Claus Wissig : Optimierung bei Lichtwellenleitern

<BODY> <H1>www.duv24.net : Claus Wissig : Optimierung bei Lichtwellenleitern</H1> <P> <BR> [<A href="/">www.duv24.net</A>] [<A href="../index.html">back</A>] </P> <TABLE WIDTH=100% BORDER=0 CELLSPACING=0 CELLPADDING=0> <TR> <TD VALIGN=top> <TABLE WIDTH=100% BORDER=0 CELLSPACING=0 CELLPADDING=0> <TR> <TD VALIGN=TOP CLASS=detailBereichRedaktion>Bereich > Redaktion > <B><FONT color="#CC3300">Fachbeiträge</FONT></B></TD> <TD ALIGN=right VALIGN=bottom CLASS=detailDatum>19.07.2001</TD> </TR> </TABLE> </TD> <TD VALIGN=top> </TD> <TD VALIGN=top> </TD> </TR> <TR> <TD VALIGN=top CLASS=detailFirma ID=topSpace>Raychem Circuit Protection :</TD> <TD VALIGN=top> </TD> <TD VALIGN=top> </TD> </TR> <TR> <TD VALIGN=top CLASS=detailTitel>Claus Wissig : Optimierung bei Lichtwellenleitern</TD> <TD VALIGN=top> </TD> <TD VALIGN=top> </TD> </TR> <TR> <TD VALIGN=top CLASS=detailSubtitel>Bearbeitung mit Lasern für optoelektronische Anwendungen</TD> <TD VALIGN=top> </TD> <TD VALIGN=top> </TD> </TR> <TR> <TD VALIGN=top> <TABLE BORDER=0 CELLSPACING=0 CELLPADDING=0> <TR> <TD VALIGN=top CLASS=detailContent>Erschienen in DESIGN & VERIFICATION 04/2001, S. 40-42<BR>(pdf-Version mit dem "details" Button in der toolbox unter dieser Meldung download-bar.)<BR><BR>Autor: Dipl.-Ing. Claus Wissig ist bei Tyco Electronics in der Abteilung Fibre Optics tätig<BR><BR>Mit dem stark steigenden Markt für Lichtwellenleiter-Systeme steigt die Notwendigkeit, hochpräzise und qualitativ hochwertige optoelektronische Komponenten zu nutzen (integrierte aktive Komponenten, planare Optik, passive Splitter und DWDM-Komponenten). Traditionell werden manuelle Prozesse zur Oberflächenbearbeitung genutzt. Im Gegensatz dazu wird eine neue patentierte Methode eines Laserbearbeitungsprozesses beschrieben, welcher arbeitsintensive Fertigungsprozesse vermeidet und die vorhandenen Bearbeitungstechniken revolutioniert.<BR><BR>Die Technischen Möglichkeiten<BR><BR>Der Prozess eröffnet sowohl neue Möglichkeiten des Designs, als auch Möglichkeiten der Automation. Neue Verbindungstechnologien wurden entwickelt, gefertigt, getestet und in hochvolumige Fertigung überführt. <BR><BR>Hohe Qualität der optischen Endflächen<BR>Die Benutzung eines Lasers um LWL-Fasern zu schneiden ergibt eine hundertprozentig glatte und kratzerfreie Faserendfläche. Logischerweise wird damit die Rückflussdämpfung in einem optischen Netzwerk sehr niedrig. Weil die Laserleistung das Glas der Faser weniger belastet als ein Schmelzvorgang, bleiben die Kern- und Manteleigenschaften erhalten.<BR><BR>Geringe Längentoleranz ergibt höhere Einkoppelleistung<BR>Der Laserschneidprozess ermöglicht, die Länge einer überstehenden Glasfaser in optoelektronischen Verbindungen mit einer Toleranz von ±10 mm zu kontrollieren, abhängig von der jeweils benutzten Referenz. Diese Toleranz erhöht die Genauigkeit der Ausrichtung der Faserenden in optoelektronischen Bauteilen, oder macht die Ausrichtung in anderen Applikationen redundant. Der Prozess garantiert ein Minimum an Abweichungen in Multifaser-Applikationen.<BR><BR>Reduzierte Rückflussdämpfung durch schräge Faserendfläche<BR>Während mechanische Cleaver (Ritz- und Bruchwerkzeuge) auf einen Maximalwinkel von 13° limitiert sind, kann mit einem Laser jeder Winkel erzeugt werden. Mit der Kombination von glatten und kratzerfreien Endflächen können Rückflussdämpfungen von deutlich unter 65 dB erreicht werden, speziell auch in Multifaser-Anwendungen. Dies ist der Hauptvorteil in Telekom-Anwendungen, da die maximal erreichbare Bandbreite durch die Reflexionen der Steckverbinderendflächen limitiert wird. Eine weitere Möglichkeit des Laser-Cleavings ist, die Laufrichtung des Lichtes zu bestimmen, z.B. durch Totalreflexion an einer schrägen Endfläche. Bei z.B. 45° Endfläche kann Licht unter 90° zur Faserachse aus- bzw. eingekoppelt werden.<BR><BR>Erhöhte Koppeleffizienz durch beidseitiges Anfasen<BR>Mit diesem Prozess ist es möglich, eine zylindrische Linse auf das Faserende zu bringen, welche die ovale Lichtverteilung einer Laserdiode an den runden Faserkern mit maximal erreichbarer Einkopplung anpasst.<BR><BR>Vorbereitung der Produkte<BR><BR>Laserbearbeitete Produkte für optoelektronische Applikationen beinhalten typischerweise gestrippte Fasern, welche mit Epoxydharz-Klebstoff in einer Ferrule gehalten werden. Diese Ferrule, welche in einer Metallbasis gehalten wird, hat geringe Toleranzen in Durchmesser und Lochposition, um die genaue Ausrichtung der Faser zu garantieren.<BR><BR>Laserbearbeitungs-Equipment<BR><BR>Um die optischen Fasern zu schneiden, ist es wichtig, einen Laser mit einer Wellenlänge zu benutzen, welche vom Material der optischen Faser absorbiert wird. Für ### SiO2 ### ist eine Wellenlänge von ### 10,6 mm ### geeignet, welche genug Absorption bringt, um eine Faser zu schneiden. Ein Hochenergie-Laser wird benutzt, damit das Material nicht schmilzt. Ein großer Teil des Schneidbereichs wird schnell verdampft, was notwendig ist, um die optischen Eigenschaften und die Kern-Mantel-Geometrie intakt zu halten. Der kohärente Laserstrahl wird von einer ZnSe-Linse fokussiert, um die Leistung auf einen kleinen Bereich zu konzentrieren. So wird genug Wärme auf die Faseroberfläche gebracht. Wird der Fokuspunkt sehr klein gehalten, ist es möglich, die Oberfläche der bearbeiteten Faser genau zu definieren. Hochpräzise Aufnahmewerkzeuge garantieren die geforderte Bearbeitungsgenauigkeit. Natürlich ist es wichtig, geeignete Referenzpunkte oder -flächen am Produkt zu definieren, welche genau genug sind, um die spezifizierte Toleranz einzuhalten. Diese Referenz kann mechanisch sein, oder definiert durch einen mathematischen Algorithmus der Maschine.<BR><BR>Verpackung<BR><BR>Die laserbearbeiteten Produkte werden oft als Unterbaugruppen für optoelektronische Bauteile benutzt. Deshalb sind sie in leitendenden Behältern verpackt, welche in Reinräumen und bei ESD-empfindlichen Fertigungsprozessen benutzt werden.<BR><BR>Anwendungen<BR><BR>Bei mit Photodioden verbundenen Adaptern wird die überstehende Faser mittels Laser unter einem Winkel geschnitten, um Rückreflexionen zu reduzieren. Der große Kragen wird als Referenz zur Anflanschung benutzt.<BR>Oft wird eine äußere Kodierung vorgesehen, um die Orientierung des Winkels der Faser-Endfläche zu definieren. Der Nutzen der Laserbearbeitung besteht nicht nur in der Alternative zu konventionellem Schleifen und Polieren mit Verbesserung der optischen Performance, sondern bringt höhere Effizienz und Kosteneinsparungen.<BR><BR>Optoelektronik auf Leiterplatten<BR><BR>Aktivkomponenten als Sender und Empfänger werden als Bausteine auf Leiterplatten benutzt.<BR>Der verfügbare Platz ist der limitierende Faktor beim Leiterplattendesign. Speziell die LWL-Technik benötigt einen minimalen Biegeradius, um Dämpfungserhöhungen und Stress in der Faser zu vermeiden. Daraus folgt die Notwendigkeit zu kompakten Baugruppen mit hoher Dichte, nahe an der Oberfläche der Leiterplatte. Mit der Laserschneid-Technologie ist es möglich, einen Winkel von 45° an die Enden eines Bändchenkabels zu bringen. Die Genauigkeit des Prozesses ermöglicht es, Licht in einen Singlemode-Kern unter einem 90°-Winkel zur Faserachse einzukoppeln. Dies ermöglicht, die Höhe der Baugruppen zu minimieren und die Flexibilität beim Leiterplattendesign zu erhöhen.<BR><BR>Hochleistungs-Pumplaser<BR><BR>In Telekommunikations-Netzwerken werden EDFAs (Erbium-Dotierte Faser-Verstärker) benutzt, um optische Signale zu verstärken und deren Bandbreite über große Entfernungen zu leiten. In diesen EDFAs werden Pumplaser benutzt, um das erbiumdotierte Material anzuregen und Photonen (Lichtimpulse) mit dem Spektrum der zu übertragenden Wellenlänge zu generieren. Um die Menge der Pumplaser zu reduzieren, muss deren Einkoppeleffizienz erhöht werden. Mit der laserbearbeiteten Faser werden Einkopplungsgrade von unter 75 % erreicht, während konventionelle Pumplaser auf 15 bis 20 % limitiert sind. Diese Anwendung erlaubt der Telekommunikations-Industrie, den Bedarf nach höherer Leistung und Kostenreduktion der Systeme zu erfüllen.<BR><BR>Zusammenfassung<BR><BR>Um die Anforderungen des rapide wachsenden Lichtwellenleiter-Marktes zu erfüllen, ist es wichtig, nach platzsparenden Lösungen für höhere Datenraten zu suchen. Mittels der Laserbearbeitungs-Technologie werden neue Produkte entwickelt, welche hohe Packungsdichte an optoelektronischen Baugruppen erlauben. Gleichzeitig werden Bandbreite und Übertragungsentfernungen vergrößert und Baugröße eingespart. Damit offeriert die Laserbearbeitungs-Technologie eine kosteneffektive Alternative zu konventionellen Bearbeitungsprozessen.<BR></TD> </TR> <TR> <TD CLASS=detailQuelle> </TD> </TR> </TABLE> </TD> <TD WIDTH=28 VALIGN=top><IMG NAME="" SRC=/pi/spacer.gif WIDTH=1 HEIGHT=1 ALT=""></TD> <TD WIDTH=174 VALIGN=top></TD> </TR> <TR> <TD VALIGN=top><IMG NAME="" SRC=/pi/spacer.gif WIDTH=393 HEIGHT=1 ALT=""></TD> <TD WIDTH=28 VALIGN=top><IMG NAME="" SRC=/pi/spacer.gif WIDTH=28 HEIGHT=1 ALT=""></TD> <TD WIDTH=174 VALIGN=top><IMG NAME="" SRC=/pi/spacer.gif WIDTH=174 HEIGHT=1 ALT=""></TD> </TR> </TABLE> <P><I>Diese Seite wurde am 25.09.2004, 13:12 Uhr aktualisiert</I></P> </BODY>