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Patentes

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Número de publicaciónDE3809396 A1
Tipo de publicaciónSolicitud
Número de solicitudDE19883809396
Fecha de publicación5 Oct 1989
Fecha de presentación21 Mar 1988
Fecha de prioridad21 Mar 1988
Número de publicación19883809396, 883809396, DE 3809396 A1, DE 3809396A1, DE-A1-3809396, DE19883809396, DE3809396 A1, DE3809396A1, DE883809396
InventoresJoachim Dr Bialas, Ewald Dipl Ing Hoermann, Rudolf Dr Keil, Gisela Schmidt-Sodingen, Jan Dipl Ing Smola, Karl-August Dr Steinhauser, Elmar Dipl Phys Westhauser
SolicitanteSiemens Ag
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Enlaces externos: DPMA, Espacenet
Optical transmission and reception module
DE 3809396 A1
Resumen
In view of an easier producibility, a description is given of optical transmission and/or reception modules whose individual optical, opto-electrical and electro-optical components are directly arranged on a silicon substrate. For this purpose, the silicon substrate contains, starting from an edge, a V-shaped groove for receiving an end piece (terminal piece) of an optical fibre, and a spherical lens is arranged in a widening of the groove directly in front of an opto-electrical or electro-optical component. The photodiodes and laser diodes, which are used as opto-electrical and electro-optical components, are fastened, with the optically effective surface facing downwards, on the substrate by means of a reflective edge which seals the groove. When a small wavelength-selective filter plate is used a combined transmission and reception module can also be set up on a silicon substrate. <IMAGE>
Reclamaciones(6)  traducido del alemán
1. Optischer Sende- und/oder Empfangsmodul einer Nachrichten übertragungsstrecke mit LWL-Fasern, mit einem, in einem Gehäuse angeordneten quaderförmigen Trägerkörper, auf dem neben opti schen auch optoelektrische und/oder elektrooptische Komponenten angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, 1. An optical transmitting and / or receiving module of a message transmission line with optical fibers, with a arranged in a housing block-shaped carrier body, on which are arranged next to opti's also opto-electrical and / or electro-optical components, characterized in that
daß es sich bei dem Trägerkörper um ein für alle Komponenten gemeinsames einkristallines Siliziumsubstrat (SIS) handelt, dessen beide größere Oberflächenseiten mit der (100)-Ebene des Siliziumeinkristalls übereinstimmten, that it is the support body around a common components for all single-crystal silicon substrate (SIS) is having both increased surface area pages matched with the (100) plane of the silicon single crystal,
daß dieses Siliziumsubstrat (SIS) auf einer ersten Oberflächen seite metallisiert ist und auf einer zweiten Oberflächenseite die Komponenten angeordnet sind, that said silicon substrate (SIS) is metallized on a first surface side and on a second surface side are arranged the components,
daß von der zweiten Oberflächenseite aus in das Siliziumsub strat (SIS) eine V-förmige Nut (N) zur Aufnahme des Endstückes (SMF) einer LWL-Faser eingearbeitet ist, that from the second surface side into the Siliziumsub strat (SIS), a V-shaped groove (N) for receiving the end piece (SMF) of an optical fiber is incorporated,
daß sich diese Nut (N) von einer Kante des Siliziumsubstrates (SIS) über eine Nutverbreiterung (NB) zur Aufnahme einer ersten fokussierenden Komponente (KL 1 ) bis zu einer Substratteilfläche erstreckt, auf der wahlweise eine optoelektrische oder eine elektrooptische Komponente angeordnet ist. that this groove (N) from an edge of the silicon substrate (SIS) via a groove widening (NB) for receiving a first focusing component (KL 1) to a substrate surface portion extending, on the optionally an opto-electrical or electro-optical component is arranged.
2. Optischer Sende- und/oder Empfangsmodul nach Patentan spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (N) zur Aufnahme des Endstückes (SMF) der LWL-Faser und die Nutverbreiterung (NB) durch Vorzugsätzen in der kri stallografischen (011)- oder (01-1) -Richtung in das Silizium substrat (SIS) eingearbeitet sind. 2. Optical transmitter and / or receiver module according to patent claim 1, characterized in that the groove (N) for receiving the end piece (SMF) of the optical fiber and the groove widening (NB) by preferential etching in the kri stallografischen (011) - or (01-1) direction are incorporated in the silicon substrate (SIS).
3. Optischer Sende- und/oder Empfangsmodul nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Nut (N) im Anschluß an die Nutverbreiterung (NB) weiter fortsetzt und dort in eine rechtwinklig zur Nut angeord nete verspiegelte Kante übergeht, die einen vorbestimmten Win kel zur Oberfläche des Siliziumsubstrates (SIS) aufweist und über der, der Kante zugewandt, die optisch wirksame Oberfläche der optoelektrischen oder elektrooptischen Komponente (LD, PD) angeordnet ist. 3. An optical transmitting and / or receiving module according to claims 1 or 2, characterized in that the groove (N) following the groove widening (NB) further continues and passes over there into a perpendicular to the groove angeord designated mirrored edge a Win predetermined angle to the surface of the silicon substrate (SIS) and, on the faces of the edge, the optically active surface of the opto-electrical or electro-optical component (LD, PD) is arranged.
4. Optischer Sende- und/oder Empfangsmodul dadurch gekennzeichnet, daß ein aktiver Kanal der elektrooptischen oder optoelektri schen Komponente (LD, PD) über der Nut (N) liegt und die Ein- oder Auskopplung des Lichts über eine senkrecht zur Substrat oberfläche liegende Fläche erfolgt. 4. An optical transmitting and / or receiving module characterized in that an active channel of the electro-optical component or optoelektri's (LD, PD) above the groove (N), and the input or output coupling of light over a surface perpendicular to the substrate surface located carried out.
5. Optischer Sende- und/oder Empfangsmodul nach Ansprüchen 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kugellinse als erste fokussierende Komponente (KL 1 ) sowie das Endstück (SMF) der LWL-Faser in der Nutverbreiterung bzw. der Nut mittels Glaslot befestigt sind. 5. An optical transmitting and / or receiving module according to claims 1 or 3, characterized in that a ball lens as a first focusing component (KL 1) and the end piece (SMF) of the optical fiber in the groove widening of the groove and fixed by means of glass solder are ,
6. Optischer Sende- und Empfangsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Teilnut ( N 1 ) mit einem Faserendstück (SMF) sich von der Kante des Siliziumsubstrates (SIS) bis zur Nutverbreite rung (NB) erstreckt, daß die Nutverbreiterung (NB) im Strahlen gang nach der ersten Kugellinse (KL 1 ) ein wellenlängenselekti ves Filterplättchen (FP) enthält, durch das vom Faserendstück (SMF) abgegebenes Licht rechtwinklig zu einer Fotodiode (PD) reflektiert wird, daß sich im Anschluß an die Nutverbreiterung (NB) eine zweite Teilnut ( N 2 ) in der Verlängerung der ersten Teilnut ( N 1 ) bis zu einer Laserdiode (LD) mit vorgesetzter zwei ter Kugellinse (KL 2 ) erstreckt, daß die Laserdiode (LD) ein in der Wellenlänge zum vom Faserendstück (SMF) abgegebenen Licht unterschiedliches Licht erzeugt, daß sich die zweite Teilnut ( N 2 ) als vergleichsweise schmaler Kanal unter dem Laserkanal der Laserdiode (LD) fortsetzt und daß sich an diesen Kanal eine dritte Teilnut ( N 3 ) anschließt, die durch eine rechtwinklige verspiegelte Kante abgeschlossen wird, über der die optisch wirksame Oberfläche der Monitor-Fotodiode (MD) angeordnet ist. 6. An optical transceiver module according to one of claims 1 to 5, characterized in that a first partial groove (N 1) having a fiber end piece (SMF) from the edge of the silicon substrate (SIS) to Nutverbreite tion (NB) extends, that the groove widening (NB) transition in the beam after the first ball lens (KL 1) a wellenlängenselekti ves filter plate (FP) which is reflected by the fiber end (SMF) light emitted perpendicular to a photodiode (PD) that at the terminal the groove widening (NB), a second partial groove (N 2) in the extension of the first partial groove (N 1) to a laser diode (LD) with superior two ter ball lens (KL 2), in that the laser diode (LD) in the wavelength to the fiber end (SMF) emitted light produces different light, that the second partial groove (N 2) continues to be relatively narrow channel under the laser channel laser diode (LD) and that to that channel a third partial groove (N 3) connects the is completed by a right-angled mirrored edge over which the optically effective surface of the monitor photodiode is disposed (MD).
Descripción  traducido del alemán

Die Erfindung betrifft einen optischen Sende- und/oder Empfangs modul entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to an optical transmitting and / or receiving module according to the preamble of claim 1.

Optische Sende- und optische Empfangsmodule sowie kombinierte optische Sende/ Empfangsmodule sind in den Endstellen von Nachrichtenübertragungssystemen über Lichtwellenleiter-Fasern angeordnet. Optical transmitter and optical receiver modules and combined optical transmitter / receiver modules are arranged in the terminal stations of communication systems via fiber optics fibers. Diese Module werden derzeit mikromechanisch aus einzelnen Subeinheiten aufgebaut, die Subeinheiten enthalten dabei jeweils eine optische, optoelektrische, elektrische oder elektrooptische Komponente, wie z. B. eine Laserdiode, eine Linse, eine Faser oder einen Halbleiterchip. These modules are currently being developed micromachined from individual subunits, the subunits contain in each case an optical, electro-optical, electrical or electro-optical component such. As a laser diode, a lens, a fiber or a semiconductor chip. Diese Komponenten sind dabei jeweils mikromechanisch auf einem eigenen Zwischen träger befestigt und werden dann, zueinander positioniert, in einem Modulgehäuse fixiert. These components are each micro-mechanically fastened on a separate carrier and intermediate are then positioned to each other, fixed in a module housing. Dies erfordert viele Einzelteile und damit viele Aufbau- und Justageschritte sowie ein relativ großes Gehäuse. This requires a lot of items and so many structural and adjustment steps and a relatively large housing. Außerdem ist durch die Größe der Module eine Reihe von Maßnahmen erforderlich, um eine Dejustierung der Koppeloptik bei thermischer Ausdehnung zu minimieren. In addition, a number of measures required by the size of the modules in order to minimize misalignment of the coupling optics in thermal expansion.

Die Aufgabe bei der vorliegenden Erfindung besteht also darin, optische Sende- und/oder Empfangsmodule der eingangs erwähnten Art so weiterzubilden, daß diese - auch im Hinblick auf eine Massenfertigung - bei vergleichsweise kleinen Abmessungen leicht herstellbar sind. The object of the present invention is therefore to optical transmitter and / or receiver modules of the aforementioned type so that they - are easily produced in comparatively small size - also with regard to mass production.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch optische Sende- und/oder Empfangsmodule der eingangs erwähnten Art gelöst, die durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 enthaltenen Maßnahmen weitergebildet sind. According to the invention this object is achieved by optical transmitter and / or receiver modules of the type mentioned above, which are further developed by the measures contained in the characterizing part of claim 1. Von besonderem Vorteil beim erfindungsge mäßen Aufbau ist die gute Wärmeleitfähigkeit des als Substrat material verwendeten Siliziums, durch die der Aufbau von aktiven Komponenten mit größerer Leistungsaufnahme, wie z. B. von Laser dioden ermöglicht wird. Of particular advantage in erfindungsge MAESSEN structure is the good thermal conductivity of silicon material used as the substrate, which is made possible by the development of diode-active components with greater power such. As of lasers. Weiterhin kann durch Vorzugsätzen, also Ätzen mit einem hinsichtlich der Kristallebenen unterschiedlich aktivem Ätzmittel, hohe Fertigungsgenauigkeit für das einkristal line Siliziumsubstrat erreicht werden. Furthermore, by preferential etching, thus etching with respect to the crystal planes of different active etchant, high manufacturing precision for the einkristal line silicon substrate can be achieved. In den Patentansprüchen 2-6 sind optische Sende- und/oder Empfangsmodule beschrieben, die im Hinblick auf eine leichte Herstellbarkeit entwickelte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen optischen Sende- oder Empfangsmoduls darstellen. In the claims 2-6 optical transmitter and / or receiver modules are described, which are in terms of ease of manufacture developed developments of the optical transmitting or receiving module of the invention.

Die Erfindung soll in folgendem mittels in der Zeichnung darge stellter Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. The invention will be explained in more detail in the following imputed by Darge in the drawings embodiments. Dabei zeigt It is shown

Fig. 1 einen Sendemodulteil in der Aufsicht und Fig. 1 shows a transmitter module part in the supervision and

Fig. 2 den Sendemodulteil nach Fig. 1 mit einem Gehäuseteil in einer schematischen Darstellung, Fig. 2 shows the transmitter module portion of FIG. 1 with a housing part, in a schematic representation,

Fig. 3 die schematische Darstellung eines Sendemodulteils in Verbindung mit dem für den Lasersender benötigten Treiberverstärker, Fig. 3 is a schematic representation of a transmission module part in conjunction with the driver amplifier required for the laser transmitter,

Fig. 4 einen Empfangsmodulteil mit PIN-Fotodiode und integrier tem Foto-Stromverstärker und Fig. 4 shows a receiver module part with PIN photodiode and inte system photo-current amplifier and

Fig. 5 ein kombiniertes Sende-Empfangsmodulteil für Breitband anwendung mit einem wellenlängenselektivem Filterplätt chen zur Kanaltrennung. Fig. 5, a combined transmitting-receiving module member for use with a broadband wavelength selective Filterplätt Chen for channel separation.

Die Fig. 1 zeigt einen Sendemodulteil mit einer Laserdiode LD in Hybrid-integrierter Bauweise auf einem in (100)-Richtung geschnittenen einkristallinen Siliziumsubstrat SIS , dieser Sen demodulteil kann durch Einbau in ein Gehäuse zu einem Sendemo dul komplettiert werden. Fig. 1 shows a transmitter module part with a laser diode LD in hybrid integrated design on a cut in the (100) direction monocrystalline silicon substrate SIS, this demodulteil Sen can be completed by installation in an enclosure at a Sendemo module. An das Siliziumsubstrat SIS schließt sich nach rechts die LWL-Faser an, die zur Zugentlastung ein Stück in einer Metallkapillare MK eingeklebt ist. To the silicon substrate SIS, the optical fiber joins to the right, which is glued a piece in a metal capillary MK for strain relief. Die Licht wellenleiter-Faser LWL-F ist dabei innerhalb der Metallkapil lare auf einer bestimmten Länge mittels einer Glaslot-Kapil lare GK eingeglast, an die sich ein Kunststoffüberzug, das sogenannte Faser-Coating anschließt. The light optic fiber fiber F is within the Metallkapil lar to a certain length by means of a glass solder Kapil lar GK eingeglast, followed by a plastic coating, the so-called fiber-coating followed. Außerdem ist die Metall kapillare an der Stirnseite an das Siliziumsubstrat angeglast. In addition, the metal capillary is at the front side of the silicon substrate angeglast. Innerhalb des Sendemodulteils ist das freigelegte Endstück SMF der Lichtwellenleiterfaser in einer geätzten V-förmigen Nut N geführt, die von einer schrägen Kante des Siliziumsubstrates SIS bis zu einer vor der Laserdiode angeordneten Nutverbreite rung NB reicht, in der zur Fokussierung eine erste Kugellinse KL 1 angeordnet ist. Within the transmission module member, the exposed tail SMF of the optical fiber is guided in an etched V-shaped groove N, which extends from an oblique edge of the silicon substrate SIS tion to a arranged in front of the laser diode Nutverbreite NB in which for focusing, a first ball lens KL 1 arranged is.

Im Anschluß an die Nutverbreiterung NB ist die Nut in verengter Form bis zu einer ersten Substratteilfläche geführt, auf der sich die Laserdiode LD befindet und von da in verbreiterter Form bis zu einer zweiten Substratteilfläche, über der sich eine Monitor-Fotodiode MD befindet. Following the groove widening NB the groove is guided in a narrowed form to a first substrate surface portion on which the laser diode LD is located, and from there in a widened shape to a second substrate part surface, over which a monitor photodiode MD is located. Die Laserdiode LD ist mit dem Laserkanal nach unten auf der ersten Substratteilfläche an geordnet, die Monitor-Fotodiode MD erhält einen Teil des er zeugten Laserlichts über den hinteren Laserspiegel. The laser diode LD is sorted with the laser channel down on the first substrate surface portion of the monitor photodiode MD receives a portion of he testified laser light over the rear laser mirror. Die Moni tor-Fotodiode MD ist über einer rechtwinklig zur Nut angeord neten verspiegelten Kante mit der optisch wirksamen Oberfläche nach unten angeordnet. Moni tor the photodiode MD is disposed above a right angle to the groove angeord Neten mirrored edge with the optically effective surface downward. Zur Befestigung der Laserdiode LD sowie der Monitor-Fotodiode MD sind auf der ersten und der zweiten Substratteilfläche goldhaltige Metallschichten angeordnet, das Faserendstück SMF sowie die erste Kugellinse KL 1 sind mittels Glaslot auf dem Siliziumsubstrat befestigt. For attachment of the laser diode LD and the monitor photodiode MD gold-containing metal layers are disposed on the first and second substrate sub-area, the SMF fiber end piece and the first ball lens KL 1 are fixed by means of glass solder on the silicon substrate. Die notwendige Glaslotfläche ist dabei durch maskiertes Aufbringen erzeugt, eine entsprechende Struktur kann aber auch durch Ätzen nach einem ganzflächigen Auftrag erzeugt werden. The necessary Glaslotfläche is produced by masked deposition, a corresponding structure can also be created by etching after a full-area order. Das Siliziumsub strat SIS nimmt eine Fläche von wenigen mm 2 ein, die Anordnung der Komponenten erfolgt auf einer Oberflächenseite während die andere Oberflächenseite zur Kontaktierung metallisiert ist. The Siliziumsub strat SIS occupies an area of only a few mm 2, which arrangement of the components is carried on one surface side while the other side surface is metallized to make contact. Die Oberlächenseiten stimmen mit der (100)-Ebene des Siliziumein kristalls überein. The Oberlächenseiten agree with the (100) plane of the crystal that Siliziumein match.

In der Fig. 2 ist der Sendemodulteil nach Fig. 1 in einem geöffneten Modulgehäuse G dargestellt. In FIG. 2 of the transmission module portion of FIG. 1 is shown in an open housing module G. Die Metallkapillare MK mit der Lichtwellenleiter-Faser ist in einer Gehäusewandung an der Stelle montiert, an der im Gehäuseinneren die V-förmige Nut N auf dem Siliziumsubstrat SIS beginnt. The metal capillary MK with the optical waveguide fiber is mounted in a housing wall at the point begins at the inside of the housing, the V-shaped groove on the silicon substrate N SIS. Erkennbar sind im An schluß an die Nut N die erste Kugellinse KL 1 , die Laserdiode LD und die Monitor-Fotodiode MD . Visible are in con nection to the groove N is the first ball lens KL 1, the laser diode LD and the monitor photodiode MD. Weiterhin sind die Anschluß pins AP erkennbar, die das isolierende Gehäuse G durchdringen und zur Stromzuführung dienen, außerdem ist mit dem Gehäuse boden ein Kühlflansch KF zur Wärmeabführung verbunden. Furthermore, the connection pins AP can be seen that penetrate the insulating housing and G are used for power supply, is also connected to the housing floor a cooling flange KF connected for heat dissipation.

Die Herstellung der Anordnung nach Fig. 2 erfolgt in der Weise, daß von einer großflächigen einkristallinen Siliziumscheibe ausgegangen wird, in die durch Vorzugsätzen, also Ätzen mit einem hinsichtlich der Kristallrichtungen unterschiedlich aktivem Ätzmittel, eine Vielzahl von Nutstrukturen eingebracht sind. The production of the arrangement according to Fig. 2 takes place in such a way that it is assumed that a large-area single-crystal silicon wafer, are introduced into the through preferential etching, that is etching with respect to the crystallographic directions different active etchant, a plurality of groove structures. Danach erfolgt das Aufbringen der Metallschichten für die elektrische Verbindung der Laserdiode und der Monitor-Fotodiode und das Aufbringen der zur Befestigung der Kugellinsen und der Faserendstücke erforderlichen Glaslotschichten. Thereafter, the application of the metal layers for the electrical connection of the laser diode and the monitor photodiode, and the application of the necessary for the attachment of the ball lens and the fiber stub glass solder layers takes place. Im Anschluß da ran wird die Siliziumscheibe in einzelne Streifen getrennt, die jeweils eine Reihe Siliziumsubstrate SIS umfassen. Following ran as the silicon wafer is separated into individual strips, each including a number of silicon substrates SIS. Auf diese Siliziumsubstrate werden die Kugellinsen und die Faserendstücke eingeglast. This silicon substrates ball lens and the fiber stub are eingeglast. Danach erfolgt das Vereinzeln der Siliziumsubstrate und der Einbau in ein Gehäuse G , sowie die Verbindung zwischen den Anschlußpins AP und den auf dem Siliziumsubstrat befindli chen Metallschichten. Thereafter, the dicing of the silicon substrates and the installation in a housing G, and the link between the AP and the terminal pins befindli Chen on the silicon substrate metal layers is carried out. Anschließend daran erfolgt das Justieren und Einbauen der Monitor-Fotodiode, der Laserdiode sowie ein abschließendes Einbrennen. Following this, adjusting and installing the monitor photodiode, the laser diode and a final baking is done. Nach einer optischen und elektri schen Prüfung des nunmehr funktionsfähigen Laser-Sende-Moduls wird dieser verschlossen und steht für weitere Prüfung und Messungen zur Verfügung. After an optical and electrical rule checking of the now functional laser transmitting module it is closed and for further examination and measurements.

Im Hinblick auf eine möglichst große Lichteinkoppelung in die Lichtwellenleiter-Faser ist die Laserdiode LD möglichst genau zu justieren. With a view to the greatest possible light into the optical waveguide fiber, the laser diode LD can be adjusted as precisely as possible. Eine erste Möglichkeit zur Laserjustierung be steht dabei im inversen Betrieb der Laserdiode als Fotodiode unter Einkopplung einer zusätzlichen Lichtquelle über das End stück SMF und Einjustierung auf maximalen Fotostrom. A first possibility for laser alignment be stands in inverse operation of the laser diode and photodiode coupling with an additional light source on the end piece SMF and Einjustierung on maximum photocurrent. Dieses Ver fahren funktioniert besonders gut bei Laserdioden mit guter seitlicher Wellenführung, wie z. B. bei BH-Laserdioden, von Nachteil ist jedoch die Notwendigkeit eines elektrischen An schlusses an die Laserdiode. This drive Ver works particularly well in laser diodes with good lateral waveguide such. As in BH laser diodes, disadvantage, however, is the need for electrical connections statements to the laser diode. Eine weitere Möglichkeit der Laserjustierung besteht darin, daß z. B. mittels einer Fernseh kamera die Nahfeldverteilung des Lichtes am rückwärtigen Laser spiegel beobachtet wird und die Laserdiode auf die zu erwarten de Nahfeldverteilung bei Lichtführung im Laserkanal justiert wird. A further possibility for adjustment of the laser is that z. B. camera, the near field distribution of the light at the rear laser mirror is observed by a television and to expect the laser diode on the de near field distribution is adjusted in the light guide in the laser channel. Dieses Justierverfahren ist ohne elektrischen Anschluß an die Laserdiode möglich, setzt jedoch eine Beobachtungsmöglich keit für den hinteren Laserspiegel voraus. This adjustment method is possible without any electrical connection to the laser diode, except that an observation possible speed for the rear laser mirror advance. Eine dritte Möglich keit zur Laserjustierung macht sich die Durchlässigkeit der verwendeten Halbleitermaterialien für infrarotes Licht zunutze. A third possible speed for laser alignment makes the permeability of the semiconductor materials used for infrared light advantage. Bei diesem Verfahren wird die Streulichtverteilung in der La serdiode durch eine Infrarotkamera beobachtet, da bei optimaler Ankopplung des Endstückes an den Laserkanal das Streulicht auf einen schmalen Kanal begrenzt ist. In this method, the scattered light distribution is observed in the La serdiode by an infrared camera, as at optimal coupling of the end piece to the laser channel, the scattered light is limited to a narrow channel.

Zur Erhaltung der hochwertigen optischen Oberflächen wird das Gehäuse G durch einen Deckel hermetisch dicht verschlossen. To maintain the high quality optical surfaces, the housing G is hermetically closed by a lid. Bei Verwendung eines metallisierten Keramikgehäuses kann dabei der Deckel und die Metallkapillare MK dichtgelötet werden. When using a metallized ceramic housing can be dichtgelötet the lid and the metal capillary MK. Die Faserdurchführung in der Metallkapillare wird durch das Glaslot abgedichtet. The fiber feedthrough in the metal capillary is sealed by the glass solder.

In der Fig. 3 ist ein mit einer Laserdiode LD bestückter Sende- Modul-Teil dargestellt, der im Hinblick auf die Anwendung in Nachrichtenübertragungsstrecken mit Bitraten im Gigabitbereich sehr kurze elektrische Verbindungsleitungen zwischen der ver wendeten Laserdiode LD und der dafür benötigten Treiberstufe TS aufweist. In Fig. 3, a-stocked with a laser diode LD transmitter is shown module part at bit rates in the gigabit range has very short electrical interconnections between the ver used laser diode LD and the required driver stage TS with respect to the application in communication routes. Die Anordnung nach der Fig. 3 enthält wiederum auf einem Siliziumsubstrat SIS eine Nut N , die von einer Kante des Substrates aus in Richtung auf die Laserdiode in das Substrat geätzt wurde und das Endstück SMF der Lichtwellenleiterfa ser aufnimmt. The arrangement of FIG. 3 comprises in turn on a silicon substrate, a groove N SIS that has been etched from an edge of the substrate in the direction to the laser diode in the substrate and receiving the end of the SMF Lichtwellenleiterfa ser. In der Nutverbreiterung befindet sich wiederum die erste Kugellinse KL 1 , im Anschluß an die Nutverbreiterung NB setzt sich die Nut bis zu einer Substratteilfläche fort, über der die Laserdiode mit dem Laserkanal nach unten über einer verspiegelten Kante angeordnet ist. In the groove widening is in turn the first ball lens KL 1, after the groove widening NB, the groove continues up to a part of substrate surface, on which the laser diode with a laser channel is arranged downwardly over a mirrored edge. Auf die Verwendung einer Monitor-Fotodiode zur Laserregelung wurde in diesem Fall verzichtet. On the use of a monitor photodiode for laser control has been omitted in this case. Auf einem parallel zur Nut angeordneten Teil der Siliziumsubstratoberfläche SIS wurde ein monolitisch integrier ter Halbleiterchip TS aufgebracht, der die Treiberstufe für die Laserdiode enthält und mit dieser durch aufgebondete Drähte ver bunden ist. On a parallel to the groove part of the silicon substrate surface, a monolithic SIS INTEGRATED ter semiconductor chip TS was applied, which contains the driver stage for the laser diode and this ver through aufgebondete wires is connected. Anstelle der Auskopplung des Lichts nach unten kann die Laserdiode - und auch eine Empfangsdiode mit einem ähnli chen Lichtkanal wie die Laserdiode - so angeordnet werden, daß die Auskopplung oder die Einkopplung des Lichts über eine senk recht zur Substratoberfläche liegende Fläche erfolgt. And a receiving diode with a ähnli Chen light channel as the laser diode - - instead of the coupling-out of light down the laser diode can be arranged so that the decoupling or coupling the light through a perpendicular rather to the substrate surface opposite surface is carried out.

In der Fig. 4 ist der wesentliche Teil eines Empfangsmoduls dargestellt, der für Nachrichtenverbindungen mit Bitraten im Gigabitbereich einsetzbar ist. In FIG. 4, the substantial part of a receiving module is shown, which can be used for communications with bit rates in the gigabit range. Wie bei der Fig. 3 ist auch in diesem Falle in das Siliziumsubstrat SIS , von einer Kante aus gehend, eine Nut eingeätzt und in dieser das Faserendstück SMF befestigt. As in the FIG. 3, a groove is also in this case, in the silicon substrate SIS, going from one edge, etched and fastened in this, the fiber end SMF. Die Nut wird durch die Nutverbreiterung NB mit der ersten Kugellinse KL 1 unterbrochen, die Nut setzt sich daran anschließend bis zu einer Substratteilfläche fort, über der eine PIN-Fotodiode PD mit der optisch wirksamen Oberfläche nach unten angeordnet ist. The groove is interrupted by the groove widening NB with the first ball lens KL 1, the groove is made up subsequently to a substrate surface part continuing above which a PIN photodiode PD is arranged with the optically effective surface downward. Unter der optisch wirksamen Oberfläche der Fotodiode PD endet die Nut an einer zu dieser rechtwink ligen und verspiegelten Kante, durch die das Licht von der waa gerechten in die senkrechte Ausbreitungsrichtung umgelenkt wird. Among the optically active surface of the photodiode PD, the groove ends at a time to this rechtwink and mirrored edge through which the light from the WAA just is deflected in the vertical direction of propagation. Parallel zur Nut N befindet sich auf dem Siliziumsubstrat SIS ein schneller Fotostromverstärker FV , der als monolitisch integrierter Halbleiterchip aufgebaut ist und durch gebondete Drähte mit der Fotodiode BD verbunden ist. Parallel to the groove N is located on the silicon substrate SIS a fast photo current amplifier FV which is constructed as a monolithically integrated semiconductor chip and is connected by wires bonded to the photodiode BD.

Die Treiberschaltung TS nach der Fig. 3 sowie der Fotostromver stärker FV nach der Fig. 4 sind mit im Gehäuse befestigten An schlußpins elektrisch verbunden, wie dies beispielsweise in der Fig. 2 erkennbar ist. The driver circuit TS of FIG. 3 as well as the more Fotostromver FV of FIG. 4 are electrically connected to pins is fastened in the housing at, for example, as can be seen in FIG. 2.

In der Fig. 5 ist der wesentliche Teil eines kombinierten Sende-Empfangsmoduls dargestellt, wie er beispielsweise für breitbandige ISDN-Verbindungen verwendbar ist. In FIG. 5, the essential part of a combined transmit-receive module is shown how it can be used, for example, for broadband ISDN connections. Auf dem Silizi umsubstrat SIS ist wiederum, von einer Kante ausgehend, eine erste Nut N 1 eingeätzt, die zur Aufnahme des Faserendstückes SMF dient. On the Silizi umsubstrat SIS in turn, starting from one edge, a first groove N 1 etched, which serves to receive the Faserendstückes SMF. An die erste Nut N 1 schließt sich die Nutverbreite rung NB mit der ersten Kugellinse KL 1 an, hinter der im Licht weg ein wellenlängenselektives Filterplättchen FP angeordnet ist, das für das örtlich erzeugte Laserlicht durchlässig ist. The Nutverbreite adjoins the first groove N 1 NB tion with the first ball lens to KL 1, behind the way a wavelength-selective filter plate FP is arranged in the light that is permeable to the locally generated laser light. In Verlängerung der ersten Nut N 1 bzw. In an extension of the first groove N 1 and der Nutverbreiterung NB befindet sich eine zweite Nut N 2 , an deren Ende, unmittelbar vor der Laserdiode LD eine zweite Kugellinse KL 2 angeordnet ist. NB is the groove widening is located a second groove N 2, at the end, immediately before the laser diode LD, a second ball lens KL 2 is arranged. Am rückwärtigen Ende der Laserdiode geht die zweite Nut N 2 in eine dritte Nut N 3 über, die in einer verspiegelten Kante endet und optisch den rückwärtigen Laserspiegel in der bereits beschriebenen Weise mit der Monitor-Fotodiode MD verbindet. At the rear end of the laser diode, the second groove N 2 passes into a third groove N 3, which ends in a mirrored edge and optically connects the rear laser mirror in the manner already described with the monitor photodiode MD.

Für das Empfangslicht ist das Filterplättchen FP als Spiegel wirksam und lenkt das die erste Kugellinse KL 1 verlassende Empfangslicht um 90° zur Fotodiode BD um, bei der es sich, wie bei der Anordnung nach der Fig. 4, um eine PIN-Fotodiode handelt. For the received light, the filter plates FP acts as a mirror and directs the first ball lens KL 1 leaving received light by 90 ° to the photo diode BD to, when it, as in the arrangement of FIG. 4 in order is a PIN photodiode. Für das von der Laserdiode LD erzeugte Licht ist das Filterplättchen durchlässig, so daß dieses Licht über die erste Kugellinse KL 1 in das Faserendstück eingekoppelt wird. For the light generated by the laser diode LD light the filter plate is transparent, so that this light on the first ball lens KL 1 is coupled into the fiber end. Zusätz lich sind auf dem Siliziumsubstrat SIS noch zwei integrierte Halbleiterchip angeordnet, die in unmittelbarer Nachbarschaft zur Fotodiode PD bzw. Additional Lich two integrated semiconductor chip on the silicon substrate arranged SIS, or in the immediate vicinity of the photodiode PD zur Laserdiode LD angeordnet sind, und einen Fotostromverstärker bzw. eine Laser-Treiberstufe ent halten. to the laser diode LD are positioned, and hold a photocurrent amplifier or a laser-driver stage ent.

Der kombinierte Sende-Empfangsmodul nach der Fig. 5 kann beson ders vorteilhaft für bidirektionale Nachrichtenübertragung bei spielsweise in ISDN-Breitbandnetzen verwendet werden. The combined transceiver module of FIG. 5 can be used to advantage FITS for bidirectional communication with example in broadband ISDN networks. Bei grö ßeren Ansprüchen an die optische Nebensprechdämpfung wird die PIN-Fotodiode PD durch eine speziell ausgebildete Fotodiode ersetzt, die auf ihrer optisch wirksamen Oberfläche zusätzlich ein Sperrfilter für das von der örtlichen Laserdiode LD erzeugte Licht aufweist. In RESIZE ßeren claims the optical crosstalk attenuation of the PIN photodiode PD is replaced by a specially designed photo diode, which additionally comprises on its optically active surface a notch filter for the signal generated by the local laser diode LD light.

Citada por
Patente citante Fecha de presentación Fecha de publicación Solicitante Título
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Clasificaciones
Clasificación internacionalG02B6/42
Clasificación cooperativaG02B6/423, G02B6/4248, G02B6/4204, G02B6/4221, G02B6/4246, G02B6/4225
Clasificación europeaG02B6/42C7, G02B6/42C6, G02B6/42C3, G02B6/42C5P2
Eventos legales
FechaCódigoEventoDescripción
7 Mar 19918139Disposal/non-payment of the annual fee