DE10127340A1

DE10127340A1 - Optical data transmission device has optical grating provided by plastics block supported by substrate incorporating optically-active components

Info

Publication number: DE10127340A1
Application number: DE2001127340
Authority: DE
Inventors: Torsten Wipiejewski
Original assignee: Infineon Technologies AG; Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Infineon Technologies AG; Ams Osram International GmbH
Priority date: 2001-06-06
Filing date: 2001-06-06
Publication date: 2003-02-06

Abstract

The device has an optical grating (6), e.g. a blazed grating and spaced optically-active components (3), e.g. PIN-diodes, provided on a substrate (2), corresponding in number to the different optical wavelength channels. The substrate supports a plastics block (4) provided with the optical grating at its boundary surface (5) opposite to the optically-active components.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die optische Datenübertragung mit einem Gitter, das die durch die Wellenlänge bestimmten, optischen Kanäle eines Übertragungsmediums einer Vielzahl von räumlich getrennten optisch aktiven Bauelementen zuordnet. The invention relates to a device for optical Data transmission with a grid, which through the Wavelength determined optical channels of a transmission medium a variety of spatially separated optically active Assigned components.

Derartige Vorrichtungen sind allgemein als Multiplexer oder Demultiplexer bekannt und werden im Zusammenhang mit dem WDM- Verfahren (= Wavelength Division Multiplexing) dazu verwendet, die einzelnen Wellenlängenkanäle in einer Lichtleitfaser auf Empfänger oder Sender zu verteilen. Üblicherweise wird das WDM-Verfahren zur Nachrichtenübertragung über große Entfernungen mit Datenraten bis zu 10 Gbit/s verwendet. Im Bereich der Datenübertragung hat das WDM-Verfahren bisher keinen Eingang gefunden. Dies liegt an der Komplexität der dafür benötigten Vorrichtungen und den damit verbundenen hohen Kosten. Such devices are generally known as multiplexers or Demultiplexer known and are in connection with the WDM Process (= Wavelength Division Multiplexing) uses the individual wavelength channels in an optical fiber to be distributed among receivers or transmitters. Usually the WDM method for transmitting messages over large Distances with data rates up to 10 Gbit / s are used. in the The WDM process has so far been used for data transmission no entrance found. This is due to the complexity of that required devices and the associated high Costs.

Um WDM-Verfahren auch kostengünstig für die Datenübertragung verwenden zu können, werden Vorrichtungen mit mehrmodigen Lichtleitern und relativ großen Kanalabständen im Bereich von 10 nm diskutiert. Eine große Herausforderung dabei ist das Zusammenfügen der Laserstrahlen mit unterschiedlicher Wellenlänge der einzelnen Kanäle und die Trennung der Kanäle auf der Empfängerseite. Die Kanaltrennung auf der Empfängerseite ist dabei besonders kritisch, weil bei der Trennung nicht nur ein möglichst geringes Übersprechen, sondern auch möglichst kleine Verluste auftreten sollen. To WDM method also inexpensive for data transmission To be able to use devices with multi-mode Optical fibers and relatively large channel spacings in the range of 10 nm discussed. This is a big challenge Joining the laser beams with different ones Wavelength of the individual channels and the separation of the channels the receiving end. The channel separation on the receiver side is particularly critical because not only in the separation the least possible crosstalk, but also as possible small losses should occur.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung für die optische Datenübertragung zu schaffen, bei der auf einfache Weise die Kanäle eines Übertragungsmediums einer Vielzahl von räumlich getrennten optisch aktiven Bauelementen zugeordnet werden können. The invention is based on this prior art the task of a device for the optical To create data transfer in a simple way Channels of a transmission medium of a variety of spatial be assigned to separate optically active components can.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die optisch aktiven Bauelemente auf einem Grundkörper angeordnet sind, auf dem sich ein Kunststoffkörper mit einer Grenzfläche befindet, auf der das Gitter ausgebildet ist, das die Kanäle den optisch aktiven Bauelementen zuordnet. This object is achieved in that the optically active Components are arranged on a base body on which there is a plastic body with an interface which is formed the grating that the channels the optically assigns active components.

Da das Gitter, das die Kanäle den optisch aktiven Bauelementen zugeordnet, am Kunststoffkörper ausgebildet ist, können zur Herstellung der Vorrichtung die bekannten, kostengünstigen Verfahren zur Verarbeitung von Kunststoff verwendet werden. Beispielsweise ist es möglich, das Kunststoffteil auf den Grundkörper aufzuspritzen. Falls dabei das Gitter Strukturen mit einer Größe von etwa 10 µm und einer Breite von in etwa 1 cm aufweist, verfügt das Gitter über die zur Trennung der optischen Kanäle notwendige Auflösung in der Größenordnung von 1.000. Durch die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann die Trennung der Kanäle entsprechend den Anforderungen daher kostengünstig durchgeführt werden. Because the grating that the channels the optically active Associated components, is formed on the plastic body, can to manufacture the device the known inexpensive process for processing plastic used become. For example, it is possible to put the plastic part on to spray the base body. If the grid Structures with a size of approximately 10 µm and a width of in has about 1 cm, the grid has the for separation the necessary resolution in the optical channels Of the order of 1,000. By the device according to the invention can separate channels according to requirements can therefore be carried out inexpensively.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem Gitter um ein Echelette-Gitter ("Blazed Grating"). In a preferred embodiment of the invention the grating is an Echelette grating ("Blazed Grating ").

Bei einem derartigen Echelette-Gitter wird ein Großteil der Intensität des einfallenden Lichts in die erste Beugungsordnung gelenkt, so daß sich sowohl eine hohe Auflösung als auch eine große Intensität und folglich geringe Verluste ergeben. With such an Echelette grating, a large part of the Intensity of incident light in the first Diffraction order directed so that there is both a high resolution as well result in great intensity and consequently low losses.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Further advantageous embodiments of the invention are Subject of the dependent claims.

Nachfolgend wird die Erfindung im einzelnen anhand der beigefügten Zeichnung erläutert. Es zeigen: The invention is described in more detail below with reference to attached drawing explained. Show it:

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem das Gitter auf einer Oberseite des Kunststoffkörpers ausgebildet ist; Figure 1 shows a cross section through a first embodiment of the invention, in which the grid is formed on an upper side of the plastic body.

Fig. 2 einen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem im Kunststoffkörper eine Linse eingebettet ist; Fig. 2 shows a cross section through a further embodiment in which a lens is embedded in the plastic body;

Fig. 3 einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel, bei dem das Gitter neben den Empfängern auf dem Grundkörper angeordnet und vom Kunststoffkörper umschlossen ist; 3 shows a cross section through an embodiment in which the grating is disposed adjacent to the receivers on the main body and enclosed by the plastic body.

Fig. 4 einen Querschnitt durch einen Multiplexer, der anstelle der Empfänger eine Vielzahl von Laserdioden aufweist. Fig. 4 shows a cross section through a multiplexer, which has a plurality of laser diodes instead of the receiver.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Demultiplexer 1, der eine Vielzahl von in einem Substrat 2 ausgebildeten Photodioden 3 aufweist. Bei den Photodioden 3 handelt es sich vorzugsweise um sogenannte PIN-Dioden. Oberhalb des Substrats 2 ist der Kunststoffkörper 4 aus einem spritzgußfähigen Material angeordnet. Derartige Materialien sind dem Fachmann bekannt und nicht Gegenstand der Erfindung. Der Kunststoffkörper 4 weist auf einer Oberseite 5 ein Echelette-Gitter 6 auf. Das aus einer nicht dargestellten Lichtleitfaser einfallende Licht 7 wird durch das Echelette-Gitter 6 in drei Teilstrahlen 8 aufgeteilt und zu den Photodioden 3 gelenkt. Typischerweise weist das Echelette-Gitter 6 eine Ausdehnung von etwa 1 cm auf und verfügt größenordnungsmäßig in etwa über 1.000 Furchen. Damit weist das Echelette-Gitter eine Auflösung von 1.000 auf und eignet sich zur Trennung der optischen Kanäle im Abstand von 10 mm, wenn die Wellenlänge des einfallenden Lichts zwischen 1300 und 1550 mm liegt. Fig. 1 shows a cross section through a demultiplexer 1 which has a plurality of formed in a substrate 2 Photo diodes 3. The photodiodes 3 are preferably so-called PIN diodes. The plastic body 4 made of an injection-moldable material is arranged above the substrate 2 . Such materials are known to the person skilled in the art and are not the subject of the invention. The plastic body 4 has an echelette grating 6 on an upper side 5 . The light 7 incident from an optical fiber (not shown) is divided into three partial beams 8 by the echelette grating 6 and directed to the photodiodes 3 . Typically, the Echelette grating 6 has an extent of approximately 1 cm and has an order of magnitude of approximately 1,000 furrows. The Echelette grating therefore has a resolution of 1,000 and is suitable for separating the optical channels at a distance of 10 mm if the wavelength of the incident light is between 1300 and 1550 mm.

Entsprechend der Wellenlänge des einfallenden Lichts zwischen 1.300 und 1.550 nm werden für die Photodioden 3 Photodioden auf der Basis von InP oder GaAs verwendet. Depending on the wavelength of the incident light between 1,300 and 1,550 nm, 3 photodiodes based on InP or GaAs are used for the photodiodes.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Demultiplexer handelt es sich um eine besonders kostengünstigen Lösung, bei der das Echelette-Gitter 6 an der Oberseite 5 des Kunststoffkörpers 4 ausgebildet ist. Der Kunststoffkörper 4 ist zweckmäßigerweise ein Spritzgußteil, da es auf das Substrat 2 aufgespritzt ist. The demultiplexer shown in FIG. 1 is a particularly cost-effective solution in which the echelette grating 6 is formed on the upper side 5 of the plastic body 4 . The plastic body 4 is expediently an injection molded part, since it is sprayed onto the substrate 2 .

Es sei angemerkt, daß neben dem Echelette-Gitter 6 auch andere Arten von Gittern, wie beispielsweise holographische Gitter verwendbar sind. It should be noted that in addition to the Echelette grating 6 , other types of grids, such as holographic grids, can also be used.

Ferner ist es möglich, wie in Fig. 2 dargestellt, in den Kunststoffkörper 4 eine Linse 9 zu integrieren, durch die die Teilstrahlen 8 auf die Photodioden 3 fokussierbar sind. Dadurch ist eine bessere räumliche Trennung der Kanäle möglich. Außerdem kann die photoempfindliche Fläche der Photodioden 3 kleiner ausgelegt werden, was die Bandbreite der Photodioden 3 vergrößert. Furthermore, it is possible, as shown in FIG. 2, to integrate a lens 9 into the plastic body 4 , through which the partial beams 8 can be focused on the photodiodes 3 . This enables a better spatial separation of the channels. In addition, the photosensitive area of the photodiodes 3 can be made smaller, which increases the bandwidth of the photodiodes 3 .

Falls das Echelette-Gitter 6, wie in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3, neben den Photodioden 3 auf einer Unterseite 10 des Kunststoffkörpers 4 als Reflexionsgitter ausgebildet ist, kann die Funktion der Linse 9 von einer linsenförmigen Wölbung 11 der Oberseite 5 übernommen werden, die die Teilstrahlen 8 ebenfalls auf die jeweils zugeordneten Photodioden 3 bündelt. If, as in the exemplary embodiment according to FIG. 3, the echelette grating 6 is formed as a reflection grating next to the photodiodes 3 on a lower side 10 of the plastic body 4 , the function of the lens 9 can be taken over by a lenticular curvature 11 of the upper side 5 bundles the partial beams 8 onto the respectively assigned photodiodes 3 .

Dieses Ausführungsbeispiel wird hergestellt, indem zunächst auf das Substrat 2 das Echelette-Gitter 6 aufgebracht wird und anschließend mit dem Kunststoffkörper 4 umspritzt wird. This exemplary embodiment is produced by first applying the echelette grating 6 to the substrate 2 and then encapsulating it with the plastic body 4 .

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird sowohl das Echelette- Gitter 6 als auch die Linse 11 in Reflexion betrieben. Der in Fig. 3 dargestellte Aufbau zeichnet sich durch eine besonders geringe Bauhöhe aus, da trotz der geringen Bauhöhe die Teilstrahlen weiträumig getrennt sind. In this embodiment, both the Echelette grating 6 and the lens 11 are operated in reflection. The structure shown in FIG. 3 is characterized by a particularly low overall height, since the partial beams are separated over a wide area despite the low overall height.

Fig. 4 zeigt schließlich einen Demultiplexer 12, bei dem von Laserdioden 13 ausgehende Teilstrahlen 14 zu einem ausgehenden Lichtstrahl 15 vereinigt werden, der in eine in Fig. 4 nicht dargestellte Lichtleitfaser einkoppelbar ist. Auch in diesem Fall kann die Linse 9 in den Kunststoffkörper 4 integriert sein, die für eine entsprechende Winkelablenkung der Teilstrahlen 14 sorgt. Fig. 4 shows a demultiplexer 12, are combined at the outgoing of laser diodes 13 partial beams 14 to an outgoing light beam 15, which is coupled into a non-illustrated in Fig. 4 optical fiber. In this case too, the lens 9 can be integrated into the plastic body 4 , which ensures a corresponding angular deflection of the partial beams 14 .

Es sei angemerkt, daß es sich bei den Laserdioden 13 vorzugsweise um oberflächenemittierende Laserdioden handelt, die auch als Vertikalresonator-Laserdioden (VCSEL) bezeichnet werden. It should be noted that the laser diodes 13 are preferably surface-emitting laser diodes, which are also referred to as vertical resonator laser diodes (VCSEL).

Der hier beschriebene Demultiplexer 1 und der Multiplexer 12 zeichnen sich durch geringe Verluste, durch ein geringes Übersprechen und eine kostengünstige Herstellung aus. Bezugszeichenliste 1 Demultiplexer
2 Substrat
3 Photodioden
4 Kunststoffkörper
5 Oberseite
6 Echelette-Gitter
7 einfallender Lichtstrahl
8 Teilstrahlen
9 Linse
10 Unterseite
11 Linse
12 Multiplexer
13 Laserdiode
14 Teilstrahl
15 ausgehender Lichtstrahl
The demultiplexer 1 and the multiplexer 12 described here are distinguished by low losses, by low crosstalk and by inexpensive production. LIST OF REFERENCES 1 demultiplexer
2 substrate
3 photodiodes
4 plastic bodies
5 top
6 Echelette grids
7 incident light beam
8 partial beams
9 lens
10 bottom
11 lens
12 multiplexers
13 laser diode
14 partial beam
15 outgoing light beam

Claims

1. Device for optical data transmission with a grating ( 6 ), which assigns the optical channels of a transmission medium determined by the wavelength to a plurality of spatially separated optically active components ( 3 , 13 ), characterized in that the optically active components ( 3 , 13 ) are arranged on a base body ( 2 ) on which there is a plastic body ( 4 ) with an interface ( 5 , 10 ) on which the grating ( 6 ) is formed, which channels the channels to the optically active components ( 3 , 13 ) assigns.

2. Device according to claim 1, characterized in that the grating ( 6 ) is formed on the side of the plastic body ( 4 ) opposite the optically active components ( 3 , 13 ).

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that in the plastic body ( 4 ) over the optically active components ( 3 , 13 ) arranged lens ( 9 , 11 ) is embedded, through which from the grating ( 6 ) to the optical active components ( 3 ) incident light beams can be focused on the optically active components ( 3 ).

4. The device according to claim 1, characterized in that in addition to the optically active components ( 3 ), a reflection grating ( 6 ) is formed and the optically active components ( 3 ) opposite side (11) is formed reflective.

5. The device according to claim 4, characterized in that the incident on the optically active components ( 3 ) light through the reflective side (11) of the plastic body ( 4 ) on the optically active components ( 3 ) can be focused.

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the optically active components comprise light-emitting transmitters ( 13 ).

7. The device according to claim 7, characterized in that the transmitters are surface emitting lasers ( 13 ).

8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the optically active components comprise photodiodes ( 3 ).

9. The device according to claim 8, characterized in that the photodiodes ( 3 ) are PIN diodes.

10. Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the plastic body ( 4 ) is made of an injection-moldable material.

11. Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the grating ( 6 ) is an Echelette grating.