. Die Enden der Klemmbuchse 49 und der Faser 50 sind schräg poliert, um Auflicht daran zu hindern, in die Laserdiode zurückzukehren.
Der Halter 46 und das Gehäuse 48 werden, durch das Einführen von Licht von dem entfernteren Ende in die Faser, das Messen der Lichtkraft durch die PD 41 und durch das Maximieren der Eingangsleistung in der PD 41, an optimalen Stellen ausgerichtet. Das Material der Lichte mpfangenden Schichten der PD 41 bestimmt den Bereich der Wellenlängen des Lichts, der für die PD-Vorrichtung abtastbar ist. Siliziumfotodioden sind für die vorliegende Erfindung, die auf das Bauen eines LD-/PD-Moduls, das mit Infrarotlicht betrieben wird, abzielt, irrelevant. Das Erfassen von Infrarotlicht erfordert Verbindungshalbleiterdioden mit INP als einem Substrat, das einen relevanten Bandabstand und eine Licht empfangende InGaAs- oder eine InGaAsP-Schicht hat, die einen engen Bandabstand zum Absorbieren von Fast-Infrarotlicht aufweist.
LD-/PD-Module sind noch nicht im Handel. Teilnehmer würden größtenteils Haushalte sein. Daher sollte das optische Kommunikationsnetz einen ebenso großen Markt haben wie Telefone. Die Verbraucher würden jedoch ein solches Modul für optische Kommunikation nicht kaufen, wenn der Preis für das Modul nicht soweit sinken würde, wie der für ein Telefon. Damit die optische Kommunikation weit verbreitet wird, müssen die Teilnehmersendevorrichtung bzw. die Empfangseinrichtung preiswert sein. Die zuvor in der
16 vorgeschlagene LD-/PD-Vorrichtung kann nicht so preiswert wie ein Telefon hergestellt werden, da die Vorrichtung lediglich eine Montage eines PD-Moduls, eines LD-Moduls und eines WDM-Moduls ist. Der Preis ist die Summe der Preise für die Module.
Ein hoher Preis verhindert das Ausbreiten der Sende-/Empfangsvorrichtungen unter den Teilnehmern. Es wurden Anstrengungen unternommen, die Anzahl der Teile oder die Größe solcher Vorrichtungen zu verringern, um ihre Kosten zu reduzieren. Im Folgenden werden Versuche zum Senken der Kosten erklärt.
A. Räumliche Trennung, Strahlentypmodul (ein Steckverbinder, der einen WDM, eine PD und eine LD enthält)
Die 6 zeigt eine Möglichkeit, die von Masahiro Ogusu, Tazuku Tmioka und Sigeru Ohshima „Steckverbinder, Typ bidirektional, WDM Modul 1" vorgeschlagen wurde. (Electronics Society Conference of Japanese Electronics, Information und Communication, C-208, 208 (1996)) Das Modul ist in ein rechteckiges Gehäuse 60 eingebaut. Ein WDM-Filter 61 ist mittig in einer 45 Grad schrägen Richtung zu den Seiten des Gehäuses 60 angeordnet. Drei Zylinderlinsen 62, 63 und 64 liegen in radialer Anordnung an den drei Seiten des Gehäuses 60. Eine Fotodiode 66 ist an einer Seite vor der Zylinderlinse 62 befestigt. Eine Laserdiode 68 ist an einer anderen Seite vor der Linse 63 angebracht. Die Linse 64 liegt an dem Ende der Faser 69.
In der Praxis besteht das Modul aus zwei trennbaren Teilen. Ein Teil mit dem Faserende kann von dem anderen Teil (dem Gehäuse 60), das den Filter 61, die PD 66 und die LD 68 enthält, gelöst oder daran befestigt werden. Bei dem gekoppelten Zustand wird eine externe Faser über den WDM 61 an die PD 66 und die LD 68 angeschlossen. Die Linsen 64, 62 und 63 verhindern das räumliche Zerstreuen des von der Faser 69 ausstrahlenden Lichts in dem Steckverbinder. Die LD 68 emittiert 1,3 μm Licht, das den WDM-Filter 61 schräg durchdringt, und tritt zum Senden der optischen Signale in die Faser 69 ein.
Das sich in der Faser 69 ausbreitende eingehende Licht ist 1,55 μm Licht, das durch den WDM-Filter reflektiert wird. Das reflektierte Licht wird über die Linse 62 in die PD 66 übertragen. Das Modul der 6 ist kleiner als das zuvor erklärte Modul der 16. Dennoch enthält das Modul des Steckverbindungstyps noch immer zwei unabhängige optoelektronische Einrichtungen der LD und der PD und den unentbehrlichen WDM-Filter zusätzlich zu den drei Linsen zum Verhindern der räumlichen Zerstreuung des Lichts. Das Ausrichten der Teile ist noch immer so schwierig wie bei dem Modul der 16. Die Kosten sind gleich denen des Moduls der 16.
B. Y-geteiltes Wellenleittyp-Modul (7)
Die 7 zeigt ein weiteres LD-/PD-Modul, vorgeschlagen von Naoto Uchida, Masufumi Yamada, Yoshinoto Hibino, Yasushiro Suzuki und Noboru Ishihara: „Preiswertes Hybrid-WDM-Modul, bestehend aus einer punktgroßen Umwandlungs-Laserdiode und einer Wellenleiter-Fotodiode auf einer PLC-Plattform für Zugriffsnetzwerksysteme", IEICE TRANS. ELECTRON., Band E80-C, Nr. 1, 88, Januar 1997. Ein isolierendes Siliziumsubstrat 70 wird als eine Basis eingerichtet. Ein transparenter optischer Quarzwellenleiter 71 wird auf dem isolierenden Siliziumsubstrat hergestellt. Ein Winkel des Wellenleiters 71 wird in eine Stufe 72 geschnitten. Die Dotierung mit Fremdatomen schafft enge Y-geteilte Pfade 73, 74, 76, 77 und 78 auf dem Wellenleiter 71.
Dieses Beispiel hat zwei Y-Verzweigungen. Die erste Y-Verzweigung hat einen WDM 75 an dem Kreuzungspunkt. Der WDM 75 hat ein Wellenlängentrennvermögen, das 1,55 μm Licht reflektiert, jedoch ebenso 1,3 μm Licht ermöglicht hindurchzulaufen. Die Kontaktfolien 81 und 82 wurden auf die Stufe 72 des Wellenleiters aufgedampft. Eine Lichtquelle 83 mit einer Bodenelektrode ist auf die Kontaktfolien 79 und 80 geklebt. Die Lichtquelle ist entweder eine LED oder eine LD zum Emittieren eines 1,3 μm Lichts von einem Punkt 85 auf einer Endfläche.
Ein PD-Chip zum Abtasten des 1,3 μm Lichts wird auf die weiter entfernt liegenden Elektroden 81 und 82 auf der Stufe 72 geklebt. Das sich in der optischen Faser 88 ausbreitende Licht enthält sowohl 1,3 μm Licht als auch 1,55 μm Licht. Das Licht tritt in den Pfad 74 ein und erreicht den WDM 75, der 1,55 μm Licht zu einer anderen Faser reflektiert. Das 1,3 μm Licht setzt seinen Weg zu den Y-Verzweigungspfaden 77 und 78 fort. Die Hälfte des Lichts, das die LED 83 erreicht, hat keinen Verwendungszweck. Die andere Hälfte der Stärke schießt zur Erfassung des gesendeten Signals an einem Seiten punkt auf den PD 84. Die LED (oder LD) erzeugt ein Sendesignallicht von 1,3 μm, das sich in dem Pfad 78, dem WDM 75 und dem Pfad 74 ausbreitet und tritt in die Faser 88 ein.
Dieses Beispiel verwendet den WDM nur zum Ausschließen des 1,55 μm Lichts. Der größte Nachteil des vorgeschlagenen Moduls ist die Schwierigkeit, den planaren Y-verzweigten Wellenleiter herzustellen. Die Fertigung einer gekrümmten Y-Verzweigung auf einer Wellenleiterschicht ist wesentlich schwieriger als die Herstellung eines geraden Pfads auf einem Wellenleiter. Zusätzlich sind die Faserübergänge an den Enden der Pfade 73 und 74 ebenso eine schwierige Aufgabe. Folglich ergibt dieser Vorschlag noch keine Einrichtung zur Lösung des Problems, ein preiswertes LD-/LP-Modul herzustellen.
C. Aufwärtsreflexion, WDM-Typ LD-/PD-Modul (8)
Die 8 zeigt ein weiteres LD-/PD-Modul, vorgeschlagen von Tomasaki Uno, Tohru Nisishikawa, Masahiro Mitsuda, Genji Thmon, Yasushi Matsui: „Hybridintegriertes LD-/PD-Modul mit passiver Ausrichtungstechnologie", 1997, Conference of Electron, Information, Communication Society, C-3-89, 198 (1997). Das Befestigen einer LD und einer PD auf einem gewöhnlichen Substrat ermöglicht, die Kosten und die Größe des Moduls zu verringern zu verringern. In der 8 stellt ein Siliziumsubstrat 90 eine Basis für das Modul bereit. Gerades Ritzen stellt eine Längsrichtungs-V-Nut 91 in der Mitte auf dem Siliziumsubstrat 90 her. Ein Ende einer optischen Faser 92 wird eingeführt und in der V-Nut 91 befestigt. Schräges Schneiden bildet einen tiefen schrägen Einschnitt 93 in der Mitte über der Faser 92 und der Nut 91 in dem Substrat 90 aus. Ein Faserende 94 wird geschnitten und von der Faser 92 durch den Einschnitt 93 getrennt. Der schräge Einschnitt 93 hält innen einen WDM-Filter 95. Eine PD 96 wird vor dem schrägen WDM-Filter 95 über der V-Nut 91 auf dem Oberteil des Siliziumsubstrats 90 angebracht. Eine Stufe 97 wird durch Schneiden des hinteren Endes des Siliziumsubstrats 90 ausgebildet. Ein LD-Chip 98 liegt auf dem Stufenteil 97. Die LD emittiert 1,3 μm Licht 99 zum Senden von Signalen. Das Sendelicht 99 breitet sich in der Faser 92 und in dem WDM 95 zu der Station (nicht gezeigt) aus. Das Empfangslicht von 1,55 μm 100, das in der Faser 92 verläuft, wird durch den WDM 95 reflektiert, um das von der PD 96 abgetastete Licht 101 zu sein. Der Lichtpfad dreht an dem Abzweig aufwärts.
Das Modul der 8 scheint einen einfachen Aufbau zu haben. Jedoch ist es schwierig, eine Faser innerhalb einer V-Nut unterzubringen und eine LD und eine PD durch das Schieben der LD und der PD und das Überwachen der durch die PD abgetasteten Lichtleistung auf die Faser auszurichten. Eine Einzelmode-Faser hat einen 10 μm Kerndurchmesser und einen 125 μm Manteldurchmesser. Die Einführung des WDM-Filters erfordert das Schneiden des Einschnitts in den dicken Mantel. Folglich sind zwei Fasern äquivalent (125 μm + WDM) an dem Einschnitt getrennt. Diese breite Trennung erhöht den Reflexionsverlust zwischen den Fasern 94 und 92. Das LD-Licht leckt an dem Abstand aus.
Das LD-/PD-Modul (LED/PD) der vorliegenden Erfindung wird in den Ansprüchen 1 und 2 dargelegt. Eine Ausführung umfasst eine Plattform, einen geraden auf einer Mitte der Plattform ausgebildeten Lichtleiter zum Leiten des Lichts, eine Vielzahl von an der Plattform befestigten Anschlussführungsstiften zum Anschließen der Plattform an einen optischen Verbinder (in der 9 nicht gezeigt), einen auf den Lichtleiter gelegten Filter zum Reflektieren eines Teils des Lichtes und zum Ermöglichen, dass ein anderer Teils des Lichts hindurchläuft, eine auf der Plattform befestigte Fotodiode zum Abtasten des durch den Filter reflektierten Lichts, eine Lichtquelle (LD oder LED), die auf der Plattform an dem Rücken des Lichtleiters zum Erzeugen eines Sendelichts, das Signale trägt, befestigt ist. Das Ende des Lichtleiters liegt, durch das Einführen der Anschlussführungsstifte in die Anschlussdosen eines elektrischen Verbinders, in einem optischen Verbinder gegenüber einer Faser in einer guten Ausrichtung. Das Empfangslicht das die Faser in dem Verbinder durchströmt hat, tritt in den Lichtleiter ein, reflektiert auf dem Filter und nimmt seinen Weg zu der PD, die das Lichtsignal in elektrische Signale umwandelt. Das Sendelicht von der Lichtquelle (LD oder LED) durchdringt den Filter, wird durch den Lichtleiter übertragen und tritt in die Faser in dem optischen Verbinder ein.
Der Lichtleiter ist ein gerader Wellenleiter, hergestellt durch die teilweise Verbesserung des Brechungskoeffizienten durch Dotierung der Fremdatome an einem linearen Teil in einem durchlässigem Material der Plattform. Der Lichtleiter ist keine auf die Pattform geklebte Faser, sondern ein in der Plattform durch Fremdatom-Dotierung ausgebildeter Wellenleiter. Die Plattform ist wenigstens auf der Oberseite durchlässig. Der Wellenleiter auf der Plattform kann aus transparentem anorganischen Glas oder durchlässigem Kunstharz bestehen. Quarz ist das beste Material für den Wellenleiter.
Diese Erfindung ist ebenso auf ein einfacheres LD-/PD-Modul anwendbar, das eine einzelne Wellenlänge λ sowohl für die Sendesignale als auch für die Empfangssignale benutzt. Bei dem Monowellenlängensystem reflektiert der Filter einen Teil des λ-Lichts und ermöglicht einem anderen Teil des λ-Lichts das Hindurchlaufen mit einer definierten Rate. Die Erfindung ist zusätzlich zu dem Monowellenlängensystem ebenso auf ein Zweiwellenlängensystem anwendbar, das λ1-Licht sendet und λ2-Licht empfängt. Bei einem solchen System hat der Filter die zwei Funktionen, des Reflektierens sämtlicher λ1 und des Ermöglichens für sämtliche λ2 hindurchzulaufen. In diesem Fall ist der Filter ein WDM-Filter.
Der Filter kann durch das Stapeln einer Vielzahl von dielektrischen Schichten mit verschiedenen Brechzahlen, die ihrerseits ein erwünschtes Reflexionsverhältnis zur Durchdringung für einen bestimmten Wellenlängenbereich bereitstellen, hergestellt werden. Beispielsweise kann ein Filter mit einer Wellenlängentrennfähigkeit oder einer teilweisen Reflexionsrate durch das Stapeln einer Vielzahl von dielektrischen Filmen verschiedener Dicken und verschiedener Brechzahlen in Schichten auf einem durchlässigen Plastiksubstrat hergestellt werden.
Das LD-/PD-Modul hat beispielsweise eine InGaAS- oder eine InGaAsP-Fotodiode mit einem InP-Substrat und einer InGaAS- oder InGAAsP-Lichtempfangsschicht. Das Signallicht ist Fast-Infrarotlicht, z. B. von 1,3 μm oder 1,55 μm. Das Modul hat eine LD beispielsweise einer InGaAsP-Aktivschicht.
Andererseits kann eine Si-PD als die Fotodiode verwendet werden. Bei dem Fall der Si-PD sollte das Signallicht sichtbares Licht einer Wellenlänge zwischen 0,7 μm und 0,8 μm sein. Die InGaAsP-Laser würden durch GaAlAs-Laser als Lichtquellen ersetzt werden. Sowohl der PD-Typ mit Einfallswinkel auf den oberen Flächen als auch der PD-Typ mit Einfallswinkel auf den unteren Flächen kann als Fotodetektor verwendet werden. Zusätzliches Anbringen eines Vorverstärkers, der einen Fotostrom der PD verstärkt, erhöht die Empfindlichkeit, befähigt die PD schwache Signale zu erfassen und externes Rauschen zu unterdrücken.
Die Größen der Anschlussführungsstifte, der Durchmesser oder der Abstand müssen bestimmt werden, um die Anschlussstifte zu befähigen, in den optischen Verbinder zu passen, der beispielsweise ein MT-Verbinder oder ein Miniverbinder ist.
Diese Erfindung basiert auf verschiedenen Konzepten vorhergehender LD-/PD-Module. Alle konventionellen Module verwenden ein gemeinsames Konzept eines Moduls, das eine interne Faser hat. Frühere Module haben durch die Faser mit anderen optischen Einrichtungen kommuniziert. Im Gegensatz zu den früheren Modulen mit internen Fasern tritt dieses Patent für ein faserloses LD-/PD-Modul ein, das direkt an einem optischen Verbinder angebracht bzw. direkt von diesem gelöst werden kann. Diese Erfindung bringt den Lichtleiter, durch Kuppeln des Moduls an den Verbinder mit den Anschlussführungsstiften in den Löchern, an die Faser in einem Verbinder. Daher muss das Modul keine Faser in sich selbst enthalten. Da keine Faser vorhanden ist, erfordert dieses Modul keine Einrichtungen zum Befestigen einer Faser oder zum Anpassen der Faser an andere optische Teile.
Im Folgenden werden Vorteile der Ausführungen der vorliegenden Erfindung erklärt.
(1) Der erste Vorteil ist das leichte Befestigen oder Lösen an bzw. von einem optischen Verbinder. Insbesondere weist die Ausführung der 9 Anschlussführungsstifte zum Anbringen oder Lösen des Moduls an bzw. von einem MT-Verbinder oder Mini-MT-Verbinder, der es verwendbar macht, direkt auf der Siliziumplattform auf. Beispielsweise kann das Modul durch das Ausbilden von V-Nuten auf der Plattform, das Einbetten der Anschlussführungsstifte in die V-Nuten und das Befestigen der Anschlussführungsstifte in den V-Nuten gebildet werden. Auf diese Art und Weise kann das Modul an vorgefertigten optischen Verbindern, beispielsweise MT-Verbindern oder Mini-MT-Verbindern, angebracht bzw. von diesen gelöst werden.
(2) Ein zweites Merkmal sind ein auf der Si-Plattform hergestellter gerader Lichtleiter und ein auf dem Lichtleiter zwischengeschalteter WDM-Filter. Es ist leicht, einen einfachen geraden Lichtleiter herzustellen. Ein WDM-Koppler (2 oder 7) oder ein Filter der Oberflächenwellenleiter benutzt, sind entbehrlich. Auf einem Oberflächenwellenleiter basierende optische Schaltungen werden als PLCs (Planarlichtwellenschaltungen) bezeichnet. Der WDM-Filter in der 2 und das LED-/PD-Modul in der 7 werden durch PLCs, die komplexe Komponenten, beispielsweise Y-Verzweigungen, Zusammenströmungen (Kopplungsteile) und Kurven, enthalten, hergestellt. Die Funktion des Trennens oder des Integrierens der Lichtwellen und die Funktion des Auswählens der Wellen nach Wellenlängen erfordern derartige komplexe Komponenten. Es ist jedoch schwierig Wellenleiter, die Kurven, Y-Abzweigungen oder Zusammenströmungen enthalten, herzustellen. Bei dem beschriebenen Modul wird ein Lichtleiter durch das örtliche Erhöhen der Brechzahlen der Plattform hergestellt. Jedoch ist der Lichtleiter eine gerade Linie. Es ist sind weder Zweige, Kurven noch Zusammenströmungen von Wellenleitern vorhanden. Der Lichtleiter ist kein Wellenleiter, sondern ein einfacher Lichtleiter. Der Lichtleiter ist ein Einzel-Mode-Leiter, der mit einer hohen Ausbeute leicht hergestellt werden kann.
Die PLC-(Planar Lightwave Circuit-)Technologie zielt durch generelles Zuweisen von WDMs, Abzweigungen oder Zusammenströmungen an die PLCs auf Hochleistung und Vollkommenheit ab. Ein einfacher gerader Lichtleiter auf einer Plattform verringert die Schwierigkeit der Herstellung. Wenn eine optische Faser an ein Ende eines Lichtleiters zu kleben wäre, wie in der 7, würde dies ein schwieriges Anpassen erfordern und würde die Möglichkeit für einen Positionsfehler der Faseranordnung eröffnen. Das beschriebene Modul erfordert keine Faser, die an den Lichtleiter zu kleben ist, und ist vor dem schwierigen Anpassen geschützt.
Die 10 zeigt einen Abschnitt des Lichtleiters des Moduls. Die Längsrichtung des Lichtleiters ist der x-Richtung zugeordnet. Dies ist ein y-z-Abschnitt der Si-Plattform, der den Lichtleiter in rechten Winkeln kreuzt. Die Plattform ist ein Si-Substrat 110. Eine SiO₂-Pufferschicht wird durch ein Flammenbeschichtungsverfahren oder durch eine Zerstäubung auf dem Si-Substrat 110 aufgetragen. Eine Ggermanium-dotierte SiO₂-Schicht mit hoher Brechzahl 112 wird auf der gesamten SiO₂-Pufferschicht 111 hergestellt. Die Seiten der Ge-dotierten SiO₂-Schicht mit hoher Brechzahl werden durch Fotoätzen mit einer Maske, die eine Mittelstreifenstruktur hat, entfernt. Ein Mittelstreifenteil 112 der Ge-dotierten SiO₂-Schicht bleibt bestehen. Auf dem Streifen 112 und der Pufferschicht 111 wird durch Flammenbeschichtung oder durch Zerstäuben eine SiO₂-Schicht mit niedriger Brechzahl 113 gebildet. Auf diese Art und Weise wird der Lichtleiter hergestellt. Die Ge-dotierte SiO₂-Schicht mit hoher Brechzahl 112 wird einem Kern zugewiesen. Die periphere SiO₂-Schicht mit niedriger Brechzahl 113 ist eine Mantel schicht. Es ist durchführbar, einen solchen einfachen Lichtleiter herzustellen, bei dem der Lichtleiter weder Kurven noch Zusammenströmungen noch Zweige enthält.
(3) Ein drittes Merkmal ist der geringe Kopplungsverlust. Das beschriebene Modul kann mit hoher Genauigkeit an einen optischen Verbinder gekoppelt werden, da eine einzelne Si-Plattform den Lichtleiter und die V-Nuten für die Anschlussführungsstifte enthält. Dieser präzise Aufbau garantiert einen geringen Kopplungsverlust. Die ausgereifte Maskenausrichtungstechnologie und die hoch entwickelte Lithografie befähigen den Lichtleiter, genau in die Mitte zwischen den Anschlussführungsstiften gestellt zu werden. Da der optische Partnerverbinder hergestellt wurde, um ein Ende der Faser an einem Mittelpunkt zwischen den Anschlussstiften aufzuweisen, liegt das Ende der Faser des Verbinders in dem gekoppelten Zustand dem Ende des Lichtleiters des Moduls genau gegenüber.
(4) Ein viertes Merkmal ist die geringe Größe des Moduls. Der WDM-Filter wird aus einem Aufbau aus dielektrischen Dünnfilmschichten hergestellt. Das Stapeln von dielektrischen Filmen auf einem dünnen Glas- oder Plastiksubstrat ergibt, im Gegensatz zu dem voluminösen Glasblock-WDM der 3, einen kleinen WDM-Filter. Im Gegensatz zu dem WDM der 2, der Wellenlängen entlang eines gekoppelten Pfads auswählt und die verschiedenen Wellenlängen in einer Ebene aufteilt, teilt der beschriebene WDM die Wellenlängen schräg zu der Ebene ein. Die Ausführung der 9 krümmt das Empfangslicht durch den WDM um 90 Grad. Das gekrümmte Empfangslicht setzt sich in einem Querpfad 117 fort, beschießt mit 45 Grad die schräge Ebene, dreht sich nach oben und tritt in die Bodenfläche der PD 137 ein.
(5) Das fünfte Merkmal ist der auf der gleichen Plattform befestigte Vorverstärker. Das Vorhandensein des Verstärkers in der gleichen Baugruppe erhöht die Empfindlichkeit als Empfangs-Set. Wenn der Verstärker außerhalb der Baugruppe angeordnet ist, ist es wahrscheinlich, dass externes Rauschen über Drähte oder Anschlussführungsstifte in das Modul eindringt. Das beschriebene Modul hat die hohe Empfindlichkeit und den starken Widerstand gegen externes Rauschen, weil der Fotostrom der PD durch den Vorverstärker innerhalb des Moduls verstärkt wird.
(6) Der Signalsendeport kann mit nur einer LD hergestellt werden. Vorzugsweise ist eine zusätzliche Überwachungs-PD in dem Sendeport enthalten. Die Überwachungs-PD wird hinter der LD befestigt, um die Ausgabeleistung der LD in dem Beispiel zu stabilisieren. Bei der 12 ist der Lichtleiter durch eine Kontaktverbindung an die LD 132 gekoppelt, die auf eine Linse verzichtet. Die Überwachungs-PD 133 ist in der 12 eine PD des Bodenflächen-Inzidenztyps. Die schräge Fläche 154 ermöglicht den Strahlen, aus dem Lichtleiter aus der Nut hoch zu der PD aufzustreben. Die Einstellung der V-Nut und die PD des Bodenflächen-Inzidenztyps vereinfachen die Lichtpfade auf der Plattform.
(7) Ein weiterer Vorteil ist die einfache Bedrahtung. Dieses Modul bildet zum Vereinfachen des Anschließens der LD, der PDs und des Verstärkers über die Anschlussführungsstifte an externe Schaltkreise Au-metallisierte Strukturen auf der Siliziumplattform aus. Die 13 zeigt ein Beispiel der metallisierten Strukturen der Plattform.
Ein weiteres, anderes als das in den Beispielen 9 und 13 gezeigte, Struktur-Set ist ebenso erhältlich.
(8) Ein weiteres Merkmal ist ein kompaktes Design, ohne ein verwickeltes Endbauteil einer Faser. Die 10 zeigt das Design des Moduls. Das Modul hat keine Faser als Bauendelement, sondern weist nur die Anschlussführungsstifte und die Leitungsanschlussstifte auf. Die 15 zeigt den gekoppelten Zustand des Moduls und des MT-Verbinders mit einer Einzel-Mode-Faser, die mit der Zentralstation kommuniziert, an. Da ein optischer Verbinder irreversibel mit dem Modul gekoppelt werden kann, muss das Modul selbst keine Faser enthalten.
Im Folgenden werden Beispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die verschiedenen Figuren der begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein schematisches Diagramm eines bidirektionalen optischen Multiwellenlängenkommunikationssystems.
2 ist eine schematische Ansicht eines WDM-Filters oder eines optischen Kopplers, der die optischen Fasern oder die Wellenleiter benutzt.
3 ist die schematische Ansicht eines WDM-Filters oder eines optischen Kopplers in einer rechteckigen Stütze, gebildet aus gestapelten dielektrischen Multischichten auf einer diagonalen Fläche einer gleichschenkligen Dreieckstütze, wobei die Dreieckstütze an eine Partnerstütze zu einer quadratischen Stütze geleimt wird.
4 ist eine vertikale Schnittansicht eines konventionellen LD-Moduls.
5 ist eine vertikale Schnittansicht eines konventionellen PD-Moduls.
6 ist eine horizontale Schnittansicht eines Steckverbindungstyps eines Multiwellenlängen-LP-PD-Moduls nach dem Stand der Technik.
7 ist eine schiefe Ansicht eines Y-Verzweigungstyps des Multiwellenlängen-LP-PD-Moduls nach dem Stand der Technik.
8 ist eine Schnittansicht eines LP-PD-Moduls nach dem Stand der Technik, das einen nach oben schrägen WDM enthält, der einfallendes Licht nach oben reflektiert.
9 ist eine schiefe Ansicht eines Ausführungs-LP-PD-Moduls der vorliegenden Erfindung.
10 ist eine Schnittansicht der Plattform mit einem Lichtleiter auf der Oberfläche.
11 ist eine z-y-Schnittansicht der Ausführung mit einer Bodenflächen-Inzidenztyp-PD zum Empfangen des von dem Lichtleiter emittierten und von der abgeschrägten Fläche in einer Nut reflektierten Signallichts.
12 ist eine z-x-Schnittansicht der Ausführung mit einer die Lichtleistung der LD überwachenden PD.
13 ist eine Draufsicht einer weiteren Ausführungsplattform mit metallisierten Strukturen und V-Nuten.
14(a) ist eine Draufsicht des in einer Baugruppe abgedichteten LP-PD-Moduls der Ausführung.
14(b) ist eine Vorderansicht des in einer Baugruppe abgedichteten LP-PD-Moduls der Ausführung.
15 ist eine Draufsicht einer gedruckten Schaltung mit dem LP-PD-Modul, an dem ein optischer Verbinder angebracht ist.
16 ist eine schematische Ansicht eines LP-PD-Moduls nach dem Stand der Technik.
Die 9 zeigt eine Ausführung der vorliegenden Erfindung. Ein Si-Substrat mit einer SiO₂-Oberschicht wird als eine Plattform 110 benutzt, weil fotolithografische und andere Technologien für Si-Wafer und Si-Einrichtungen ausgereift sind. Als Alternativen können eine Keramikplatte, eine Plastikplatte oder eine Metallplatte für die Plattform 110 ver wendet werden. Die Siliziumplattform 110 hat auf der Oberfläche Lichtleiter 114 und 115 (in x-Richtung) in der Mitte. Die Lichtleiter 114 und 115 werden durch das teilweise Verbessern der Brechzahl des SiO₂ in der x-Richtung hergestellt. Die 10 zeigt einen Abschnitt des Lichtleiters auf der Siliziumplattform 110. Oxidation oder Zerstäubung können verwendet werden, um eine SiO₂-Pufferschicht 111 auf der Siliziumplattform 110 bereitzustellen. Zerstäubung oder CVD stellt ferner eine Ge-dotierte SiO₂-Schicht höherer Brechzahl 112 auf der gesamten SiO₂-Pufferschicht 111 her. Fotoätzen mit einer Maske entfernt, einen Mittelstreifen ausgenommen, die Seitenteile der Ge-dotierten SiO₂-Schicht höherer Brechzahl 112. Ein Ge-dotierter SiO₂-Mittelstreifen verbleibt auf der Pufferschicht 111. Die SiO₂-Mantelschicht niedriger Brechzahl 113 wird durch Zerstäubung oder CVD auf die Ge-dotierte SiO₂-Schicht höherer Brechzahl 112 und auf die SiO₂-Pufferschicht 111 aufgebracht. Der Streifen höherer Brechzahl 112 sind die Lichtleiter 114 und 115. Die Lichtleiter leiten das Licht wegen ihrer höheren Brechzahlen als die benachbarte SiO₂-Mantelschicht 113 niedriger Brechzahl.
Die vertikalen Pfade 116 und 117 werden in der Nähe des Mittelpunktes der Lichtleiter 114 und 115 in der y-Richtung ausgebildet. Die vertikalen Pfade 116 und 117 leiten ebenfalls Licht. Die vertikalen Pfade 116 und 117 können entweder unbesetzte Nuten oder Ge-dotierte Lichtleiter sein. Die Nutenvertikalpfade lassen ein leichtes Streuen des Lichts zu, da das Licht sich im Raum ausbreitet. Die Lichtleitervertikalpfade unterdrücken das Zerstreuen des Lichts.
Das Fotoätzen bildet auf der Plattform 110 zwei Längsrichtungs-V-Nuten 118 und 119 in x-Richtung aus. Die V-Nuten 118 und 119 halten die Anschlussführungsstifte 120 und 121. Die Anschlussführungsstifte 120 und 121 sind Metallstäbe oder Keramikstäbe. Ein Kleber fixiert die Anschlussführungsstifte 120 und 121 auf den V-Nuten 118 und 119. Die Anzahl, der Durchmesser oder der Abstand der Anschlussführungsstifte sollen zum Passen in die Löcher des optischen Partnerverbinders angepasst werden. Wenn der optische Partnerverbinder drei oder vier Löcher aufweist, soll die Plattform drei oder vier Anschlussführungsstifte in Übereinstimmung mit den Löchern haben.
Die relativen Beabstandungen zwischen dem optischen Leiter 114 und den Anschlussführungsstiften 120 und 121 sind ein wichtiger Faktor. Wenn die Löcher des optischen Verbinders die Anschlussführungsstifte 120 und 121 empfangen, muss die optische Fa ser des Verbinders in der Längsrichtung genau gegenüber dem optischen Leiter 114 liegen. Vorzugsweise sind die Anschlussführungsstifte parallel mit dem optischen Leiter. Nichtparallele Anschlussführungsstifte sind jedoch ebenso möglich, wenn die Faser in dem verbundenen Zustand mit dem optischen Leiter übereinstimmt.
In dem Beispiel haben die V-Nuten 118 und 119 schräge Enden 122 und 123. Die Plattform 110 hat ein hinteres Plateau 124. Das Plateau 124 hat eine Vielzahl von gedruckten Kontaktfolien 125, ..., 131, die sich in der y-Richtung erstrecken. Diese Elektroden schließen eine Licht emittierende Laserdiode (LD) 132 und eine Fotodiode (PD) 133 an externe Schaltkreise an. Die LD 132 ist auf dem hinteren Plateau 124 an einem Punkt einer Verlängerung des Lichtleiters 115 befestigt. Die LD 132 ist an einer Position zum Leiten des aus der LD 132 emittierten Lichts an dem Lichtleiter 115 angeordnet. Eine Bodenelektrode der LD 132 wird auf die Kontaktfolie 125 gebondet. Eine obere Elektrode der LD 132 ist durch Draht an eine andere Kontaktfolie angeschlossen. Die Kontaktfolien 125 und 126 tragen einen elektrischen Strom zum Steuern der LD 132.
Die PD 133 ist auf die Kontaktfolie 128 an die Rückseite der LD 132 gebondet. Die PD 133 ist keine Signalempfangs-PD, sondern eine Überwachungs-PD zum Abtasten der Ausgabe der LD 132. Eine obere Elektrode der LD 132 ist mit der Kontaktfolie 127 über einen Draht verbunden. Wenn die Höhen der LD 132 und der PD 133 unterschiedlich sind, wird eine Struktur der 12 zum Leiten des hinteren emittierten Strahls in die PD 133 arrangiert.
In der 12 wird die LD 132 umgekehrt an der Plattform 110 befestigt. Das bedeutet, das strahlende Teil berührt die Plattform 110. Die von dem vorderen Ende der LD 132 emittierten Frontstrahlen 146 treten in ein Ende des Lichtleiters 115 ein. Die hinteren, von dem hinteren Ende der LD 132 emittierten Strahlen 147 beschießen eine Seite der PD 133. Die PD 133 hinten leuchtenden Typs ist für die Seitenstrahlen empfindlich. Eine Aussparung 153 ist zwischen der LD 132 und der PD 133 perforiert. Eine schräge Fläche 154 der Aussparung 153 reflektiert von der LD 132 emittierte Strahlen. Die reflektierten Strahlen 149 gehen nach oben an die Bodenfläche der PD 133. Die PD 133 tastet die von dem Boden abwärts gehenden Lichtstrahlen zum Stabilisieren der Leistung des Lasers 132 ab.
Eine schiefe Nut 134 überquert die Lichtleiter 114 und 115 und die vertikalen Pfade 116 und 117 mit einem halbierten Winkel an dem Kreuzungspunkt Q in der SiO₂-Mantelschicht 113. Φ ist der Kreuzungswinkel zwischen den Lichtleitern und den vertikalen Pfaden. Die schiefe Nut 134 neigt sich mit einem Winkel Φ/2 sowohl zu den vertikalen Pfaden als auch zu den Lichtleitern. Jeder Winkel, außer 90 Grad, ist ebenfalls zugelassen. Ein Beispiel von Φ = 90 Grad wird im Folgenden erklärt. Bei dem Beispiel trifft die schiefe Nut 134 mit 45 Grad auf die Lichtleiter 114 und 115. Dennoch ist es möglich, den Filter an dem Mittelpunkt in dem Lichtleiter bei 30 Grad zu dem Lichtleiter anzuordnen.
Ein Filter 136 wird an dem Kreuzungspunkt Q in die schiefe Nut 134 eingeführt. Der Filter 136 hat ein transparentes Substrat aus Glas oder Plastik und auf dem Substrat gestapelte Multischichten. Der Filter 136 erhält das Wellenlängentrennvermögen der Reflexion oder Penetration durch das Stapeln zweier Arten von dielektrischen Schichten von unterschiedlicher Dicke und von unterschiedlicher Brechzahlen.
Wenn das optische Kommunikationssystem nur eine gemeinsame Wellenlänge λ sowohl für das Sendesignal als auch für das Empfangssignal verwendet, erfolgt ein Timesharing für die Sendesignale und die Empfangsignale. Dieses Timesharing-System wird als Pingpongübertragung bezeichnet. Beispielsweise wird das Sendesignal auf 1,3 μm Licht getragen und das Empfangssignal wird ebenso von 1,3 μm Licht getragen. Bei der Pingpongübertragung muss der Filter 136 die Funktion haben, einem Teil des Wellenlängenlichts das Durchlaufen zu ermöglichen und den anderen Teil des gleichen Wellenlängenlichts mit einer definierten Rate zu reflektieren. Beispielsweise sollte der Filter 136 eine Funktion des Reflektierens und Führens des gemeinsamen Wellenlängenlichts eines Inzidenzwinkels von 45 Grad mit einem Verhältnis von Penetration : Reflexion = 1 : 1 haben.
Das Zuweisen von unterschiedlichen Wellenlängen von Sendesignalen und Empfangssignalen ermöglicht dem Kommunikationssystem gleichzeitige bidirektionale Übertragung. λ-2 ist die Wellenlänge von Sendesignalen. λ-1 ist die Wellenlänge von Empfangssignalen. In diesem Fall sollte der Filter 100% Transparenz für das 45 Grad Inzidenz-Sendelicht λ-2 haben und sollte 100% Reflexion für das Inzidenz-Empfangslicht λ-2 haben. Die gleichzeitige bidirektionale Übertragung erfordert einen derartigen Wellenlängenauswahlfilter. Das bedeutet, der Filter 136 sollte eine WDM-Filter sein. Wenn das Licht jedoch mit 45 Grad reflektiert wird, wird die Lichtmenge, die in die PD eintritt, wegen der Differenz des Reflexionsvermögens gemäß der Polarisationsrichtung, etwas kleiner. Dies ist ein Defekt des WDM-Filters, der mit 45 Grad zu dem Lichtleiter geneigt angeordnet ist. In einem solchen Fall ist es geeignet, den Filter, durch Anordnen eines WDM-Filters mit 30 Grad zu dem Lichtleiter, reflektieren zu lassen. Eine PD 137 wird an einem Ende des vertikalen Pfads 117 befestigt. Dies ist eine PD für Empfangssignale, die eine andere Funktion hat als die Übennrachungs-PD 133. Die PD 137 ist durch einen Draht 139 an einen Verstärker 138 angeschlossen.
Das vordere Ende 135 des Lichtleiters ist ein Eintritt und Austritt des Signallichts. Das Signallicht von der Zentralstation geht an einem Eintritts-/Austrittspunkt 135 in den Lichtleiter 114. Das eingehende Licht wird durch den Filter 136 auf den vertikalen Pfad 117 reflektiert und geht durch eine Bodenflächenöffnung hindurch in die PD 137. In diesem Fall ist die Strahlhöhe in dem vertikalen Pfad 117 unterschiedlich von der der PD 137. Die Differenz der Höhen erfordert eine Anordnung. wie in der 11 gezeigt. Die 11 ist ein Abschnitt der dem WDM 136 entlang der y-z-Ebene entnommen wurde. Das durch den WDM 136 eingehende Licht 145 geht in den vertikalen Pfad 117, beschießt eine schräge Ebene 143 und tritt in die Bodenflächen-Inzidenztyp-PD 137 ein. Die PD 137 hat nahe der Oberteilfläche einen Lichtempfangsbereich und eine p-Elektrode auf dem Oberteil. Eine Ring-n-Elektrode ist an der Bodenfläche ausgebildet. Die PD 137 ist auf eine metallisierte Struktur 114 der Plattform 110 gebondet.
Die Funktion des LD-/PD-Moduls ist geklärt. Das Einführen der Anschlussführungsstifte 120 und 121 in die Löcher eines optischen Partnerverbinders verbindet das Modul und den optischen Verbinder. Die optische Faser in dem Verbinder liegt dem Lichtleiter 114 des Moduls genau gegenüber. Ausbreitend in einer optischen Faser aus der Zentralstation, geht das Signallicht von dem Verbinder in den Lichtleiter 114 über, dreht sich an dem WDM 136 nach rechts, nimmt seinen Verlauf entlang dem vertikalen Pfad zu der PD 137 und erzeugt in der PD 137 einen Fotostrom. Entgegengesetzt wird das Sendesignallicht durch die LD 132 erzeugt, geht in den Lichtleiter 115, passiert den WDM 136, setzt sich in dem Lichtleiter 114 fort und fließt in die Faser des Verbinders ein. Dieses LD-/PD-Modul hat keine Anschlussfaser. Das LD-/PD-Modul kann durch das Einführen der Anschlussführungsstifte sicher an einen optischen Verbinder angeschlossen werden.
Die 14 zeigt das Design eines aufgebauten LD-/PD-Moduls 170, das ein Gehäuse 171 und die in dem Gehäuse 171 gekapselte Plattform aufweist. Die Anschlussführungsstifte 120 und 121 stehen aus dem Gehäuse 171 hervor. Das Ende der Bodenfläche hat eine Vielzahl von Anschlussführungsstiften 175 nach unten. Die Anschlussführungsstifte werden zum Geben elektrischen Stroms an die LD, die PD, die Überwachungs-PD, zum Senden der Signale an die LD und zum Extrahieren der Empfangssignale von der PD und der Leistungssignale von der Überwachungs-PD an interne Kontaktplatten angeschlossen.
Die 15 zeigt das zur Informationsverarbeitung installierte LD-/PD-Modul auf einem gedruckten Schaltkreis 189 und gekoppelt mit einem optischen Verbinder 180. Der gedruckte Schaltkreis 189 enthält elektrische Schaltungen zum Umwandeln der zu sendenden Signale in die dem Senden entsprechende Form, zum Verstärken der Empfangssignale und zum Wiedergeben der Signale. Neben diesen Schaltungen ist das LD-/PD-Module 170 auf diesen geduckten Schaltkreis 189 gelötet. Der optische Verbinder 180 ist beispielsweise ein MT-(Miniatur-)Verbinder oder ein Mini-MT-(Mini-Miniatur-)Verbinder. Ein Verbinder 180 hat ein Paar von Löchern 183 und 184, die den Anschlussführungsstiften 120 und 121 des Moduls 170 entsprechen. Das Ende der optischen Faser 181 ist genau zwischen den Mittelpunkt der Löcher 183 und 184 in dem Verbinder 180 gesetzt. Die Einführung der Anschlussführungsstifte 120 und 121 in die Löcher 183 und 184 bringt die Faser 181 in Kontakt mit dem Lichtleiter 114 des Moduls 170. Das Abwärtssignallicht von 1,55 μm aus der Zentralstation geht in den Lichtleiter 114 über, dreht sich nach rechts an den WDM-Filter 136, tritt in die PD 137 ein und erzeugt einen Fotostrom in Proportion zu der Lichtleistung.
Das von der LD 132 emittierte Signallicht nimmt seinen Verlauf in die Lichtleiter 115 und 114, geht in die Faser 181 des Verbinders 180 über, breitet sich in der Faser aus und kommt an der Zentralstation an. Obwohl dieses LD-/PD-Modul in sich keine optische Faser aufweist, ist es einfach an das LD-/PD-Modul anzuschließen oder von diesem zu lösen oder leicht von dem optischen Verbinder zu lösen.
Die 13 ist eine Draufsicht einer Plattform mit einer anderen Anordnung der metallisierten Strukturen. Gepunktete Linien bezeichnen die Lichtleiter 114 und 115. Eine me tallisierte Struktur 156 ist ein Basispfad zum Befestigen einer PD zum Signalempfang. Eine Boden-n-Elektrode der PD ist auf die Struktur 156 gebondet. Eine metallisierte Struktur 157 in dem vertikalen Pfad (eine V-Nut in dem Beispiel) verbessert die Reflexion der schrägen Fläche zum Verstärken der Leistung des in die PD eintretenden Signallichts. Eine breite metallisierte Struktur 155 ist eine Basis zum Anlöten einer Bodenfläche eines Vorverstärkers. Eine obere Elektrode der PD wird an einen Eingangspfad des Vorverstärkers angeschlossen. Eine LD wird an ein Ende einer metallisierten Struktur 160 mittels Die-Bonding befestigt. Eine obere Streifenelektrode der LD wird durch einen Draht an eine metallisierte Struktur 161 angeschlossen. Eine Überwachungs-PD ist auf einer Struktur 158 befestigt. Eine metallisierte Struktur 159 erhöht die Reflexion der schrägen Fläche 154. Ein obere p-Elektrode der Überwachungs-PD ist durch einen Draht an eine Struktur 162 angeschlossen.

Claims

Laserdioden-/Fotodioden-(LD-, PD-)Modul, umfassend: eine Planare Plattform (110), eine geradlinige Lichtleitereinrichtung (114, 115) auf der Plattform (110) in einer direkten Leitung zum Leiten des Sendelichts und des Empfangslichts, einen Filter (136), der die Lichtleitereinrichtung (114, 115) kreuzt, zum Reflektieren eines Teils des sich in der Vorrichtung ausbreitenden Lichts und zum Ermöglichen, dass der andere Teil des Lichts hindurchgeht, eine Fotodiode (PD, 137) zum Erfassen der Leistung des durch den Filter (136) reflektierten Lichts und eine Laserdiode (LD, 132), auf der Plattform (110) an einer Verlängerung der Lichtleitereinrichtung (114, 115) befestigt, zum Erzeugen des Sendesignallichts und zum Einführen des Sendesignallichts in die geradlinige Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Anschlussführungsstiften (120, 121) zum Befestigen der Plattform an dem entsprechende Löcher aufweisenden optischen Verbinder an der Plattform (110) befestigt ist, die geradlinige Lichtleitereinrichtung ein auf der Plattform (110) integrierter geradliniger Lichtleiter (114, 115) ist, der Filter (136) den geradlinigen Lichtleiter (114, 115) in der Ebene der Plattform (110) schräg kreuzt, so dass der genannte Teil des Lichts in eine Richtung in der Ebene in einem Winkel zu dem geradlinigen Lichtleiter reflektiert wird, und dass die Fotodiode (137) auf der Plattform (110) auf einer Seite des geradlinigen Lichtleiters (114, 115) befestigt ist.
Leuchtdioden-/Fotodioden-(LED-, PD-)Modul, umfassend: eine planare Plattform (110), eine geradlinige Lichtleitereinrichtung (114, 115) auf der Plattform (110) in einer direkten Leitung zum Leiten des Sendelichts und des Empfangslichts, einen Filter (136), der die Lichtleitereinrichtung (114, 115) kreuzt, zum Reflektieren eines Teils des sich in der Vorrichtung ausbreitenden Lichts und zum Ermöglichen, dass der andere Teil des Lichts hindurchgeht, eine Fotodiode (PD, 137) zum Erfassen der Leistung des durch den Filter (136) reflektierten Lichts und eine Leuchtdiode (LED), auf der Plattform (110) an einer Verlängerung der Lichtleitereinrichtung (114, 115) befestigt, zum Erzeugen des Sendesignallichts und zum Einführen des Sendesignallichts in die geradlinige Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Anschlussführungsstiften (120, 121) zum Befestigen der Plattform an dem entsprechende Löcher aufweisenden optischen Verbinder an der Plattform (110) befestigt ist, die geradlinige Lichtleitereinrichtung ein auf der Plattform (110) integrierter geradliniger Lichtleiter (114, 115) ist, der Filter (136) den geradlinigen Lichtleiter (114, 115) in der Ebene der Plattform (110) schräg kreuzt, so dass der genannte Teil des Lichts in eine Richtung in der Ebene in einem Winkel zu dem geradlinigen Lichtleiter reflektiert wird, und dass die Fotodiode (137) auf der Plattform (110) auf einer Seite des geradlinigen Lichtleiters (114, 115) befestigt ist.
Modul nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Lichtleiter (114, 115) ein geradliniger Wellenleiter auf der Plattform (110) ist, ausgebildet durch die Dotierung der Plattform mit einem Fremdatom, das ihre Brechzahl verbessert, und der Filter (136), der mit nahezu 45 Grad zu dem Lichtleiter an einem Mittelpunkt in dem Lichtleiter angeordnet ist, ein Strahlenteiler ist, der ein einzelnes Wellenlängenlicht mit einer definierten Rate durch Reflektieren eines Teils des Lichts und durch Ermöglichen, dass das Restlicht hindurchgeht, teilt.
Modul nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Lichtleiter (114, 115) ein geradliniger Wellenleiter auf der Plattform (110) ist, ausgebildet durch die Dotierung der Plattform mit einem Fremdatom, das ihre Brechzahl verbessert und der Filter (136), der mit nahezu 30 Grad zu dem Lichtleiter an einem Mittelpunkt in dem Lichtleiter angeordnet ist, ein Strahlenteiler ist, der ein einzelnes Wellenlängenlicht mit einer definierten Rate durch Reflektieren eines Teils des Lichts und durch Ermöglichen, dass das Restlich hindurchgeht, teilt.
Modul nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Lichtleiter (114, 115) ein geradliniger Wellenleiter auf der Plattform (110) ist, ausgebildet durch die Dotierung der Plattform mit einem Fremdatom, das ihre Brechzahl verbessert und der Filter (136), der mit nahezu 45 Grad zu dem Lichtleiter an einem Mittelpunkt in dem Lichtleiter angeordnet ist, ein WDM-Filter ist, der das Licht von zwei unterschiedlichen Wellenlängen durch das Reflektieren eines Wellenlängenlichts mit nahezu 100% und durch das Ermöglichen, dass das andere Wellenlängenlicht zu nahezu 100% hindurchgeht, teilt.
Modul nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Lichtleiter (114, 115) ein geradliniger Wellenleiter auf der Plattform (110) ist, ausgebildet durch die Dotierung der Platt form mit einem Fremdatom, das ihre Brechzahl verbessert, und der Filter (136), der mit nahezu 30 Grad zu dem Lichtleiter an einem Mittelpunkt in dem Lichtleiter angeordnet ist, ein WDM-Filter ist, der das Licht von zwei unterschiedlichen Wellenlängen durch das Reflektieren eines Wellenlängenlichts mit nahezu 100% und durch das Ermöglichen, dass das andere Wellenlängenlicht zu nahezu 100% hindurchgeht, teilt.
Modul nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Lichtleiter (114, 115) ein SiO₂-Wellenleiter ist, der durch die Dotierung eines Fremdatoms zum Verbessern der Brechzahl hergestellt wird.
Modul nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Lichtleiter (114, 115) ein transparenter Plastikwellenleiter ist.
Modul nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Filter (136) ein transparentes Plastiksubstrat und auf dem transparenten Plastiksubstrat gestapelte dielektrische Multischichten enthält.
Modul nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Filter (136) ein transparentes Glassubstrat und auf dem transparenten Glassubstrat gestapelte dielektrische Multischichten enthält.
Modul nach Anspruch 1, wobei die Fotodiode (137) eine Si-Fotodiode ist und der Laser (132) ein GaAlAs-Laser ist.
Modul nach Anspruch 1, wobei die Fotodiode (137) eine InGaAs-Fotodiode oder eine InGaAsP-Fotodiode ist und der Laser (132) ein InGaAsP-Laser ist.
Modul nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Abstand zwischen den Anschlussführungsstiften (120, 121) gleich dem Abstand zwischen den Löchern eines MT- Verbinders oder eines Mini-MT-Verbinders ist, um das Modul zu befähigen, an dem MT-Verbinder oder an dem Mini-MT-Verbinder angeschlossen zu werden.
Modul nach Anspruch 1 oder 2, wobei das eingehende Licht durch den Filter (136) reflektiert wird, in einen Querpfad (117) eingeführt wird, der in rechten Winkeln auf den Lichtleiter (114, 115) trifft und durch die Fotodiode (137) erfasst wird.
Modul nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Fotodiode (137) eine Fotodiode des Grundflächen-Inzidenz-Typs ist, die an einem Ende einer V-Nut (117) mit einer schrägen Endfläche (143) befestigt ist und eingehendes Licht durch die schräge Endfläche reflektiert und in die Grundfläche der Fotodiode eingeführt wird.
Modul nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Überwachungsfotodiode (PD, 133) an einem Ende einer V-Nut (153) mit einer schrägen Fläche (154) hinter der Laserdiode (LD, 132) befestigt ist und das von der LD (132) nach hinten emittierte Licht an der schrägen Fläche (154) reflektiert wird und von der Überwachungsfotodiode (PD, 133) zum Stabilisieren der Ausgabe der Laserdiode (LD, 132) erfasst wird.
Modul nach Anspruch 1 oder 2, ferner einen auf der Plattform (110) befestigten Vorverstärker (138) zum Verstärken einer Ausgabe der Signal abtastenden Fotodiode (137) umfassend.