CN102495447A - 一种柔性超长光波导 - Google Patents
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Abstract
一种柔性超长光波导，由外光源输入端、光耦合输出端、柔性波导衬底、柔性波导线阵列构成。柔性波导阵列制作于平面的柔性波导衬底之上，然后平面波导结构弯曲后进行边缘对准焊接，最终形成立体的超长的波导结构。其特征在于所有光波导结构由有机柔性聚合物材料制成，具有很好的柔韧性，可以任意弯曲甚至折叠，体积减小便携性提高，器件采用柔性材料制成质量轻、稳定性高，抗震性能极佳，这种柔性超长光波导采用平面制备工艺，制备简单并可实现批量生产，显著降低器件成本，器件制备的波导密度大为提升且可在很小的体积内实现超长光波导结构，显著减小器件体积。
Description
技术领域
本发明属于集成光学技术领域，特别涉及一种柔性超长光波导。
背景技术
随着半导体和集成光学工艺水平的发展，以柔性衬底来制备各种波导器件已成为现实。现有的平面光波导衬底主要为玻璃、硅片等无机材料，这种技术存在温度稳定性差，重量较大，机械性不佳，易破碎等缺点，采用柔性有机聚合物衬底代替可以克服以上缺点，同等面积的柔性衬底只为无机材料的衬底重量的十分之一左右，优异的机械性能使得一般情况下的震动难以对柔性波导性能造成影响。
以光纤作为波导线虽然具有成本与损耗上的优势，但是对于需要超长波导的光传感器件来说体积过大，且重量和机械强度上不满足要求的缺点，这使得需要超长波导线作为敏感元件的光传感器件在实现集成化与小型化上遇到了很难突破的瓶颈。
目前的平面波导技术受限于其二维结构尺寸问题很难实现超长波导线，平面结构的波导线现阶段制备的长度有限，且平面多采用复杂弯曲环状结构，要制备这种结构复杂的低损耗弯曲波导线需要性能很高的光刻机与光刻版，设备与成本高，工艺可重复性差。平面结构实现的长波导还因为其复杂结构造成每一圈波导的弯曲半径不等，且每一圈波导环面积不同，这都会影响器件的损耗一致性，会造成串扰较大、一致性差等缺点。采用立体结构的波导线采用平面直波导加工工艺，制备简单，工艺要求低，损耗为弯曲波导的几分之一，且一致性好。
发明内容
技术问题：本发明提出一种柔性超长光波导，其采用柔性光波导制备工艺与波导立体对准焊接技术实现一种三维结构的超长波导，具有柔性可弯曲，体积小，损耗低，制备简单、成本低等优点。
技术方案：本发明提出的柔性超长光波导由光输入端、光输出端、柔性衬底、柔性光波导构成，柔性光波导制备于柔性衬底之上组成平面柔性光波导阵列，然后经过端面抛光，弯曲对准焊接形成螺旋形的超长柔性光波导结构；
所述超长柔性光波导结构由平面柔性光波导阵列卷曲对接成为筒状制作而成，制备的平面柔性波导阵列由柔性波导组成，柔性波导与柔性衬底的边缘呈一锐角，柔性衬底两端错开一定位置弯曲成筒状，即光波导阵列中前一根光波导的输出端和后一根光波导的输入端连接，串联形成带有光输出端和光输入端的柔性超长光波导。
柔性光波导由有机聚合物光波导包层与有机聚合物光波导芯层组成，波导制备于柔性波导衬底之上，有机聚合物波导芯层为矩形、脊形、倒脊形或条载形结构，厚度和宽度均为数微米量级。
本发明所提出的柔性超长光波导光路如下：光由外光输入端输入，经由柔性波导线阵列立体连接而成的超长波导进行传输，最终由光输出端输出。
有益效果：本发明与现有的技术相比具有以下的优点：
1、现有无机波导存在面积占用大，重量大的缺点，这都导致无机衬底很难制备超长波导。与传统的平面光波导相比较，本发明所提出的柔性超长光波导可以任意弯曲甚至折叠，使得占用面积大为缩小。柔性波导材料质量轻，制备同样长度的波导，使用本发明提出的柔性材料制备的超长波导线比采用传统无机材料制备同样器件重量轻百分之九十甚至更多。
2、现有的环形多圈结构波导线存在掩模结构复杂，波导边缘由于工艺原因比较粗糙，弯曲损耗较大等缺点。本发明提出的柔性超长波导线采用平面直波导制备工艺，掩模版为最简单的直线，这样制备的波导边缘光滑，损耗更低。
3、以往由脆性材料如玻璃，硅片等制作的集成光波导存在机械性能差，容易碎裂的问题。本发明所提出的柔性超长光波导具有更高的柔韧性，抗震、抗冲击性好，不易碎裂的特点。
4、现有平面结构波导受限于其较复杂的结构对光刻机等设备要求很高，工艺条件限制严格。本发明所提出的柔性超长光波导采用平面直波导制备技术，设备要求低，且可以采滚筒压制的方式大规模生产，而制得波导损耗性能更好。
5、传统长波导由于每个单元环弯曲半径与面积上存在不一致的现象，在光传感器件的应用上受到限制。本发明所提出的柔性超长波导的立体结构可以克服平面结构的这一缺点。柔性长波导每一圈面积与弯曲半径等，这具有优异的光学敏感特性，这一特性可以使其可以应用于集成光陀螺等传感器件上。
6、平面结构波导由于其环形结构端头引出必定会与其他波导环存在干扰，导致器件损耗一致性差、串扰较大。本发明提出的柔性超长光波导由于单个基本结构简单，整体为单个结构的叠加，这使得其具有很好的损耗一致性与信号噪声特性。
附图说明
图1是立体成型的柔性超长光波导示意图。
图2是柔性超长光波导成型前的平面示意图。
图3是柔性波导阵列中波导线结构立体示意图。
其中有：光输入端1、光输出端2、柔性衬底3、柔性光波导4、前一根光波导的输出端5、后一根光波导的输入端6、有机聚合物光波导包层7、有机聚合物光波导芯层8、柔性材料衬底9。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案作进一步描述。本发明所提出的柔性超长光波导的结构如图1和图2所示。从结构上看，该光波导由光输入端1、光输出端2、柔性波导衬底3、柔性波导4构成，柔性波导4制作于柔性波导衬底3之上，所有光波导结构由有机聚合物柔性材料制成，具有很好的柔韧性，可以进行小半径的弯曲，其特征在于：柔性衬底3具有筒状结构，波导制备于柔性衬底之上，形成螺旋形的超长柔性光波导结构，这种超长柔性光波导结构可以由制备的平面柔性光波导阵列卷曲对接成为筒状。制备的平面柔性波导阵列由数条相同的单根柔性波导线组成，每根波导均与衬底边缘呈α角度，α一般为几度。在弯曲立体成型过程中，首先对端面进行抛光处理，然后将平面柔性波导进行弯曲对准，使得平面波导上端与下端错开一根波导线，这个过程要求光波导阵列中前一根光波导的输出端和后一根光波导的输入端对准。然后使用紫外固化胶等方式进行波导的焊接，波导阵列每根波导首尾相接串联形成连续的螺旋形波导光路，最终形成首尾分别具有与波导环相切的独立输入端与独立输出端的柔性超长光波导。
本发明所提出的柔性超长光波导由柔性材料衬底9、有机聚合物波导芯层8、有机聚合物波导包层7组成，其中有机聚合物波导芯层可以为矩形，脊形，倒脊形，条载形结构，厚度和宽度均为数微米量级，有机聚合物衬底厚度在几微米至几厘米之间。
本发明所提出的柔性超长光波导光路如下：光由外光输入端输入，经由柔性波导线阵列立体连接而成的超长波导进行传输，最终由光输出端输出。即形成一条经由输入口（1） → …… → AIN → (AOUT&BIN) → (BOUT&CIN)→(COUT&DIN)→DOUT→……→输出口（2）的连续光路。
Claims (2)
1.一种柔性超长光波导，由光输入端（1）、光输出端（2）、柔性衬底（3）、柔性光波导（4）构成，其特征在于柔性光波导（4）制备于柔性衬底（3）之上组成平面柔性光波导阵列，然后经过端面抛光，弯曲对准焊接形成螺旋形的超长柔性光波导结构；
所述超长柔性光波导结构由平面柔性光波导阵列卷曲对接成为筒状制作而成，制备的平面柔性波导阵列由柔性波导（4）组成，柔性波导（4）与柔性衬底（3）的边缘呈一锐角，柔性衬底（3）两端错开一定位置弯曲成筒状，即光波导阵列中前一根光波导的输出端（5）和后一根光波导的输入端（6）连接，串联形成带有光输出端（1）和光输入端（2）的柔性超长光波导。
2. 根据权利要求1所述的一种柔性超长光波导，其特征在于柔性光波导（4）由有机聚合物光波导包层（7）与有机聚合物光波导芯层（8）组成，波导制备于柔性波导衬底（3）之上，有机聚合物波导芯层（8）为矩形、脊形、倒脊形或条载形结构，厚度和宽度均为数微米量级。
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2011
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