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DE102012022634B3 - Component e.g. electrical component, for e.g. coupling of electromagnetic radiation into multi-mode-fiber in photonic/optical building technology, has fiber front surface connected with substrate material, and marks provided at substrate - Google Patents

Component e.g. electrical component, for e.g. coupling of electromagnetic radiation into multi-mode-fiber in photonic/optical building technology, has fiber front surface connected with substrate material, and marks provided at substrate Download PDF

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DE102012022634B3
DE102012022634B3 DE201210022634 DE102012022634A DE102012022634B3 DE 102012022634 B3 DE102012022634 B3 DE 102012022634B3 DE 201210022634 DE201210022634 DE 201210022634 DE 102012022634 A DE102012022634 A DE 102012022634A DE 102012022634 B3 DE102012022634 B3 DE 102012022634B3
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DE
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electromagnetic radiation
optical fiber
substrate
optical
groove
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German (de)
Inventor
Ralf Rieske
Sebastian Sohr
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Technische Universitaet Dresden
Original Assignee
Technische Universitaet Dresden
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Abstract

The component has an optical fiber (1) including a front surface guided upto a stopper. The stopper is formed from a material whose optical refraction index deviates from optical refraction indexes of the fiber and a glass substrate (2) for a maximum around plus or minus 0.05. The front surface is material engagingly connected with a substrate material at the stopper. The substrate material includes an optical refraction index, which deviates from the optical refraction index of the fiber for a maximum around plus or minus 0.05. Positioning marks are provided at the substrate. The substrate is a glass wafer. The substrate material is a borosilicate glass. An independent claim is also included for a method for manufacturing a component.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bauelement zur Ein- und/oder Auskopplung elektromagnetischer Strahlung in und/oder aus einer Lichtleitfaser sowie Verfahren zu seiner Herstellung. Sie kann in der photonischen/optischen Aufbau- und Verbindungstechnik eingesetzt werden. Dabei besteht die Möglichkeit der Ankopplung diskreter elektrooptischer Wandler (z. B. elektromagnetische Strahlung emittierender Elemente, wie Laser, LED's oder elektromagnetische Strahlung empfangende Elemente, wie Photodioden oder andere elektromagnetische Strahlung in elektrische Energie wandelnde Elemente. Es kann ein fasergekoppeltes elektro-optisches Bauelement mit erheblich erhöhter Zuverlässigkeit, in ökonomisch skalierbarer Fertigungstechnologie in miniaturisierter Form zur Verfügung gestellt werden, das eine erhöhte Effizienz erreicht.The invention relates to a component for coupling and / or decoupling electromagnetic radiation into and / or from an optical fiber, and to methods for its production. It can be used in photonic / optical assembly and connection technology. There is the possibility of coupling discrete electro-optical transducers (eg elements emitting electromagnetic radiation, such as lasers, LEDs or elements receiving electromagnetic radiation, such as photodiodes or other electromagnetic radiation, into electrical energy-converting elements.) A fiber-coupled electro-optical component may be used significantly increased reliability, be provided in economically scalable manufacturing technology in miniaturized form, which achieves increased efficiency.

Bisher mussten integrierte opto-elektronische Wandlerelemente sehr aufwändig optisch kontaktiert werden und Intensitätsverluste der genutzten elektromagnetischen Strahlung konnten wegen einer möglichen ungenauen Justierung nicht vermieden werden. Üblicherweise wird dabei elektromagnetische Strahlung als Freistrahl in einer Umgebungsatmosphäre über einen Teil des Strahlungsweges geführt. Dabei treten Intensitätsverluste infolge von Reflexionen und Ausrichtungsfehlern auf oder es musste eine sehr aufwändige Justage durchgeführt werden, bei der die eingekoppelte optische Leistung gemessen werden muss, bis ein Maximum erreicht ist (aktive Montage).So far, integrated opto-electronic transducer elements had to be optically contacted in a very complex manner and intensity losses of the electromagnetic radiation used could not be avoided because of a possible inaccurate adjustment. Usually, electromagnetic radiation is conducted as a free jet in an ambient atmosphere over part of the radiation path. In this case, intensity losses occur as a result of reflections and alignment errors, or a very complex adjustment had to be carried out, in which the coupled-in optical power must be measured until a maximum has been reached (active assembly).

Bei solchen fasergekoppelten opto-elektronischen Bauelementen bestimmen die Packagingkosten, also die Kosten für die optische Aufbau- und Verbindungstechnik mit einem Anteil zwischen 60% bis 80% in Bezug zu den Gesamtkosten.In such fiber-coupled opto-electronic components determine the packaging costs, ie the cost of the optical assembly and connection technology with a share between 60% to 80% in relation to the total cost.

Bei solchen Bauelementen, bei denen eine Freistrahlführung realisiert ist, ist ein hermetisch abgedichtetes Gehäuse erforderlich, dessen innerer Hohlraum möglichst dauerhaft evakuiert oder mit einem Schutzgas befüllt ist, was die Kosten und den Herstellungsaufwand weiter erhöht.In such components, in which a free jet is realized, a hermetically sealed housing is required, the inner cavity evacuated as permanently as possible or filled with a protective gas, which further increases the cost and production costs.

Eine andere bekannte Möglichkeit besteht darin, positionierte opto-elektronische Elemente und Lichtleitfasern mit einem zumindest teilweise optisch transparenten Werkstoff zu umspritzen und mit Strahlformungselementen zu versehen. Diese können mit Steckverbindern optisch lösbar gekoppelt werden. Diese Art der Herstellung ist nur für tolerante elektromagnetische Strahlung empfangende Elemente geeignet da eine genaue Positionierung nur sehr schwer bei der Herstellung eingehalten werden kann. Für elektromagnetische Strahlung emittierende Elemente sind, wie bereits zuvor genannt zusätzliche aktive Montageschritte nötig.Another known possibility is to overmold positioned optoelectronic elements and optical fibers with an at least partially optically transparent material and to provide them with beam shaping elements. These can be optically coupled with connectors. This type of production is suitable only for tolerant electromagnetic radiation receiving elements because accurate positioning is very difficult to comply with during manufacture. For electromagnetic radiation emitting elements, as already mentioned above, additional active assembly steps are necessary.

Solche herkömmlichen Bauelemente erfordern ein erhöhtes Bauvolumen. Durch die erforderliche mehrfache Justage einzelner Elemente, mit hoher Präzision, werden die Herstellungskosten erhöht.Such conventional components require an increased volume of construction. The required multiple adjustment of individual elements, with high precision, the manufacturing cost is increased.

Häufig sind zusätzliche optische Strahlformungselemente für die elektromagnetische Strahlung erforderlich.Frequently additional optical beam shaping elements for the electromagnetic radiation are required.

So ist aus DE 10 2011 113 172 A1 ein optoelektronisches Bauelement bekannt, das ein Transceiver sein soll und dabei das Bauelement einen optischen Sender und Empfänger, Kopplungsmittel mit optischen Linsen aufweist.That's how it is DE 10 2011 113 172 A1 an optoelectronic device is known, which is to be a transceiver and thereby the device comprises an optical transmitter and receiver, coupling means with optical lenses.

Ein den optischen Pfad veränderndes Element, bei dem optische Fasern genutzt werden ist aus US 2009/0252455 A1 bekannt.An optical path changing element using optical fibers is off US 2009/0252455 A1 known.

In US 2003/0123819 A1 ist ein mehrkanaliges optisches Kommunikationsmodulin beschrieben, bei dem in zwei Ebenen isolierende Gehäuse mit jeweils einem optischen Verbinder, einem Silikonsockel mit Lichtwellenleitern, ein Multiplexer, Laserdioden und Photodioden vorhanden sind.In US 2003/0123819 A1 a multichannel optical communication module is described, in which two-level insulating housing with one optical connector, a silicon base with optical fibers, a multiplexer, laser diodes and photodiodes are present.

Die US 2006/0239605 A1 betrifft eine optische Kopplung auf einem Chip; auf einem Substrat, an dem ein optischer Wellenleiter und ein Reflektor vorhanden sind.The US 2006/0239605 A1 relates to an optical coupling on a chip; on a substrate where an optical waveguide and a reflector are present.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, solche Bauelemente zur Verfügung zu stellen, die kostengünstig mit erhöhter Präzision herstellbar sind und eine erhöhte Effizienz bei der Übertragung, Ein- bzw. Auskopplung elektromagnetischer Strahlung in oder aus einer Lichtleitfaser erreichen und ein kleines Bauvolumen erfordern.It is therefore an object of the invention to provide such components that are inexpensive to produce with increased precision and achieve increased efficiency in the transmission, coupling or decoupling electromagnetic radiation in or out of an optical fiber and require a small volume of construction.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Bauelement, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Es kann mit einem Verfahren gemäß Anspruch 14 hergestellt werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können mit in untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen realisiert werden.According to the invention, this object is achieved with a component having the features of claim 1. It can be produced by a method according to claim 14. Advantageous embodiments and further developments of the invention can be realized with features described in the subordinate claims.

Bei einem erfindungsgemäßen Bauelement zur Ein- und/oder Auskopplung elektromagnetischer Strahlung in und/oder aus einer Lichtleitfaser wird in einer Alternative die elektromagnetische Strahlung aus der Lichtleitfaser auf mindestens ein elektromagnetische Strahlung in elektrischen Strom wandelndes Element gerichtet. Die Strahlung kann aber auch von einem elektromagnetische Strahlung emittierenden Element in eine Lichtleitfaser eingekoppelt werden. Dabei ist mit zwei Lichtleitfasern sowohl eine Ein-, wie auch eine Auskopplung der Strahlung möglich, wenn jeweils ein elektromagnetische Strahlung in elektrischen Strom wandelndes Element und ein elektromagnetische Strahlung emittierendes Element am Bauelement vorhanden sind.In a device according to the invention for coupling and / or decoupling electromagnetic radiation into and / or from an optical fiber, the electromagnetic radiation from the optical fiber is directed onto at least one electromagnetic radiation into electrical current-converting element in an alternative. The radiation can also be coupled by an electromagnetic radiation emitting element in an optical fiber. In this case, with two optical fibers, both an input and a decoupling of the radiation possible, if in each case an electromagnetic radiation in electrical current converting element and a electromagnetic radiation emitting element are present on the device.

Die eine Lichtleitfaser oder zwei Lichtleitfasern ist/sind mit einem in einem für die jeweilige elektromagnetische Strahlung optisch transparenten Substrat ausgebildeten mechanischen Anschlag dreidimensional (in drei Raumrichtungen) fixiert.The one optical fiber or two optical fibers is / are fixed in three dimensions (in three spatial directions) with a mechanical stop formed in a substrate that is optically transparent for the respective electromagnetic radiation.

Dabei ist jeweils eine Lichtleitfaser in einer in einem für die jeweilige elektromagnetische Strahlung optisch transparenten Substrat ausgebildeten geradlinigen nutenförmigen Vertiefung oder einer Bohrung in justierter Form dreidimensional positioniert und so fixiert.In this case, an optical fiber is in each case three-dimensionally positioned in a rectilinear groove-shaped recess or a bore in an adjusted form formed in a substrate that is optically transparent for the respective electromagnetic radiation and is thus fixed.

Der Raum zwischen der Stirnfläche der Lichtleitfaser aus der elektromagnetische Strahlung austritt und einem die elektromagnetische Strahlung in elektrischen Strom wandelnden Element oder der Raum zwischen einem elektromagnetische Strahlung emittierenden Element und der Stirnfläche der Lichtleitfaser in die die emittierte elektromagnetische Strahlung einkoppelbar ist, ist Hohlraumfrei ausgebildet. Dies bedeutet, es erfolgt keine freie Strahlführung und die elektromagnetische Strahlung wird ausschließlich durch Werkstoffe, die für das Substrat, die Lichtleitfaser und ggf. einen einen Anschlag bildenden Werkstoff geführt. Das Fehlen von Hohlräumen ist dann vorteilhaft, wenn das Bauelement später mit einer es gegenüber der Umgebung abschirmenden/schützenden Umhüllung umschlossen werden soll.The space between the end face of the optical fiber exits from the electromagnetic radiation and an electromagnetic radiation into electrical current converting element or the space between an electromagnetic radiation emitting element and the end face of the optical fiber in which the emitted electromagnetic radiation is coupled, is formed cavity-free. This means that there is no free beam guidance and the electromagnetic radiation is guided exclusively by materials that are used for the substrate, the optical fiber and possibly a material forming a stop. The absence of cavities is advantageous if the component is to be enclosed later with a covering which shields it from the environment / protective envelope.

Zwischen der Stirnfläche der Lichtleitfaser aus der elektromagnetische Strahlung austritt und einer Fläche an der die aus der Lichtleitfaser austretende elektromagnetische Strahlung in Richtung auf ein elektromagnetische Strahlung in elektrischen Strom wandelndes Element reflektiert wird oder zwischen einem elektromagnetische Strahlung emittierenden Element und der Stirnfläche der Lichtleitfaser in die die emittierte elektromagnetische Strahlung einkoppelbar ist, kann ein einen Anschlag bildender Werkstoff vorhanden sein. In beiden Fällen ist der Zwischenraum zwischen Lichtleitfaser und dem Substrat mit Anschlag aus einem Werkstoff gebildet oder als stoffschlüssige Verbindung hergestellt, wobei eine Abweichung der optischen Brechzahlen der eingesetzten Werkstoffe, die maximal um ±0.05 voneinander zugelassen ist.Exits the electromagnetic radiation between the end face of the optical fiber and a surface at which the electromagnetic radiation emerging from the optical fiber is reflected towards an electromagnetic radiation into electrical current converting element or between an electromagnetic radiation emitting element and the end face of the optical fiber in the emitted electromagnetic radiation can be coupled, a stop forming material may be present. In both cases, the gap between the optical fiber and the substrate is formed with a stop made of a material or produced as a material connection, with a deviation of the optical refractive indices of the materials used, which is a maximum of ± 0.05 allowed each other.

Die stoffschlüssige Verbindung kann mit einem polymeren ausgehärteten Werkstoff, einem umgescholzenen Glaslot oder durch ein direktes Anschmelzen der Verbindungspartner hergestellt werden geschehen.The cohesive connection can be made with a polymer cured material, a umgescholzenen glass solder or by a direct melting of the connection partners are done.

Dadurch kann erreicht werden, dass eine sehr genaue Justierung von Lichtleitfasern in Bezug zu einem elektromagnetische Strahlung in elektrischen Strom wandelndes Element oder ein elektromagnetische Strahlung emittierenden Element möglich wird, ohne dafür einen hohen Positionierungsaufwand hervor zu rufen. Außerdem kann dabei vorteilhaft erreicht werden, dass die elektromagnetische Strahlung fast vollständig ohne jegliche optische Brechung und Reflexionen ein- bzw. ausgekoppelt werden kann.As a result, it can be achieved that a very precise adjustment of optical fibers with respect to an electromagnetic radiation into electrical current-converting element or an electromagnetic radiation-emitting element is possible, without calling for a high positioning overhead. In addition, it can advantageously be achieved that the electromagnetic radiation can be switched on and off almost completely without any optical refraction and reflections.

Dabei sollte das Substrat aus einem Glas gebildet sein, dessen optische Brechzahl der optischen Brechzahl der Lichtleitfaser entspricht (maximale Abweichung ±0,02) und dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient sollte an den der Bauelemente angepasst sein.In this case, the substrate should be formed of a glass whose optical refractive index corresponds to the optical refractive index of the optical fiber (maximum deviation ± 0.02) and whose thermal expansion coefficient should be adapted to that of the components.

Bei dem Substrat kann es sich um einen Glaswafer handeln, der bereits teilweise prozessiert sein kann. So können an einem Glaswafer bereits elektrische Leiterbahnstrukturen, elektrische Kontakte und auch opto-elektronische Elemente vorhanden sein, bevor eine Herstellung nutenförmiger Vertiefungen oder Bohrungen sowie von Anschlägen und eine Fixierung von Lichtleitfasern erfolgt und ggf. eine reflektierende Beschichtung aufgebracht wird. Auf einem Glaswafer können viele erfindungsgemäße Bauelemente ausgebildet werden, die nach einer Fertigstellung vereinzelt werden können, wie es aus der Halbleiterelementeherstellung an sich bekannt ist. Dadurch können die Herstellungskosten wesentlich reduziert werden.The substrate may be a glass wafer, which may already be partially processed. Thus, electrical conductor track structures, electrical contacts and also opto-electronic elements can already be present on a glass wafer before production of groove-shaped depressions or bores and of stops and fixation of optical fibers takes place and if necessary a reflective coating is applied. On a glass wafer, many components of the invention can be formed, which can be separated after completion, as it is known per se from the semiconductor element production. As a result, the production costs can be significantly reduced.

Bei einem erfindungsgemäßen Bauelement sollte die Fläche, an der die aus der Lichtleitfaser austretende elektromagnetische Strahlung in Richtung auf ein elektromagnetische Strahlung in elektrischen Strom wandelndes Element reflektiert wird, in einem geneigten Winkel zur optischen Achse der Lichtleitfaser ausgerichtet oder als konkav oder konvex gekrümmte Fläche ausgebildet sein. Dadurch kann gesichert werden, dass zwischen der aktiven Oberfläche eines elektromagnetische Strahlung in elektrischen Strom wandelnden Elementes ein ausreichender Abstand eingehalten werden kann, so dass zumindest nahezu die gesamte aktive Fläche des einen oder mehrerer elektromagnetische Strahlung in elektrischen Strom wandelnden Elemente(s) bestrahlt wird. Ist eine solche Fläche in einem Winkel geneigt, ist ein Neigungswinkel von 45° bevorzugt. Bei gekrümmter Oberfläche kann ein Krümmungsradius gewählt werden, der dies berücksichtigt.In a device according to the invention, the surface at which the electromagnetic radiation emerging from the optical fiber is reflected towards an electromagnetic radiation into electrical current converting element should be oriented at an inclined angle to the optical axis of the optical fiber or be formed as a concave or convex curved surface , It can thereby be ensured that a sufficient distance can be maintained between the active surface of an electromagnetic radiation element in electrical current, so that at least almost the entire active surface of the one or more electromagnetic radiation elements (s) is irradiated. If such a surface is inclined at an angle, an inclination angle of 45 ° is preferred. With a curved surface, a radius of curvature can be chosen that takes this into account.

Eine solche Fläche kann als eine äußere Fläche des polymeren ausgehärteten Werkstoffs oder als eine entsprechend am/im Substrat ausgebildete Fläche die durch eine entsprechend geometrisch gestaltete Vertiefung im Substrat ausgebildet worden ist, sein.Such a surface may be as an outer surface of the polymeric cured material or as a correspondingly formed on / in the substrate surface which has been formed by a corresponding geometrically shaped recess in the substrate.

Es besteht die Möglichkeit, an einem Substrat mehrere solcher reflektierender Flächen vorzusehen, so dass die elektromagnetische Strahlung mehrfach reflektiert wird und dadurch der von der elektromagnetischen Strahlung zurück gelegte Weg verlängert wird, wodurch infolge der Divergenz eine Vergrößerung des Strahlquerschnitts auftritt, die ausgenutzt werden kann. Durch günstige Anordnung kann erreicht werden, dass die reflektierenden Flächen ganzflächig metallisiert werden können, wodurch sich der Fertigungsaufwand reduziert. Für den Fall, dass eine Lichtleitfaser an einer Seite des Substrats/Bauelements angeordnet ist, die der Seite gegenüberliegt, an der eine elektrische Leiterbahnstruktur und ggf. ein optoelektronisches Element angeordnet ist, ist der Einsatz von Masken, im Bereich in dem eine elektrische Leiterbahnstruktur bzw. ein optoelektronisches Element angeordnet ist/sind, erforderlich. It is possible to provide a plurality of such reflective surfaces on a substrate, so that the electromagnetic radiation is reflected several times and thereby the distance traveled by the electromagnetic radiation path is extended, whereby due to the divergence, an increase of the beam cross section occurs, which can be exploited. By favorable arrangement can be achieved that the reflective surfaces can be metallized over the entire surface, thereby reducing the manufacturing cost. In the event that an optical fiber is arranged on one side of the substrate / component, which is opposite to the side on which an electrical interconnect structure and possibly an optoelectronic element is arranged, the use of masks, in the region in which an electrical interconnect structure or an opto-electronic element is / are arranged, required.

Vorteilhaft ist es auch, zumindest die reflektierende Fläche, bevorzugt die gesamte Oberfläche zumindest aber im Bereich um nutenförmige Vertiefungen, mit einer die jeweilige elektromagnetische Strahlung reflektierende Beschichtung zu versehen. Dadurch können Strahlungsintensitätsverluste vermieden werden. Eine solche Beschichtung sollte besonders vorteilhaft auf allen Oberflächen ausgebildet sein, aus denen die Möglichkeit eines unerwünschten Strahlungsaustritts besteht. Reflektierende Beschichtungen können aus geeignetem Metall und durch bekannte Dünnschichtbeschichtungsverfahren, wie z. B. CVD- oder PVD-Verfahren ausgebildet werden.It is also advantageous to provide at least the reflective surface, preferably the entire surface but at least in the region around groove-shaped recesses, with a coating which reflects the respective electromagnetic radiation. As a result, radiation intensity losses can be avoided. Such a coating should be particularly advantageously formed on all surfaces from which there is the possibility of unwanted radiation emission. Reflective coatings can be made of suitable metal and by known thin film coating techniques, such as. B. CVD or PVD method can be formed.

Ein oder mehrere elektromagnetische Strahlung in elektrischen Strom wandelnde(s) Element(e) mit einer elektrischen Leiterbahnstruktur kann/können an der Oberfläche des Substrats angeordnet sein, die der Oberfläche an der die nutenförmige Vertiefung ausgebildet ist, gegenüber liegt. Die Bestrahlung seiner aktiven Oberfläche kann dann nach mindestens einer Reflexion der aus einer Lichtleitfaser austretenden elektromagnetischen Strahlung erfolgen.One or more electromagnetic radiation into electrical current converting element (s) having an electrical trace structure may be disposed on the surface of the substrate opposite to the surface on which the groove-shaped depression is formed. The irradiation of its active surface can then take place after at least one reflection of the electromagnetic radiation emerging from an optical fiber.

Ein elektromagnetische Strahlung in elektrischen Strom wandelndes Element kann ein photovoltaisches Element, bevorzugt ein GaAs-Photoelement sein. Mit einem solchen Element kann die optische Strahlung in elektrische Energie umgewandelt werden. Dies kann zur Signal- und/oder Energieübertragung genutzt werden. Eine Datenübertragung kann mittels modulierter elektromagnetischer Strahlung erreicht werden. Für eine reine Energieübertragung ist keine Modulation erforderlich. Die auf optischen Weg übertragene Energie kann für den Betrieb weiterer elektrischer, opto-elektronischer Elemente, elektronischer Elemente, für Sensoren und Aktoren genutzt oder in einem Energiespeicher gespeichert werden. Dies ist insbesondere bei Anwendungen vorteilhaft, bei denen eine rein elektrische Energieübertragung Nachteile hervorruft, wie dies beispielsweise bei Anwendungen im Hochspannungsbereich oder bei Windenergieanlagen, der Fall ist.An electromagnetic radiation to electrical current converting element may be a photovoltaic element, preferably a GaAs photoelement. With such an element, the optical radiation can be converted into electrical energy. This can be used for signal and / or energy transmission. Data transmission can be achieved by means of modulated electromagnetic radiation. For pure energy transfer no modulation is required. The transmitted energy on the optical path can be used for the operation of other electrical, opto-electronic elements, electronic elements, sensors and actuators or stored in an energy storage. This is particularly advantageous in applications in which a purely electrical energy transmission causes disadvantages, as is the case, for example, in applications in the high voltage range or in wind turbines.

Ein elektromagnetische Strahlung emittierendes Element kann vorteilhaft eine Laserdiode, bevorzugt ein Halbleiterlaser (VCSEL) sein.An element emitting electromagnetic radiation may advantageously be a laser diode, preferably a semiconductor laser (VCSEL).

Eine nutenförmige Vertiefung, in der eine Lichtleitfaser eingelegt ist und/oder eine Vertiefung an der eine reflektierende Fläche ausgebildet ist, kann als V-Nut ausgebildet sein.A groove-shaped recess, in which an optical fiber is inserted and / or a recess on which a reflective surface is formed, may be formed as a V-groove.

Ein polymerer ausgehärteter Werkstoff, mit dem ein Anschlag für eine Lichtleitfaser gebildet werden kann, kann ein Epoxidharz oder Hybridpolymer sein, das mit einem Sol-Gel-Verfahren bearbeite werden kann. Dabei ist es vorteilhaft mit SiO2 gefülltes Harz oder Polymer einzusetzen, da dadurch eine weitere Verbesserung der Anpassung an die jeweilige optische Brechzahl erreicht werden kann.A polymeric cured material with which a stop for an optical fiber can be formed may be an epoxy or hybrid polymer that can be processed by a sol-gel process. It is advantageous to use SiO 2 filled resin or polymer, as this can be achieved by further improving the adaptation to the respective optical refractive index.

Im Gegensatz zum Stand der Technik kann das Bauelement auf einem weiteren Substrat mit einer das Bauelement vollständig umschließenden und hermetisch gegenüber der Umgebung abdichtenden Vergussmasse umgeben sein. Dadurch kann auf ein hermetisch abschließendes Gehäuse verzichtet werden.In contrast to the prior art, the component can be surrounded on a further substrate with a component which completely surrounds the component and hermetically seals against the environment. This eliminates the need for a hermetically sealed housing.

Bei der Herstellung erfindungsgemäßer Bauelemente kann so vorgegangen werden, dass in eine Oberfläche des optisch transparenten Substrats eine zur dreidimensionalen Faserfixierung in drei Raumrichtungen geeignete Vertiefung oder eine Bohrung durch Pulverstrahlschneiden, Ätzen, Heißprägen, Laserstrukturierung, Ultraschallbohren und/oder bevorzugt durch Sägen ausgebildet wird. Als Ätzverfahren kommen sowohl Nass-, wie auch Trockenätzverfahren infrage.In the production of components according to the invention, it is possible to proceed in such a way that a depression or bore suitable for three-dimensional fiber fixing in three spatial directions is formed by powder jet cutting, etching, hot stamping, laser structuring, ultrasonic drilling and / or preferably by sawing. Both wet and dry etching processes are suitable as etching processes.

Es soll ein Substrat eingesetzt werden, an dem Positioniermarkierungen vorhanden sind. Diese sollten einen Bezug zur Position einer elektrischen Leiterbahnstruktur und/oder eines elektromagnetische Strahlung in elektrischen Strom wandelnden Elements oder eines elektromagnetische Strahlung emittierenden Elements haben. Mit Hilfe dieser Positioniermarkierungen kann eine sehr genaue Bearbeitung mit entsprechender Ausrichtung von Lichtleitfasern erreicht werden. Es besteht dabei die Möglichkeit einzelne Punkte oder Bereiche einer bereits vor einer weiteren Prozessierung auf einem Substrat ausgebildeten elektrischen Leiterbahnstruktur als Positioniermarkierung zu nutzen.It should be used a substrate on which positioning marks are present. These should have a relation to the position of an electrical conductor structure and / or an electromagnetic radiation in electric current converting element or an electromagnetic radiation emitting element. With the help of these positioning marks a very accurate processing can be achieved with appropriate alignment of optical fibers. There is the possibility of using individual points or regions of an electrical strip conductor structure, which has already been formed on a substrate before further processing, as a positioning marking.

Bei der Ausbildung sollte eine Vertiefung oder eine Bohrung zumindest im Bereich des Stirnendes der Lichtleitfaser aus dem elektromagnetische Strahlung aus- bzw. in die Lichtleitfaser eingekoppelt wird, wenn diese in die Vertiefung eingeführt ist, geradlinig ausgebildet sein.When forming a depression or bore should at least in the region of the front end of the optical fiber from the electromagnetic Radiation off or is coupled into the optical fiber, if this is introduced into the recess, be rectilinear.

Anschließend kann ein Teilbereich dieser Vertiefung mit einem noch nicht ausgehärteten polymeren Werkstoff befüllt werden. Nach der Aushärtung dieses Werkstoffs wird eine Anschlagfläche für die Stirnfläche der Lichtleitfaser, aus der elektromagnetische Strahlung aus- oder elektromagnetische Strahlung eingekoppelt werden soll, bevorzugt mit einem photolithografischen Verfahren ausgebildet. An der Anschlagfläche liegt die Lichtleitfaser vollflächig nach ihrer Montage an, so dass keine Freistrahlführung auftritt. Die eingelegte Lichtleitfaser sollte danach zusätzlich fixiert werden, was beispielsweise mit einem Kleber möglich ist.Subsequently, a portion of this depression can be filled with a not yet cured polymeric material. After curing of this material, a stop surface for the end face of the optical fiber, from the electromagnetic radiation or electromagnetic radiation is to be coupled, preferably formed with a photolithographic process. At the stop surface, the optical fiber is fully flat after their installation, so that no free-jet occurs. The inserted optical fiber should then be additionally fixed, which is possible for example with an adhesive.

Dann wird eine in einem Winkel in Bezug zur optischen Achse geneigte oder konkav oder konvex gekrümmte Fläche durch Werkstoffabtrag des Substrats oder des polymeren dann ausgehärteten Werkstoffs ausgebildet. Dies ist insbesondere der Fall, wenn die aus der Lichtleitfaser ausgekoppelte elektromagnetische Strahlung auf mindestens ein elektromagnetische Strahlung in elektrischen Strom wandelndes Element gerichtet werden soll.Then, a surface inclined at an angle with respect to the optical axis or concavely or convexly curved is formed by material removal of the substrate or the polymeric then cured material. This is the case, in particular, when the electromagnetic radiation coupled out of the optical fiber is to be directed to at least one element that converts electromagnetic radiation into electrical current.

Anschließend daran wird die Lichtleitfaser in die nutenförmige Vertiefung eingelegt oder in eine Bohrung eingeführt und dabei ohne zusätzlichen Aufwand selbsttätig justiert und positioniert. Zumindest vor dem Einlegen oder Einführen kann am Substrat zumindest eine elektrische Leiterbahnstruktur und/oder ein opto-elektronisches Element und/oder Positionsmarkierungen angebracht oder bereits vorhanden sein.Subsequently, the optical fiber is inserted into the groove-shaped recess or inserted into a bore and automatically adjusted and positioned without additional effort. At least prior to insertion or insertion, at least one electrical conductor track structure and / or an opto-electronic element and / or position markings may be attached or already present on the substrate.

Nach dem Einlegen in die Anschlagsführung wird die Lichtleitfaser fixiert, was vorteilhaft durch Kleben, Schweißen oder Löten erreicht werden kann.After insertion into the stop guide, the optical fiber is fixed, which can be advantageously achieved by gluing, welding or soldering.

Dabei kann ein elektromagnetische Strahlung in elektrische Energie wandelndes Element und/oder ein elektromagnetische Strahlung emittierendes Element (als Beispiele für optoelektronische Elemente) bereits mit dem Substrat verbunden worden sein, bevor diese Verfahrensschritte durchgeführt werden. An einem Substrat können auch mehrere nutenförmige Vertiefungen für Lichtleitfasern ausgebildet werden. Dadurch besteht beispielsweise die Möglichkeit, dass an einem Bauelement ein elektromagnetische Strahlung in elektrische Energie wandelndes Element und ein elektromagnetische Strahlung emittierendes Element vorhanden sind. Dadurch kann eine Daten- bzw. Signalübertragung zum und vom entsprechend ausgebildeten Bauelement erfolgen. Zusätzlich besteht die Möglichkeit einer Energieübertragung zum Bauelement auf optischem Weg.In this case, an electromagnetic radiation element converting into electrical energy and / or an element emitting electromagnetic radiation (as examples of optoelectronic elements) may have already been connected to the substrate before these method steps are carried out. On a substrate, a plurality of groove-shaped recesses for optical fibers can be formed. As a result, for example, there is the possibility that electromagnetic radiation in electrical energy-converting element and an electromagnetic radiation emitting element are present on a component. As a result, a data or signal transmission to and from the correspondingly formed component take place. In addition, there is the possibility of energy transmission to the device by optical means.

Wie bereits angesprochen, können Oberflächenbereiche des Bauelements, was insbesondere auf Flächen zutrifft an denen die elektromagnetische Strahlung reflektiert werden soll, mit einer reflektierenden Beschichtung versehen werden. Hierfür können geeignete Metalle, wie z. B. Gold, Silber oder Aluminium eingesetzt werden. Für eine große Lebensdauer bieten sich Edelmetalle an.As already mentioned, surface regions of the component, which applies in particular to surfaces on which the electromagnetic radiation is to be reflected, can be provided with a reflective coating. For this purpose, suitable metals, such as. As gold, silver or aluminum. Precious metals are ideal for a long service life.

Wie bereits zum Ausdruck gebracht, können nutenförmige Vertiefungen mit unterschiedlichen Herstellungsverfahren, mit denen ein Werkstoffabtrag möglich ist, genutzt werden. Die jeweilige Auswahl kann unter Berücksichtigung der gewünschten Präzision und den Herstellungskosten erfolgen.As already stated, groove-shaped recesses can be used with different production methods, with which material removal is possible. The respective selection can take place taking into account the desired precision and the manufacturing costs.

Besonders vorteilhaft ist es aber, die nutenförmige(n) Vertiefung(en) durch sägen auszubilden. Hierfür können herkömmliche Wafersägeblätter eingesetzt werden, deren Geometrie der Schneidflächen an die gewünschte geometrische Form der jeweiligen Vertiefung angepasst ist. Dabei kann der Werkstoffabtrag des Substratwerkstoffs in mehreren Stufen, durch wiederholtes sägen mit gleichem oder verändertem Vorschub in den einzelnen Stufen erreicht werden.But it is particularly advantageous to form the groove-shaped recess (s) by sawing. For this purpose, conventional wafer saw blades can be used, the geometry of the cutting surfaces is adapted to the desired geometric shape of the respective recess. The material removal of the substrate material can be achieved in several stages, by repeated sawing with the same or modified feed in the individual stages.

Das Sägen kann in dieser Form auch für die Ausbildung von Flächen, an denen elektromagnetische Strahlung reflektiert werden soll, eingesetzt werden. Auch in diesem Fall kann ein Wafersägeblatt mit entsprechender Schneidkonturfläche eingesetzt werden, um den gewünschten Neigungswinkel der jeweiligen reflektierenden Fläche oder die gewünschte konkave oder konvexe Krümmung auszubilden. Nach dem Sägen kein Polieren erforderlich.Sawing can also be used in this form for the formation of surfaces on which electromagnetic radiation is to be reflected. Also in this case, a wafer saw blade with a corresponding cutting contour surface can be used to form the desired angle of inclination of the respective reflecting surface or the desired concave or convex curvature. No need for polishing after sawing.

Mit diesem Herstellungsverfahren lassen sich die gewünschte Präzision und eine erhöhte Produktivität im Vergleich zu den anderen genannten und auch geeigneten Herstellungsverfahren erreichen.With this manufacturing method, the desired precision and increased productivity can be achieved compared to the other mentioned and also suitable production methods.

Bei einem erfindungsgemäßen Bauelement können mehrere elektromagnetische Strahlung in elektrische Energie wandelnde Elemente direkt nebeneinander angeordnet und gemeinsam mit der elektromagnetischen Strahlung, die aus einer Lichtleitfaser ausgekoppelt worden ist, bestrahlt werden. Dabei kann beispielsweise ein solches elektromagnetische Strahlung in elektrische Energie wandelndes Element für die Datenübertragung und ein weiteres elektromagnetische Strahlung in elektrische Energie wandelndes Element für die reine Energieübertragung genutzt werden.In a device according to the invention a plurality of electromagnetic radiation in electrical energy converting elements can be arranged directly adjacent to each other and irradiated together with the electromagnetic radiation which has been decoupled from an optical fiber. In this case, for example, such an electromagnetic radiation into electrical energy-converting element for the data transmission and a further electromagnetic radiation into electrical energy-converting element for the pure energy transfer can be used.

Es besteht auch die Möglichkeit, auf einem Glas-Wafer unterschiedlich konfigurierte Bauelemente herzustellen, bei denen unterschiedliche opto-elektronische Elemente auf nachträglich vom jeweiligen Wafer zu vereinzelnden Bauelementen angeordnet sind. So können unterschiedliche elektromagnetische Strahlung emittierende Elemente oder unterschiedliche elektromagnetische Strahlung in Elektroenergie wandelnde Elemente oder diese Arten von Elementen gemeinsam auf einem Bauteil angeordnet sein.It is also possible to produce on a glass wafer differently configured components, in which different opto-electronic elements to be subsequently separated from the respective wafer components are arranged. Thus, different electromagnetic radiation emitting elements or different electromagnetic radiation in electrical energy converting elements or these types of elements may be arranged together on a component.

Ein erfindungsgemäßes Bauelement kann einen planaren Aufbau aufweisen, was montagefreundlich und bauraumsparend (Miniaturisierung) ist. Die Justage der miteinander zu verbindenden Elemente (Lichtleitfaser, Substrat und opto-elektronische Elemente) kann passiv erfolgen. Es sind eine hohe Zuverlässigkeit und Lebensdauer erreichbar.An inventive component may have a planar structure, which is easy to install and space-saving (miniaturization). The adjustment of the elements to be interconnected (optical fiber, substrate and opto-electronic elements) can be done passively. It is a high reliability and durability reachable.

Der Substratwerkstoff kann gleichzeitig zur optischen Strahlführung der elektromagnetischen Strahlung und als Substrat für die opto-elektronischen Elemente sowie die elektrisch leitenden Verbindungen und die Kontaktierung genutzt werden. Für eine Strahlumlenkung sind keine zusätzlich zu montierenden Elemente, wie z. B. Reflektoren erforderlich. Es ist eine gute Skalierbarkeit bei der Herstellung möglich. Optische Steckverbinder, die die Zuverlässigkeit nachteilig beeinflussen würden, sind verzichtbar. Es ist keine nachteilige Freistrahlführung der elektromagnetischen Strahlung gegeben.The substrate material can be used simultaneously for the optical beam guidance of the electromagnetic radiation and as a substrate for the optoelectronic elements as well as the electrically conductive connections and the contacting. For a beam deflection are no additional elements to be mounted, such. B. reflectors required. There is a good scalability in the production possible. Optical connectors that would adversely affect reliability are dispensable. There is no disadvantageous free guidance of the electromagnetic radiation.

Mit der Erfindung können Bauelemente, die optische und elektrische Funktionen gleichzeitig durchgeführt werden können, als ein einziges Bauelement zur Verfügung gestellt werden. Dabei können an einem Bauelement mehrere optoelektronische Elemente (z. B. elektromagnetische Strahlung in elektrische Energie wandelnde Elemente, elektromagnetische Strahlung emittierende Elemente) an einem Bauelement ggf. mit mehreren Lichtleitfasern vorhanden sein. Erfindungsgemäße Bauelemente können aber auch aneinander gereiht angeordnet werden.With the invention, components that can perform optical and electrical functions simultaneously are provided as a single device. In this case, a plurality of optoelectronic elements (eg, electromagnetic radiation in electrical energy-converting elements, electromagnetic radiation emitting elements) may be present on a component optionally with a plurality of optical fibers on one component. However, components according to the invention can also be arranged in a row.

Besonders vorteilhaft ist es, dass eine Freistrahlführung durch Hohlräume oder Kavitäten vermieden und/oder eine nachträgliche Manipulation der in Bezug zu einem optoelektronischen Element ausgerichteten Lichtleitfaser vermieden werden kann. Außerdem ist eine „Selbstjustage” von Lichtleifasern in Bezug zu einem optoelektronischen Element erreichbar. Optoelektronische Elemente müssen in Bezug zu einer elektrischen Leiterbahnstruktur positioniert werden, wobei dafür an sich bekannte Anlagentechnik und Verfahren eingesetzt werden können. Es kann beispielsweise ein bereits an seiner Oberfläche vorprozessierter Wafer als Substrat eingesetzt werden, der zusätzlich noch durch die Ausbildung nutenförmiger Vertiefungen oder Bohrungen für Lichtleitfasern, deren Positionierung und Fixierung bearbeitet werden muss. Es kann auch zusätzlich noch erforderlich sein, eine Bearbeitung zur Ausbildung reflektierender Flächen sowie ggf. deren Beschichtung durchzuführen. Abweichungen bei der Ausrichtung können bei maximal 0,5 μm gehalten werden.It is particularly advantageous that a free-jet guidance through cavities or cavities can be avoided and / or a subsequent manipulation of the optical fiber oriented in relation to an optoelectronic element can be avoided. In addition, a "self-adjustment" of optical fibers with respect to an optoelectronic element can be achieved. Optoelectronic elements must be positioned in relation to an electrical interconnect structure, whereby known plant technology and methods can be used for this purpose. For example, a wafer which has already been pre-processed on its surface can be used as the substrate, which additionally has to be processed by forming groove-shaped depressions or holes for optical fibers, their positioning and fixing. In addition, it may also be necessary to carry out a processing for the formation of reflective surfaces and possibly their coating. Deviations in the alignment can be kept at a maximum of 0.5 microns.

Dabei ist eine passive Montage möglich, bei der auf aufwändige Justierung verzichtet werden kann. Lichtleitfasern können so in Bezug zu einem Anschlag, einem optoelektronischen Element mit der daran angeschlossenen elektrischen Leiterbahnstruktur positioniert werden. Verluste, also nicht nutzbare Anteile an elektromagnetischer Strahlung können minimiert werden.In this case, a passive assembly is possible in which can be dispensed with elaborate adjustment. Optical fibers can thus be positioned in relation to a stop, an optoelectronic element with the electrical interconnect structure connected thereto. Losses, ie unusable proportions of electromagnetic radiation can be minimized.

Wie bereits angesprochen können elektrische Leiterbahnen, elektrische Kontakte und optoelektronische Elemente an einer oder zwei gegenüberliegenden Seiten eines Bauelements angeordnet sein, so dass bei einem quader- oder würfelförmigen Bauelement noch vier Oberflächen zur Verfügung stehen, an denen weitere Bauelemente in einer Reihenanordnung angeordnet werden können.As already mentioned, electrical interconnects, electrical contacts and optoelectronic elements can be arranged on one or two opposite sides of a component, so that in the case of a cuboid or cube-shaped component four more surfaces are available at which further components can be arranged in a series arrangement.

Die Kontaktierung erfindungsgemäßer Bauelemente kann vorteilhaft durch Kleben, Reibschweißen oder Thermokompression erreicht werden, ein Bonden ist nicht erforderlich, könnte ggf. aber auch genutzt werden. Es können dabei Lötbälle, Schleifen (Leadframes) oder ein Verbindungssystem für integrierte Schaltungen (LGA) eingesetzt werden.The contacting of components according to the invention can be advantageously achieved by gluing, friction welding or thermocompression, a bonding is not required, but could possibly also be used. It can solder balls, loops (leadframes) or an interconnection system for integrated circuits (LGA) can be used.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Beispielen weiter erläutert werden. Die in den unterschiedlichen Beispielen genutzten und beschriebenen Merkmale können unabhängig vom jeweiligen Beispiel miteinander kombiniert werden und sind nicht auf das jeweilige Beispiel beschränkt.The invention will be further explained by way of examples. The features used and described in the various examples can be combined independently of each other and are not limited to the respective example.

Dabei zeigen:Showing:

1 ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Bauelementes mit einem elektromagnetische Strahlung in elektrische Energie wandelnden Element in zwei Ansichten; 1 an example of a device according to the invention with an electromagnetic radiation into electrical energy converting element in two views;

2 ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Bauelements mit einem elektromagnetische Strahlung in Elektroenergie wandelnden Element, bei dem Strahlung nach einfacher Reflexion auf dieses Element auftrifft, in zwei Ansichten.; 2 an example of a device according to the invention with an electromagnetic radiation in electric energy converting element, in which the radiation after simple reflection on this element impinges, in two views;

3 ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Bauelements mit einem elektromagnetische Strahlung in Elektroenergie wandelnden Element, bei dem Strahlung nach dreifacher Reflexion auf dieses Element auftrifft; 3 an example of a device according to the invention with an electromagnetic radiation in electric energy converting element, wherein the radiation after three reflection on this element impinges;

4 ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Bauelements mit einem elektromagnetische Strahlung in Elektroenergie wandelnden Element, bei dem Strahlung nach zweifacher Reflexion auf dieses Element auftrifft; 4 an example of a device according to the invention with an electromagnetic radiation in electrical energy converting element, wherein the radiation after double reflection on this element impinges;

5 ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Bauelements mit einem elektromagnetische Strahlung in Elektroenergie wandelnden Element, bei dem Strahlung mittels einer konvex gekrümmten Fläche auf dieses Element reflektiert wird; 5 an example of a device according to the invention with an electromagnetic radiation in electric energy converting element, in which radiation is reflected by means of a convex curved surface on this element;

6 ein weiteres Beispiel eines erfindungsgemäßen Bauelements mit einem elektromagnetische Strahlung in Elektroenergie wandelnden Element, bei dem Strahlung mittels einer konvex gekrümmten Fläche auf dieses Element reflektiert wird; 6 a further example of a device according to the invention with an electromagnetic radiation in electric energy converting element, wherein the radiation is reflected by means of a convex curved surface on this element;

7 ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Bauelements mit einem elektromagnetische Strahlung in Elektroenergie wandelnden Element, bei dem Strahlung mittels einer konkav gekrümmten Fläche und zweifacher Reflexion auf dieses Element reflektiert wird; 7 an example of a device according to the invention with an electromagnetic radiation in electric energy converting element, in which radiation is reflected by means of a concave curved surface and double reflection on this element;

8 ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Bauelements mit einem elektromagnetische Strahlung in Elektroenergie wandelnden Element, bei dem dieses Element an der gleichen Oberfläche des Substrats, wie die Lichtleitfaser angeordnet ist; 8th an example of a device according to the invention with an electromagnetic radiation into electrical energy converting element, in which this element is arranged on the same surface of the substrate as the optical fiber;

9 ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Bauelements mit einem elektromagnetische Strahlung in Elektroenergie wandelnden Element aus mehreren Subtraten; 9 an example of a device according to the invention with an electromagnetic radiation in electrical energy converting element of several Subtraten;

10 ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Bauelements, bei dem elektromagnetische Strahlung aus einem elektromagnetische Strahlung emittierenden Element in eine Lichtleitfaser nach einer Reflexion an einer konkav gekrümmten Fläche einkoppelbar ist; 10 an example of a device according to the invention, in which electromagnetic radiation from an electromagnetic radiation emitting element can be coupled into an optical fiber after reflection on a concavely curved surface;

11 ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Bauelements, bei dem elektromagnetische Strahlung aus einem elektromagnetische Strahlung emittierenden Element direkt in eine Lichtleitfaser einkoppelbar ist; 11 an example of a device according to the invention, in which the electromagnetic radiation from an electromagnetic radiation emitting element can be coupled directly into an optical fiber;

12 ein weiteres Beispiel eines erfindungsgemäßen Bauelements, bei dem elektromagnetische Strahlung aus einem elektromagnetische Strahlung emittierenden Element direkt in eine Lichtleitfaser einkoppelbar ist einkoppelbar ist und 12 a further example of a device according to the invention, in which the electromagnetic radiation from an electromagnetic radiation emitting element can be coupled directly into an optical fiber can be coupled and

13 ein weiteres Beispiel eines erfindungsgemäßen Bauelements, bei dem elektromagnetische Strahlung aus einem elektromagnetische Strahlung emittierenden Element in eine Lichtleitfaser nach einer Reflexion an einer geneigten Fläche einkoppelbar ist und ein Lichtwellenleiter 13 in eine Bohrung, die im Substrat ausgebildet ist, eingeführt ist. ist oder dieser Wellenleiter durch Femtosekundenlaser erzeugt wird. Das Bauelement wird durch eine Einhausung 10 hermetisch geschützt. 13 a further example of a device according to the invention, in which electromagnetic radiation from an electromagnetic radiation emitting element can be coupled into an optical fiber after reflection on an inclined surface and an optical waveguide 13 in a bore formed in the substrate is introduced. or this waveguide is generated by femtosecond lasers. The component is enclosed by an enclosure 10 hermetically protected.

Für alle nachfolgend noch zu beschreibenden Beispiele wurde als Substratwerkstoff ein Borsilikatglas (81% SiO2, 13% B2O3, 4% Na2O, 2% Al2O3) eingesetzt, das eine optische Brechzahl von 1,47 bei einer Wellenlänge von 830 nm aufweist. Es wurde eine Lichtleitfaser 1 als Multi-mode-Faser GI 62,5/125 μm bzw. Multimode-Faser SI 50/125 μm mit einer optischen Brechzahl von 1,49 bei der gleichen Wellenlänge genutzt. Für einen polymeren aushärtbaren Werkstoff 6 wird Vitralit UC1609 eingesetzt, der eine optische Brechzahl von 1,49 bei der Wellenlänge von 830 nm hat.For all examples to be described below, the substrate material used was a borosilicate glass (81% SiO 2 , 13% B 2 O 3 , 4% Na 2 O, 2% Al 2 O 3 ), which had an optical refractive index of 1.47 at a Wavelength of 830 nm. It became an optical fiber 1 used as multi-mode fiber GI 62.5 / 125 μm or multimode fiber SI 50/125 μm with an optical refractive index of 1.49 at the same wavelength. For a polymer curable material 6 is used Vitralit UC1609, which has an optical refractive index of 1.49 at the wavelength of 830 nm.

Zur Fixierung der Lichtleitfaser 1 nach deren Justage, die einfach durch Einlegen in eine nutenförmige Vertiefung oder Einführen in eine Bohrung an den mit einem polymeren aushärtbaren Werkstoff 6 gebildeten Anschlag erfolgen kann, kann die Lichtleitfaser 1 durch einen Klebstoff in der nutenförmigen Vertiefung oder Bohrung fixiert werden.For fixing the optical fiber 1 after their adjustment, simply by insertion into a groove-shaped recess or insertion into a bore on the polymer with a curable material 6 formed stop can be made, the optical fiber 1 be fixed by an adhesive in the groove-shaped recess or bore.

Die 1 zeigt ein Beispiel bei dem in einem Glassubstrat 2 eine Bohrung ausgebildet ist, die fluchtend zur optischen Achse der aus der Lichtleitfaser 1 austretenden elektromagnetischen Strahlung ausgerichtet ist. Die divergent aus einer Stirnfläche der Lichtleitfaser 1 austretende Strahlung ist auf die optisch aktive Fläche des elektromagnetische Strahlung in elektrische Energie wandelnden Elements 5 gerichtet. Der Abstand zwischen der Stirnfläche der Lichtleitfaser 1 zur optisch aktiven Fläche des Elements 5 berücksichtigt die Divergenz der Strahlung, so dass eine zumindest vollständige Bestrahlung der optisch aktiven Fläche des Elements 5 erreichbar ist.The 1 shows an example of that in a glass substrate 2 a bore is formed which is aligned with the optical axis of the optical fiber 1 aligned emitting electromagnetic radiation. The divergent from an end face of the optical fiber 1 Exiting radiation is on the optically active surface of the electromagnetic radiation into electrical energy converting element 5 directed. The distance between the end face of the optical fiber 1 to the optically active surface of the element 5 takes into account the divergence of the radiation, so that at least complete irradiation of the optically active surface of the element 5 is reachable.

In der unten gezeigten Draufsicht dieses Beispiels wird die Anordnung der Elemente in Bezug zueinander deutlich. Das Element 5 kann über die elektrische Leiterbahnstruktur 8 und elektrische Kontakte 9 nach außen elektrisch kontaktiert sein. Die Lichtleitfaser 1 ist so positioniert, dass die optische Achse der aus der Lichtleitfaser austretenden elektrischen Strahlung im Flächenschwerpunkt der optisch aktiven Fläche des Elements 5 liegt.In the plan view of this example shown below, the arrangement of the elements in relation to one another becomes clear. The element 5 can via the electrical track structure 8th and electrical contacts 9 be electrically contacted to the outside. The optical fiber 1 is positioned so that the optical axis of the electrical radiation emerging from the optical fiber in the centroid of the optically active surface of the element 5 lies.

Bei dem in 2 in zwei Ansichten gezeigten Beispiel wurde in das Substrat 2 mit einer Wafersäge eine nutenförmige Vertiefung an einer Oberfläche ausgebildet, die eine Tiefe von 200 μm aufwies und bis zu einer senkrecht dazu ausgebildeten weiteren nutenförmigen Vertiefung 7 geführt ist. Diese Vertiefung hat einen keilförmigen Querschnitt, so dass sich eine Fläche 3 ergibt, die in einem Winkel von 45° in Bezug zur optischen Achse der Lichtleitfaser 1 geneigt ist.At the in 2 Example shown in two views was in the substrate 2 formed with a wafer saw a groove-shaped depression on a surface having a depth of 200 microns and up to a further groove-shaped recess formed perpendicular thereto 7 is guided. This depression has a wedge-shaped cross section, so that a surface 3 resulting at an angle of 45 ° with respect to the optical axis of the optical fiber 1 is inclined.

Vor dem Einlegen, Justieren und Positionieren der Lichtleitfaser 1 wird die nutenförmige Vertiefung in einem Bereich, der sich an die weitere nutenförmige Vertiefung 7 anschließt, ein polymerer aushärtbarer Werkstoff 6 eingefüllt und durch photolithografische Bearbeitung wurde damit ein Anschlag für die Stirnfläche der Lichtleitfaser 1, aus der die elektromagnetische Strahlung austritt, geschaffen. Diese Stirnfläche steht nach dem Einlegen mit dem polymeren aushärtbaren Werkstoff 6 nach dessen Aushärtung in unmittelbaren Kontakt, so dass die aus der Lichtleitfaser 1 austretende Strahlung unmittelbar in diesen Werkstoff 6 eintritt und darin geführt wird, bis die Strahlung auf die Fläche 3 auftrifft und von dort um 90° in Richtung auf das an der Unterseite des Substrats 2 angeordnete elektromagnetische Strahlung in Elektroenergie wandelnde Element 5 reflektiert wird. Die Abstände zwischen der Stirnfläche der Lichtleitfaser 1 und der aktiven Oberfläche des Elements 5 sind unter Berücksichtigung der Divergenz der Strahlung so gewählt, dass die gesamte aktiv nutzbare Fläche des Elements 5 bestrahlt wird.Before inserting, adjusting and positioning the optical fiber 1 the groove-shaped recess is in a region which is adjacent to the further groove-shaped recess 7 connects, a polymeric hardenable material 6 filled and photolithographic processing was thus a stop for the end face of the optical fiber 1 from which the electromagnetic radiation exits created. This face is after insertion with the polymeric curable material 6 after curing in direct contact, leaving the optical fiber 1 emerging radiation directly into this material 6 enters and is guided until the radiation reaches the surface 3 impinges and from there by 90 ° towards the at the bottom of the substrate 2 arranged electromagnetic radiation into electric energy converting element 5 is reflected. The distances between the end face of the optical fiber 1 and the active surface of the element 5 Taking into account the divergence of the radiation are chosen so that the total active usable area of the element 5 is irradiated.

Bei diesem Beispiel ist die reflektierende Fläche 3 mit dem Substratwerkstoff gebildet. Es kann aber bei der Herstellung auch so vorgegangen werden, dass die weitere nutenförmige Vertiefung 7 erst nach der photolithografischen Bearbeitung des polymeren aushärtbaren Werkstoffs 6 ausgebildet wird, und diese Fläche 3 an diesem dann ausgehärteten Werkstoff 6 vorhanden ist.In this example, the reflective surface is 3 formed with the substrate material. But it can also be done in the preparation so that the further groove-shaped depression 7 only after the photolithographic processing of the polymer curable material 6 is formed, and this area 3 on this then hardened material 6 is available.

Zumindest die reflektierende Fläche 3 ist an der Oberfläche mit einer reflektierenden Edelmetallbeschichtung versehen. Günstig ist es aber, wenn die gesamte Oberfläche so beschichtet ist. Es können die Oberflächenbereiche an der Unterseite des Substrats 2, an der das Element 5 und elektrische Leiterbahnen 8 sowie elektrische Kontakte 9 angeordnet bzw. ausgebildet sind, so nicht beschichtet bleiben. In der Ansicht von unten kann die Ausrichtung und die Anordnung der Lichtleitfaser 1 in Bezug zum Element 5 und der nutenförmigen Vertiefung 7 an der die reflektierende Fläche 3 ausgebildet ist, erkannt werden.At least the reflective surface 3 is provided on the surface with a reflective precious metal coating. It is favorable, however, if the entire surface is coated in this way. It can control the surface areas at the bottom of the substrate 2 at which the element 5 and electrical conductors 8th as well as electrical contacts 9 are arranged or formed, so do not remain coated. In the bottom view, the orientation and arrangement of the optical fiber 1 in relation to the element 5 and the groove-shaped recess 7 at the the reflecting surface 3 is designed to be recognized.

Bei den 1 und 2 sind in der Ansicht von oben oder unten die elektrische Leiterbahnstruktur 8 sowie ein quadratischer Bereich erkennbar, an dessen jeweils vier Ecken Winkel vorhanden sind. Diese Winkel können die Funktion von Positioniermarkierungen erfüllen, da sie an bekannten Positionen in Bezug zu nachfolgend zu einem montierenden und zu befestigenden elektromagnetische Strahlung in elektrische Energie wandelnden Element 5 oder einem elektromagnetische Strahlung emittierenden Element 4 positioniert sind. Sie können dann für die Ausbildung einer nutenförmigen Vertiefung, einer Bohrung zur Aufnahme einer Lichtleitfaser 1 und dem Anschlag 6 als Positionierhilfe genutzt werden.Both 1 and 2 are in the view from above or below the electrical trace structure 8th and a square area recognizable, at each of which four corners angles are present. These angles can fulfill the function of positioning marks, since they are at known positions in relation to subsequently to a mounting and to be fastened electromagnetic radiation into electrical energy converting element 5 or an electromagnetic radiation emitting element 4 are positioned. You can then for the formation of a groove-shaped recess, a bore for receiving an optical fiber 1 and the stop 6 be used as a positioning aid.

Bei dem in 3 gezeigten Beispiel wird bei der Herstellung im Wesentlichen gleich vorgegangen, wie beim Beispiel nach 1. Dies betrifft die eingesetzten Werkstoffe und Elemente sowie die Art der Herstellung, so dass auf Wiederholungen teilweise verzichtet werden kann, was auch auf weitere nachfolgend noch zu beschreibende Beispiele sinngemäß ebenfalls zutrifft.At the in 3 In the example shown, essentially the same procedure is followed during production, as in the example according to FIG 1 , This applies to the materials and elements used as well as the type of production, so that it is sometimes possible to do without repetitions, which also applies mutatis mutandis to other examples to be described below.

Auch bei diesem Beispiel wird die nutenförmige Vertiefung, in die die Lichtleitfaser 1 später eingeführt wird, analog hergestellt und analog mit dem polymeren aushärtbaren Werkstoff 6 bereichsweise befüllt und photolithografisch strukturiert.Also in this example, the groove-shaped recess into which the optical fiber 1 is introduced later, prepared analogously and analogously with the polymeric curable material 6 partially filled and photolithographically structured.

Mit der weiteren Vertiefung 7 wird eine erste reflektierende Fläche 3 für die aus der Lichtleitfaser 1 austretende Strahlung geschaffen, an der die Strahlung um 90° reflektiert wird. Von dieser reflektierenden Fläche 3 wird die Strahlung auf eine zweite reflektierende Fläche 3.1 reflektiert, die an einer weiteren nutenförmigen Vertiefung 7.1 an der Unterseite des Substrats 2 ausgebildet ist, und von dort ebenfalls um 90° zu einer dritten reflektierenden Fläche 3.2, die an der dritten nutenförmigen Vertiefung 7.2 ausgebildet ist, reflektiert. Von dieser reflektierenden Fläche 3.2 wird die Strahlung wiederum um 90° auf die aktive Fläche des Elements 5 reflektiert. Durch die mehrfache Reflexion der Strahlung wird der zurück gelegte Weg verlängert, so dass eine größere Fläche eines Elements 5 bestrahlt werden kann, obwohl sich die Gesamtbaugröße des Bauelements nicht vergrößert hat. Alle drei nutenförmigen Vertiefungen 7, 7.1 und 7.2 sind senkrecht zur optischen Achse der Lichtleitfaser 1 und zur nutenförmigen Vertiefung, in der diese eingelegt ist, ausgerichtet. Bei diesem Beispiel wird wegen der Reflexion um jeweils 90° und der Neigungswinkel von jeweils 45° der reflektierenden Flächen 3, 3.1 und 3.2 ein kreisförmiger Strahlquerschnitt der Strahlung bis zum Auftreffen auf das Element 5 beibehalten.With the further deepening 7 becomes a first reflective surface 3 for the out of the optical fiber 1 Emerging radiation created at which the radiation is reflected by 90 °. From this reflective surface 3 the radiation is transferred to a second reflective surface 3.1 reflected at another groove-shaped depression 7.1 at the bottom of the substrate 2 is formed, and from there also by 90 ° to a third reflective surface 3.2 at the third groove-shaped depression 7.2 is formed, reflected. From this reflective surface 3.2 In turn, the radiation will be 90 ° to the active surface of the element 5 reflected. Due to the multiple reflection of the radiation, the path covered is extended, leaving a larger area of an element 5 can be irradiated, although the overall size of the device has not increased. All three groove-shaped depressions 7 . 7.1 and 7.2 are perpendicular to the optical axis of the optical fiber 1 and to the groove-shaped recess in which it is inserted aligned. In this example, because of the reflection by 90 ° and the inclination angle of 45 ° of the reflective surfaces 3 . 3.1 and 3.2 a circular beam cross section of the radiation until it strikes the element 5 maintained.

Bei dem in 4 gezeigten Beispiel wird die aus der Lichtleitfaser 1 austretende Strahlung auf eine reflektierende Fläche 3, die an der weiteren nutenförmigen Vertiefung 7 ausgebildet ist, ebenfalls reflektiert. Deren Neigungswinkel ist aber größer als die vorab gewählten 45° und kann 60° in Bezug zur optischen Achse der Lichtleitfaser 1 betragen. Dadurch erfolgt eine Reflexion der Strahlung an der Fläche 3 mit einem größeren Winkel als 90°. Die Strahlung trifft von der Fläche 3 auf die Unterseite des Substrats 2, die zumindest in diesem Bereich ebenfalls mit einer reflektierenden Beschichtung versehen ist, auf und wird von dort zur aktiven Fläche des Elements 5 reflektiert, das bei diesem Beispiel an der Oberseite des Substrats 2, an der auch die nutenförmige Vertiefung zur Aufnahme der Lichtleitfaser 1 ausgebildet ist, angeordnet ist. Der Strahlquerschnitt der dort auftreffenden Strahlung weist die Form einer Ellipse auf. Auch bei diesem Beispiel kann der von der Strahlung zurück zu legende Weg nach dem Austritt aus der Lichtleitfaser 1 bis zum Auftreffen auf das Element 5 im Vergleich zum Beispiel nach 1 verlängert werden.At the in 4 The example shown is that from the optical fiber 1 emerging radiation on a reflective surface 3 at the other groove-shaped depression 7 is formed, also reflected. However, its inclination angle is greater than the preselected 45 ° and may be 60 ° with respect to the optical axis of the optical fiber 1 be. This results in a reflection of the radiation on the surface 3 with a larger angle than 90 °. The radiation hits from the surface 3 on the bottom of the substrate 2 , which is also provided with a reflective coating at least in this area, and from there to the active surface of the element 5 reflected in this example at the top of the substrate 2 , on which also the groove-shaped recess for receiving the optical fiber 1 is formed, is arranged. The beam cross section of the radiation incident there has the form of an ellipse. In this example too, the path to be traversed by the radiation after exiting the optical fiber can 1 until the impact on the element 5 in the Comparison for example after 1 be extended.

Bei dem in 5 gezeigten Beispiel wird im Wesentlichen vorgegangen und ein Bauelement hergestellt, wie es beim Beispiel nach 1 beschrieben worden ist. Lediglich die nutenförmige Vertiefung 7, die senkrecht zur optischen Achse der Lichtleitfaser 1 ausgerichtet ist, hat einen anderen Querschnitt, so dass sich eine reflektierende Fläche 3 ergibt, die konvex gewölbt ist. Dadurch wird der aus der Lichtleitfaser 1 austretende Strahl mehr aufgeweitet, als dies bei einer ebenen lediglich in einem Winkel geneigten reflektierenden Fläche 3 gemäß dem Beispiel nach 1, der Fall ist. Auch dadurch kann die Querschnittsfläche mit der die Strahlung auf die aktive Fläche des Elements 5 auftrifft, vergrößert werden.At the in 5 In the example shown, the procedure is essentially the same and a component is produced, as in the example according to FIG 1 has been described. Only the groove-shaped recess 7 perpendicular to the optical axis of the optical fiber 1 is aligned, has a different cross-section, so that is a reflective surface 3 results, which is convexly curved. This will make the out of the optical fiber 1 emerging beam more expanded than that at a planar only inclined at an angle reflective surface 3 according to the example 1 , the case is. Also, this allows the cross-sectional area with which the radiation on the active surface of the element 5 impinges, be enlarged.

Bei dem in 6 gezeigten Beispiel ist die nutenförmige Vertiefung in einem schräg zur Ober- und Unterseite des Substrats geneigten Winkel ausgerichtet, so dass die Lichtleitfaser 1 und deren optische Achse ebenfalls geneigt sind. Ansonsten entspricht der Aufbau dem des in 4 gezeigten Beispiels.At the in 6 In the example shown, the groove-shaped recess is oriented in an inclined angle to the top and bottom of the substrate angle, so that the optical fiber 1 and whose optical axis are also inclined. Otherwise, the structure corresponds to that of the in 4 shown example.

Bei dem in 7 gezeigten Beispiel sind die nutenförmige Vertiefung und die Lichtleitfaser 1 wieder parallel zu den Oberflächen des Substrats 2 ausgerichtet. Die nutenförmige Vertiefung 7 weist jedoch eine reflektierende Fläche 3 für die aus der Lichtleitfaser 1 austretende Strahlung auf, die konkav gekrümmt ist. Dadurch kann die Strahlung an dieser konkav gekrümmten Fläche 3 in Richtung Unterseite des Substrats 2 reflektiert werden, die zumindest in diesem Bereich reflektierend beschichtet ist, so dass die Strahlung von dieser Oberfläche in Richtung auf die aktive Fläche des Elements 5 reflektiert wird, das bei diesem Beispiel an der Oberseite des Substrats 2 angeordnet ist.At the in 7 The example shown, the groove-shaped recess and the optical fiber 1 again parallel to the surfaces of the substrate 2 aligned. The groove-shaped recess 7 however, has a reflective surface 3 for the out of the optical fiber 1 emerging radiation, which is concavely curved. This allows the radiation at this concave curved surface 3 towards the bottom of the substrate 2 be reflected, which is coated at least in this area reflective, so that the radiation from this surface in the direction of the active surface of the element 5 reflected in this example at the top of the substrate 2 is arranged.

Bei dem in 8 gezeigten Beispiel sind zwei Substrate 2 und 2a miteinander verbunden. Dabei ist in dem Substrat 2a eine nutenförmige Vertiefung ausgebildet, in der die Lichtleitfaser 1 aufgenommen ist, die offene Seite dieser nutenförmigen Vertiefung weist in Richtung des zweiten Substrats 2, wodurch die nutenförmige Vertiefung mit der darin fixierten und justierten Lichtleitfaser 1 eingehaust werden kann. Im Bereich des Anschlags 6 ist eine geneigte reflektierende Fläche 3 ausgebildet, an der die aus der Lichtleitfaser 1 austretende Strahlung in Richtung auf die Unterseite des Substrats 2 und von dort in Richtung auf das optoelektronische Element 5 reflektiert werden kann.At the in 8th Example shown are two substrates 2 and 2a connected with each other. It is in the substrate 2a formed a groove-shaped recess in which the optical fiber 1 is received, the open side of this groove-shaped recess faces in the direction of the second substrate 2 , whereby the groove-shaped recess with the optical fiber fixed and adjusted therein 1 can be housed. In the area of the stop 6 is an inclined reflective surface 3 formed, at which the from the optical fiber 1 emerging radiation towards the bottom of the substrate 2 and from there towards the opto-electronic element 5 can be reflected.

Das in 9 gezeigte Beispiel ist aus drei miteinander verbundenen Substraten 2, 2.1 und 2.2, die wie beim Beispiel nach 8 aus demselben Glas gebildet sind, gebildet. Am mittleren Substrat 2.1 ist der Anschlag 6 für das Stirnende der Lichtleitfaser 1 ausgebildet. Die reflektierende hier ebenfalls schräg geneigte Fläche 3 ist an den drei Substraten 2, 2.1 und 2.2 ausgebildet. Die Substrate 2, 2.1 und 2.2 können durch den polymeren aushärtbaren Werkstoff 6 verbunden werden.This in 9 Example shown is of three interconnected substrates 2 . 2.1 and 2.2 , like the example below 8th are formed from the same glass formed. At the middle substrate 2.1 is the stop 6 for the front end of the optical fiber 1 educated. The reflecting here also obliquely inclined surface 3 is at the three substrates 2 . 2.1 and 2.2 educated. The substrates 2 . 2.1 and 2.2 can through the polymer curable material 6 get connected.

Die in den 10 bis 13 gezeigten Beispiele, betreffen Bauelemente bei denen elektromagnetische Strahlung, die von einem elektromagnetische Strahlung emittierenden Element 4, in diesem Fall einer VCSEL in eine Lichtleitfaser 1, eingekoppelt werden soll.The in the 10 to 13 Examples shown relate to components in which electromagnetic radiation from an element emitting electromagnetic radiation 4 , in this case a VCSEL in an optical fiber 1 , should be coupled.

Bei dem in 10 gezeigten Beispiel ist die Lichtleitfaser 1 wieder innerhalb einer nutenförmigen Vertiefung angeordnet, die im Bereich in der Nähe des Elements 4 mit dem polymeren aushärtbaren Werkstoff 6 befüllt ist. Die vom Element 4 emittierte Strahlung trifft auf eine konkav gekrümmte Fläche 3 auf, von der sie in die Stirnfläche der Lichtleitfaser 1 infolge Reflexion eingekoppelt werden kann. Der Krümmungsradius kann so gewählt werden, dass die Querschnittsfläche der reflektierten Strahlung zumindest in etwa der nutzbaren Querschnittsfläche der Lichtleitfaser 1 entspricht und keine oder minimale Strahlungsverluste so erreicht werden können. Die nutenförmige Vertiefung soll zumindest im Bereich der konkav gekrümmten Fläche 3 mit dem Werkstoff 6 ausgefüllt sein. Sie kann, wie vorab bereits beschrieben, durch Ausbildung einer senkrecht zur optischen Achse der Lichtleitfaser 1 ausgerichteten weiteren nutenförmigen Vertiefung, die mit einem entsprechend geoemetrisch gestalteten Wafersägeblatt ausgebildet worden ist, hergestellt werden. Die konkav gekrümmte Oberfläche kann mit einer reflektierenden Beschichtung versehen werden.At the in 10 The example shown is the optical fiber 1 again arranged within a groove-shaped depression, which is in the area near the element 4 with the polymer curable material 6 is filled. The of the element 4 emitted radiation hits a concave curved surface 3 on, from which they are in the face of the optical fiber 1 can be coupled due to reflection. The radius of curvature can be chosen such that the cross-sectional area of the reflected radiation at least approximately the usable cross-sectional area of the optical fiber 1 corresponds and no or minimum radiation losses can be achieved. The groove-shaped depression should at least in the region of the concave curved surface 3 with the material 6 filled out. It can, as already described above, by forming a perpendicular to the optical axis of the optical fiber 1 aligned further groove-shaped recess, which has been formed with a corresponding geoemetrically shaped Wafersägeblatt be prepared. The concave curved surface may be provided with a reflective coating.

Bei dem Beispiel nach 11 wird auf eine Reflexion der vom Element 4 emittierten elektromagnetischen Strahlung, mit der eine Umlenkung der Strahlung oder eine Strahlformung erreicht werden kann, verzichtet und die Strahlung direkt aus dem Element 4 durch den Werkstoff 6 in die Lichtleitfaser 1, die wieder in einer nutenförmigen Vertiefung justiert und fixiert worden ist, eingekoppelt. Für eine elektrisch leitende Verbindung zum Element 4 von der Unterseite des Substrats 2 ist durch das Substrat 2 von der Ober- bis zur Unterseite eine Durchkontaktierung 11 (VIA) geführt. Dabei kann das Element 4 mit einem zusätzlichen Klebstoff oder dem Werkstoff 6 fixiert werden.In the example below 11 is based on a reflection of the element 4 emitted electromagnetic radiation with which a deflection of the radiation or a beam shaping can be achieved dispensed and the radiation directly from the element 4 through the material 6 in the optical fiber 1 , which has been adjusted and fixed again in a groove-shaped depression, coupled. For an electrically conductive connection to the element 4 from the bottom of the substrate 2 is through the substrate 2 from the top to the bottom of a via 11 (VIA) led. It can be the element 4 with an additional adhesive or the material 6 be fixed.

Analog dazu ist auch das in 12 gezeigte Beispiel ausgebildet. Dabei ist lediglich auf die Durchkontaktierung 11 verzichtet worden.Analogously, this is also in 12 formed example. It is only on the via 11 has been dispensed with.

Bei dem in 13 gezeigten Beispiel ist in einem Substrat 2 ein Wellenleiter 13, der durch eine Bohrung, zur Aufnahme einer Lichtleitfaser 1 in justierter Position nach dem Einführen oder durch einen Femtosekundenlaser gefertigt wird, ausgebildet. Diese ist in einem Winkel von 45° in Bezug zu einer reflektierenden Fläche 3 ausgerichtet. An dieser Fläche 3 wird von einem VCSL, als emittierendes Element 4, emittierte elektromagnetische Strahlung in Richtung auf eine Stirnfläche der Lichtleitfaser 1 reflektiert, so dass die Strahlung zumindest nahezu vollständig in die Lichtleitfaser 1 eingekoppelt werden kann. Das Bauelement wird durch eine Einhausung 10 hermetisch geschützt.At the in 13 example shown is in a substrate 2 a waveguide 13 passing through a hole, to receive an optical fiber 1 is manufactured in the adjusted position after insertion or by a femtosecond laser. This is at an angle of 45 ° with respect to a reflective surface 3 aligned. On this surface 3 is from a VCSL, as an emitting element 4 , emitted electromagnetic radiation toward an end face of the optical fiber 1 reflected, so that the radiation at least almost completely into the optical fiber 1 can be coupled. The component is enclosed by an enclosure 10 hermetically protected.

An der Unterseite des Substrats 2 sind elektrische Kontaktelemente 12 angebracht.At the bottom of the substrate 2 are electrical contact elements 12 appropriate.

Alle beispielhaft beschriebenen Bauelemente können auf bzw. an beliebige(n) andere Bauelemente(n), wie beispielsweise Rotorblättern befestigt werden, dies kann allein oder zusätzlich mit einer Vergussmasse erfolgen, die einen dauerhaften hermetischen Abschluss gegenüber der Umgebung bildet. Sie sollte ein angepasstes thermisches Ausdehnungsverhalten, eine geeignete Plastizität und/oder Elastizität, eine Resistenz gegen korrosive Angriffe, elektrisch isolierend und Feuchtigkeitsdicht sein, wobei diese Eigenschaften dauerhaft beibehalten werden sollten.All components described by way of example can be fastened to or on any other components, such as rotor blades, for example, this can be done alone or additionally with a potting compound which forms a permanent hermetic seal against the environment. It should be an adapted thermal expansion behavior, a suitable plasticity and / or elasticity, a resistance to corrosive attacks, electrically insulating and moistureproof, these properties should be permanently maintained.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Lichtleitfaseroptical fiber
22
Substrat (optisch transparent)Substrate (optically transparent)
2a2a
Substrat (optisch nicht transparent)Substrate (optically not transparent)
33
reflektierende Flächereflective surface
44
elektromagnetische Strahlung emittierendes Elementelectromagnetic radiation emitting element
55
elektromagnetische Strahlung in Elektroenergie wandelndes Elementelectromagnetic radiation into electrical energy converting element
66
einen Anschlag bildender Werkstoffa stop forming material
77
nutenförmige Vertiefunggroove-shaped recess
88th
elektrische Leiterbahnelectrical trace
99
elektrischer Kontakt (z. B. Balls)electrical contact (eg balls)
1010
Einhausung (z. B. Glob top)Housing (eg Glob top)
1111
elektrische Durchkontaktierungelectrical via
1212
elektrische Kontakteelectrical contacts
1313
Wellenleiter (geschrieben z. B. durch Femtosekundenlaser)Waveguide (written eg by femtosecond lasers)

Claims (21)

Bauelement zur Ein- und/oder Auskopplung elektromagnetischer Strahlung in und/oder aus einer Lichtleitfaser, wobei die elektromagnetische Strahlung aus der Lichtleitfaser auf mindestens ein elektromagnetische Strahlung in elektrischen Strom wandelndes Element gerichtet ist oder von einem elektromagnetische Strahlung emittierenden Element in eine Lichtleitfaser einkoppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lichtleitfaser (1) in einer in einem für die jeweilige elektromagnetische Strahlung optisch transparenten Substrat (2) ausgebildeten geradlinigen nutenförmigen Vertiefung oder einer Bohrung in justierter Form dreidimensional positioniert und so fixiert ist und der Raum zwischen der Stirnfläche der Lichtleitfaser (1) aus der elektromagnetische Strahlung austritt und einem die elektromagnetische Strahlung in elektrischen Strom wandelnden Element (5) oder zwischen einem elektromagnetische Strahlung emittierenden Element (4) und der Stirnfläche der Lichtleitfaser (1) in die die emittierte elektromagnetische Strahlung einkoppelbar ist, Hohlraumfrei ausgebildet ist; wobei die Stirnfläche der Lichtleitfaser (1) bis zu einem am Substrat (2) ausgebildeten Anschlag geführt ist und der Anschlag aus einem Werkstoffgebildet ist, dessen optische Brechzahl maximal um ±0.05 von den optischen Brechzahlen der Lichtleitfaser (1) und des Substrats (2) abweicht oder die Stirnfläche der Lichtleitfaser (1) mit dem Substratwerkstoff am Anschlag stoffschlüssig verbunden ist, wobei der Substratwerkstoff eine optische Brechzahl aufweist, die maximal um ±0.05 von der optischen Brechzahl der Lichtleitfaser (1) abweicht und am Substrat (2) Positioniermarkierungen vorhanden sind.Component for coupling and / or decoupling electromagnetic radiation into and / or from an optical fiber, wherein the electromagnetic radiation from the optical fiber is directed to at least one electromagnetic radiation into electrical current converting element or from an electromagnetic radiation emitting element can be coupled into an optical fiber, characterized in that an optical fiber ( 1 ) in a substrate optically transparent to the respective electromagnetic radiation ( 2 ) formed rectilinear groove-shaped depression or a bore in adjusted form three-dimensionally positioned and fixed so and the space between the end face of the optical fiber ( 1 ) emanates from the electromagnetic radiation and a the electromagnetic radiation into electrical current converting element ( 5 ) or between an electromagnetic radiation emitting element ( 4 ) and the end face of the optical fiber ( 1 ) in which the emitted electromagnetic radiation is coupled, is formed cavity-free; wherein the end face of the optical fiber ( 1 ) to one on the substrate ( 2 ) formed stop and the stopper is formed of a material whose optical refractive index by a maximum of ± 0.05 of the optical refractive indices of the optical fiber ( 1 ) and the substrate ( 2 ) or the end face of the optical fiber ( 1 ) is materially connected to the substrate material at the stop, wherein the substrate material has an optical refractive index, the maximum of ± 0.05 of the optical refractive index of the optical fiber ( 1 ) and on the substrate ( 2 ) Positioning markings are present. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Substrat (2) mindestens eine die aus der Lichtleitfaser (1) austretende oder die von einem elektromagnetische Strahlung emittierenden Element emittierte elektromagnetische Strahlung reflektierende Fläche (3), die zur Reflexion der elektromagnetischen Strahlung in Richtung auf ein elektromagnetische Strahlung in elektrische Energie wandelndes Element (5) oder eine Stirnfläche einer Lichtleitfaser (1) ausgerichtet oder ausgebildet ist.Component according to one of the preceding claims, characterized in that on the substrate ( 2 ) At least one of the optical fiber ( 1 ) surface emitting or emitting electromagnetic radiation emitted by an element emitting electromagnetic radiation ( 3 ) for the reflection of the electromagnetic radiation in the direction of an electromagnetic radiation into electrical energy converting element ( 5 ) or an end face of an optical fiber ( 1 ) is aligned or formed. Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (2) aus einem Glas gebildet ist, dessen optische Brechzahl der optischen Brechzahl der Lichtleitfaser (1) entspricht.Component according to Claim 1 or 2, characterized in that the substrate ( 2 ) is formed of a glass whose optical refractive index of the optical refractive index of the optical fiber ( 1 ) corresponds. Bauelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Fläche (3) an der die aus der Lichtleitfaser (1) austretende elektromagnetische Strahlung in Richtung auf das elektromagnetische Strahlung in elektrischen Strom wandelnde Element (5) reflektiert wird, in einem geneigten Winkel zur optischen Achse der Lichtleitfaser (1) ausgerichtet ist oder als konkav oder konvex gekrümmte Fläche ausgebildet ist und diese Fläche (3) eine äußere Fläche des einen Anschlag bildenden Werkstoffs (6) oder eine entsprechend am/im Substrat (2) ausgebildeten Fläche (3), die durch eine entsprechend geometrisch gestaltete Vertiefung (7) im Substrat (2) ausgebildet ist, ist.Component according to Claim 4, characterized in that the at least one surface ( 3 ) at the of the optical fiber ( 1 ) emanating electromagnetic radiation in the direction of the electromagnetic radiation into electric current converting element ( 5 ) is reflected at an inclined angle to the optical axis of the optical fiber ( 1 ) or is designed as a concave or convex curved surface and this surface ( 3 ) an outer surface of the abutment-forming material ( 6 ) or a corresponding on / in the substrate ( 2 ) trained surface ( 3 ) by a corresponding geometrically shaped recess ( 7 ) in the substrate ( 2 ) is formed. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die reflektierende Fläche (3) mit einer die jeweilige elektromagnetische Strahlung reflektierenden Beschichtung versehen ist. Component according to one of the preceding claims, characterized in that at least the reflective surface ( 3 ) is provided with a coating reflecting the respective electromagnetic radiation. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniermarkierungen am Substrat (2) in Bezug zu einer elektrischen Leiterbahnstruktur (8) und/oder einem das elektromagnetische Strahlung in elektrischen Strom wandelnde Element (5) oder elektromagnetische Strahlung emittierenden Element (4) angeordnet und/oder mit der elektrischen Leiterbahnstruktur (8) Positioniermarkierungen gebildet sind.Component according to one of the preceding claims, characterized in that the positioning marks on the substrate ( 2 ) in relation to an electrical conductor track structure ( 8th ) and / or an element which converts the electromagnetic radiation into electrical current ( 5 ) or electromagnetic radiation emitting element ( 4 ) and / or with the electrical interconnect structure ( 8th ) Positioning markings are formed. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektromagnetische Strahlung in elektrischen Strom wandelnde Element (5) mit einer elektrischen Leiterbahnstruktur (8), die an der Oberfläche des Substrats (2) angeordnet ist, die der Oberfläche an der die nutenförmige Vertiefung ausgebildet ist, gegenüber liegt, verbunden ist und das elektromagnetische Strahlung in elektrische Energie wandelnde Element (5) so positioniert ist, dass die aus der Lichtleitfaser (1) austretende elektromagnetische Strahlung zu mindestens 80% auf die optisch aktive Oberfläche des elektromagnetische Strahlung in elektrische Energie wandelnde Elements (5) auftrifft.Component according to one of the preceding claims, characterized in that the electromagnetic radiation in electrical current converting element ( 5 ) with an electrical conductor track structure ( 8th ) attached to the surface of the substrate ( 2 is disposed opposite to the surface on which the groove-shaped recess is formed, is connected and the electromagnetic radiation into electrical energy converting element ( 5 ) is positioned so that from the optical fiber ( 1 ) emanating electromagnetic radiation to at least 80% on the optically active surface of the electromagnetic radiation into electrical energy converting element ( 5 ). Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektromagnetische Strahlung in elektrischen Strom wandelndes Element (5) ein photovoltaisches Element, bevorzugt ein GaAs-Photoelement und ein elektromagnetische Strahlung emittierendes Element (4) eine Laserdiode oder ein Halbleiterlaser (VCSEL) ist.Component according to one of the preceding claims, characterized in that an electromagnetic radiation into electrical current converting element ( 5 ) a photovoltaic element, preferably a GaAs photoelement and an electromagnetic radiation emitting element ( 4 ) is a laser diode or a semiconductor laser (VCSEL). Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere reflektierende Flächen (3) so angeordnet ist/sind, dass die divergent aus der Lichtleitfaser (1) austretende Strahlung zumindest nahezu vollständig die optisch aktive Fläche des einen oder mehrerer elektromagnetische Strahlung in elektrischen Strom wandelnden Elemente(s) (5) bestrahlt.Component according to one of the preceding claims, characterized in that one or more reflective surfaces ( 3 ) is / are arranged so that the divergent from the optical fiber ( 1 ) emanating radiation at least almost completely the optically active surface of the one or more electromagnetic radiation in electrical current converting elements (s) ( 5 ) irradiated. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine nutenförmige Vertiefung, in der eine Lichtleitfaser (1) justiert positioniert ist und/oder eine Vertiefung an der eine reflektierende Fläche (3) ausgebildet ist, als V-Nut ausgebildet ist/sind.Component according to one of the preceding claims, characterized in that a groove-shaped recess in which an optical fiber ( 1 ) is positioned and / or a depression on the one reflective surface ( 3 ), is designed as a V-groove / are. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der einen Anschlag bildende Werkstoff (6) ein polymerer aushärtbarer Werkstoff oder ein Glaslot ist.Component according to one of the preceding claims, characterized in that the material forming a stop ( 6 ) is a polymeric hardenable material or a glass solder. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement gegenüber der Umgebung hermetisch abgeschlossen ist.Component according to one of the preceding claims, characterized in that the component is hermetically sealed from the environment. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine nutenförmige Vertiefung zur Aufnahme einer Lichtleitfaser (1) in einem ersten Substrat (2a) mit einem Anschlag ausgebildet ist und das erste Substrat (2a) mit einem zweiten Substrat (2), das die Lichtleitfaser (1) überdeckt, verbunden ist.Component according to one of the preceding claims, characterized in that a groove-shaped recess for receiving an optical fiber ( 1 ) in a first substrate ( 2a ) is formed with a stop and the first substrate ( 2a ) with a second substrate ( 2 ), which is the optical fiber ( 1 ) is covered, connected. Verfahren zur Herstellung eines Bauelements nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in eine Oberfläche des optisch transparenten Substrats (2) eine geradlinige nutenförmige Vertiefung oder eine Bohrung durch Pulverstrahlschneiden, Ätzen, Heißprägen, Ultraschallbohren, Laserstrukturierung und/oder durch Sägen ausgebildet wird, und anschließend die Lichtleitfaser (1) in die nutenförmige Vertiefung eingelegt oder in eine Bohrung eingeführt dort in Bezug zur in einem Winkel geneigten oder konkav oder konvex gekrümmten Fläche justiert oder in Bezug zur optisch aktiven Fläche eines elektromagnetische Strahlung in elektrische Energie wandelnden Elements (5) durch alleiniges Einlegen oder Einführen positioniert wird, wenn die elektromagnetische Strahlung auf ein elektromagnetische Strahlung in elektrischen Strom wandelndes Element (5) gerichtet werden soll, oder die in der nutenförmigen Vertiefung eingelegte oder in die Bohrung eingeführte Lichtleitfaser (1) in Bezug zu einem elektromagnetische Strahlung emittierenden Element (4) justiert und positioniert wird, wobei nach der Positionierung die Lichtleitfaser (1) durch Kleben, Schweißen oder Löten fixiert und eine Führung der elektromagnetischen Strahlung als Freistrahl vermieden wird.Method for producing a component according to one of the preceding claims, characterized in that a surface of the optically transparent substrate ( 2 ) is formed a straight groove-shaped recess or a bore by powder jet cutting, etching, hot stamping, ultrasonic drilling, laser structuring and / or by sawing, and then the optical fiber ( 1 ) inserted into the groove-shaped recess or introduced into a bore there adjusted relative to the inclined or concave or convex curved surface or with respect to the optically active surface of an electromagnetic radiation into electrical energy converting element ( 5 ) is positioned by insertion or insertion alone, when the electromagnetic radiation is converted to an electromagnetic radiation into electrical current converting element ( 5 ), or inserted in the groove-shaped depression or introduced into the bore optical fiber ( 1 ) with respect to an electromagnetic radiation emitting element ( 4 ) is adjusted and positioned, after positioning the optical fiber ( 1 ) fixed by gluing, welding or soldering and a guidance of the electromagnetic radiation is avoided as a free jet. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Einlegen oder Einführen der Lichtleitfaser (1) in eine nutenförmige Vertiefung oder eine Bohrung ein Teilbereich dieser nutenförmigen Vertiefung oder Bohrung mit dem noch nicht ausgehärteten, einen Anschlag bildenden Werkstoff (6) befüllt und nach der Aushärtung eine Anschlagfläche für die Stirnfläche der Lichtleitfaser (1), aus der elektromagnetische Strahlung aus- oder elektromagnetische Strahlung eingekoppelt werden soll, ausgebildet wird, an der die Lichtleitfaser (1) vollflächig nach ihrer Montage anliegt.A method according to claim 14, characterized in that prior to insertion or insertion of the optical fiber ( 1 ) in a groove-shaped recess or bore a portion of this groove-shaped depression or bore with the not yet cured, a stop forming material ( 6 ) and after curing a stop surface for the end face of the optical fiber ( 1 ), from which electromagnetic radiation or electromagnetic radiation is to be coupled, is formed, at which the optical fiber ( 1 ) is fully applied after its installation. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Einlegen oder Einführen einer Lichtleitfaser (1) in eine nutenförmige Vertiefung oder eine Bohrung die Stirnfläche der Lichtleitfaser (1) mit dem Substratwerkstoff oder einem einen Anschlag (6) bildenden Werkstoff stoffschlüssig verbunden wird.A method according to claim 14, characterized in that after the insertion or insertion of an optical fiber ( 1 ) in a groove-shaped depression or a bore, the end face of the optical fiber ( 1 ) with the substrate material or a a stop ( 6 ) forming material is materially connected. Verfahren nacheinem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine in einem Winkel in Bezug zur optischen Achse geneigte oder konkav oder konvex gekrümmte Fläche (3) durch Werkstoffabtrag des Substrats (2) oder des einen Anschlag bildenden Werkstoffs (6) ausgebildet wird, wenn die aus der Lichtleitfaser (1) ausgekoppelte elektromagnetische Strahlung auf mindestens ein elektromagnetische Strahlung in elektrischen Strom wandelndes Element (5) gerichtet werden soll.A method according to any one of claims 14 to 16, characterized in that a surface inclined at an angle with respect to the optical axis or concavely or convexly curved ( 3 ) by material removal of the substrate ( 2 ) or the material forming a stop ( 6 ) is formed when the from the optical fiber ( 1 ) decoupled electromagnetic radiation on at least one electromagnetic radiation into electric current converting element ( 5 ). Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle, dass elektromagnetische Strahlung auf ein elektromagnetische Strahlung in elektrischen Strom wandelndes Element (5) gerichtet werden soll, zumindest die in Bezug zur optischen Achse der Lichtleitfaser (1) geneigte oder konkav oder konvex gekrümmte Fläche (3) mit einer die elektromagnetische Strahlung reflektierenden Beschichtung versehen wird.Method according to one of claims 14 to 17, characterized in that in the case that electromagnetic radiation to an electromagnetic radiation into electrical current converting element ( 5 ), at least in relation to the optical axis of the optical fiber ( 1 ) inclined or concave or convex curved surface ( 3 ) is provided with a coating reflecting the electromagnetic radiation. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Kontaktierung eines elektromagnetische Strahlung in elektrische Energie wandelnden Elements (5) oder eines elektromagnetische Strahlung emittierenden Elements (4) durch Kleben, Reibschweißen oder Thermokompression erfolgt.Method according to one of claims 14 to 18, characterized in that the electrical contacting of an electromagnetic radiation in electrical energy converting element ( 5 ) or an electromagnetic radiation emitting element ( 4 ) by gluing, friction welding or thermocompression. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Kontaktierung des Bauelements durch Lötballs, Leadframes oder durch ein Verbindungssystem für integrierte Schaltungen (LGA) hergestellt wird.Method according to one of claims 14 to 19, characterized in that the electrical contacting of the device by solder balls, lead frames or by an interconnection system for integrated circuits (LGA) is produced. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass weitere elektrische, optoelektrische oder elektromechanische Bauelemente auf dem Substrat (2) angeordnet werden.Method according to one of the preceding claims 14 to 20, characterized in that further electrical, opto-electrical or electromechanical components on the substrate ( 2 ) to be ordered.
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