Wellenleiterkomponenten für POF/PCF-Fasern

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1 Wellenleiterkomponenten für POF/PCF-Fasern I. Frese, Th. Klotzbücher, U. Schwab Tagung der ITG-Fachgruppe Offenburg, den

2 Inhalt 1) Motivation 2) Stand der Technik 4) Integriert-optische Strukturen mit LIGA 5) Ausblick IMM Optics 2

3 Motivation aus der Sicht der Automobilindustrie (1) Stand der Technik Konventionelle Kabel LEDs, SI POFs, Stecker Ringtopologie Zukünftige Herausforderungen sichere Topologien neue Verkabelungstechnologien (z.b. PCF-Kabel, eingebettete Wellenleiter) neue Transceiver, z.b. VCSELs, neue Koppeltechnologien Source: DaimlerChrysler, 2002 IMM Optics 3

4 Motivation aus der Sicht der Automobilindustrie (2) Stand der Technik Zukünftige Anforderung an die Architektur Nachrüstung von Komponenten Weniger Verkabelungsvarianten Kostengünstiger Diagnosestecker Keine Beeinflussung des Datenverkehrs im Netzwerk IMM Optics 4

5 VCSEL Transceiver mit PCF-Faserpigtail Eine gemeinsame Entwickung von DaimlerChrysler und der Uni Dortmund Source: DaimlerChrysler Forschungszentrum IMM Optics 5

6 Integriert-optische und Freiraumverbindungen INTEGRIERTE OPTIK Vorteile optische Kabel und integriert-optische Wellenleiter als Übertragungsmedium geeignet für lange Strecken mechanisch flexibel geeignet für Massenproduktion Probleme Fertigung von Faser-Array Übersprechung an dem Detektor-Array Biegeradius FREIRAUMOPTIK Vorteile parallele Datenübertragung geeignet für Miniaturisierung optische Funktionalität (Strahlformung, Fan-Out) geeignet für Massenproduktion Probleme begrenzte Distanzen (< 10 cm) Justage und Montage Lösung: Eine Kombination aus integrierter und Freiraum-Optik IMM Optics 6

7 Kopplungskonzept auf der Basis von integrierter und Freiraum- Optik Detektor Sender Optischer Weg sphärische Linse zylindrische Linse sphärische Linse zylindrische Linse Optischer Weg Deckplatte Basisplatte Spiegel zylindrische Linse Wellenleiter zylindrische Linse Spiegel Vorteile: + große Positionierungstoleranzen + passive Kopplung + Reduzieung von Freiheitsgraden bei Positionierung durch monolythische Integration IMM Optics 7

8 Optische Datenübertragung basierend auf Optischen Komponenten aus Kunststoff 5x14 Multimode-Sternkoppler 4x4 Multimode-Sternkoppler 16x16 reflektiver Multimode-Sternkoppler 1x2 POF-Koppler IMM Optics 8

9 LIGA Technologie 1. Bestrahlung 2. Entwicklung 3. Galvanik 4. Formeinsatz 5. Formfüllung 6. Entformung IMM Optics 9

10 Formtreue und Oberflächenqualität in der LIGA-Technologie Design-Radius = 300µm Radius = 301 µm Ra = 25 nm IMM Optics 10

11 Polymere optische Wellenleiter mit passiver Faserankopplung Metallisiertes Substrat mit Stufe Resist Bestrahlter Bereich Formeinsatz Wellenleiter Polymersubstrat Faser LWL-Graben Faser Deckel Fasergraben Wellenleitergraben Kernmaterial Strukturiertes Substrat Detail: Wellenleiter/Fasergrube IMM: Einfügedämpfung 10 db, Uniformity 2 db Mitsubishi : 8,5 db 1,7 db IMM Optics 11

12 Simulationsergebnisse zum Einfluß von Anregungsbedingungen SME, Exp SME, Sim UMD, Exp UMD, Sim 70/70, Exp 70/70, Sim Insertion Loss L i [db] /1 1/2 1/3 1/4 2/1 2/2 2/3 2/4 3/1 3/2 3/3 3/4 4/1 4/2 4/3 4/4 Input / Output UMD - Uniform Mode Distribution 70/70-70/70 Excitation, 70 % of fibre core and 70% of NA illuminated SME - Single Mode Excitation IMM Optics 12

13 Rapid-Prototyping Simulation (NA=0.53, ideal geometry, no bubbles): middle insertion loss 3.6 uniformity 0.01 db Experiment: middle insertion loss 5.8 uniformity 0.4 db IMM Optics 13

14 Laser-LIGA 1x2 POF-Koppler Faser Deckel UV-Licht Substrat Kernmaterial IMM Optics 14

15 Sender Detektor OPTICS Konzept eines bidirektionalen VCSEL-Transceivers Zylinderlinse in Deckplatte LIGA-Substrat Mikrolinsen Zylinderlinsen im Substrat 30µm Wellenleiter 200µm-Wellenleiter Spiegel LIGA-Sunbstrat Zylinderlinse des Detektorkanals Detektorkanal, angeregt mit roter LED IMM Optics 15

16 Abformung Mikroabformung Design und Prototyping sind oft aufwendig Abformung und Justage benötigen geringeren Aufwand IMM Optics 16

17 Ausblick Integrierte Optik auf der Basis von LIGA-Technologie bietet ein großes Potential im Bereich Datacom: Möglichkeit der Integration von LWL- und freiraum -optischen Komponenten in einem Substrat Realisierbar in Kunststoffen Geeignet für kostengünstige Massenfertigung Problem der Resistenz gegenüber den Umwelteinflüssen kann durch Einsatz neuer Hybridmaterialien gelöst werden IMM Optics 17

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