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Lehrstuhl für Optoelektronik MST 2005 - Freiburg 1 Fabrikation und Integration von mechanisch-optischen Strukturen zur Kopplung von VCSELs mit Glasfasern.

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Präsentation zum Thema: "Lehrstuhl für Optoelektronik MST 2005 - Freiburg 1 Fabrikation und Integration von mechanisch-optischen Strukturen zur Kopplung von VCSELs mit Glasfasern."—  Präsentation transkript:

1 Lehrstuhl für Optoelektronik MST Freiburg 1 Fabrikation und Integration von mechanisch-optischen Strukturen zur Kopplung von VCSELs mit Glasfasern Denis Wohlfeld, K.-H. Brenner Lehrstuhl für Optoelektronik, Universität Mannheim

2 Lehrstuhl für Optoelektronik MST Freiburg 2 Übersicht Zielsetzung Konzept Prototyp Dämpfung Industrielle Herstellung Zusammenfassung

3 Lehrstuhl für Optoelektronik MST Freiburg 3 Zielsetzung Hybride Integration von Fasern und opto-elektronischen Elementen Eigenschaften: Mikrointegration Kopplung parallel zum Substrat (90° Umlenkung) Passives Alignment Waferscale-Montage Platzsparend, hohe Verbindungsdichte möglich

4 Lehrstuhl für Optoelektronik MST Freiburg 4 Konzept VCSEL Abmessungen ~ 250 m, Strahldivergenz ~10° - 20° Multimodefaser Ø 125 m, Kern Ø 62.5 m Abmessungen und Größenverhältnisse Current Top Mirror Laser Cavity Botton Mirror Gain Region Vertical Cavity Surface Emitting Laser 10 m U-L-M - Photonics

5 Lehrstuhl für Optoelektronik MST Freiburg 5 Konzept Mikropositionierung von Glasfaser mit Quelle/Sender Reproduzierbarkeit Handhabung und Großserienproduktion Bekannte Verfahren und deren Problematiken PAROLI Module Infineon PAROLI - intern Infineon 45° Fasern mittels Laser TycoElectronics

6 Lehrstuhl für Optoelektronik MST Freiburg 6 Konzept 45° Spiegelelement mit Glasfaserhalterung Strukturhöhe von 125 m Fixierung in allen 3 Dimensionen (x,y,z), UV-Kleber Totalreflektion mittels Indexmatching zwischen Faser und Spiegel oder Wahl eines reflektierenden Materials Kein Polieren der Glasfaser notwendig Kopplung von VCSEL an Glasfasern

7 Lehrstuhl für Optoelektronik MST Freiburg 7 Prototyp Epoxy basierender Negativ-Photoresist UV-Belichtung ~365nm- 400nm Brechungsindex n = 1.69 Belichtung Entwickeln Struktur SU-8 Molekül UV-Tiefenlithographie

8 Lehrstuhl für Optoelektronik MST Freiburg 8 Prototyp SU-8 Schrägstrukturen Aufgrund von Brechung ist der Winkel auf < 36° beschränkt, benötigt werden 45° Schrägbelichtung Belichtungsaufbau Maske Resist Substrat

9 Lehrstuhl für Optoelektronik MST Freiburg 9 Prototyp Einkoppelprisma, Einkoppelwinkel ~ 59° Indexmatching zwischen den Grenzschichten notwendig (bsp. H 2 O) Schrägbelichtung Belichtungsaufbau Maske Resist Substrat Prisma

10 Lehrstuhl für Optoelektronik MST Freiburg 10 Prototyp Haltestrukturen unter dem Mikroskop 150 m Großaufnahme einer HaltestrukturSeitenaufnahme des Spiegels 50 m

11 Lehrstuhl für Optoelektronik MST Freiburg 11 Dämpfung Einfügedämpfung Quelle : Dämpfung durch Streuung und Absorption am Koppelelement : Dämpfung durch Strahlaufweitung (VCSEL Strahldivergenz ~ 20°) KoppelelementFasereinkopplung

12 Lehrstuhl für Optoelektronik MST Freiburg 12 Dämpfung Einkopplung in polierte Faser und Messung der Leistung P1 am Ausgang Einkleben der Faser in die Haltestruktur und Messung der Leistung P2 nach der Reflektion Dämpfung < 0.8 dB Array von Spiegel-Haltestrukturen Ansicht der Strukturen von unten mit eingelegter, lichtleitender Faser Messung von

13 Lehrstuhl für Optoelektronik MST Freiburg 13 Dämpfung Strahlprofil: Gauss Ausbreitung: Fresnel-Näherung Berechnung von VCSEL Faser Kern Spiegel VCSEL-StrahldivergenzProzentualer Leistungsverlust mit zunehmender Distanz z

14 Lehrstuhl für Optoelektronik MST Freiburg 14 Industrielle Herstellung Replikation - Spritzgussverfahren Einzelbelichtung Spritzgussverfahren ermöglichen eine kostengünstige Replikation Hierfür darf es keine Unterhöhlungen (grüne Bereiche) geben Dies wird durch eine Doppelbelichtung schräg/senkrecht erreicht Doppelbelichtung

15 Lehrstuhl für Optoelektronik MST Freiburg 15 Industrielle Herstellung Anpassung des Bestückungsrasters an die VCSEL auf dem Wafer Befestigen der Haltestrukturen auf einem dünnen Glassubstrat Einmaliges Alignment zwischen Wafer und Glassubstrat Fixierung und Verkleben des Glassubstrats auf dem Wafer Vereinzelung Verringerung des Alignment-Aufwands in der Produktion

16 Lehrstuhl für Optoelektronik MST Freiburg 16 Zusammenfassung Kostengünstige Realisierung einer optischen Ankopplung zwischen Quelle/Empfänger und Glasfasern Kein aufwendiges Mikropositionieren nötig Industrielle Verwendung durch Spritzgussverfahren möglich Dämpfung des Koppelelement < 0.8 dB Prototyp bereits realisiert

17 Lehrstuhl für Optoelektronik MST Freiburg 17 Acknowledgment We acknowledge the support of the European Community- Research Infrastructure Activity under the FP6 "Structuring the European Research Area" programme (HadronPhysics, contract number RII3-CT ).


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