DE3809396A1 - Optical transmission and reception module - Google Patents

Optical transmission and reception module

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sis
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DE19883809396
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German (de)
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Joachim Dr Bialas
Ewald Dipl Ing Hoermann
Rudolf Dr Keil
Gisela Schmidt-Sodingen
Jan Dipl Ing Smola
Karl-August Dr Steinhauser
Elmar Dipl Phys Westhauser
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Original Assignee
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Abstract

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>

Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Sende- und/oder Empfangs­ modul entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an optical transmission and / or reception 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. 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. Diese Komponenten sind dabei jeweils mikromechanisch auf einem eigenen Zwischen­ träger befestigt und werden dann, zueinander positioniert, in einem Modulgehäuse fixiert. Dies erfordert viele Einzelteile und damit viele Aufbau- und Justageschritte sowie ein relativ großes Gehäuse. Außerdem ist durch die Größe der Module eine Reihe von Maßnahmen erforderlich, um eine Dejustierung der Koppeloptik bei thermischer Ausdehnung zu minimieren.Optical transmit and optical receive modules as well as combined optical transmit / receive modules are in the end points of Communication systems via fiber optic fibers arranged. These modules are currently being micromechanically constructed built individual subunits that contain subunits each an optical, optoelectric, electrical or electro-optical component, such as. B. a laser diode, a Lens, a fiber or a semiconductor chip. These components are each micromechanically on their own intermediate Carrier attached and are then positioned in relation to each other fixed in a module housing. This requires many items and with it many assembly and adjustment steps as well as a relatively large one Casing. In addition, due to the size of the modules, a number of Measures required to adjust the coupling optics to minimize 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 develop optical transmission and / or reception modules of the type mentioned at the outset in such a way that they are easy to manufacture, even with a view to mass production , with comparatively small dimensions.

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. 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. Weiterhin kann durch Vorzugsätzen, also Ätzen mit einem hinsichtlich der Kristallebenen unterschiedlich aktivem Ätzmittel, hohe Fertigungsgenauigkeit für das einkristal­ line Siliziumsubstrat erreicht werden. 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.According to the invention, the task is performed by optical transmission and / or Receiving modules of the type mentioned solved by the measures contained in the characterizing part of claim 1 are trained. Of particular advantage in the fiction The good structure is the good thermal conductivity of the substrate material used silicon, through which the build up of active  Components with higher power consumption, such as B. from laser diodes is made possible. Furthermore, by preferential rates, that is Etching with a different in terms of crystal planes active etchant, high manufacturing accuracy for the single crystal line silicon substrate can be achieved. In the claims 2-6 optical transmission and / or reception modules are described, which was developed with a view to easy manufacture Developments of the optical transmission or Represent the receiving module.

Die Erfindung soll in folgendem mittels in der Zeichnung darge­ stellter Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Dabei zeigtThe invention will Darge in the following means in the drawing illustrated embodiments are explained in more detail. It shows

Fig. 1 einen Sendemodulteil in der Aufsicht und Fig. 1 shows a transmitter module part in 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 association with the required for the laser transmitter driver amplifier,

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

Fig. 5 ein kombiniertes Sende-Empfangsmodulteil für Breitband­ anwendung mit einem wellenlängenselektivem Filterplätt­ chen zur Kanaltrennung. Fig. 5 shows a combined transceiver module part for broadband application with a wavelength-selective filter plate 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. An das Siliziumsubstrat SIS schließt sich nach rechts die LWL-Faser an, die zur Zugentlastung ein Stück in einer Metallkapillare MK eingeklebt ist. 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. Außerdem ist die Metall­ kapillare an der Stirnseite an das Siliziumsubstrat 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. Fig. 1 shows a transmitter module part with a laser diode LD in hybrid-integrated design on a (100) direction cut single-crystal silicon substrate SIS , this Sen demodulteil can be completed by installation in a housing to a transmitter module. To the right, the optical fiber connects to the silicon substrate SIS , which is glued in a piece in a metal capillary MK to relieve strain. The light waveguide fiber LWL-F is glazed within the metal capillary to a certain length by means of a glass solder capillary GK , which is followed by a plastic coating, the so-called fiber coating. In addition, the metal capillary is glassed onto the silicon substrate at the end. Within the transmitter module part, the exposed end piece 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 to a groove widening NB arranged in front of the laser diode, in which a first spherical lens KL 1 is arranged for focusing 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. 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. Die Moni­ tor-Fotodiode MD ist über einer rechtwinklig zur Nut angeord­ neten verspiegelten Kante mit der optisch wirksamen Oberfläche nach unten angeordnet. 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. Die notwendige Glaslotfläche ist dabei durch maskiertes Aufbringen erzeugt, eine entsprechende Struktur kann aber auch durch Ätzen nach einem ganzflächigen Auftrag erzeugt werden. Das Siliziumsub­ strat SIS nimmt eine Fläche von wenigen mm2 ein, die Anordnung der Komponenten erfolgt auf einer Oberflächenseite während die andere Oberflächenseite zur Kontaktierung metallisiert ist. Die Oberlächenseiten stimmen mit der (100)-Ebene des Siliziumein­ kristalls überein.Following the groove widening NB , the groove is guided in a constricted form up to a first substrate partial area on which the laser diode LD is located and from there in widened form to a second substrate partial area above which a monitor photodiode MD is located. The laser diode LD is arranged with the laser channel down on the first partial substrate surface, the monitor photodiode MD receives part of the generated laser light via the rear laser mirror. The Moni tor photodiode MD is arranged above a mirrored edge at right angles to the groove with the optically effective surface down. To attach the laser diode LD and the monitor photodiode MD , gold-containing metal layers are arranged on the first and the second partial substrate surface, the fiber end piece SMF and the first spherical lens KL 1 are attached to the silicon substrate by means of glass solder. The necessary glass soldering surface is created by masked application, but a corresponding structure can also be created by etching after a full-surface application. The silicon substrate SIS takes up an area of a few mm 2 , the components are arranged on one surface side while the other surface side is metallized for contacting. The surface sides coincide with the (100) plane of the silicon single crystal.

In der Fig. 2 ist der Sendemodulteil nach Fig. 1 in einem geöffneten Modulgehäuse G dargestellt. 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. Erkennbar sind im An­ schluß an die Nut N die erste Kugellinse KL 1, die Laserdiode LD und die Monitor-Fotodiode 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.In FIG. 2 of the transmission module is part of FIG. Shown in an open housing module G 1. The metal capillary MK with the optical waveguide fiber is mounted in a housing wall at the point at which the V-shaped groove N begins on the silicon substrate SIS inside the housing. In the connection to the groove N, the first spherical lens KL 1 , the laser diode LD and the monitor photodiode MD can be seen . Furthermore, the connection pins AP can be seen , which penetrate the insulating housing G and serve for power supply, in addition, a cooling flange KF is connected to the bottom of the housing 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. 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. Im Anschluß da­ ran wird die Siliziumscheibe in einzelne Streifen getrennt, die jeweils eine Reihe Siliziumsubstrate SIS umfassen. Auf diese Siliziumsubstrate werden die Kugellinsen und die Faserendstücke 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. Anschließend daran erfolgt das Justieren und Einbauen der Monitor-Fotodiode, der Laserdiode sowie ein abschließendes Einbrennen. 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.The arrangement according to FIG. 2 is produced in such a way that a large-area monocrystalline silicon wafer is assumed, into which a large number of groove structures are introduced by means of preferential etching, that is to say etching with an etchant which is active differently in terms of crystal directions. This is followed by the application of the metal layers for the electrical connection of the laser diode and the monitor photodiode and the application of the glass solder layers required for fastening the ball lenses and the fiber end pieces. Then the silicon wafer is separated into individual strips, each of which comprises a series of silicon substrates SIS . The ball lenses and the fiber end pieces are glazed onto these silicon substrates. This is followed by separating the silicon substrates and installing them in a housing G , as well as the connection between the connection pins AP and the metal layers located on the silicon substrate. This is followed by the adjustment and installation of the monitor photodiode, the laser diode and a final burn-in. After an optical and electrical check of the now functional laser transmitter module, it is closed and is available for further testing and measurements.

Im Hinblick auf eine möglichst große Lichteinkoppelung in die Lichtwellenleiter-Faser ist die Laserdiode LD möglichst genau zu justieren. 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. 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. 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. Dieses Justierverfahren ist ohne elektrischen Anschluß an die Laserdiode möglich, setzt jedoch eine Beobachtungsmöglich­ keit für den hinteren Laserspiegel voraus. Eine dritte Möglich­ keit zur Laserjustierung macht sich die Durchlässigkeit der verwendeten Halbleitermaterialien für infrarotes Licht zunutze. 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.With regard to the greatest possible light coupling into the optical fiber, the laser diode LD must be adjusted as precisely as possible. A first possibility for laser adjustment is the inverse operation of the laser diode as a photodiode with the coupling of an additional light source via the end piece SMF and adjustment to maximum photocurrent. This method works particularly well with laser diodes with good lateral wave guidance, such as. B. BH laser diodes, a disadvantage is the need for an electrical connection to the laser diode. Another possibility of laser adjustment is that, for. B. the near-field distribution of the light at the rear laser mirror is observed by means of a television camera and the laser diode is adjusted to the expected near-field distribution when the light is guided in the laser channel. This adjustment is possible without an electrical connection to the laser diode, but requires an observation speed for the rear laser mirror. A third possibility for laser adjustment takes advantage of the permeability of the semiconductor materials used for infrared light. With this method, the scattered light distribution in the laser diode is observed by an infrared camera, since with 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. Bei Verwendung eines metallisierten Keramikgehäuses kann dabei der Deckel und die Metallkapillare MK dichtgelötet werden. Die Faserdurchführung in der Metallkapillare wird durch das Glaslot abgedichtet.To maintain the high-quality optical surfaces, the housing G is hermetically sealed by a cover. When using a metallized ceramic housing, the cover and the metal capillary MK can be soldered tightly. 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. 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. 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. Auf die Verwendung einer Monitor-Fotodiode zur Laserregelung wurde in diesem Fall verzichtet. 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. 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.In FIG. 3, a tipped with a laser diode LD transmitting module part is shown, which has with respect to the application in communication systems with bit rates in the Gigabit range of very short electrical interconnections between the ver applied laser diode LD and the required driver stage TS. The arrangement according to FIG. 3 in turn contains a groove N on a silicon substrate SIS , which was etched from an edge of the substrate in the direction of the laser diode into the substrate and receives the end piece SMF of the optical waveguide fiber. The first ball lens KL 1 is again located in the groove widening. Following the groove widening NB , the groove continues up to a partial substrate surface above which the laser diode is arranged with the laser channel downward over a mirrored edge. In this case, the use of a monitor photodiode for laser control was dispensed with. On a part of the silicon substrate surface SIS arranged parallel to the groove, a monolithically integrated semiconductor chip TS was applied, which contains the driver stage for the laser diode and is connected to it by bonded wires. Instead of decoupling the light downwards, the laser diode - and also a receiving diode with a similar light channel as the laser diode - can be arranged in such a way that the decoupling or coupling of the light takes place over a surface lying perpendicular to the substrate surface.

In der Fig. 4 ist der wesentliche Teil eines Empfangsmoduls dargestellt, der für Nachrichtenverbindungen mit Bitraten im Gigabitbereich einsetzbar ist. 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. 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. 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. 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.In FIG. 4, the essential part is shown of a receiver module which can be used for communications with bit rates in the gigabit range. As in FIG. 3, a groove is also etched into the silicon substrate SIS , starting from one edge, and the fiber end piece SMF is fastened in it. The groove is interrupted by the groove widening NB with the first spherical lens KL 1 , the groove then continues to a partial substrate surface above which a PIN photodiode PD with the optically effective surface is arranged downwards. Under the optically effective surface of the photodiode PD , the groove ends at a right-angled and mirrored edge through which the light is deflected from the horizontal into the vertical direction of propagation. In parallel to the groove N, there is a fast photocurrent amplifier FV on the silicon substrate SIS , which is constructed as a monolithically integrated semiconductor chip and is connected to the photodiode BD by bonded wires.

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 according to FIG. 3 and the Fotostromver stronger FV according to FIG. 4 are electrically connected to connection pins fixed in the housing, as can be seen for example 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. Auf dem Silizi­ umsubstrat SIS ist wiederum, von einer Kante ausgehend, eine erste Nut N 1 eingeätzt, die zur Aufnahme des Faserendstückes SMF dient. 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. In Verlängerung der ersten Nut N 1 bzw. 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. 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.In FIG. 5 is the essential part of a combined transmit-receive module shown as it is usable, for example, for broadband ISDN connections. On the silicon substrate SIS , starting from an edge, a first groove N 1 is in turn etched, which serves to receive the fiber end piece SMF . At the first groove N 1 , the Nutverbreite tion NB connects with the first spherical lens KL 1 , behind which a wavelength-selective filter plate FP is arranged in the light, which is transparent to the locally generated laser light. In extension of the first groove N 1 or the groove widening NB there is a second groove N 2 , at the end of which a second spherical lens KL 2 is arranged directly in front of the laser diode LD . At the rear end of the laser diode, the second groove N 2 merges into a third groove N 3 , which ends in a mirrored edge and optically connects the rear laser mirror to the monitor photodiode MD in the manner already described.

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. 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. Zusätz­ lich sind auf dem Siliziumsubstrat SIS noch zwei integrierte Halbleiterchip angeordnet, die in unmittelbarer Nachbarschaft zur Fotodiode PD bzw. zur Laserdiode LD angeordnet sind, und einen Fotostromverstärker bzw. eine Laser-Treiberstufe ent­ halten.For the receiving light, the filter plate FP acts as a mirror and deflects the receiving light leaving the first spherical lens KL 1 by 90 ° to the photodiode BD , which, as in the arrangement according to FIG. 4, is a PIN photodiode. The filter plate is transparent to the light generated by the laser diode LD , so that this light is coupled into the fiber end piece via the first spherical lens KL 1 . In addition, two integrated semiconductor chips are arranged on the silicon substrate SIS , which are arranged in the immediate vicinity of the photodiode PD or the laser diode LD , and contain a photocurrent amplifier or a laser driver stage.

Der kombinierte Sende-Empfangsmodul nach der Fig. 5 kann beson­ ders vorteilhaft für bidirektionale Nachrichtenübertragung bei­ spielsweise in ISDN-Breitbandnetzen verwendet werden. 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.The combined transceiver module as shown in FIG. 5 can DERS particular be advantageously used for two-way communication with play, in ISDN broadband networks. For larger demands on the optical crosstalk attenuation, the PIN photodiode PD is replaced by a specially designed photodiode, which additionally has a blocking filter on its optically active surface for the light generated by the local laser diode LD .

Claims (6)

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,
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,
daß dieses Siliziumsubstrat (SIS) auf einer ersten Oberflächen­ seite metallisiert ist und auf einer zweiten Oberflächenseite die Komponenten angeordnet sind,
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,
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.1. Optical transmission and / or reception module of a message transmission link with optical fibers, with a cuboid carrier body arranged in a housing, on which opto-electrical and / or electro-optical components are arranged in addition to optics, characterized in that
that the carrier body is a single-crystalline silicon substrate (SIS) common to all components, the two larger surface sides of which correspond to the (100) plane of the silicon single crystal,
that this silicon substrate (SIS) is metallized on a first surface side and the components are arranged on a second surface side,
that a V-shaped groove (N) for receiving the end piece (SMF) of an optical fiber is incorporated into the silicon substrate (SIS) from the second surface side,
that this groove (N) extends from an edge of the silicon substrate (SIS) via a groove widening (NB) for receiving a first focusing component (KL 1 ) to a partial substrate surface on which an opto-electrical or an electro-optical component is optionally 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 transmitting and / or receiving module according to claim 1, characterized in that the groove (N) for receiving the end piece (SMF) of the fiber optic and the groove broadening (NB) by preferential rates in the crystallographic (011) - or (01-1) direction are incorporated into 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. Optical transmitting and / or receiving module according to claims 1 or 2, characterized in that the groove (N) continues after the groove widening (NB) and there passes into a perpendicular to the groove angeord Nete mirrored edge, which one predetermined angle to the surface of the silicon substrate (SIS) and over which, facing the edge, the optically active surface of the optoelectric 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. Optical transmitter and / or receiver module, characterized in that an active channel of the electro-optical or opto-electric component's (LD, PD ) lies above the groove (N) and the coupling or decoupling of the light over a surface lying perpendicular to the substrate surface he follows. 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. Optical transmitting and / or receiving module according to claims 1 or 3, characterized in that a ball lens as the first focusing component (KL 1 ) and the end piece (SMF) of the fiber optic in the groove broadening or the groove are fixed by means of glass solder . 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. Optical transmission and reception module according to one of claims 1 to 5, characterized in that a first partial groove ( N 1 ) with a fiber end piece (SMF) extends from the edge of the silicon substrate (SIS) to the groove spreading (NB) , that the groove broadening (NB) in the beam path after the first spherical lens ( KL 1 ) contains a wavelength-selective filter plate (FP) , through which light emitted by the fiber end piece (SMF ) is reflected at right angles to a photodiode (PD) , that subsequently the groove broadening (NB) a second partial groove ( N 2 ) in the extension of the first partial groove ( N 1 ) to a laser diode (LD) with a second ball lens (KL 2 ) in front that the laser diode (LD) extends in the wavelength to the light emitted by the fiber end piece (SMF) produces different light that the second partial groove ( N 2 ) continues as a comparatively narrow channel under the laser channel of the laser diode (LD) and that a third partial groove is connected to this channel ( N 3 ) connects, which is completed by a right-angled mirrored edge, over which the optically effective surface of the monitor photodiode (MD) is arranged.
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