CN115097577A - 一种基于聚合物光波导的光电转换印制板结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于聚合物光波导的光电转换印制板结构，包括光模块和光电复合模块，所述的光模块至少包括壳体、安装在壳体内的印制板Ⅰ，安装在印制板Ⅰ上的激发器和/或探测器以及固定在壳体上的透镜Ⅰ；光电复合模块至少包括光电复合板、斜面镜和透镜Ⅱ，所述的光电复合板包括光波导板和印制板Ⅱ，光波导板与印制板Ⅱ粘接固定在一起；印制板Ⅱ与印制板Ⅰ之间通过连接器连接用于传输电信号给光模块供电。本发明在同一个光电复合板中可同时实现电信号和光信号的传输处理，不需要使用光缆和光纤连接器，减少了产品的零部件数量和产品的占用空间，为未来的光波导互连应用提供了一种新的解决方案。

Description

一种基于聚合物光波导的光电转换印制板结构

技术领域

本发明涉及光传播技术领域，具体是一种基于聚合物光波导的光电转换印制板结构。

背景技术

随着科学技术的高速发展，发送信息、获取信息的方式更加便捷，速度也更快。但巨大的通信数据量对信息传输系统的传输容量造成了非常大的挑战。如何提高数据传输速度和传输容量成为了亟待解决的重要难题，光通信的出现成为了解决这一问题的关键。光通信是现代通信系统的一个重要组成部分，在国民经济的各个领域都具有十分重要的地位。

光通信系统中包含光模块和光电转换模块，目前常规的光模块使用场景中，由印制板给光模块供电，光模块的光接口直接通过“光纤连接器-光缆-光纤连接器”连接到其他板卡进行信号处理。目前的技术需要使用光缆进行光信号传输，还需要使用光纤连接器，不仅零部件数量多，装配复杂，后期维修维护费用也很高，而且占用空间也很大，同时，光缆传输也会造成一定的光损耗。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种基于聚合物光波导的光电转换印制板结构，采用双透镜结构使光信号在光模块和光电复合模块中进行传输，不需要使用光缆和光纤连接器；在光电复合板上开设的凹槽中放置斜面镜，光模块中的激发器发出的光束经过双透镜进入斜面镜，经过斜面镜的反射使光束进入光波导芯层中，实现光信号转向和传输，为未来的光波导互连应用提供了一种新的解决方案。

本发明具体是通过以下技术方案来实现的，依据本发明提出的一种基于聚合物光波导的光电转换印制板结构，主要包括光模块和光电复合模块，所述的光模块至少包括壳体、安装在壳体内的印制板Ⅰ，安装在印制板Ⅰ上的激发器和/或探测器以及固定在壳体上的透镜Ⅰ；光电复合模块至少包括光电复合板、斜面镜和透镜Ⅱ，所述的光电复合板包括光波导板和印制板Ⅱ，光波导板与印制板Ⅱ粘接固定在一起；印制板Ⅱ与印制板Ⅰ之间通过连接器连接用于传输电信号给光模块供电。

本发明通过以上技术方案实现了一种基于聚合物光波导的光电转换印制板结构，采用双透镜结构和斜面镜使光信号在光模块和光电复合模块中进行传输和转向，不需要使用光缆和光纤连接器，减少了产品的零部件数量和产品的占用空间，降低了后期维修维护费用。使光路对于距离不会过于敏感，同时还可以消除印制板板厚公差的影响，有利于产品的工程化应用。光电复合板中的印制板Ⅱ与光模块中的印制板Ⅰ连接进行电信号传输，使得在同一个光电复合板中可以同时实现电信号和光信号的传输处理以及光电信号的相互转换。

前述的基于聚合物光波导的光电转换印制板结构，所述的光波导板从下到上依次包括波导基板、波导下包层、波导芯层和波导上包层；印制板Ⅱ粘接固定在波导上包层一侧，波导上包层的另一侧是波导芯层；印制板Ⅱ上设有开口，透镜Ⅱ嵌在印制板Ⅱ的开口中并粘接固定在波导上包层一侧。

进一步地，所述光波导板上设置有凹槽，凹槽的底部开在波导基板上，凹槽的侧壁至少露出波导上包层、波导芯层和波导下包层，斜面镜粘接固定在凹槽底部。

本发明通过以上结构在光波导板上内置斜面镜，避免了现有光刻法在波导板上刻出45°斜面实现光束转向带来的斜面粗糙度高、光损耗增加、返修困难，成本高的缺陷。

前述的基于聚合物光波导的光电转换印制板结构，所述斜面镜的横截面为梯形，梯形斜边与底边之间的夹角为45°，斜面镜倾斜的一面作为光反射面朝向透镜Ⅱ和需要接收反射光或者需要发射光的凹槽侧面的波导芯层。

通过以上方案使得光束经过双透镜后发射到斜面镜的光反射面上，经过斜面镜反射使光束进入波导芯层，实现光信号传输和转向。

前述的基于聚合物光波导的光电转换印制板结构，所述透镜Ⅰ和透镜Ⅱ设置在斜面镜、激光器和/或探测器之间，透镜Ⅰ和透镜Ⅱ相对设置且两者的中轴线重合，透镜Ⅰ凸出的一面朝向激光器和/或探测器，透镜Ⅱ凸出的一面朝向斜面镜的光反射面。

上述方案使得光束在双透镜之间为准平行光，使光路对于距离不会过于敏感，同时还可以消除印制板板厚公差的影响，有利于产品的工程化应用。

进一步地，可以采用热风回流工艺增加凹槽侧壁的光滑度，热风回流的温度为200℃-300℃，时间为10-30s。

通过以上热风回流处理增加凹槽侧面的平整度和光滑度，降低波导侧面的粗糙度，降低光损耗。

进一步地，斜面镜可以提前进行优化处理，优化处理至少包括对斜面镜进行镀膜和检测。镀膜可以镀增反膜或金膜，以增加斜面镜光反射面的反射率；对斜面镜的检测采用3D轮廓仪或超景深显微镜，检测斜面镜的粗糙度、平整度和光洁度，保证斜面镜光发射面的质量和粗糙度。

通过以上方案可以在外部事先对斜面镜进行优化处理，然后再固定到凹槽中进行光反射，一旦优化处理不好，直接更换新的斜面镜或者维修，对整个光波导板没有影响，在一定程度上降低了成本。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案,本发明一种基于聚合物光波导的光电转换印制板结构可达到相当的技术进步性及实用性，并具有广泛的利用价值，其至少具有下列优点：

(1)本发明在光模块和光电复合模块中各设置一个透镜，通过双透镜结构使光信号在光模块和光电复合板之间进行准直传输，不需要使用光缆和光纤连接器，减少了产品的零部件数量，降低了后期维修维护费用，而且在很大程度上减少了产品的占用空间。采用双透镜结构使光束准直对于距离不会过于敏感，同时还可以消除印制板板厚公差的影响，有利于产品的工程化应用。

(2)本发明在光电复合板上开设凹槽，在凹槽中放置斜面镜，光模块中的激发器发出的光束经过双透镜进入斜面镜，经过斜面镜的反射使光束进入光波导芯层中，实现光信号转向和传输。光电复合板中的印制板Ⅱ与光模块中的印制板Ⅰ连接进行电信号传输，使得在同一个光电复合板中可以同时实现电信号和光信号的传输处理以及光电信号的相互转换。

(3)本发明可以根据光束转向的角度具体设计凹槽的深度以及斜面镜的高度，并根据光束转向的角度确定斜面镜在凹槽中固定的位置。可以采用自动贴片设备进行加工生产，有利于批量生产，提高生产效率。需要返修时，只需要把斜面镜取下返修，不需要将整个光波导板进行返修，因此在一定程度上降低了成本。

本发明通过以上方案实现了一种基于聚合物光波导的光电转换印制板结构，为未来的光波导互连应用提供了一种新的解决方案。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是本发明实施例1的光信号传输示意图；

图2是本发明实施例2的光信号传输示意图。

【元件及符号说明】：

1-壳体；

2-印制板Ⅰ；

3-激发器；

4-探测器；

5-透镜Ⅰ；

6-斜面镜；

7-透镜Ⅱ；

8-印制板Ⅱ；

9-波导基板；

10-波导下包层；

11-波导芯层；

12-波导上包层；

13-光反射面；

14-透镜支撑件。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例以及附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。通常在此处附图中的描述和所示的实施例可以通过各种不同的配置来实现。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的范围，而是仅仅表示本发明选定的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供的一种基于聚合物光波导的光电转换印制板结构，包括光模块和光电复合模块，如图1所示，所述的光模块至少包括壳体1、安装在壳体内的印制板Ⅰ2，安装在印制板Ⅰ上的激发器3和/或探测器4以及固定在壳体上的透镜Ⅰ5。光电复合模块至少包括光电复合板、斜面镜6和透镜Ⅱ7，透镜Ⅰ和透镜Ⅱ均为凸面镜。所述的光电复合板包括光波导板和印制板Ⅱ8，光波导板与印制板Ⅱ粘接固定在一起。光波导板从下到上依次包括波导基板9、波导下包层10、波导芯层11和波导上包层12。印制板Ⅱ粘接固定在波导上包层一侧，波导上包层的另一侧是波导芯层。印制板Ⅱ上设有开口，透镜Ⅱ嵌在印制板Ⅱ的开口中并粘接固定在波导上包层一侧，如图1所示。印制板Ⅱ与光模块中的印制板Ⅰ通过焊盘与毛纽扣或者表贴连接器连接的方式进行电连接(图中用虚线表示)，用于进行电信号传输并给光模块供电。

所述的光波导板上设置有凹槽，凹槽的底部开在波导基板上，凹槽的侧壁至少露出波导上包层、波导芯层和波导下包层，斜面镜粘接固定在凹槽底部。所述斜面镜的横截面为梯形，梯形斜边与底边之间的夹角为45°，斜面镜倾斜的一面作为光反射面13朝向透镜Ⅱ和需要接收反射光或者需要发射光的凹槽侧面的波导芯层。

透镜Ⅰ和透镜Ⅱ设置在斜面镜、激光器和/或探测器之间，透镜Ⅰ和透镜Ⅱ相对设置且两者的中轴线重合，透镜Ⅰ凸出的一面朝向激光器和/或探测器，透镜Ⅱ凸出的一面朝向斜面镜的光反射面，透镜Ⅰ和透镜Ⅱ之间为准平行光。

一种实施例如图1所示，光模块的印制板Ⅰ上安装有激发器，激光器发出的光经过透镜Ⅰ和透镜Ⅱ发射到斜面镜上，经过斜面镜反射使光束转向并进入光波导板的波导芯层，光信号在波导芯层进行传输或者进行下一步处理。该方案不需要使用光纤连接器和光缆，避免了光纤连接器和光缆带来的零部件数量多、装配复杂、占用空间大的缺陷，是一种无线光通信技术。通过双透镜结构使光路对传输距离不会过于敏感，同时可以消除印制板板厚公差的影响，有利于产品的工程化应用。

另一种实施例如图2所示，光模块的印制板Ⅰ上安装有探测器，光信号在波导芯层中传输，发射至斜面镜的光反射面上，经过斜面镜的反射进入透镜Ⅱ，再经过透镜Ⅰ，最后被探测器接收并转化为电信号。

在其他实施例中，也可以是在印制板Ⅰ上同时安装激发器和探测器，使光模块同时具备收发功能。

本发明通过以下方法进一步实现：

(1)把激发器和/或探测器装配到印制板Ⅰ上，通过在线监测光功率的方法，先耦合出光模块内部的激光器和/或探测器和透镜Ⅰ的位置，并按照耦合出的最佳位置对透镜Ⅰ通过其透镜支撑件14进行安装固定；

(2)用铣刀在光波导板上制作出具有一定深度的矩形凹槽，保持凹槽的底面和侧面光滑。

凹槽的深度根据光反射角度具体设计，一般情况下，凹槽的深度应开至波导基板处，使凹槽的侧面至少露出波导下包层、波导芯层和波导上包层，还可以露出部分波导基板。

采用热风回流工艺，控制热风回流的温度和时间，对制作出的凹槽的侧面进行处理，在热风回流作用下，凹槽侧面的波导材料处于微容状态，在分子间作用力下逐渐趋于平整，从而增加凹槽侧面的光滑度，降低其粗糙度，有利于光信号的传输。热风回流的温度一般为200℃-300℃，时间一般为10-30s。热风回流处理之后使凹槽侧面自然降至室温。

(3)在显微镜或者CCD的观测下把准备好的斜面镜放置到凹槽底部，调整好相对位置，将斜面镜进行粘接固定；然后在光波导板上放置透镜II，使透镜II的光学中心与斜面镜的中心对准，将透镜II固定到光波导板上，此时透镜II、斜面镜、光波导板成为一个整体A。

(4)将光模块与印制板Ⅱ进行安装，保证给印制板Ⅱ供电后光模块可以正常工作，组成一个整体B；然后对整体A和整体B通过在线监测光功率的方法进行耦合封装，监测到光功率最大时把整体A和整体B封装到一起，完成最终的装配。

进一步地，在上述实施例的基础上，较优选的方案中，所述调整准备好的斜面镜提前进行优化处理，优化处理至少包括对斜面镜进行镀膜和检测，镀膜可以是镀增反膜或者金膜，以增加斜面镜光反射面的反射率。采用3D轮廓仪或超景深显微镜检测斜面镜的粗糙度、平整度和光洁度，通过对斜面镜的优化处理保证斜面镜光发射面的质量和粗糙度。

进一步地，在上述实施例的基础上，放置斜面镜时可以采用自动贴片设备，方便返修和批量化生产。

本发明通过以上方案实现了一种基于聚合物光波导的光电转换印制板结构，在光模块和光电复合模块中各设置一个透镜，通过设置双透镜结构，使光信号在光模块和光电复合板之间进行准直传输，不需要使用光缆和光纤连接器，减少了产品的零部件数量，降低了后期维修维护费用，而且在很大程度上减少了产品的占用空间。采用双透镜结构使光束准直对于距离不会过于敏感，同时还可以消除印制板板厚公差的影响，有利于产品的工程化应用。

本发明光电复合板中的印制板Ⅱ与光模块中的印制板Ⅰ连接进行电信号传输，使得在同一个光电复合板中可以同时实现电信号和光信号的传输处理以及光电信号的相互转换。

本发明通过在光波导板上制作出合适深度的矩形凹槽，并在凹槽内固定斜面镜，通过斜面镜实现光束转向，可以根据光束转向的具体角度设计凹槽的深度、斜面镜的高度和斜面镜在凹槽中固定的位置，可以采用自动贴片设备放置斜面镜，方便返修和批量化生产，提高了装配效率。为未来的光波导互连的应用提供了一种新的解决方案。

以上所述仅是本发明的实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，本发明还可以根据以上结构和功能具有其它形式的实施例，不再一一列举。因此，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种基于聚合物光波导的光电转换印制板结构，包括光模块和光电复合模块，其特征在于所述的光模块至少包括壳体(1)、安装在壳体内的印制板Ⅰ(2)，安装在印制板Ⅰ上的激发器(3)和/或探测器(4)以及固定在壳体上的透镜Ⅰ(5)；光电复合模块至少包括光电复合板、斜面镜(6)和透镜Ⅱ(7)，所述的光电复合板包括光波导板和印制板Ⅱ(8)，光波导板与印制板Ⅱ固定在一起；印制板Ⅱ与印制板Ⅰ之间通过连接器连接用于传输电信号给光模块供电。

2.如权利要求1所述的基于聚合物光波导的光电转换印制板结构，其特征在于光波导板从下到上依次包括波导基板(9)、波导下包层(10)、波导芯层(11)和波导上包层(12)；印制板Ⅱ固定在波导上包层一侧，波导上包层的另一侧是波导芯层；印制板Ⅱ上设有开口，透镜Ⅱ嵌在印制板Ⅱ的开口中并固定在波导上包层一侧。

3.如权利要求2所述的基于聚合物光波导的光电转换印制板结构，其特征在于光波导板上设置有凹槽，凹槽的底部开在波导基板上，凹槽的侧壁至少露出波导上包层、波导芯层和波导下包层，斜面镜固定在凹槽底部。

4.如权利要求2所述的基于聚合物光波导的光电转换印制板结构，其特征在于斜面镜的横截面为梯形，梯形斜边与底边之间的夹角为45°，斜面镜倾斜的一面作为光反射面朝向透镜Ⅱ和需要接收反射光或者需要发射光的凹槽侧面的波导芯层。

5.如权利要求4所述的基于聚合物光波导的光电转换印制板结构，其特征在于透镜Ⅰ和透镜Ⅱ设置在斜面镜、激光器和/或探测器之间，透镜Ⅰ和透镜Ⅱ相对设置且两者的中轴线重合，透镜Ⅰ凸出的一面朝向激光器和/或探测器，透镜Ⅱ凸出的一面朝向斜面镜的光反射面，透镜Ⅰ和透镜Ⅱ之间为准平行光。

6.如权利要求3所述的基于聚合物光波导的光电转换印制板结构，其特征在于采用热风回流工艺增加凹槽侧壁的光滑度。

7.如权利要求6所述的基于聚合物光波导的光电转换印制板结构，其特征在于热风回流的温度为200℃-300℃，时间为10-30s。

8.如权利要求1所述的基于聚合物光波导的光电转换印制板结构，其特征在于斜面镜提前进行优化处理，优化处理至少包括对斜面镜进行镀膜和检测。

9.如权利要求8所述的基于聚合物光波导的光电转换印制板结构，其特征在于镀膜为镀增反膜或金膜；对斜面镜的检测采用3D轮廓仪或超景深显微镜，检测斜面镜的粗糙度、平整度和光洁度。

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