TW201307921A - 光波導 - Google Patents

Abstract

本發明關於一種光波導，其包括：入射端，所述入射端包括第一核心層及包覆第一核心層的第一外包層，所述第一外包層的折射率小於第一核心層的折射率；出射端，所述出射端包括第二核心層及包覆第二射核心層的第二外包層，所述第二外包層的折射率小於第二核心層的折射率；及轉彎部，前述轉彎部設置於出射端與出射端之間，前述轉彎部包括第三核心層及包覆第三核心層的第三外包層，所述第三外包層的折射率小於第三核心層的折射率，前述第一、第二及第三核心層光連通；其中前述第三外包層的折射率小於第一及第二外包層的折射率。

Description

光波導

本發明涉及一種光波導，尤其涉及一種具有轉彎部的光波導。

2006年6月27日授權公告的美國專利第US7068871號公開了一種光路板，光信號在該光路板中改變傳輸方向主要通過兩種方式實現，第一種是在光路板中加入反射鏡，另外一種是通過彎曲光纖使得光信號隨著光纖的彎曲而改變傳輸方向。

惟，習知技術的第一種方法製程複雜、且成本較高。第二種方法雖然容易實現，惟，光信號在光纖彎曲的部分傳輸時，反射角度將會逐漸變小，最終會使得反射角小於全反射角，進而使得光信號在彎曲部分的傳輸發生洩漏而產生損耗。

本發明所解決之技術問題為提供能夠減少光信號在轉彎部傳輸損耗的光波導。

本發明之目的係通過以下技術方案實現的：一種光波導，其包括：入射端，所述入射端包括第一核心層及包覆第一核心層的第一外包層，所述第一外包層的折射率小於第一核心層的折射率；出射端，所述出射端包括第二核心層及包覆第二射核心層的第二外包層，所述第二外包層的折射率小於第二核心層的折射率；及轉彎部，前述轉彎部設置於出射端與出射端之間，前述轉彎部包括第三核心層及包覆第三核心層的第三外包層，所述第三外包層的折射率小於第三核心層的折射率，前述第一、第二及第三核心層光連通；其中前述第三外包層的折射率小於第一及第二外包層的折射率。

相較於習知技術，本發明之光波導在的第三外包層的折射率小於第一及第二外包層的折射率，從而光信號在轉彎處的全反射角小於在入設端處的全反射角，光信號在整個轉彎部仍可進行全反射傳輸，從而可以減少光信號在轉彎處的損耗。

請參閱第一圖，本發明第一實施例的光路板100包括基板10及形成在基板10上的光波導20。所述光波導20包括入射端21、出射端22、位於入射端21與出射端22之間的轉彎部23、連接入射端21與轉彎部23的第一連接部24、及連接出射端22與轉彎部23之間的第二連接部25。所述入射端21包括第一核心層211及包覆第一核心層的第一外包層212，所述第一外包層212的折射率小於第一核心層211的折射率。所述第一外包層212包括位於第一核心層211下方的第一底層213及位於第一核心層211上方的第一頂層214。所述出射端22包括第二核心層221及包覆第二核心層221的第二外包層222，所述第二外包層222的折射率小於第二核心層221的折射率。所述第二外包層222包括位於第二核心層221下方的第二底層223及位於第二核心層221上方的第二頂層224。所述包括第三核心層231及包覆第三核心層231的第三外包層232，所述第三外包層232的折射率小於第三核心層231的折射率。所述第三外包層232包括位於第三核心層231下方的第三底層233及位於第三核心層231上方的第三頂層234。所述第一連接部24包括第四核心層(未圖示)及包覆第四核心層的第四外包層241。所述第四外包層241的折射率小於第四核心層的折射率。所述第四外包層241包括位於第四核心層下方的第四底層(未圖示)及位於第四核心層上方的第四頂層242。所述第二連接部25包括第五核心層(未圖示)及包覆第五核心層的第五外包層251。所述第五外包層251的折射率小於第五核心層的折射率。所述第五外包層251包括位於第五核心層下方的第五底層及位於第五核心層上方的第五頂層252。前述第一至第五核心層211, 221, 231光連通。前述第三外包層232的折射率小於第一及第二外包層212, 222的折射率。在本實施例中，所述第三頂層234為空氣，從而第三頂層234的折射率小於第一及第二外包層212, 222的折射率。

請參閱第二圖，本發明第二實施例的光路板100包括基板10及形成在基板10上的光波導30。所述光波導30包括入射端31、出射端32、位於入射端31與出射端32之間的轉彎部33、連接入射端31與轉彎部33的第一連接部34、及連接出射端32與轉彎部33之間的第二連接部35。第二實施例的光波導30與第一實施例的光波導20的結構大致相同，差異在於在第二實施例中第一連接部34及第二連接部35。所述第一連接部34包括第四核心層341及包覆第四核心層341的第四外包層342。所述第四外包層342包括位於第四核心層341下方的第四底層343及位於第四核心層342上方的第四頂層344。所述第二連接部35包括第五核心層351及包覆第五核心層351的第五外包層352。所述第五外包層352包括位於第五核心層351下方的第五底層353及位於第五核心層342上方的第五頂層354。在本實施例中，所述第四頂層344及第五頂層354均為空氣。

請參閱第三圖，本發明第三實施例的光路板100包括基板10及形成在基板10上的光波導40。該實施例與第二實施例基本相同，差異僅在於光波導40設有兩個轉彎部43。

請參閱第四圖，顯示光信號在轉彎部23中傳輸時反射角b與入射交角a的變化關係。所述轉彎部23的內壁的曲率半徑為r2，外壁的曲率半徑為r1，內外壁的厚度為w，光信號在轉彎部23中傳輸其入射角a與反射角為b的關係為b=sin^-1(r2sina/r1)。從而光信號在轉彎部23傳輸時反射角b將會逐漸變小，當反射角b小於光信號在轉彎部23傳輸的全反射角時，光信號將發生洩漏而造成光信號傳輸損失。

請參閱第五圖，其顯示了先前技術中的光波導50在轉彎部53的橫截面示意圖，所述轉彎部53包括第三核心層531及包覆第三核心層531的第三外包層532，所述第三外包層532完全包覆第三核心層531。

請參閱第六圖，顯示了第三實施例的光波導60的轉彎部63的橫截面示意圖，所述轉彎部63包括第三核心層631及包覆第三核心層631的第三外包層632，在該實施例中，所述第三外包層632全部為空氣。

請參閱第七圖，其顯示了第一實施例的光波導20的轉彎部23的橫截面示意圖，所述轉彎部23的第三外包層232是兩種折射率不同的材料，其中第三底層233與第五圖中的第三外包層532的材料相同、第三頂層234於第三實施例中的第三外包層632為空氣，第三頂層也可以為其他折射率小於其他部分折射率的材料，從而使得光信號在轉彎部的全反射臨界角小於其他部分的全反射臨界角。因此，光信號在轉彎部23處傳輸時，雖然反射角b逐漸變小，仍然可以進行全反射傳輸。

請一併參閱第八圖及第九圖，顯示了光信號在光波導50中傳輸的示意圖，該光波導50具有兩個連續的轉彎部53，其中L1表示距離入射端51是25mm的位置，L2表示距離入射端51是50mm的位置，L3表示距離出射端52是50mm的位置，L4表示距離出射端52是50mm的位置，P1表示兩個轉彎部53的中點位置，P2表示距離出射端52是1mm的位置。第九圖顯示，光信號在轉彎部53發生洩漏。

請一併參閱第十圖及第十一圖，顯示了光信號在光波導60中傳輸的示意圖，該光波導60具有兩個連續的轉彎部63，其中L1表示距離入射端61是25mm的位置，L2表示距離入射端61是50mm的位置，L3表示距離出射端62是50mm的位置，L4表示距離出射端62是50mm的位置，P1表示兩個轉彎部63的中點位置，P2表示距離出射端62是1mm的位置。第九圖顯示，光信號在轉彎部63未發生洩漏。

請一併參閱第十二圖及第十四圖，顯示了光信號在光波導20中傳輸的示意圖，該光波導20具有兩個連續的轉彎部23，其中L1表示距離入射端21是25mm的位置，L2表示距離入射端21是50mm的位置，L3表示距離出射端22是50mm的位置，L4表示距離出射端22是50mm的位置，P1表示兩個轉彎部23的中點位置，P2表示距離出射端22是1mm的位置。第十三圖顯示，光信號在轉彎部23未發生洩漏。連接轉彎部23與出射端22的第二連接部25的外包層的折射率大於轉彎部23的第三頂層234的折射率，第十三圖顯示，光信號在轉彎部23與第二連接部25連接處有少量洩漏。

下表為光信號在第八圖至第十四圖所示的光波導50,60,20中傳輸的仿真數據。其中轉彎部的曲率半徑為1.0mm，第三核心層531,631,231的折射率為1.56，非空氣材質的外包層532,233的折射率為1.524，空氣材質的外包層632,234的折射率為1.0。

本發明之光波導20,30,40,60在將轉彎部23,33,43,63的外包層232,332,632的全部或者部份的採用折射率更低的材料，從而可以減少光信號在轉彎部23,33,43,63的損耗。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅係本發明之較佳實施方式，本發明之範圍並不以上述實施方式為限，舉凡熟習本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

10．．．基板

100．．．光路板

20,30,40,50,60．．．光波導

21,31,51,61．．．入射端

211．．．第一核心層

212．．．第一外包層

213．．．第一底層

214．．．第一頂層

22,32,52,62．．．出射端

221．．．第二核心層

222．．．第二外包層

223．．．第二底層

224．．．第二頂層

23,33,43,53,63．．．轉彎部

231,531,631．．．第三核心層

232,532,632．．．第三外包層

233,343．．．第三底層

234．．．第三頂層

24,34．．．第一連接部

241,342．．．第四外包層

242,344．．．第四頂層

25,35．．．第二連接部

251,352．．．第五外包層

252,354．．．第五頂層

341．．．第四核心層

343．．．第四底層

351．．．第五核心層

353．．．第五底層

第一圖係本發明光路板第一實施例的立體圖；

第二圖係本發明光路板第二實施例的立體圖；

第三圖係本發明光路板第三實施例的立體圖；

第四圖係光信號在轉彎部內傳輸的示意圖；

第五圖係先前技術中轉彎部的橫截面示意圖；

第六圖係第四實施之轉彎部橫截面示意圖；

第七圖係第一圖所示之光路板轉彎部的橫截面示意圖；

第八圖係光信號在第五圖所示之先前技術的光波導中傳輸示意圖；

第九圖係第八圖中轉彎部的局部放大圖；

第十圖係光信號在第六圖所示之光波導中傳輸示意圖；

第十一圖係第十圖中轉彎部的局部放大圖；

第十二圖係光信號在第七圖所示之光波導中傳輸示意圖；

第十三圖係第十二圖中轉彎部的局部放大圖；

第十四圖係第十二圖中轉彎部與第二連接部結合處的局部放大圖。

10．．．基板

100．．．光路板

20．．．光波導

21．．．入射端

211．．．第一核心層

212．．．第一外包層

213．．．第一底層

214．．．第一頂層

22．．．出射端

221．．．第二核心層

222．．．第二外包層

223．．．第二底層

224．．．第二頂層

23．．．轉彎部

231．．．第三核心層

232．．．第三外包層

233．．．第三底層

234．．．第三頂層

24．．．第一連接部

241．．．第四外包層

242．．．第四頂層

25．．．第二連接部

251．．．第五外包層

252．．．第五頂層

Claims (10)

1. 一種光波導，其包括：
   入射端，所述入射端包括第一核心層及包覆第一核心層的第一外包層，所述第一外包層的折射率小於第一核心層的折射率；
   出射端，所述出射端包括第二核心層及包覆第二射核心層的第二外包層，所述第二外包層的折射率小於第二核心層的折射率；及
   轉彎部，前述轉彎部設置於出射端與出射端之間，前述轉彎部包括第三核心層及包覆第三核心層的第三外包層，所述第三外包層的折射率小於第三核心層的折射率，前述第一、第二及第三核心層光連通；
   其中前述第三外包層的折射率小於第一及第二外包層的折射率。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光波導，其中光波導是聚合物材料製成。
3. 如申請專利範圍第1項所述之光波導，其中前述第三外包層包括位於第三核心層下方的第三底層及位於第三核心層上方的第三頂層。
4. 如申請專利範圍第3項所述之光波導，其中前述第三頂層為空氣。
5. 如申請專利範圍第3項所述之光波導，其中前述第三底層為空氣。
6. 如申請專利範圍第1項所述之光波導，其中光波導包括連接入射端與轉彎部的第一連接部，前述第一連接部包括光連接第一核心層及第三核心層的第四核心層及包覆第四核心層的第四外包層，前述第四外包層的折射率小於第四核心層的折射率。
7. 如申請專利範圍第6項所述之光波導，其中前述第四外包層包括位於第四核心層下方的第四底層及設於第四核心層上方的第四頂層。
8. 如申請專利範圍第7項所述之光波導，其中第四頂層為空氣。
9. 如申請專利範圍第1項所述之光波導，其中，其中光波導包括連接出射端與轉彎部的第二連接部，前述第二連接部包括光連接第二核心層及第三核心層的第五核心層及包覆第五核心層的第五外包層，前述第五外包層的折射率小於第五核心層的折射率。
10. 如申請專利範圍第9項所述之光波導，其中前述第五外包層為空氣。