[發(fā)明專利]光波導以及制造光波導的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201280028399.3
• 申請日: 2012-05-29
• 公開（公告）號: CN103620459A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發(fā)明（設計）人: 理查德·查爾斯·亞歷山大·皮特翁
• 申請（專利權）人: 齊拉泰克斯技術有限公司
• 主分類號: G02B6/125
• 分類號: G02B6/125;G02B6/122
• 代理公司: 北京康信知識產(chǎn)權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 余剛;吳孟秋

技術領域

本發(fā)明涉及光波導以及制造光波導的方法。本發(fā)明還涉及其上形成有一個或多個光波導的光學印刷電路板。

在實施方式中，本發(fā)明涉及光波導以及制造光波導的方法，該光波導沿著彎曲路徑引導光信號以減少的傳播損耗，從而使得光信號的引導能夠沿著其曲率半徑在過去因為太小而無法實施的彎曲路徑。

背景技術

隨著作為數(shù)字信息捕獲的、處理的、傳送的以及存儲的數(shù)據(jù)的量不斷增加，已經(jīng)開發(fā)了用于合并的數(shù)據(jù)存儲設備和網(wǎng)絡技術，例如，增加通信帶寬的光纖通道。例如，希望管理存儲陣列中平面上的互連的占主導地位的協(xié)議串行SCSI（SAS）的數(shù)據(jù)速率在不久的將來增加至12Gb/s。隨著系統(tǒng)帶寬這樣顯著的增加，印刷電路板（PCB）上的元件和通道的密度將會相應地增大。從而，數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)將會容易出現(xiàn)諸如、串音、介電損耗、皮層效應以及電磁干擾等問題。

提出的用于減輕這些性能問題的方法是結(jié)合電光PCB并互連到數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)的中平面上。該PCB和互連可以是剛性的或柔性的。無論哪種情況，都應該注意的是通常有一個定義互連層的平面，可以是平的或曲面的。一般地說，在PCB上使用光學通道來傳輸數(shù)據(jù)和控制信號可用于增加可用數(shù)據(jù)的速率。

低成本實施光學PCB成功的關鍵元件就是嵌入式對稱光學聚合物波導。圖1示出沿著典型的波導10的橫截面的XX’線的橫截面和折射率分布的示意圖。如該圖中所示，該波導包括一段通常稱作芯層11的材料，其由通常稱作包層12的折射率略低的材料包裹。簡言之，在芯層/包層邊界處的折射率對比度使得沿著芯層11傳播的光信號通過全內(nèi)反射被限制在芯層11中。用于制造光波導的合適的材料包括各種類型的玻璃和亞克力。最近，采用光惰性聚合物來制造光波導，其具有制造成本低和制造工藝簡單的優(yōu)點。

相應地存在許多光敏聚合物波導的設計優(yōu)勢。但是，出現(xiàn)了一個關于光學聚合物波導的最小曲率半徑的問題。當波導在光學PCB上彎曲它的路徑時，通常會出現(xiàn)損耗。因此就出現(xiàn)了光學聚合物波導的“最小曲率半徑”，比該最小曲率半徑小時損耗將會非常明顯。對于不同的應用，最小曲率半徑會根據(jù)傳輸?shù)墓庑盘柕牟ㄩL、波導的長度以及波導中彎曲部分的數(shù)量發(fā)生變化。但是，較小的最小曲率半徑具有明顯的優(yōu)勢，這是因為能夠設置在光學PCB的單元區(qū)域內(nèi)的波導的數(shù)量越多，就能提供越高的機動性，波導路徑的控制和布置，因為，在波導中進行轉(zhuǎn)彎需要較小的足跡。

換句話說，在互連層的平面內(nèi)（波導位于其下時將不切實際）的大的最小曲率半徑仍然是一個問題。印刷的多模光學聚合物波導中的光學傳播損耗的特性已經(jīng)表明因為由界面缺陷的增加引起的較高階模式的散射所造成的橫向損失將會明顯地限制曲率半徑大于10mm到15mm。根據(jù)設備的設計，這將會很難并嚴重限制在高密度的PCB內(nèi)容納這樣大的曲率半徑。

彎曲的波導存在另一個問題，彎曲的波導中傳播光學信號的模式輪廓傾斜偏離波導的曲率中心。結(jié)果導致傳播的信號的模式輪廓在波導的直線部分和彎曲部分存在空間錯位。這會引起耦合損耗，混合（compound）由界面缺陷增加所造成的散射損耗的增加。模式輪廓朝向波導一側(cè)的歪斜（skewing）也會加大傳播損耗，進一步限制能夠接受的最小曲率半徑。

US-A-2004/0076394中描述了一種用諸如GaAs/AlGaAs材料制造的混合埋入/脊平面波導。該波導包括在相同的基板上埋入波導部分和脊波導部分的組合，這兩個部分共享芯層。該埋入波導部分提供耦合器和其他設備組件所需的供低折射率對比度，脊波導部分提供有效的低成本緊彎曲波導所需的高折射率對比度。

在由Smit等(J.Lightwave?Tech.Vol.10No.111993)撰寫的題目為“ANormalized?Approach?to?the?Design?of?Low-Loss?Optical?Waveguide?Bends”的文章中，示出波導的芯層在曲線處可能發(fā)生偏移以提高彎曲部分的模式輪廓和鄰接的直線部分的模式輪廓之間的空間重疊從而減小耦合損耗。Smit等還展示了可以利用這樣的偏移芯層，通過適當?shù)膬?yōu)化，使得光信號在從鄰接的直線部分傳播到波導的彎曲部分時可以耦合到耳語回廊模式的彎曲部分。