-
Die
Erfindung betrifft eine Kopplungseinrichtung zum Koppeln von Lichtwellenleitern,
beispielsweise eine Kopplungseinrichtung, mit der Lichtwellenleiter,
die an einem optischen Chip angeordnet sind, an Lichtwellenleiter
eines Faserbändchens
gekoppelt werden.
-
Bei
einem Faserbändchen
sind eine Vielzahl von Lichtwellenleitern nebeneinander angeordnet.
Bei einer möglichen
Ausführungsform
des Faserbändchens,
bei dem die Lichtwellenleiter einen Durchmesser von 125 μm haben,
kann der Abstand (Pitch) der einzelnen Lichtwellenleiter des Faserbändchens
beispielsweise 250 μm
betragen. Die Lichtwellenleiter des Faserbändchens sind im Allgemeinen
mit einer Einrichtung zur Verarbeitung von optischen Signalen, die über die
Lichtwellenleiter übertragen
werden, oder mit einer Konversionseinrichtung zur Umwandlung von
optischen in elektrische Signale verbunden. Derartige Einrichtungen
zur optischen Signalverarbeitung können auf einem Chip angeordnet
sein.
-
Zur
Zuführung
von Licht zu den Signalverarbeitungseinrichtungen sind auf dem Chip
eine Vielzahl von Lichtwellenleitern angebracht. Zur Kopplung der
Lichtwellenleiter des Faserbändchens
mit den auf dem Chip eingelassenen Lichtwellenleitern wird eine
Kopplungseinrichtung verwendet, wobei die Lichtwellenleiter auf dem
Chip in der gleichen räumlichen
Anordnung, insbesondere im gleichen Abstand zueinander, angeordnet sind
wie die Lichtwellenleiter des Faserbändchens. Die Lichtwellenleiter
auf dem Chip sind daher bedingt durch den Abstand der Lichtwellenleiter
des Faserbändchens
beispielsweise eben falls in einem Abstand von 250 μm auf einem
Substrat des Chips angeordnet. Durch den großen Abstand der Lichtwellenleiter
auf dem Chip geht im Allgemeinen wertvolle Chipfläche verloren.
-
Es
ist wünschenswert,
eine Kopplungseinrichtung anzugeben, mit der es ermöglicht wird,
Lichtwellenleiter, die jeweils räumlich
unterschiedlich angeordnet sind, beispielsweise zueinander verschiedene
Abstände aufweisen,
aneinander zu koppeln.
-
Im
Anspruch 1 wird eine derartige Kopplungseinrichtung zum Koppeln
von Lichtwellenleiter, insbesondere von Lichtwellenleitern eines
Faserbändchens,
an Lichtwellenleiter, die auf einem Substrat eines Chips angeordnet
sind, angegeben. Die Kopplungseinrichtung ermöglicht es, insbesondere die
Lichtwellenleiter des Faserbändchens
mit Lichtwellenleitern, die auf dem Substrat des Chips in einem
kleineren Abstand als die Lichtwellenleiter des Faserbändchens
angeordnet sind, zu koppeln.
-
Eine
Ausgestaltungsform der Kopplungseinrichtung zum Koppeln von Lichtwellenleitern
umfasst eine erste Seite zum Ankoppeln von ersten Lichtwellenleitern
an die Kopplungseinrichtung und eine zweite Seite zum Ankoppeln
von zweiten Lichtwellenleitern an die Kopplungseinrichtung. Die
ersten Lichtwellenleiter sind an der ersten Seite der Kopplungseinrichtung
zueinander räumlich
anders als die zweiten Lichtwellenleiter an der zweiten Seite der
Kopplungseinrichtung angeordnet. Die Kopplungseinrichtung umfasst
des Weiteren ein optisches System, das zwischen der ersten und zweiten
Seite der Kopplungseinrichtung angeordnet ist. Das optische System
verändert
einen Strahlengang von aus dem ersten Lichtwellenleiter ausge koppelten
und an der ersten Seite in die Kopplungseinrichtung eingestrahlten
Lichts derart, dass das Licht an der zweiten Seite aus der Kopplungseinrichtung
abgestrahlt und in die zweiten Lichtwellenleiter eingekoppelt wird.
-
Das
optische System kann eine Linse enthalten. Die Linse kann beispielsweise
als eine Sammellinse ausgebildet sein. Die Kopplungseinrichtung
kann darüber
hinaus weitere Linsen umfassen, die zwischen der Linse und den zweiten
Lichtwellenleitern angeordnet sind. Jede der weiteren Linsen ist
jeweils einem der zweiten Lichtwellenleiter zugeordnet, um das von
der Linse ausgehende Licht in den der jeweiligen der zweiten Linsen
zugeordneten einen der zweiten Lichtwellenleiter einzukoppeln. Die
weiteren Linsen können
in der Kopplungseinrichtung zwischen der Linse und einer der ersten
und zweiten Seite der Kopplungseinrichtung angeordnet sein. Das
optische System kann auch eine kugelförmige Linse enthalten.
-
Das
optische System kann beispielsweise optische Elemente aufweisen,
die jeweils Lichtwellenleiter enthalten. Die jeweiligen Lichtwellenleiter
der optischen Elemente sind an die ersten oder zweiten Lichtwellenleiter
gekoppelt. Die optischen Elemente sind jeweils an einer der kugelförmigen Linse
zugewandten Seite als eine kugelförmige Halbschale ausgebildet.
-
Das
optische System kann den Strahlengang des von den in einer Ebene
angeordneten ersten Lichtwellenleitern ausgekoppelten Lichts derart
verändern,
dass das Licht an der zweiten Seite der Kopplungseinrichtung abgestrahlt
und in die in verschiedenen Ebenen angeordneten zweiten Lichtwellenleiter
eingekoppelt wird.
-
Das
optische System kann beispielsweise mehrere planparallele Platten
enthalten. Die mehreren planparallelen Platten können jeweils einem der ersten
und zweiten Lichtwellenleiter zugeordnet sein, um den Strahlengang
des Lichts, das aus einem der ersten Lichtwellenleiter ausgekoppelt
und an der ersten Seite in die Kopplungseinrichtung eingekoppelt
wird, derart zu verändern,
dass das Licht an der zweiten Seite aus der Kopplungseinrichtung
abgestrahlt und in einen der zweiten Lichtwellenleiter eingekoppelt
wird. Die mehreren planparallelen Platten können zueinander in alternierender
Richtung angeordnet sein.
-
Das
optische System kann des Weiteren mehrere Prismen enthalten. Jeweils
eines der Prismen kann an der ersten Seite der Kopplungseinrichtung
einen der ersten Lichtwellenleiter zugeordnet sein. Ein weiteres der
Prismen kann an der zweiten Seite der Kopplungseinrichtung einem
der zweiten Lichtwellenleiter zugeordnet sein. Das eine der Prismen
kann derart ausgerichtet sein, dass das aus dem einen der ersten
Lichtwellenleiter austretende Licht an der ersten Seite der Kopplungseinrichtung
in das eine der Prismen eingestrahlt wird und auf das weitere der
Prismen gelenkt wird. Das weitere der ersten Prismen kann derart
ausgerichtet sein, dass das auf das weitere der Prismen gelenkte
Licht auf der zweiten Seite der Kopplungseinrichtung abgestrahlt
und in den einen der zweiten Lichtwellenleiter eingekoppelt wird.
-
Die
Kopplungseinrichtung kann beispielsweise einen Führungsstift, der an einer der
ersten und zweiten Seite aus der Kopplungseinrichtung herausragt,
zum Befestigen der Kopplungseinrichtung an einem Bauelement, das
die ersten und zweiten Lichtwellenleiter enthält, umfassen. Die Kopplungseinrichtung
kann des Weiteren einen Hohlraum umfassen, der zur Aufnahme eines
Führungsstifts
eines Bauelements, das die ersten und zweiten Lichtwellenleiter
enthält,
geeignet ist, um die Kopplungseinrichtung an dem Bauelement zu befestigen.
Die weiteren Linsen können
an dem Führungsstift
befestigt sein.
-
Die
ersten Lichtwellenleiter können
an einem ersten Bauelement angeordnet sein. Die zweiten Lichtwellenleiter
können
an einem zweiten Bauelement angeordnet sein. Die ersten Lichtwellenleiter
können
an dem ersten Bauelement mit einem anderen Abstand zueinander angeordnet
sein, als die zweiten Lichtwellenleiter an dem zweiten Bauelement
angeordnet sind.
-
Die
ersten Lichtwellenleiter können
an einem ersten Bauelement angeordnet sein und die zweiten Lichtwellenleiter
können
an einem zweiten Bauelement angeordnet sein. Die ersten Lichtwellenleiter
sind an dem ersten Bauelement in einer Ebene angeordnet. Die zweiten
Lichtwellenleiter sind an dem zweiten Bauelement in verschiedenen
Ebenen angeordnet.
-
Mindestens
eines der ersten und zweiten Bauelemente kann beispielsweise als
ein optischer Chip ausgebildet sein. Mindestens eines der ersten
und zweiten Bauelemente kann auch beispielsweise als eine Ferrule
ausgebildet sein.
-
Ein
System zum Koppeln von Lichtwellenleitern umfasst ein erstes Bauelement
umfassend erste Lichtwellenleiter und ein zweites Bauelement umfassend
zweite Lichtwelenleiter. Das System umfasst des Weiteren eine Kopplungseinrichtung
mit einer ersten Seite, an der das erste Baulement an die Kopplungseinrichtung gekoppelt
ist, und eine zweite Seite, an der das zweite Bauelement an die
Kopplungseinrichtung gekoppelt ist. Die ersten Lichtwellenleiter
sind in dem ersten Bauele ment an der ersten Seite der Kopplungseinrichtung
zueinander räumlich
anders angeordnet als die zweiten Lichtwellenleiter in dem zweiten
Bauelement an der zweiten Seite der Kopplungseinrichtung angeordnet
sind. Die Kopplungseinrichtung umfasst des Weiteren ein optisches
System. Das optische System verändert
einen Strahlengang von aus den ersten Lichtwellenleitern ausgekoppelten
und an der ersten Seite in die Kopplungseinrichtung eingestrahlten
Lichts derart, dass das Licht an der zweiten Seite aus der Kopplungseinrichtung
abgestrahlt und in die zweiten Lichtwellenleiter eingekoppelt wird.
-
Das
optische System kann eine Linse, beispielsweise eine Sammellinse,
enthalten. Das System kann auch noch weitere Linsen umfassen, die
zwischen der Linse und den zweiten Lichtwellenleitern angeordnet sind.
Jede der weiteren Linsen ist jeweils einem der zweiten Lichtwellenleiter
zugeordnet, um das von der Linse ausgehende Licht in den der jeweiligen
der zweiten Linsen zugeordneten einen der zweiten Lichtwellenleiter einzukoppeln.
Des Weiteren kann das optische System mehrere planparallele Platten
enthalten. Die mehreren planparallelen Platten können zueinander in alternierender
Richtung angeordnet sein.
-
Ein
Verfahren zum Koppeln von Lichtwellenleitern sieht vor, eine Kopplungseinrichtung
zu verwenden, wobei erste Lichtwellenleiter an einer ersten Seite
der Kopplungseinrichtung zueinander räumlich anders angeordnet sind,
als zweite Lichtwellenleiter an einer zweiten Seite der Kopplungseinrichtung
zueinander räumlich
angeordnet sind. Das Verfahren sieht des Weiteren das Auskoppeln
von Licht aus den ersten Lichtwellenleitern vor. Das ausgekoppelte
Licht wird in die Kopplungseinrichtung eingestrahlt. Ein Strahlengang
des in die Kopplungseinrichtung eingestrahlten Lichts wird mittels
eines op tischen Systems derart verändert, dass das aus der Kopplungseinrichtung
abgestrahlte Licht in zweite Lichtwellenleiter eingekoppelt wird.
-
Bei
dem Verfahren können
die ersten Lichtwellenleiter an der ersten Seite der Kopplungseinrichtung zueinander
in einem anderen Abstand als die zweiten Lichtwellenleiter an der
zweiten Seite der Kopplungseinrichtung angeordnet werden.
-
Die
ersten Lichtwellenleiter können
an der ersten Seite der Kopplungseinrichtung in einer Ebene angeordnet
werden. Die zweiten Lichtwellenleiter können an der zweiten Seite der
Kopplungseinrichtung in verschiedenen Ebenen angeordnet werden.
-
Die
Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren, die Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung zeigen, näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine
Ausführungsform
einer Kopplungseinrichtung zum Koppeln von Lichtwellenleitern, die
zueinander jeweils unterschiedliche Abstände aufweisen,
-
2 eine
weitere Ausführungsform
einer Kopplungseinrichtung zum Koppeln von Lichtwellenleitern, die
zueinander jeweils unterschiedliche Abstände aufweisen,
-
3 eine
weitere Ausführungsform
einer Kopplungseinrichtung zum Koppeln von Lichtwellenleitern, die
zueinander jeweils unterschiedliche Abstände aufweisen,
-
4 eine
weitere Ausführungsform
einer Kopplungseinrichtung zum Koppeln von Lichtwellenleitern, die
zueinander jeweils unterschiedliche Abstände aufweisen,
-
5 eine
Anordnung von Lichtwellenleitern eines Faserbändchens und von Lichtwellenleitern
eines Chips, die zueinander in verschiedenen räumlichen Ebenen angeordnet
sind,
-
6 eine
Ausführungsform
einer Kopplungseinrichtung zum Koppeln von Lichtwellenleitern, die räumlich in
verschiedenen Ebenen angeordnet sind,
-
7 eine
Ausführungsform
eines optischen Systems zum Koppeln von Lichtwellenleitern, die
räumlich
in verschiedenen Ebenen angeordnet sind,
-
8 eine
weitere Ausführungsform
eines optischen Systems zum Koppeln von Lichtwellenleitern, die räumlich in
verschiedenen Ebenen angeordnet sind.
-
1 zeigt
eine Ausführungsform
einer Kopplungseinrichtung 1 zum Koppeln von Lichtwellenleiter
L1 an Lichtwellenleiter L2. Die Lichtwellenleiter L1 sind beispielsweise
an einem Bauelement 100 in einem Abstand (Pitch) P1 zueinander
angeordnet. Das Bauelement 100 kann ein optischer Chip
sein, wobei die Lichtwellenleiter L1 in ein Substrat 101 des
optischen Chips eingelassen sind. Auf dem optischen Chip 100 sind beispielsweise
Einrichtungen zur Signalverarbeitung des über die Lichtwellenleiter L1 übertragenen
Lichts angeordnet. Beispielsweise können auf dem optischen Chip 100 optische
Sende- oder Empfangseinrichtungen oder
auch optoelektrische Konversionseinrichtungen zur Umwandlung von
optischen Signalen in elektrische Signale und zur Umwandlung von
elektrischen Signalen in optische Signale angeordnet sein.
-
An
einem Bauelement 200 sind Lichtwellenleiter L2 in einem
Abstand (Pitch) P2 zueinander angeordnet. Die Lichtwellenleiter
L2 sind beispielsweise als Faserbändchen angeordnet. Das Bauelement 200 kann eine
Ferrule sein, wobei die Lichtwellenleiter L2 in Nuten der Ferrule
eingelegt sind. Die Ferrule kann beispielsweise eine MT-Ferrule
sein. Der Abstand P2, mit dem die Lichtwellenleiter L2 in der Ferrule 200 räumlich zueinander
angeordnet sind, ist größer als
der Abstand P1, den die an dem optischen Chip 100 angebrachten Lichtwellenleiter
L1 zueinander aufweisen.
-
Um
die Lichtwellenleiter L1 an die Lichtwellenleiter L2 zu koppeln,
ist eine Kopplungseinrichtung 1 zwischen den Bauelementen 100 und 200 angeordnet.
Die Kopplungseinrichtung 1 weist ein optisches System 10 auf,
mit dem es ermöglicht
wird, Licht, das aus einem der Lichtwellenleiter L1 ausgekoppelt
wird, in einen zu dem Lichtwellenleiter L1 zugehörigen Lichtwellenleiter L2
einzukoppeln.
-
Das
optische System 10 kann eine Linse 11, beispielsweise
eine Sammellinse, enthalten. Die Linse 11 ist in der Kopplungseinrichtung 1 derart
angeordnet, dass Licht, das aus einem der Lichtwellenleiter L1 ausgekoppelt
und an einer Seite S1 der Kopplungseinrichtung 1 in die
Kopplungseinrichtung eingestrahlt wird, von der Linse 11 an
einer Seite S2 der Kopplungseinrichtung aus der Kopplungseinrichtung
abgestrahlt und in den zu dem Lichtwellenleiter L1 zugehörigen Lichtwellenleiter
L2 eingekoppelt wird. In Abhängigkeit
von dem Vergrößerungsfaktor
der Linse 11 lassen sich Lichtwellenleiter, die auf verschiedenen
Seiten der Linse 11 mit unterschiedlichen Abständen angeordnet
sind, aneinander koppeln. Beispielsweise lassen sich mit der in 1 gezeigten
Anordnung Lichtwellenleiter L1, die an der Seite S1 der Kopplungseinrichtung
auf dem optischen Chip 100 zueinander in einem Abstand
von 30 μm
angeordnet sind, an Lichtwellenleiter L2 koppeln, die auf der Seite
S2 der Kopplungseinrichtung in Form eines Faserbändchens mit einem Abstand von
250 μm zueinander
angeordnet sind.
-
Zum
mechanischen Koppeln der Kopplungseinrichtung 1 an das
Bauelement 100 beziehungsweise an das Bauelement 200 enthält die Kopplungseinrichtung 1 Führungsstifte 50,
die an der Seite S1 beziehungsweise S2 aus der Kopplungseinrichtung
herausragen. Die Führungsstifte 50 werden
in Hohlräume 60 der
Bauelemente 100, 200 eingeführt. Wenn die Lichtwellenleiter
L1 auf dem Chip 100 und die Lichtwellenleiter L2 in der
Ferrule 200 in Bezug auf die Hohlräume 60 ausgerichtet
sind, wird Licht, das aus einem der Lichtwellenleiter L1 ausgekoppelt
wird, in den zu dem Lichtwellenleiter L1 zugehörigen Lichtwellenleiter L2
eingekoppelt.
-
Bei
der in 1 gezeigten Ausführungsform sind die Ein- und Auskoppelseiten
der Kopplungseinrichtung austauschbar. Es kann beispielsweise Licht,
das aus einem der Lichtwellenleiter L2 ausgekoppelt wird, an der
Seite 52 in die Kopplungseinrichtung 1 eingestrahlt
und von dem optischen System 10 an der Seite S1 abgestrahlt
und in den zu dem Lichtwellenleiter L2 zugehörigen Lichtwellenleiter L1
eingekoppelt werden.
-
Die
Länge und
Breite der Kopplungseinrichtung 1 ist abhängig von
der Anzahl der zu koppelnden Lichtwellenleiter, dem Abstand der
Lichtwellenleiter zueinander sowie der numerischen Apertur der Lichtwellenleiter.
Bei einem System mit einem Ab stand der Lichtwellenleitern von 50 μm auf einer
Eingangsseite der Kopplungseinrichtung und einem Abstand von weiteren
Lichtwellenleiter auf einer Ausgangsseite der Kopplungseinrichtung
von 127 μm,
können
zirka 100 Lichtwellenleiter durch eine Kopplungseinrichtung mit
einer Länge
von 30 mm aneinander gekoppelt werden, wenn die Lichtwellenleiter
auf der Ein- und
Ausgangsseite jeweils eine numerische Apertur von 0,15 aufweisen.
-
2 zeigt
eine weitere Ausführungsform
einer Kopplungseinrichtung 1, bei der das optische System 10 neben
der Linse 11 weitere Linsen 12 aufweist. Die Linsen 12 sind
jeweils einem der Lichtwellenleiter L2 zugeordnet. Mit der in 2 gezeigten
Ausführungsform
werden Verluste bei der Kopplung der Lichtwellenleiter L1 mit den
Lichtwellenleitern L2 weitgehend vermieden. Das von der Linse 11 auf
eine der Linsen 12 auftreffende Licht wird durch die Linse 12 erneut
gebündelt
und auf den zu der jeweiligen Linse 12 zugehörigen Lichtwellenleiter
L2 projiziert.
-
Bei
der in 2 gezeigten Ausführungsform sind die weiteren
Linsen 12 in einem Gehäuse 70 der Kopplungseinrichtung 1 integriert
angeordnet. Bei der in 3 gezeigten Ausführungsform
sind die weiteren Linsen 12 außerhalb des Gehäuses 70 angeordnet.
Die Linsen können
beispielsweise als ein Bauelement ausgeführt sein, wobei die Linsen
untereinander verbunden sind. Die Anordnung aus den Linsen 12 kann
an ihren Enden Ösen 13 aufweisen.
Zur Befestigung der Linsen 12 an einer der Seiten S1 und
S2 der Kopplungseinrichtung sind die Ösen 13 auf die Führungsstifte 50 aufgeschoben.
-
Die
Lichtwellenleiter L1 und L2 weisen im Allgemeinen unterschiedliche
Abstrahl-/Akzeptanzwinkel auf, die vom jeweiligen Indexprofil der
Lichtwellenleiter L1 und L2 abhängen.
Bei den in den 2 und 3 gezeigten
Ausführungsformen
der Kopplungseinrichtung 1 werden Leistungsverluste, die
auf die unterschiedlichen Abstrahl-/Akzeptanzwinkel der Lichtwellenleiter
L1 und L2 zurückzuführen sind,
durch das Anordnen von Linsen 12 an mindestens einer der
Seiten S1 oder S2 vermieden. Linsen 12, die den Lichtwellenleitern vorgeschaltet
sind, können
insbesondere dann verwendet werden, wenn die Verhältnisse
der Abstrahlwinkel der Lichtwellenleiter L1 und L2 nicht dem Verhältnis der
Abstandsunterschiede zwischen den Lichtwellenleitern L1 und L2 entsprechen.
Des Weiteren werden durch die Linsen 12 Leistungsverluste
beispielsweise dann vermieden, wenn die Linse 11 in einem
anderen Verhältnis
vergrößert als
das Verhältnis
der Abstrahlwinkel der Lichtwellenleiter L1 und L2 zueinander beträgt.
-
Neben
den beiden in den 2 und 3 gezeigten
Ausführungsformen,
bei denen die weiteren Linsen 12 als diskrete Bauelemente
ausgeführt
sind, besteht die Möglichkeit,
die Linsen 12 in die Enden der Lichtwellenleiter L1 und
L2 zu integrieren. Die Linsen 12 können beispielsweise durch Verrundung
der Faserenden der Lichtwellenleiter L1 beziehungsweise L2 in die
Lichtwellenleiter integriert werden.
-
4 zeigt
eine weitere Ausführungsform
einer Kopplungseinrichtung 2. Auf dem Bauelement 100 sind
Lichtwellenleiter L1 in einem kleineren Abstand zueinander angeordnet
als Lichtwellenleiter L2 in dem Bauelement 200 angeordnet
sind. Das Bauelement 100 kann beispielsweise ein optischer
Chip sein, wobei die Lichtwellenleiter L1 mit optischen Baugruppen,
beispielsweise mit auf dem Chip angeordneten Sende- oder Empfangseinrichtungen,
verbunden sind. Das Bauelement 200 kann eine Ferrule, beispielsweise
eine MT-Ferrule sein, in der die Lichtwellenleiter L2 mit einem
Durchmesser von 125 μm
beispielsweise zueinander in einem Abstand P2 von 250 μm angeordnet
sind. Zwischen den Bauelementen 100 und 200 ist
zur Kopplung der Lichtwellenleiter L1 mit den Lichtwellenleitern
L2 die Kopplungseinrichtung 2 vorgesehen. Die Kopplungseinrichtung 2 ist über Führungsstifte 50,
die in Hohlräume 60 der
Bauelemente 100 beziehungsweise 200 eingreifen,
mit den Bauelementen 100 und 200 mechanisch gekoppelt.
-
Die
Kopplungseinrichtung 2 weist ein optisches System 20 auf,
das eine kugelförmige
Linse 21 und optische Elemente 22a und 22b umfasst.
Die optischen Elemente 22a und 22b sind jeweils
an einer der kugelförmigen
Linse 21 zugewandten Seite S22a, S22b als Halbkugelschalen
ausgeformt. Der Vergrößerungsfaktor
der Linsenanordnung des optischen Systems 20 wird durch
das Verhältnis
der verschiedenen Radien der Halbkugelschalen 22a und 22b gebildet.
Die optischen Elemente 22a und 22b weisen jeweils
Lichtwellenleiter 23a und 23b auf, die an die
Lichtwellenleiter L1 und L2 gekoppelt sind. Die Lichtwellenleiter 23a und 23b sind
jeweils im Bereich der halbkugelförmigen Seiten S22a und S22b
der optischen Elemente 22a und 22b zum Mittelpunkt
der kugelförmigen
Linse 21 ausgerichtet. Da jeder Lichtstrahl durch den Mittelpunkt
der Linse 21 hindurch tritt, ist bei dieser Ausführungsform
der Durchmesser der Linse 21 unabhängig von der Anzahl der zu
koppelnden Lichtwellenleiter.
-
5 zeigt
eine unterschiedliche räumliche
Anordnung von Lichtwellenleitern L1 und L2. Die Lichtwellenleiter
L1 sind beispielsweise auf einem Substrat eines optischen Chips
in einer Ebene E1 angeordnet. Die Lichtwellenleiter L2 können beispielsweise
Lichtwellenleiter eines Faserbändchens
sein, die in einer Ferrule beispielsweise zweilagig in Ebenen E2 und
E3 angeordnet sind. Die Ferrule kann zum Beispiel eine mit entsprechend
zweilagig angeordneten Nuten ausgebildete MT-Ferrule sein.
-
6 zeigt
eine Ausführungsform
einer Kopplungseinrichtung 3, mit der es ermöglicht wird,
Licht, das aus den Lichtwellenleitern L1 ausgekoppelt wird, in die
Lichtwellenleiter L2, die in verschiedenen Ebenen, wie in 5 gezeigt
ist, angeordnet sind, einzukoppeln. Die Kopplungseinrichtung 3 ist
zwischen einem Bauelement 100 und einem Bauelement 200 angeordnet.
Das Bauelement 100 kann beispielsweise als ein optischer Chip
ausgebildet sein, auf dem Lichtwellenleiter L1 in einer Ebene E1
nebeneinander liegend angeordnet sind. In dem Bauelement 200 sind
die Lichtwellenleiter L2 in verschiedenen Ebenen E2 und E3 angeordnet.
Die Kopplungseinrichtung 3 ist durch Führungsstifte 50, die
in Hohlräume 60 der
Bauelemente 100, 200 eingeführt sind, an den Bauelementen 100, 200 befestigt.
-
Die
Kopplungseinrichtung 3 enthält ein optisches System 30,
das entsprechend der Anzahl der zu koppelnden Lichtwellenleiter
L1, L2 planparallele Platten 31a, 31b enthält. Jedem
Lichtwellenleiterpaar L1, L2 ist eine der planparallelen Platten
zugeordnet. Die planparallelen Platten 31a, 31b sind
in Bezug auf ihre Ausrichtung in einer Reihe entlang der Seiten
S1 und S2 der Kopplungseinrichtung 3 alternierend angeordnet.
Durch die alternierende Anordnung der planparallelen Platten wird
es ermöglicht,
Licht, das aus den Lichtwellenleitern L1 ausgekoppelt wird, in die
in verschiedenen Ebenen E2 und E3 angeordneten Lichtwellenleiter
L2 einzukoppeln.
-
7 zeigt
die Anordnung einer planparallelen Platte 31a, die zu einem
Lichtwellenleiterpaar L1, L2 zugehörig ist. Der aus dem Lichtwellenleiter
L1 ausgekoppelte Lichtstrahl wird an einer Seite S1 der Kopplungseinrichtung 3 in
die Kopplungseinrichtung eingestrahlt. Der Lichtstrahl trifft auf
eine Seite der planparallelen Platte 31a und wird innerhalb
der planparallelen Platte nach unten abgelenkt. Nach dem Austritt
aus der planparallelen Platte wird der Lichtstrahl an der Seite
S2 der Kopplungseinrichtung 3 wieder abgestrahlt und in
den Lichtwellenleiter L2, der in einer Ebene E3 unterhalb der Ebene
E1, in der der Lichtwellenleiter L1 angeordnet ist, liegt, eingekoppelt.
-
Um
den aus dem Lichtwellenleiter L1 ausgekoppelten Lichtstrahl in einen
Lichtwellenleiter L2 einzukoppeln, der in der oberhalb der Ebenen
E1 und E3 liegenden Ebene E2 angeordnet ist, wird gemäß der in 6 gezeigten
Ausführungsform
zwischen die Lichtwellenleiter L1 und L2 eine planparallele Platte 31b eingeführt, die
in Bezug auf die in 7 gezeigte planparallele Platte 31a in
entgegengesetzter Richtung ausgerichtet ist. Zum Koppeln von Lichtwellenleitern
L1 mit Lichtwellenleitern L2, die in verschiedenen Ebenen angeordnet
sind, sind daher die planparallelen Platten 31a und 31b,
wie in 6 gezeigt ist, in Bezug auf ihre Ausrichtung alternierend
angeordnet.
-
Mit
der in
6 gezeigten Anordnung wird es ermöglicht,
optische Wellenleiter, die auf einem Substrat
101 eines
Chips
100 beispielsweise mit einem Abstand D1 = 62,5 μm angeordnet
sind, an Lichtwellenleiter L2 mit einem Durchmesser von 125 μm, die wie
in
5 gezeigt ist, in verschiedenen Ebenen E2 und
E3 angeordnet sind, zu koppeln. Die Mittelpunkte der Lichtwellenleiter
können
dabei einen Versatz
V = 125 μm × √3/4 = 54 μm aufweisen. Bei diesem
Ausführungsbeispiel
können
die Mittelpunkte der Lichtwellenleiter L2 in den verschiedenen Ebenen
E2 und E3 jeweils um D2 = 108 μm
beabstandet sein. Der Versatz V ergibt sich bei einer Dicke d der
planparallelen Platte, einem Brechungsindex n und bei einem Schrägungswinkel α der planparallelen Platte
zu
Bei einem Versatz von V =
54 μm, einem
Brechungsindex von n = 3,4 für
planparallele Platten aus Silizium, die einen Schrägungswinkel
von 45° aufweisen,
ergibt sich eine Dicke d der planparallelen Platte von ungefähr 97 μm.
-
Da
bei der in 6 gezeigten Ausführungsform
der Kopplungseinrichtung 3 keine Vergrößerung durch das optische System 30 erfolgt,
ist die Ausrichtung beziehungsweise Positionierung der planparallelen
Platten mit geringem Aufwand möglich.
Eine hochpräzise
Ausrichtung der planparallelen Platten ist nicht erforderlich. Um
Leistungsverluste bei der Übertragung
von Licht durch die Kopplungseinrichtung zu verringern, können beispielsweise
auch bei der in 6 gezeigten Ausführungsform
Linsen 12, wie in den 2 und 3 gezeigt
ist, vor die Lichtwellenleiter L1 und L2 angebracht werden. Die
Linsen 12 können
unmittelbar in die Kopplungseinrichtung 3 integriert sein
oder an den äußeren Seiten
S1 und S2 der Kopplungseinrichtung 3 angebracht sein. Die
Linsen 12 können
dazu beispielsweise an den Führungsstiften 50 befestigt
werden.
-
8 zeigt
eine weitere Ausführungsform
einer Kopplungseinrichtung 4 zum Auskoppeln von Licht aus
Lichtwellenleitern L1 und zum Einkoppeln des Lichts in Lichtwellenleiter
L2, die in verschiedenen Ebenen E2 und E3 angeordnet sind. Anstelle
der Verwendung von planparallelen Platten 31a, 31b wird
in der Kopplungseinrichtung 4 ein optisches System 40 verwendet,
das Prismen 41a und 41b enthält. Ein Prisma 41a ist bei
der in 8 gezeigten Ausführungsform an der Seite S1
der Kopplungseinrichtung 4 angebracht und einem der Lichtwellenleiter
L1 zugeordnet. An der Seite S2 der Kopplungseinrichtung 4 ist
ein zu dem Prisma 41a entgegengesetzt ausgerichtetes Prisma 41b angeordnet.
Dabei ist auch an der Seite S2 jedem Lichtwellenleiter L2 eines
der Prismen 41b zugeordnet.
-
Bei
der Verwendung von Prismen zur Strahlablenkung kann der Abstand
zwischen den Prismen variabel gewählt werden. Dadurch wird es
ermöglicht,
die Ebenen E2 und E3 weit voneinander zu entfernen, wobei die Aufweitung
des Lichtkegels zwischen den Prismen 41a und 41b gering
ist.
-
Durch
die Verwendung einer der Kopplungseinrichtungen 1, 2, 3 oder 4 wird
es ermöglicht,
Lichtwellenleiter L1, die beispielsweise auf einem optischen Chip 100 räumlich anders
angeordnet sind als Lichtwellenleiter L2, die als Faserbändchen an
den Chip angeschlossen werden, miteinander zu koppeln. Es wird insbesondere
ermöglicht,
Lichtwellenleiter, die in einer Ferrule, beispielsweise einer MT-Ferrule,
angeordnet sind, an Lichtwellenleiter, die in einem Substrat eines
optischen Chips eingelassen sind und einen geringeren Abstand als
die Lichtwellenleiter des Faserbändchens
aufweisen, zu koppeln.
-
Zur
Strahlmodifizierung in den Kopplungseinrichtungen 1, 2, 3 und 4 sind
Linsensysteme 10, 20, 30 und 40 vorgesehen,
die aus Silizium ausgebildet sein können, das bei dem durch die
optischen Wellenleiter L1 und L2 übertragenen Licht transparent
ist. Die Kopplungseinrichtungen 1, 2, 3 und 4 sind
beispielsweise zur Ankopplung von Lichtwellenleitern bei Optical
Backplane Designs geeignet.