CN109581585A - 一种基于3d打印的三维光波导背板 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于3D打印的三维光波导背板，制作方法为：在CAD软件中设计三维波光导结构模型，其中波导区域为空腔；使用3D打印机制作三维光波导结构，其中波导所在位置打印完成后为中空管道；使用液体和研磨颗粒混合物快速注入波导灌注口并冲刷中空管道内壁，直到中空管道内壁打磨光滑；波导材料为热熔性材料，沿灌注口和假波导管道灌入中空管道或直接灌入中空管道，并固化，形成波导胚体；加热三维光波导结构整体，在交界面形成连续过渡区域；再次冷却后形成光波导；本发明适合光波导背板的小批量甚至单件的快速生产、光波导背板用于计算机和服务器内部通信线路的高速通信。

Description

一种基于3D打印的三维光波导背板
技术领域
本发明涉及光电集成线路板等领域，具体为一种基于3D打印的三维光波导背板。
背景技术
21世纪的科学技术是日新月异的，电子行业作为高新技术行业，技术发展更是一日千里。当前，随着多媒体业务，包括电话，有线电视(CATV)，数字电视和Internet的快速和全面发展，对电路带宽和容量的要求急剧增加。在传统的电学领域，信号的传输和开关的速度已经受到限制。以电子计算机为例，其CPU的主频已经达到2-2.9GHz，在电信干线上传输码流的的速度更达到几十甚至上千Gbit。而与之相对照的是，计算机的总线传输依然不过Gbit级别。显然，计算机内部总线连接和计算机互连的速率已经成为整个计算机环境的瓶颈。因此有人提出把光作为计算机内部(包括电路板内部)及计算机之间的互连手段。从原理上讲，用导线连接的传输速率受到其寄生参量(寄生电阻、电感和旁生电容)的影响和限制，无法与光比拟，尤其在大的传输距离光传输对于电传输优势更加明显。光子具有较大的带宽和较低的传输损耗，免于串扰和电磁干扰，在同一个光学媒介中传输多个波长时，不同的波长可以平行通过。所以，光子在电子学领域的应用都发挥了重要作用。
在这样的背景下，光波导用于计算机通信基板是提高计算机通信速度和带宽的很好的方案，基于光波导基板的光电线路板是以光子做信号传输，以电子进行运算的新一代高运算所需的封装基板，将目前发展得非常成熟的传统印制电路板加上一层波导层。因此使得电路板的使用由现在的电连接技术发展到光传输领域。
目前光波导基板还是平面的二维结构，其制作方法还是基于半导体芯片加工的刻蚀、化学气相沉积等工艺，适合大批量的制作，而定制化小批量生产则成本较高；目前计算机内部网络更加复杂、功能模块更多，二维结构已经不能满足线路布局要求了；另一方面目前光波导基板光向垂直于波导基板的方向引出时，目前采用的是微结构反射镜，这种微结构反射镜制作工艺复杂、成本高。
基于以上原因，本发明提出一种基于3D打印的三维光波导背板，适合小批量甚至单件的快速生产、三维的波导结构内部可以直接完成三维方向的转弯和分支，不必使用连接器和光纤完成这些功能，三维的波导结构也更方便于计算机线路布局设计。
三维波导背板可以通过光电转换模块与计算机或服务器主板相连接，用于计算机和服务器内部通信线路的高速通信。
发明内容
本发明的目的是：提供一种基于3D打印的三维光波导背板，以解决现有技术中至少一种技术问题。
实现上述目的的技术方案是：提供三维光波导背板，包括波导基体、外接波导、板间连接波导、光电转换模块；
进一步的，波导的折射率高于基体，当光由波导一端射入，由于光在波导和基体界面形成全反射，因此光可沿波导内传输；
进一步的，三维光波导背板采用如下方法制作，首先，在CAD软件中设计三维波光导结构模型，其中波导区域为空腔；
进一步的，使用3D打印机制作三维光波导结构，其中波导所在位置打印完成后为中空管道；
进一步的，使用液体和研磨颗粒混合物快速注入波导灌注口并冲刷中空管道内壁，直到中空管道内壁打磨光滑；
进一步的，波导材料为热熔性材料，沿灌注口和假波导管道灌入中空管道或直接灌入中空管道，并固化，形成波导胚体；
进一步的，加热三维光波导结构整体，使得波导的热熔性材料与3D打印的波导基体材料流动性提高，并互相渗透融合，在交界面形成连续过渡区域；
进一步的，三维光波导再次冷却后形成光波导；
进一步的，三维光波背板上安装有光电转换模块，同时光电转换模块与计算机和服务器主板连接；
进一步的，所述波导对于通信波长的光为相对高折色率区域、基体对于通信波长的光为相对低折色率区域，光在其界面产生全反射；
进一步的，所述波导材料对于通信波长光透明；
进一步的，一种基于3D打印的三维光波导背板，3D打印的方法包括：熔融沉积式、选择性激光融化成型、选择性热烧结、选择性激光烧结、分层实体制造、立体平板印刷、数字光处理等方法；
本发明的优点是：本发明的一种基于3D打印的三维光波导背板，适合小批量甚至单件的快速生产，三维的波导结构内部可以直接完成三维方向的转弯和分支，不必使用连接器和光纤完成这些功能，三维的波导结构也更方便于计算机线路布局设计；
三维波导背板可以通过光电转换模块与计算机主板或服务器主板相连接，用于计算机和服务器内部通信线路的高速通信。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步解释。
图1是本发明实施例的三维光波导背板与主板的结构示意图。
图2是本发明实施例的结构示意图。
图3是本发明实施例的折射率随波导边线尺寸变化示意图。
图4是本发明实施例的一种基于3D打印的三维光波导背板内部波导示意图。
图5是本发明实施例的外接波导和光模块结构示意图。
图6是本发明实施例的三维光波导背板与主板的结构局部示意图。
其中，
11 三维光波导背板； 12 计算机主板；
13 光电转换模块； 21 板间连接波导；
22 外接波导； 23 波导基体；
具体实施方式
以下实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「顶」、「底」等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。
实施实例：如图1所示，一种基于3D打印的三维光波导背板11，如图2所示，提供三维光波导背板11，包括波导基体23、外接波导22、板间连接波导21、光电转换模块13；
进一步的，如图3所示，折射率随波导边线尺寸变化，波导区域折色率高于波导基体23区域，并在交界面连续过度，本实施实例中波导区域折色率为1.62，波导基体23区域折色率为1.52；
进一步的，波导的折射率高于波导基体23，当光由波导一端射入，由于光在波导和基体界面形成全反射，因此光可沿波导内传输；
进一步的，三维光波导背板11如图1所示，通过光电转换模块13与计算机主板12进行通信连接，并实现大型计算机或服务器各个主板间的通信以及主板与外接器件的连接；
进一步的，三维光波导背板11采用如下方法制作，首先，在CAD软件中设计三维波光导背板11结构模型，其中波导区域为空腔；
进一步的，使用3D打印机制作三维光波导结构，其中波导所在位置打印完成后为中空管道；
进一步的，使用液体和研磨颗粒混合物快速注入波导灌注口并冲刷中空管道内壁，直到中空管道内壁打磨光滑；
进一步的，波导材料为热熔性材料，沿灌注口和假波导管道灌入中空管道或直接灌入中空管道，并固化，形成波导胚体；
进一步的，加热三维光波导结构整体，使得波导的热熔性材料与3D打印的波导基体23材料流动性提高，并互相渗透融合，在交界面形成连续过渡区域；
进一步的，三维光波导再次冷却后形成光波导；
进一步的，所述波导材料对于通信波长光透明；
进一步的，一种基于3D打印的三维光波导背板11，3D打印的方法包括：熔融沉积式、选择性激光融化成型、选择性热烧结、选择性激光烧结、分层实体制造、立体平板印刷、数字光处理等方法；
进一步的，灌注波导材料过程中，在中空管道的其它开口处由于表面张力作用形成波导材料突起，但不会流出管道；
进一步对三维光波导背板11的6个面进行研磨和抛光，以达到与外接光纤或光波导对接通光的效果；
进一步的安装光电转换模块13，使得光电转换模块13光路与波导的光路对准，并采用粘结剂固定光电转换模块12；
进一步的安装计算机主板12，其中计算机主板12电路与光电转换模块主板电路相连接；
进一步的，本实施事例中的一种三维光波导结构仅为基于3D打印的三维光波导结构举例，根据不同功能需要3D打印的三维波导结构和波导分布可以不同；
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于3D打印的三维光波导背板，其特征在于，包括波导基体、外接波导、板间连接波导、光电转换模块；波导的折射率高于基体，当光由波导一端射入，由于光在波导和基体界面形成全反射，因此光可沿波导内传输；在CAD软件中设计三维波光导结构模型，其中波导区域为空腔；使用3D打印机制作三维光波导结构，其中波导所在位置打印完成后为中空管道；使用液体和研磨颗粒混合物快速注入波导灌注口并冲刷中空管道内壁，直到中空管道内壁打磨光滑；波导材料为热熔性材料，沿灌注口和假波导管道灌入中空管道或直接灌入中空管道，并固化，形成波导胚体；加热三维光波导结构整体，使得波导的热熔性材料与3D打印的波导基体材料流动性提高，并互相渗透融合，在交界面形成连续过渡区域；再次冷却后形成光波导；三维光波背板上安装有光电转换模块，同时光电转换模块与计算机和服务器主板连接；本发明适合光波导背板的小批量甚至单件的快速生产、光波导背板用于计算机和服务器内部通信线路的高速通信。
2.根据权利要求1所述的一种基于3D打印的三维光波导背板，其特征在于，所述波导对于其应用的计算机和服务器的通信波长为相对高折色率区域、基体为相对低折色率区域，光在其界面产生全反射。
3.根据权利要求1所述的一种基于3D打印的三维光波导背板，其特征在于，所述波导材料对于通信波长光透明。
4.根据权利要求1所述的一种基于3D打印的三维光波导背板，3D打印的方法包括：熔融沉积式、选择性激光融化成型、选择性热烧结、选择性激光烧结、分层实体制造、立体平板印刷、数字光处理等方法。
5.根据权利要求1所述的一种基于3D打印的三维光波导背板，根据不同功能需要3D打印的三维波导结构和波导分布可以不同。
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