EP1082632A1 - Bidirektionales optisches modul für mehrkanal-anwendung - Google Patents

Bidirektionales optisches modul für mehrkanal-anwendung

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EP1082632A1
EP1082632A1 EP99929048A EP99929048A EP1082632A1 EP 1082632 A1 EP1082632 A1 EP 1082632A1 EP 99929048 A EP99929048 A EP 99929048A EP 99929048 A EP99929048 A EP 99929048A EP 1082632 A1 EP1082632 A1 EP 1082632A1
Authority
EP
European Patent Office
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transmitting
module according
receiving
receiving module
module
Prior art date
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Ceased
Application number
EP99929048A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans-Ludwig Althaus
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP1082632A1 publication Critical patent/EP1082632A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/40—Transceivers
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4246—Bidirectionally operating package structures

Definitions

  • the invention relates to a transmission and reception module for a bidirectional optical message and signal transmission according to the preamble of claim 1.
  • EP-A-0 463 214 describes a transmission and reception module known as a BIDI module for bidirectional optical message and signal transmission.
  • the two active components (light transmitter and light receiver) are hermetically sealed and encapsulated as independent components in a common module housing, in the interior of which a beam splitter and a lens coupling lens are arranged and which has a fiber connection for a common optical fiber.
  • An optical signal is coupled into the coupled glass fiber by the transmitter, while another optical signal can be received from the same fiber at the same time or at different times.
  • the two signals are separated by the beam splitter, which can also contain a DM (Wavelength Division Multiplexing) filter, in which a certain wavelength is reflected and another can be transmitted.
  • DM Widelength Division Multiplexing
  • German patent application No. 93 114 859.7 proposes a so-called multi-channel transceiver module in which at least one further light transmitter and / or light receiver is included in the common housing of a conventional BIDI module described above associated lens coupling optics and at least one further beam splitter are provided.
  • the one or more light transmitters and / or light receivers are designed in particular in the form of the so-called TO (transistor outline) standard design, as was also described, for example, in German patent application No. 93 120 733.6.
  • TO transistor outline
  • the present invention is based on the object of specifying a multi-channel transmitting and receiving module for bidirectional optical message and signal transmission, which is constructed in a space-saving manner and can be expanded in the simplest possible manner by further bidirectional channels.
  • the invention described below with reference to exemplary embodiments solves the problem in such a way that it describes a compact module in which at least one transmitter and at least one receiver are combined in a transmitter / receiver unit built into the common housing and in the common housing at least one further such transmitting / receiving unit or at least one transmitting unit or one receiving unit are provided.
  • the transmitting / receiving unit is designed in accordance with a bidirectional transceiver module described in German Patent Application No. 93 120 733.5, also referred to as TO-BIDI module. It is further preferred to design the at least one transmission unit or the at least one reception unit as TO modules.
  • the invention thus describes a compact module that combines the components of the known BIDI module and the TO-BIDI module with their properties.
  • the resulting multi-channel BIDI is thus able to use the normal bidirectional function on 2 bidirectional
  • Channels additionally transmit one or more than one channel in the respective directions simultaneously.
  • a conventional BIDI module with 2 bidirectional channels becomes a module with 3 channels by replacing a TO send or receive module with a TO BIDI with the same external dimensions.
  • a TO transmitter module is replaced by a TO BIDI
  • a transmission and reception channel and a second reception channel are obtained.
  • a TO receive module is replaced by a TO BIDI
  • 2 send channels and one receive channel are obtained. If you replace the TO laser and TO receiver with TO BIDIs, you get 2 transmit and 2 receive channels, i.e. 4 channels. This can of course also be extended to the module arrangement with 3 TO components, so that modules with 5 and 6 channels are created.
  • the corresponding extension to even more channels can be made by extending the module accordingly with the simultaneous decoupling through additional filters in the optical beam path to the corresponding additional TO components. This is particularly easy to achieve optically if the optics of the TO components are designed for a collimated beam in the module.
  • the maximum number of possible channels is thus twice as large as the number of coupled TO-BIDIs or correspondingly less if a simple TO-transmit or receive component is used instead of a TO-BIDI.
  • optical channel separations in TOBIDI and BIDI module can be of different or the same type.
  • the TO-BIDI can be separated again with a WDM filter to 2 additional wavelengths as well as with a 3dB beam splitter, one wavelength in intensity each a receive and transmit channel can be divided.
  • 3a, 3b, 3c further embodiments of the present invention with 5 TO components;
  • FIG. 4 shows another varied embodiment of the present invention with n TO-BIDIs
  • FIG. 5 shows a transmitter / receiver unit in the form of a TO-BIDI
  • Fig. 1 shows a basic embodiment of the present invention.
  • the basic design of a multi-channel BIDI is made up of the common housing body 100, 2 subcomponents 10 and 20 and the common SM (single mode) connecting fiber 0.
  • the lens coupling optics 110 for the common optical fiber 0 is near the end of the
  • Optical fiber 0 arranged in the form of a spherical lens, which, however, can also be omitted if the entire coupling optics is designed accordingly.
  • the subcomponent 10 installed in the module axis is a transceiver unit which contains a transmitter and a receiver. This broadcast
  • Receiver unit can be, for example, a TO-BIDI module mentioned above, that is to say a bidirectional transmitter / receiver unit manufactured in the above-mentioned TO standard construction and described in German patent application No. 93120733.6, which has a full bidirectional function for a reception channel A, for example for 1480 nm, and has a transmission channel, for example for 1300 nm.
  • the subcomponent 20 installed in the common housing 100 is a TO-PIN diode, that is to say a diode receiver for a further reception channel B, which is likewise produced in the above-mentioned TO standard construction and is set, for example, to a wavelength of 1550 nm.
  • the fully wavelength-selective channel separation is carried out for the further receiving channel B with a corresponding WDM filter contained in the beam splitter 22 in the beam axis using conventional BIDI technology.
  • a blocking filter 21 can also be placed in front of the TO housing of the subcomponent 20 in order to block out undesired wavelengths.
  • the corresponding channel separation for the transmit channel and the receive channel A within the subcomponent 10 can be done with the known TO-BIDI technology, for example described in the above-mentioned German patent application No. 93120733.6.
  • the transmission and reception module essentially consists of a laser chip 1 having a lens coupling optics 6 as a light transmitter, a light receiver 8 and a beam splitter 9 arranged in the beam path, which are at least partially surrounded by a housing 7, to which a light entry and exit window 11 is glazed.
  • the laser chip 1 is arranged on a common carrier 2, which preferably consists of silicon and can be mounted as a submount, for example on a base plate 19 of a TO housing.
  • the laser chip 1 is arranged on the common carrier between two carrier parts 3, 4, whose side surfaces adjacent to the optical resonator surfaces of the laser chip 1 are provided with mirror layers 5 and are inclined to the resonator surfaces at an angle of approximately 45 °, so that the laser chip 1 emits them coherent radiation as a divergent light beam to the surface of the common carrier 2 is deflected almost perpendicularly upwards onto the lens coupling lens 6 arranged above the laser chip 1.
  • the two carrier parts 3, 4 preferably consist of glass or, like the carrier 2, of silicon and have a trapezoidal profile.
  • the lens coupling lens 6 is arranged and fastened in such a way that the radiation emitted by the laser chip 1 strikes it almost perpendicularly.
  • the mirror layer 5 adjacent to the front of the laser chip 1 is provided with a beam splitter 9, which reflects the radiation emitted by the laser chip 1 and transmits the radiation coupled in from the outside via the lens coupling optics 6.
  • the light receiver 8 or an optical coupling for the light receiver 8 is provided below the beam splitter 9 on the underside of the common carrier 2.
  • the beam splitter 9 forms an optical separating device for different or identical light wavelengths. For different light wavelengths of transmission and reception branches, i.e. If the beam splitter works wavelength-selectively, a separation of greater than 95 percent can be achieved. With the same wavelength, e.g. for both branches a 50 percent or other separation can be set.
  • a filter layer as a beam splitter 9, which reflects the laser light of a wavelength emitted by the laser and that from outside - transmits falling light of a different wavelength.
  • silicon is transparent, and it is sufficient to place a suitable light receiver 8 or a suitable optical coupling for an external one on the underside of the common carrier 2, which is preferably made of silicon Attach light receiver.
  • Such a TO-BIDI module described in FIG. 5 can be used in the transmission / reception module according to the invention as the transmission / reception unit or as the subcomponent 10 according to FIG.
  • any conceivable embodiment of a transmitting / receiving unit can also be used as the subcomponent 10 can be used.
  • the reception channel B can also be separated by the beam splitter 22 without wavelength selectivity.
  • a TO-PIN diode is a TO laser, which is adapted to the module optics with its radiation characteristics.
  • the possibilities can be derived from la), b), c).
  • the TO component 10 is a TO-BIDI and the two other TO components 20 and 30 are either TO-lasers and / or TO-PIN diodes or TO-BIDIs.
  • the additional beam splitter 32 deflects at least some of the radiation coming from the connecting fiber 0 in the direction of the TO component 30.
  • This beam splitter can also contain a wavelength-selective filter. With the variety of operating and application options described with reference to FIG. 1, this results in 3 to 6 possible transmission channels.
  • both subcomponents 20 and 30 are TO receivers.
  • Blocking filters 21 and 31 can be connected upstream of the TO housings of both subcomponents.
  • 11 WO 99/57594 PCT / DE99 / 01262
  • 2b shows the two subcomponents 10 and 30 as TO-BIDIs.
  • 3a, b, c show exemplary embodiments of the arrangement according to the invention with 5 TO components 10, 20, 30, 40 and 50 and an SM connecting fiber 0 on the common module housing 100.
  • the beam splitters 42 and 52 effect an at least partial beam deflection in the direction of the subcomponents 40 and 50.
  • At least one of the TO components is a TO-BIDI, or correspondingly any variants of transmitters, receivers or TO-BIDIs. In total, there are a maximum of 10 bidirectional transmission channels when fully equipped with TO-BIDIs. The following variants are particularly important in this Ba ⁇ for:
  • the TO-BIDI arranged on the side and one TO-BIDI in the axial direction.
  • the HDWDM filters in the ITU grid match the 4 receive channels in the 1550nm window and the module can receive 4 channels.
  • the TO-BIDI arranged in the axial direction, can operate the monitoring channel bidirectionally in the 1300nm window or at 1480nm (Fig.3a).
  • TO-BIDIs are arranged on the side and one TO-BIDI in the axial direction for the monitoring channel as a fully bidirectional HDWDM multichannel transmit / receive component in the ITU grid (Fig.3c).
  • Fig.4 shows the possibility of expanding the "bidirectional multi-channel module" according to the invention with n TO components for n> 12 WO 99/57594 PCT / DE99 / 01262
  • the TO components can be TO-BIDIs, TO lasers or TO-PIN diodes. The variety of combinations also results from the above illustrations.
  • an HDWDM channel assignment according to the ITU standard of, for example, 8 or more channels can be carried out in full-duplex or half-duplex mode.

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Abstract

Die Erfindung beschreibt ein kompaktes Modul, in welchem mindestens ein Sender und mindestens ein Empfänger in einer in ein gemeinsames Gehäuse (100) eingebauten Sende-/Empfangseinheit (10) vereint sind und im gemeinsamen Gehäuse (100) mindestens eine weitere derartige Sende-/Empfangseinheit oder mindestens eine zusätzliche Sendeeinheit oder eine zusätzliche Empfangseinheit (20) vorgesehen sind. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Sende-/Empfangseinheit (10) gemäss einem in der deutschen Patentanmeldung Nr. 93 120 733.5 beschriebenen, auch als TO-BIDI-Modul bezeichneten, bidirektionalen Transceiver-Modul ausgeführt und zusätzliche Sende- oder Empfangseinheiten sind ebenfalls in TO-Bauweise ausgeführt. Damit beschreibt die Erfindung ein kompaktes Modul, das die Baugruppen des bekannten BIDI-Moduls und des TO-BIDI-Moduls mit ihren Eigenschaften vereinigt.

Description

Beschreibung
Bezeichnung der Erfindung:
BIDIREKTIONALES OPTISCHES MODUL FÜRMEHRKANAL-ANWENDUNG
Die Erfindung betrifft ein Sende- und Empfangsmodul für eine bidirektionale optische Nachrichten- und Signalübertragung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei der faseroptischen Nachrichtenübertragung ist es seit einigen Jahren Stand der Technik, im Vollduplex- oder Halbdu- plexverfahren wenigstens je einen Kanal bidirektional zu übertragen. In der EP-A-0 463 214 ist beispielsweise ein als BIDI- Modul bekanntes Sende- und Empfangsmodul für eine bidirektio- nale optische Nachrichten- und Signalübertragung beschrieben. Bei diesem Modul sind die beiden aktiven Bauelemente (Lichtsender und Lichtempfänger) als eigenständige Bauelemente hermetisch dicht abgekapselt in ein gemeinsames Modulgehäuse eingebaut, in dessen Hohlrauminneren ein Strahlteiler und eine Linsenkoppeloptik angeordnet sind und das einen Faseranschluß für eine gemeinsame Lichtleitfaser aufweist. Durch den Sender wird ein optisches Signal in die angekoppelte Glasfaser eingekoppelt, während gleichzeitig oder auch zeitlich verschoben ein anderes optisches Signal aus derselben Faser empfangen werden kann. Die Trennung der beiden Signale geschieht durch den Strahlteiler, der auch einen DM (Wavelength Division Mul- tiplexing) -Filter enthalten kann, bei welchem eine bestimmte Wellenlänge reflektiert und eine andere durchgelassen werden kann.
Wenn neben dem jeweils einen Kanal in jeder Richtung wenigstens in einer Richtung ein weiterer Kanal übertragen werden soll, so kann beispielsweise vor das Modul ein externer Faser- splitter oder externer WDM-Filter in die zuführende Glasfaser eingebaut werden. Dies stellt jedoch eine relativ unpraktikable Lösung dar. In der deutschen Patentanmeldung Nr. 93 114 859.7 wird dagegen ein sogenanntes Mehrkanal-Transceiver-Modul vorgeschlagen, bei welchem im gemeinsamen Gehäuse eines oben beschriebenen konventionellen BIDI-Moduls mindestens ein weiterer Lichtsender und/oder Lichtempfänger mit zugehöriger Linsenkoppeloptik und mindestens ein weiterer Strahlteiler vorgesehen sind. Der oder die weiteren Lichtsender und/oder Lichtempfänger werden dabei insbesondere in der Form der sogenann- ten TO (Transistor Outline) -Standardbauform ausgeführt, wie sie beispielsweise auch in der deutschen Patentanmeldung Nr. 93 120 733.6 beschrieben wurde. Diese Lösung hat jedoch den Nachteil, daß die bidirektionale Übertragung eines weiteren Kanals den Einbau zweier TO-Module, nämlich eines Sendemoduls und ei- nes Empfangsmoduls in das gemeinsame Gehäuse erforderlich macht.
Dementsprechend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein mehrkanalfähiges Sende- und Empfangsmodul für eine bidirektionale optische Nachrichten- und Signalübertragung anzugeben, welches platzsparend aufgebaut ist und auf möglichst einfache Weise um weitere bidirektionale Kanäle erweiterbar ist.
Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die weiter unten anhand von Ausführungsbeispielen beschriebene Erfindung löst die Aufgabe derart, daß sie ein kompaktes Modul beschreibt, in welchem mindestens ein Sender und mindestens ein Empfänger in einer in das gemeinsame Gehäuse eingebauten Sende-/Empfangseinheit vereint sind und im gemeinsamen Gehäuse mindestens eine weitere derartige Sende-/Empfangseinheit oder mindestens eine Sendeeinheit oder eine Empfangseinheit vorgesehen sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfin- d ng ist die Sende-/Empfangseinheit gemäß einem in der deutschen Patentanmeldung Nr. 93 120 733.5 beschriebenen, auch als TO-BIDI-Modul bezeichneten, bidirektionalen Transceiver-Modul ausgeführt. Weiterhin bevorzugt ist die Ausbildung der mindestens einen Sendeeinheit oder der mindestens einen Empfangs- einheit als TO-Module. Damit beschreibt die Erfindung ein kompaktes Modul, das die Baugruppen des bekannten BIDI-Moduls und des TO-BIDI-Moduls mit ihren Eigenschaften vereinigt.
Das so entstandene Mehrkanal-BIDI ist somit in der Lage, neben der normalen bidirektionalen Funktion auf 2 bidirektionalen
Kanälen zusätzlich einen oder mehr als einen Kanal in den jeweiligen Richtungen gleichzeitig zu übertragen.
Ein konventionelles BIDI-Modul mit 2 bidirektionalen Kanälen, d.h. einem Sende- und einem Empfangskanal wird also durch Ersatz eines TO-Sende- oder Empfangsmoduls durch ein TO-BIDI mit den gleichen äußeren Abmessungen zu einem Modul mit 3 Kanälen. Bei Ersatz eines TO-Sendemoduls durch ein TO-BIDI erhält man einen Sende- und Empfangskanal und einen zweiten Empfangska- nal. Bei Ersatz eines TO-Empfangsmoduls durch ein TO-BIDI erhält man entsprechend 2 Sende-Kanäle und einen Empfangskanal. Ersetzt man schließlich TO-Laser und TO-Empfänger jeweils durch TO-BIDIs, ergeben sich 2 Sende- und 2 Empfangskanäle, also 4 Kanäle. Dies kann natürlich auch auf die Modulanordnung mit 3 TO-Komponenten erweitert werden, sodaß Module mit 5 und 6 Kanälen entstehen. Die entsprechende Erweiterung auf noch mehr Kanäle kann durch entsprechende Verlängerung des Moduls mit der gleichzeitigen Auskopplung durch zusätzliche Filter im optischen Strahlengang auf die entsprechenden zusätzlichen TO- Komponenten geschehen. Das ist insbesondere dann optisch recht einfach möglich, wenn die Optik der TO-Komponenten auf einen kollimierten Strahl im Modul ausgelegt ist. Damit wird die ma- ximale Anzahl der möglichen Kanäle doppelt so groß wie die Anzahl der angekoppelten TO-BIDIs oder entsprechend geringer, wenn anstelle eines TO-BIDI 's eine einfache TO-Sende- oder Empfangskomponente eingesetzt wird.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, daß die optischen Kanaltrennungen in TO- BIDI und BIDI-Modul unterschiedlicher oder auch gleicher Art sein können. Wird z.B. im Modul ein WDM-Filter zur nahezu verlustfreien Trennung von 2 Wellenlängen verwendet, so kann im TO-BIDI die Trennung sowohl ebenfalls wieder mit einem WDM- Filter auf 2 weitere Wellenlängen erfolgen als auch mit einem 3dB-Strahlteiler eine Wellenlänge in der Intensität auf jeweils einen Empfangs- und Sendekanal aufgeteilt werden.
Das bedeutet, daß durch die Anwendung von TO-BIDIs als TO- Komponenten im Mehrkanal-BIDI insbesondere bei WDM-Systemen mit mehreren diskreten Wellenlängen (z.B. nach ITU-Standard 4 Wellenlängen oder auch mehr) , sogenannte HD-WDM-Systeme, jeder einzelne Kanal bidirektional betrieben werden kann. Damit er- gibt sich gegenüber bisher üblichen Mehrkanal-HD-WDM-Systemen, die nur unidirektional betrieben werden, die volle bidirektionale Funktionalität auf jedem WDM-Kanal. Das bedeutet, daß bei der neueren mehrkanaligen WDM-Übertragung auf einzelnen Glasfasern, mit der erfindungsgemäßen Anordnung die Übertragungs- kapazität der Fasern durch den bidirektionalen Betrieb verdoppelt wird. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung werden somit zwei bidirektionale Modul-Typen mit verschiedenen Optiken so geschickt kombiniert, daß ein neuer Modultyp entsteht, dessen funktioneile Eigenschaften wesentlich über die Eigenfunktionen der einzelnen Modultypen hinausgeht. So können nach der erfin- dungsgemäßen Anordnung nicht nur beliebige Mehrkanal-Module hergestellt werden, sondern auch eindirektionale Mehrkanal-HD- WDM-Übertragungssysteme voll bidirektional betrieben werden. Eine notwendige Wellenlängenstabilisierung durch z.B. Temperaturstabilisierung kann hierbei durch entsprechende Temperatur- Stabilisierung des ganzen Moduls, wie beschrieben beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung Nr. 93 114 860.5, durchgeführt werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispie- len in Verbindung mit den Figuren 1 bis 4 näher erläutert.
Es zeigen:
Fig.l eine grundlegende Ausführungsform der vorliegenden Er- findung;
Fig.2a, 2b weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit 3 TO-Komponenten;
Fig.3a, 3b, 3c weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit 5 TO-Komponenten;
Fig. eine weitere mannigfaltige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit n TO-BIDIs;
Fig.5 eine Sende-/Empfangseinheit in Form eines TO-BIDI In Fig.l ist eine grundlegende Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Grundbauform eines Mehrkanal- BIDIs ist aus dem gemeinsamen Gehäusekörper 100, 2 Subkompo- nenten 10 und 20 und der gemeinsamen SM(single mode)- Anschlußfaser 0 aufgebaut. Die Linsenkoppeloptik 110 für die gemeinsame Lichtleitfaser 0 ist in der Nähe des Endes der
Lichtleitfaser 0 in der Form einer Kugellinse angeordnet, welche allerdings bei entsprechender Auslegung der gesamten Koppeloptik auch wegfallen kann. Die in der Modulachse angebaute Subkomponente 10 ist eine Sende-/Empfangseinheit, welche einen Sender und einen Empfänger enthält. Diese Sende-
/Empfangseinheit kann beispielsweise ein oben erwähntes TO- BIDI-Modul sein, also eine in der oben erwähnten TO- Standardbauweise hergestellte und in der deutschen Patentanmeldung Nr .93120733.6 beschriebene bidirektionale Sende- /Empfangseinheit sein, die eine volle bidirektionale Funktion für einen Empfangskanal A, beispielsweise für 1480 nm, und einen Sendekanal, beispielsweise für 1300 nm, aufweist. Die im gemeinsamen Gehäuse 100 eingebaute Subkomponente 20 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine TO-PIN-Diode, also ein ebenfalls in der oben erwähnten TO-Standardbauweise hergestellter Diodenempfänger für einen weiteren Empfangskanal B, der beispielsweise auf eine Wellenlänge von 1550 nm eingestellt ist. Die voll wellenlängenselektive Kanaltrennung mit jeweils >95% Wirkungsgrad wird für den weiteren Empfangskanal B mit einem entsprechenden, in dem Strahlteiler 22 enthaltenen WDM-Filter in der Strahlachse nach konventioneller BIDI- Technik ausgeführt. Vor das TO-Gehäuse der Subkomponente 20 kann weiterhin ein Sperrfilter 21 gesetzt werden, um unerwünschte Wellenlängen auszublenden.
Die entsprechende Kanaltrennung für den Sendekanal und den Empfangskanal A innerhalb der Subkomponente 10 kann mit der bekannten, beispielsweise in der oben erwähnten deutschen Patentanmeldung Nr. 93120733.6 beschriebenen TO-BIDI-Technik realisiert werden.
Die wesentlichen Elemente dieser Bauweise seien hier nochmals in Bezug auf Fig.5 zum besseren Verständnis dargestellt. In
Fig.5 ist ein bidirektionales Sende- und Empfangsmodul in TO- Bauweise (TO-BIDI-Modul) dargestellt, welches als Subkomponente 10 verwendet werden kann. Das Sende- und Empfangsmodul besteht im wesentlichen aus einem eine Linsenkoppeloptik 6 auf- weisenden Laserchip 1 als Lichtsender, einem Lichtempfänger 8 und einem im Strahlengang zwischengeordneten Strahlteiler 9, die zumindest teilweise von einem Gehäuse 7 umfaßt sind, an das ein Lichtein- und -austrittsfenster 11 angeglast ist . Der Laserchip 1 ist auf einem gemeinsamen Träger 2 angeordnet, der vorzugsweise aus Silizium besteht und als Submount beispielsweise auf eine Bodenplatte 19 eines TO-Gehäuses montiert werden kann. Der Laserchip 1 ist auf dem gemeinsamen Träger zwischen zwei Trägerteilen 3, 4 angeordnet, deren den optischen Resonatorflächen des Laserchips 1 benachbarte Seitenflächen mit Spiegelschichten 5 versehen und zu den Resonatorflächen in einem Winkel von etwa 45° geneigt sind, so daß die vom Laserchip 1 emittierte kohärente Strahlung als divergentes Lichtbündel zur Oberfläche des gemeinsamen Trägers 2 nahezu senkrecht nach oben auf die oberhalb des Laserchips 1 angeordnete Linsenkoppeloptik 6 umgelenkt wird. Die beiden Trägerteile 3, 4 bestehen vorzugsweise aus Glas oder wie der Träger 2 aus Silizium und weisen ein trapezförmiges Profil auf. Auf mindestens dem einen Trägerteil, in diesem Ausführungsbeispiel auf dem Trägerteil 3, ist die Linsenkoppeloptik 6 so angeordnet und befestigt, daß die vom Laserchip 1 emittierte Strahlung auf diese nahezu senkrecht auftrifft. Die der Vorderseite des Laserchips 1 benachbarte Spiegelschicht 5 ist mit einem Strahlteiler 9 versehen, der die vom Laserchip 1 emittierte Strahlung reflektiert und die von außerhalb über die Linsenkoppeloptik 6 eingekoppelte Strahlung durchläßt. Unterhalb des Strahlteilers 9 ist auf der Untersei- te des gemeinsamen Trägers 2 der Lichtempfänger 8 oder eine optische Kopplung für den Lichtempfänger 8 vorgesehen.
Der Strahlteiler 9 bildet eine optische Trenneinrichtung für verschiedene oder gleiche Lichtwellenlängen. Für verschiedene Lichtwellenlängen von Sende- und Empfangszweig, d.h. wenn der Strahlteiler wellenlängenselektiv arbeitet, kann eine Trennung von größer als 95 Prozent erreicht werden. Bei gleicher Wellenlänge kann für beide Zweige z.B. eine 50-prozentige oder andere Trennung eingestellt werden. Um eine bidirektionale Übertragung zu erreichen, braucht nur die der Vorderseite des Laserchips 1 benachbarte Spiegelschicht 5, die auf dem Trägerteil 3 aufgebracht ist, mit einer Filterschicht als Strahlteiler 9 versehen werden, die das Laserlicht einer vom Laser emittierten Wellenlänge reflektiert und das von außerhalb ein- fallende Licht einer anderen Wellenlänge durchläßt. Bei Licht mit einer Wellenlänge größer l,lμm ist Silizium transparent, und es genügt, auf der Unterseite des gemeinsamen Trägers 2, der vorzugsweise aus Silizium besteht, an der Stelle des Lichtaustritts einen geeigneten Lichtempfänger 8 oder eine ge- eignete optische Kopplung für einen externen Lichtempfänger anzubringen.
Ein derartiges in Fig.5 beschriebenes TO-BIDI-Modul kann in dem erfindungsgemäßen Sende-/Empfangsmodul als die Sende- /Empfangseinheit bzw. als die Subkomponente 10 gemäß Fig.l verwendet werden. Es kann jedoch auch jede andere denkbare Ausführung einer Sende-/Empfangseinheit als die Subkomponente 10 verwendet werden.
Auch die Abtrennung des Empfangskanals B durch den Strahlteiler 22 kann ohne Wellenlängenselektivität erfolgen. In diesem Fall würde man zweckmäßigerweise einen etwa 5dB-Strahlteiler als Strahlteiler 22 im Hauptstrahlengang verwenden, der ca. 30% zu der Subkomponente 20 abzweigt und 60% durchläßt, die dann beispielsweise mit 3dB im TO-BIDI-Modul 10 aufgeteilt werden.
Für die in Fig.l dargestellte erfindungsgemäße Modulanordnung ergibt sich daraus die folgende 1. mögliche bidirektionale Betriebsbedingungsvielfalt für 3 Übertragungskanäle:
la.) Bei Verwendung von 3 Wellenlängen (z.B. 1300 nm: 1480 nm; 1550 nm) Vollduplexbetrieb auf 3 Kanälen mit jeweils > 95% Wirkungsgrad für die einzelnen Kanäle und > 35 dB Kanaltrennung.
Ib.) Bei Verwendung von 2 Wellenlängen (z.B. 1300 nm und 1550 nm) Vollduplexbetrieb auf einem Empfangs- und einem Sende- Kanal mit > 95% Wirkungsgrad und > 50dB Kanaltrennung für den Empfangskanal (z.B. bei 1550nm) und Halbduplexbetrieb für jeweils den 2.Empfangskanal und den Sendekanal mit jeweils z.B. ca. 50% Wirkungsgrad (z.B. bei 1300nm) . 1c.) Bei Verwendung von einer Wellenlänge (z.B. 1300nm, oder 1550nm) Halbduplexbetrieb auf allen 3 Kanälen (z.B. 2 Empfangskanälen und einem Sendekanal) z.B. ca. 30% Wirkungsgrad gleichmäßig auf alle Kanäle verteilt, oder in jedem anderen Verhältnis aufteilbar.
Die 2. Vielfalt von Anwendungs- bzw. Betriebsmöglichkeiten für 3 Kanäle ergibt sich in der erfindungsgemäßen Anordnung, wenn die seitlich am Modulkörper angeordnete TO-Komponente statt 10 WO 99/57594 PCT/DE99/01262
einer TO-PIN Diode ein TO-Laser ist, der mit seiner Abstrahlcharakteristik an die Moduloptik angepaßt ist. Die Möglichkeiten können sinngemäß aus la),b),c) abgeleitet werden.
Die 3. Vielfalt von Anwendungs- und Betriebsmöglichkeiten für sogar 4 Kanäle ergibt sich in der erfindungsgemäßen Anordnung in Abb.l, wenn beide am Modulgehäuse angeordneten TO- Komponenten (seitlich und achsial) TO-BIDIs sind. Hierbei werden dann jeweils 2 Doppel-Kanäle durch einen Strahlteiler in der optischen Strahlachse und jeweils einen Strahlteiler in den TO-BIDIs getrennt. Die Variationsmöglichkeiten sind hierbei um einen Kanal erweitert wieder analog nach oben angegebenem Muster ableitbar. Besonders hervorgehoben werden sollte hierbei die Möglichkeit der Vollduplexübertragung über 4 Kanäle (z.B. 1280 nm; 1380 nm; 1480 nm; 1560 nm) .
In Fig.2a und 2b sind weitere Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Anordnung mit 3 TO-Komponenten 10, 20 und 30 und einer SM-Anschlußfaser 0 an dem gemeinsamen Modulgehäuse dargestellt. Die TO-Komponente 10 ist ein TO-BIDI und die beiden anderen TO-Komponenten 20 und 30 sind entweder TO-Laser und/oder TO-PIN-Dioden oder auch TO-BIDIs. Durch den zusätzlichen Strahlteiler 32 wird mindestens ein Teil der von der Anschlußfaser 0 kommenden Strahlung in Richtung auf die TO- Komponente 30 abgelenkt. Auch dieser Strahlteiler kann ein wellenlängenselektives Filter enthalten. Mit der in Bezug auf Fig.l beschriebenen Vielfalt der Betriebs- und Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich hiermit 3 bis 6 mögliche Übertragungskanäle.
In Fig.2a sind beide Subkomponenten 20 und 30 TO-Empfänger . Den TO-Gehäusen beider Subkomponenten können Sperrfilter 21 und 31 vorgeschaltet sein. 11 WO 99/57594 PCT/DE99/01262
In Fig.2b sind die beiden Subkomponenten 10 und 30 als TO- BIDIs dargestellt.
In den Fig.3a,b,c sind Ausführungsbeispiele der erfindungsge- mäßen Anordnung mit 5 TO-Komponenten 10, 20, 30, 40 und 50 und einer SM-Anschlußfaser 0 an dem gemeinsamen Modulgehäuse 100 dargestellt. Die Strahlteiler 42 und 52 bewirken eine mindestens teilweise Strahlablenkung in Richtung auf die Subkomponenten 40 und 50. Mindestens eine der TO-Komponenten ist ein TO-BIDI, oder sinngemäß beliebige Varianten von Sendern, Empfängern oder TO-BIDIs. Insgesamt ergeben sich so maximal 10 bidirektionale Übertragungskanäle bei voller Bestückung mit TO-BIDIs. Als besonders bedeutsam seien in dieser Baύfor folgende Varianten hervorgehoben:
I) In der ersten Variante sind 4 TO-Empfängern seitlich und ein TO-BIDI in achsialer Richtung angeordnet. Hierbei können z.B. die HDWDM-Filter im ITU-Raster abgestimmt die 4 Empfangskanäle im 1550nm-Fenster trennen und das Modul kann damit 4 Kanäle empfangen. Das TO-BIDI, in achsialer Richtung angeordnet, kann dabei im 1300nm-Fenster oder bei 1480nm bidirektional den Überwachungskanal bedienen (Abb.3a).
II) In der zweiten Variante sind 4 TO-Sender seitlich und ein TO-BIDI in achsialer Richtung als entsprechender HDWDM-Sender invers zu I) angeordnet (Abb.3b).
III) In der dritten Variante sind 4 TO-BIDIs seitlich und einem TO-BIDI in achsialer Richtung für den Überwachungskanal als voll bidirektionales HDWDM-Mehrkanal-Sende-/Empfangsbauelement im ITU-Raster angeordnet (Abb.3c).
Abb.4 zeigt die erfindungsgemäße Erweiterungsmöglichkeit des "Bidirektionalen Mehrkanal-Moduls" mit n TO-Komponenten für n > 12 WO 99/57594 PCT/DE99/01262
2 auf sinnvolle n bis 2n Kanäle durch wechselseitige Hinzufügung weiterer TO-Komponenten mit jeweils angepaßten Optiken. Sinnvoll ist hierbei insbesondere ein kollimierter Strahl in der optischen Modulachse. Die TO-Komponenten können erfindungsgemäß TO-BIDIs, TO-Laser oder TO-PIN-Dioden sein. Die Kombinationsvielfalt ergibt sich auch hier aus obigen Darstellungen.
Besonders hervorgehoben sei hier die in Fig.4 dargestellte Variante, bei der alle TO-Komponenten TO-BIDIs sind. In diesem Fall kann z.B. eine HDWDM-Kanal-Zuordnung nach ITU-Standard von z.B. 8 oder mehr Kanälen im Vollduplex- oder Halbduplex- Betrieb gefahren werden.
13
Bezugszeichen
0 Anschlußfaser
1 Laserchip
2 Träger
3 Trägerteil
4 Trägerteil
5 Spiegelschichten
6 Linsenkoppeloptik
7 Gehäusekappe
9 Strahlteiler
10 Sende-/Empfangseinheit
11 Lichtein- und -austrittsfenster
19 Gehäuseboden
20 zweite Subkomponente
21 Sperrfilter
22 Strahlteilerr
30 dritte Subkomponente
31 Sperrfilter
32 Strahlteiler
40 vierte Subkomponente
41 Sperrfilter
42 Strahlteiler
50 fünfte Subkomponente
51 Sperrfilter
52 Strahlteiler
100 gemeinsamer Gehäusekörper
110 Linsenkoppeloptik 14
(n+1) (n+1) . Subkomponente
(n+2) (n+2) . Subkomponente
(2n+l) (2n+l) . Subkomponente
(n+l)2 (n+l)2. Strahlteiler
(n+2)2 (n+2)2. Strahlteiler
(2n+l)2 (2n+l)2. Strahlteiler

Claims

15Patentansprüche
1. Sende- und Empfangsmodul für eine bidirektionale optische Nachrichten- und Signalübertragung mit mindestens einem opti- sehen Sender, mindestens einem optischen Empfänger, mindestens einem Faseranschluß für eine Lichtleitfaser (0) , einer Linsenkoppeloptik und wenigstens einen im freien Strahlengang zwischengeordneten Strahlteiler (22) , die in einem gemeinsamen Gehäuse (100) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, - daß mindestens ein Sender (1) und mindestens ein Empfänger (8) in einer in das gemeinsame Gehäuse (100) eingebauten Sen- de-/Empfangseinheit (10) vereint sind, und im gemeinsamen Gehäuse (100) mindestens eine weitere Sende-/Empfangseinheit oder mindestens eine zusätzliche Sendeeinheit oder eine zu- sätzliche Empfangseinheit vorgesehen sind.
2. Sende-/Empfangsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sende-/Empfangseinheit (10) auf der Achse der Lichtleitfaser (0) angeordnet ist.
3. Sende-/Empfangsmodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlteiler (22) ein wellenlängenselektives Filter enthält.
4. Sende-/Empfangsmodul nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein in der Sen- de-/Empfangseinheit (10) enthaltener Strahlteiler (5) ein wellenlängenselektives Filter (9) enthält.
5. Sende-/Empfangsmodul nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Sende- /Empfangseinheit ein Laserchip (1) als Sender auf einem gemeinsamen Träger (2) zwischen wenigstens einem Trägerteil (3) angeordnet ist, dessen den Resonatorflächen des Laserchips (1) benachbarte Seitenfläche mit Spiegelschichten (5) versehen und zu den Resonatorflächen in einem Winkel von etwa 45° geneigt sind, so daß die vom Laserchip (1) emittierte Strahlung zur Oberfläche des gemeinsamen Trägers (2) nahezu senkrecht nach oben auf die oberhalb des Laserchips (1) angeordnete und an mindestens einem Trägerteil (3, 4) befestigte Linsenkoppeloptik (6) gerichtet ist, daß die der Vorderseite des Laserchips
(1) benachbarte Spiegelschicht (5) mit einem Strahlteiler (9) versehen ist, der die vom Laserchip (1) emittierte Strahlung reflektiert und die von außerhalb über die Linsenkoppeloptik (6) eingekoppelte Strahlung durchläßt, und daß unterhalb des Strahlteilers (9) auf der Unterseite des gemeinsamen Trägers
(2) der Lichtempfänger (8) oder eine optische ' Kopplung für den Lichtempfänger vorgesehen ist.
6. Sende-/Empfangsmodul nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Empfangseinheit (20) aufweist (Fig.l).
7. Sende-/Empfangsmodul nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Sendeeinheit aufweist.
8. Sende-/Empfangsmodul nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es eine weitere Sende-
/E pfangseinheit aufweist.
9. Sende-/Empfangsmodul nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es zwei Empfangseinheiten (20, 30) aufweist (Fig.2a).
10. Sende-/Empfangsmodul nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Empfangseinheit (20) und eine weitere Sende-/Empfangseinheit (30) aufweist (Fig.2b) .
11. Sende-/Empfangsmodul nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es vier Empfangseinheiten (20, 30, 40, 50) aufweist (Fig.3a).
12. Sende-/Empfangsmodul nach einem oder mehreren der Ansprü- ehe 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es vier Sendeeinheiten aufweist (Fig.3b).
13. Sende-/Empfangsmodul nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es vier weitere Sen- de-/Empfangseinheiten aufweist (Fig.3c).
14. Sende-/Empfangsmodul nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es 2n weitere Sende- /Empfangseinheiten aufweist, wobei n > 2 ist.
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