CN109613652A - 一种3d打印的光波导光纤引出方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种3D打印的光波导光纤引出方法，包括，波导、基体；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；使用3D打印机制作三维光波导结构；波导分为三类，第一类连接波导、第二类引出波导、第三类直通波导；引出波导和直通波导直接接通到波导基体的端面；光纤引出的方法如下：通过机加工以波导的几何中心为圆心加工一个圆孔；将圆孔底部磨平，之后抛光；将塑料光纤端面磨平并抛光；将塑料光纤插入圆孔，并与波导对准；用粘结剂粘接塑料光纤，即完成3D打印的光波导光纤引出。本发明适合光波导的小批量甚至单件的快速生产、三维光波导结构不但可以安装更多的功能模块，也更方便于计算机线路布局设计。
Description
技术领域
本发明涉及光电集成线路板等领域，具体为一种3D打印的光波导光纤引出方法。
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停留在10-100M，高也不过Gbit。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。因此近来人们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，二维结构以及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，3D打印的光波导光纤引出方法，适合小批量甚至单件的快速生产、三维波导结构不但可以安装更多的功能模块，也更方便于计算机线路布局设计。
作为高速和高带宽通信基材，3D打印的光波导可以在其上安装芯片、传感器、显示模块、通信模块等模块和线路板，可用于制作计算机和超级计算机的基板，传感器基板，以及人工智能系统的基板等。
通信光缆所用的光纤，基本上都是采用石英光纤，由高纯度二氧化硅加入适量掺杂剂组成的，石英为脆性材料，不耐压、容易折断，芯径较细，不易对准；而塑料光纤由透光聚合物制成，因为可以利用聚合物成熟的简单拉制工艺，故成本比较低，且比较柔软，坚固，直径较大接续损耗较低。
本发明提出的一种3D打印的光波导光纤引出方法，由塑料光纤作为3D打印的光波导光纤引出光纤并用直接对准粘接的方法安装，，加工方便、对准容易、成本更低。
发明内容
本发明的目的是：提供一种3D打印的光波导光纤引出方法，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：一种3D打印的光波导光纤引出方法，提供波导、基体；
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，波导上分布有分支，光沿波导传输遇到分支时光会按一定功率比例分成两束光；
进一步的，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，在三维光波导结构中留有灌注口；
进一步的，使用液体和研磨颗粒混合物快速注入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，再次冷却后形成波导；
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；
进一步的，对三维光波导结构6个面进行研磨和抛光，以达到与外接光波导对接通过的效果；
进一步的，所述波导分为三类，第一类连接波导、第二类引出波导、第三类直通波导；
进一步的，引出波导和直通波导直接接通到波导基体的端面；
进一步的，光纤引出的方法如下：通过机加工以波导的几何中心为圆心加工一个圆孔；
进一步的，将圆孔底部磨平，之后抛光；
进一步的，将塑料光纤端面磨平并抛光；
进一步的，将塑料光纤插入圆孔，并与波导对准；
进一步的，用粘结剂粘接塑料光纤，即完成3D打印的光波导的光纤引出，即光可沿光波导射入光纤，反向光可沿光纤射入光波导。
本发明的优点是：本发明提出的一种3D打印的光波导光纤引出方法，由塑料光纤作为3D打印的光波导光纤引出光纤并用直接对准粘接的方法安装，，加工方便、对准容易、成本更低。同时，作为高速和高带宽通信基材，3D打印的光波导可以在其上安装芯片、传感器、显示模块、通信模块等模块和线路板，可用于制作计算机和超级计算机的基板，传感器基板，以及人工智能系统的基板等。
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打印的三维光波导及引出光纤结构示意图。
图2是本发明实施实例的三维波导沿波导边线折射率的变化示意图。
其中，
11波导； 12基体；
13连接波导； 14引出波导；
15直通波导； 16塑料光纤；
17波导分支。
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3D打印的光波导光纤引出方法，提供波导11、基体12；
进一步的，如图2所示，折射率随波导11边线尺寸变化，波导11区域折色率高于基体12区域，并在交界面连续过度，本实施实例中波导11区域折色率为1.62，基体12区域折色率为1.52；
进一步的，波导11的折射率高于基体12，当光由波导11一端射入，由于光在波导11和基体12界面形成全反射，因此光可沿波导11内传输；
进一步的，波导11上分布有波导分支17，光沿波导11传输遇到波导分支17时光会按一定功率比例分成两束光；
进一步的，在CAD软件中设计三维波光导结构模型，其中波导11区域为空腔；
进一步的，使用3D打印机制作三维光波导11结构，其中波导11所在位置打印完成后为中空管道；
进一步的，在三维光波导结构中留有灌注口；
进一步的，使用液体和研磨颗粒混合物快速注入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11的热熔性材料与3D打印材料流动性提高，并互相渗透融合，在交界面形成连续过渡区域；
进一步的，再次冷却后形成波导11；
进一步的，所述波导11分为三类，第一类连接波导13、第二类引出波导14、第三类直通波导15；
进一步的，引出波导14和直通波导15直接接通到波导基体12的端面；
进一步的，光纤引出的方法如下：通过机加工以波导11的几何中心为圆心加工一个圆孔，孔径为1.52mm；
进一步的，将圆孔底部磨平，之后抛光；
进一步的，选择多模塑料光纤16，直径为1.49mm到1.50mm。
进一步的，将塑料光纤16端面磨平并抛光；
进一步的，将塑料光纤16插入圆孔，并与波导11对准；
进一步的，用粘结剂粘接塑料光纤16，即完成3D打印的光波导的光纤的对准和引出，即光可沿波导11射入塑料光纤16，反向光可沿塑料光纤16射入波导11。
进一步的，本实施事例中的三维光波导结构仅为一种三维光波导结构举例，根据不同功能需要三维波导结构和其中波导11分布可以不同，但都是采用本发明的方法实现；
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 (7)
1.一种3D打印的光波导光纤引出方法，其特征在于，三维光波导包括，波导、基体；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。
2.根据权利要求1所述的一种3D打印的光波导光纤引出方法，其特征在于，所述波导的制作方法如下：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；使用液体和研磨颗粒混合物快速注入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；再次冷却后形成波导；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结构6个面进行研磨和抛光，以达到与外接光波导对接通光的效果。
3.根据权利要求1所述的一种3D打印的光波导光纤引出方法，其特征在于，所述波导对于其应用系统所需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。
4.根据权利要求1所述的一种3D打印的光波导光纤引出方法，其特征在于，所述波导分为三类，第一类连接波导、第二类引出波导、第三类直通波导；引出波导和直通波导直接接通到波导基体的端面；光纤引出的方法如下：通过机加工以波导的几何中心为圆心加工一个圆孔；将圆孔底部磨平，之后抛光；将塑料光纤端面磨平并抛光；将塑料光纤插入圆孔，并与波导对准；用粘结剂粘接塑料光纤，即完成3D打印的光波导的光纤引出。
5.根据权利要求1所述的一种3D打印的光波导光纤引出方法，其特征在于，所述波导材料对于其应用系统所需的通信波长光透明。
6.根据权利要求1所述的一种3D打印的光波导光纤引出方法，其特征在于，所述三维光波导结构可以是多样的以用来实现多样的功能，但其具备基本的导光和分支结构，并都采用本发明的制作方法实现。
7.根据权利要求1所述的一种3D打印的光波导光纤引出方法，其特征在于，所述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。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20190412 |