專利名稱：一種柔性超長(zhǎng)光波導(dǎo)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于集成光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及ー種柔性超長(zhǎng)光波導(dǎo)。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體和集成光學(xué)エ藝水平的發(fā)展，以柔性襯底來(lái)制備各種波導(dǎo)器件已成為現(xiàn)實(shí)?，F(xiàn)有的平面光波導(dǎo)襯底主要為玻璃、硅片等無(wú)機(jī)材料，這種技術(shù)存在溫度穩(wěn)定性差，重量較大，機(jī)械性不佳，易破碎等缺點(diǎn)，采用柔性有機(jī)聚合物襯底代替可以克服以上缺點(diǎn)，同等面積的柔性襯底只為無(wú)機(jī)材料的襯底重量的十分之一左右，優(yōu)異的機(jī)械性能使得一般情況下的震動(dòng)難以對(duì)柔性波導(dǎo)性能造成影響。 以光纖作為波導(dǎo)線雖然具有成本與損耗上的優(yōu)勢(shì)，但是對(duì)于需要超長(zhǎng)波導(dǎo)的光傳感器件來(lái)說(shuō)體積過(guò)大，且重量和機(jī)械強(qiáng)度上不滿足要求的缺點(diǎn)，這使得需要超長(zhǎng)波導(dǎo)線作為敏感元件的光傳感器件在實(shí)現(xiàn)集成化與小型化上遇到了很難突破的瓶頸。目前的平面波導(dǎo)技術(shù)受限于其ニ維結(jié)構(gòu)尺寸問題很難實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)波導(dǎo)線，平面結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)線現(xiàn)階段制備的長(zhǎng)度有限，且平面多采用復(fù)雜彎曲環(huán)狀結(jié)構(gòu)，要制備這種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的低損耗彎曲波導(dǎo)線需要性能很高的光刻機(jī)與光刻版，設(shè)備與成本高，エ藝可重復(fù)性差。平面結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的長(zhǎng)波導(dǎo)還因?yàn)槠鋸?fù)雜結(jié)構(gòu)造成每ー圈波導(dǎo)的彎曲半徑不等，且每ー圈波導(dǎo)環(huán)面積不同，這都會(huì)影響器件的損耗一致性，會(huì)造成串?dāng)_較大、一致性差等缺點(diǎn)。采用立體結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)線采用平面直波導(dǎo)加工エ藝，制備簡(jiǎn)單，エ藝要求低，損耗為彎曲波導(dǎo)的幾分之一,且一致性好。
發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問題本實(shí)用新型提出ー種柔性超長(zhǎng)光波導(dǎo)，其采用柔性光波導(dǎo)制備エ藝與波導(dǎo)立體對(duì)準(zhǔn)焊接技術(shù)實(shí)現(xiàn)一種三維結(jié)構(gòu)的超長(zhǎng)波導(dǎo)，具有柔性可彎曲，體積小，損耗低，制備簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)。技術(shù)方案本實(shí)用新型提出的柔性超長(zhǎng)光波導(dǎo)由光輸入端、光輸出端、柔性襯底、柔性光波導(dǎo)構(gòu)成，柔性光波導(dǎo)制備于柔性襯底之上組成平面柔性光波導(dǎo)陣列，然后經(jīng)過(guò)端面拋光，彎曲對(duì)準(zhǔn)焊接形成螺旋形的超長(zhǎng)柔性光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；所述超長(zhǎng)柔性光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)由平面柔性光波導(dǎo)陣列卷曲對(duì)接成為筒狀制作而成，制備的平面柔性波導(dǎo)陣列由柔性波導(dǎo)組成，柔性波導(dǎo)與柔性襯底的邊緣呈一鋭角，柔性襯底兩端錯(cuò)開一定位置彎曲成筒狀，即光波導(dǎo)陣列中前一根光波導(dǎo)的輸出端和后一根光波導(dǎo)的輸入端連接，串聯(lián)形成帶有光輸出端和光輸入端的柔性超長(zhǎng)光波導(dǎo)。柔性光波導(dǎo)由有機(jī)聚合物光波導(dǎo)包層與有機(jī)聚合物光波導(dǎo)芯層組成，波導(dǎo)制備于柔性波導(dǎo)襯底之上，有機(jī)聚合物波導(dǎo)芯層為矩形、脊形、倒脊形或條載形結(jié)構(gòu)，厚度和寬度均為數(shù)微米量級(jí)。本實(shí)用新型所提出的柔性超長(zhǎng)光波導(dǎo)光路如下光由外光輸入端輸入，經(jīng)由柔性波導(dǎo)線陣列立體連接而成的超長(zhǎng)波導(dǎo)進(jìn)行傳輸，最終由光輸出端輸出。[0010]有益效果本實(shí)用新型與現(xiàn)有的技術(shù)相比具有以下的優(yōu)點(diǎn)I、現(xiàn)有無(wú)機(jī)波導(dǎo)存在面積占用大，重量大的缺點(diǎn)，這都導(dǎo)致無(wú)機(jī)襯底很難制備超長(zhǎng)波導(dǎo)。與傳統(tǒng)的平面光波導(dǎo)相比較，本實(shí)用新型所提出的柔性超長(zhǎng)光波導(dǎo)可以任意彎曲甚至折疊，使得占用面積大為縮小。柔性波導(dǎo)材料質(zhì)量輕，制備同樣長(zhǎng)度的波導(dǎo)，使用本實(shí)用新型提出的柔性材料制備的超長(zhǎng)波導(dǎo)線比采用傳統(tǒng)無(wú)機(jī)材料制備同樣器件重量輕百分之九十甚至更多。2、現(xiàn)有的環(huán)形多圈結(jié)構(gòu)波導(dǎo)線存在掩模結(jié)構(gòu)復(fù)雜，波導(dǎo)邊緣由于エ藝原因比較粗糙，彎曲損耗較大等缺點(diǎn)。本實(shí)用新型提出的柔性超長(zhǎng)波導(dǎo)線采用平面直波導(dǎo)制備エ藝，掩模版為最簡(jiǎn)單的直線，這樣制備的波導(dǎo)邊緣光滑，損耗更低。3、以往由脆性材料如玻璃，硅片等制作的集成光波導(dǎo)存在機(jī)械性能差，容易碎裂的問題。本實(shí)用新型所提出的柔性超長(zhǎng)光波導(dǎo)具有更高的柔韌性，抗震、抗沖擊性好，不易碎裂的特點(diǎn)。4、現(xiàn)有平面結(jié)構(gòu)波導(dǎo)受限于其較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)對(duì)光刻機(jī)等設(shè)備要求很高，エ藝條件限制嚴(yán)格。本實(shí)用新型所提出的柔性超長(zhǎng)光波導(dǎo)采用平面直波導(dǎo)制備技木，設(shè)備要求低，且可以采滾筒壓制的方式大規(guī)模生產(chǎn)，而制得波導(dǎo)損耗性能更好。5、傳統(tǒng)長(zhǎng)波導(dǎo)由于每個(gè)單元環(huán)彎曲半徑與面積上存在不一致的現(xiàn)象，在光傳感器件的應(yīng)用上受到限制。本實(shí)用新型所提出的柔性超長(zhǎng)波導(dǎo)的立體結(jié)構(gòu)可以克服平面結(jié)構(gòu)的這ー缺點(diǎn)。柔性長(zhǎng)波導(dǎo)每ー圈面積與彎曲半徑等，這具有優(yōu)異的光學(xué)敏感特性，這ー特性可以使其可以應(yīng)用于集成光陀螺等傳感器件上。6、平面結(jié)構(gòu)波導(dǎo)由于其環(huán)形結(jié)構(gòu)端頭引出必定會(huì)與其他波導(dǎo)環(huán)存在干擾，導(dǎo)致器件損耗一致性差、串?dāng)_較大。本實(shí)用新型提出的柔性超長(zhǎng)光波導(dǎo)由于單個(gè)基本結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，整體為單個(gè)結(jié)構(gòu)的疊加，這使得其具有很好的損耗一致性與信號(hào)噪聲特性。

圖I是立體成型的柔性超長(zhǎng)光波導(dǎo)示意圖。圖2是柔性超長(zhǎng)光波導(dǎo)成型前的平面示意圖。圖3是柔性波導(dǎo)陣列中波導(dǎo)線結(jié)構(gòu)立體示意圖。其中有光輸入端I、光輸出端2、柔性襯底3、柔性光波導(dǎo)4、前一根光波導(dǎo)的輸出端5、后一根光波導(dǎo)的輸入端6、有機(jī)聚合物光波導(dǎo)包層7、有機(jī)聚合物光波導(dǎo)芯層8、柔性材料襯底9。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作進(jìn)ー步描述。本實(shí)用新型所提出的柔性超長(zhǎng)光波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)如圖I和圖2所示。從結(jié)構(gòu)上看，該光波導(dǎo)由光輸入端I、光輸出端2、柔性波導(dǎo)襯底3、柔性波導(dǎo)4構(gòu)成，柔性波導(dǎo)4制作于柔性波導(dǎo)襯底3之上，所有光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)由有機(jī)聚合物柔性材料制成，具有很好的柔韌性，可以進(jìn)行小半徑的彎曲，其特征在干柔性襯底3具有筒狀結(jié)構(gòu)，波導(dǎo)制備于柔性襯底之上，形成螺旋形的超長(zhǎng)柔性光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，這種超長(zhǎng)柔性光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)可以由制備的平面柔性光波導(dǎo)陣列卷曲對(duì)接成為筒狀。制備的平面柔性波導(dǎo)陣列由數(shù)條相同的單根柔性波導(dǎo)線組成，每根波導(dǎo)均與襯底邊緣呈a角度，a —般為幾度。在彎曲立體成型過(guò)程中，首先對(duì)端面進(jìn)行拋光處理，然后將平面柔性波導(dǎo)進(jìn)行彎曲對(duì)準(zhǔn)，使得平面波導(dǎo)上端與下端錯(cuò)開ー根波導(dǎo)線，這個(gè)過(guò)程要求光波導(dǎo)陣列中前一根光波導(dǎo)的輸出端和后一根光波導(dǎo)的輸入端對(duì)準(zhǔn)。然后使用紫外固化膠等方式進(jìn)行波導(dǎo)的焊接，波導(dǎo)陣列每根波導(dǎo)首尾相接串聯(lián)形成連續(xù)的螺旋形波導(dǎo)光路，最終形成首尾分別具有與波導(dǎo)環(huán)相切的獨(dú)立輸入端與獨(dú)立輸出端的柔性超長(zhǎng)光波導(dǎo)。
本實(shí)用新型所提出的柔性超長(zhǎng)光波導(dǎo)由柔性材料襯底9、有機(jī)聚合物波導(dǎo)芯層8、有機(jī)聚合物波導(dǎo)包層7組成，其中有機(jī)聚合物波導(dǎo)芯層可以為矩形，脊形，倒脊形，條載形結(jié)構(gòu)，厚度和寬度均為數(shù)微米量級(jí)，有機(jī)聚合物襯底厚度在幾微米至幾厘米之間。本實(shí)用新型所提出的柔性超長(zhǎng)光波導(dǎo)光路如下光由外光輸入端輸入，經(jīng)由柔性波導(dǎo)線陣列立體連接而成的超長(zhǎng)波導(dǎo)進(jìn)行傳輸，最終由光輸出端輸出。即形成一條經(jīng)由輸入口(I)—……—Ain — (A0UT&Bin) — (B0UT&CIN) — (C0UT&DIN) — D0UT —……—輸出口(2)的連續(xù)光路。
權(quán)利要求1.ー種柔性超長(zhǎng)光波導(dǎo)，由光輸入端(I)、光輸出端(2)、柔性襯底(3)、柔性光波導(dǎo)(4)構(gòu)成，其特征在于柔性光波導(dǎo)(4)制備于柔性襯底(3)之上組成平面柔性光波導(dǎo)陣列，然后經(jīng)過(guò)端面拋光，彎曲對(duì)準(zhǔn)焊接形成螺旋形的超長(zhǎng)柔性光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)； 所述超長(zhǎng)柔性光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)由平面柔性光波導(dǎo)陣列卷曲對(duì)接成為筒狀制作而成，制備的平面柔性波導(dǎo)陣列由柔性波導(dǎo)(4)組成，柔性波導(dǎo)(4)與柔性襯底(3)的邊緣呈一鋭角，柔性襯底(3)兩端錯(cuò)開一定位置彎曲成筒狀，即光波導(dǎo)陣列中前一根光波導(dǎo)的輸出端(5)和后一根光波導(dǎo)的輸入端(6 )連接，串聯(lián)形成帶有光輸出端(I)和光輸入端(2 )的柔性超長(zhǎng)光波導(dǎo)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種柔性超長(zhǎng)光波導(dǎo)，其特征在于柔性光波導(dǎo)(4)由有機(jī)聚合物光波導(dǎo)包層(7)與有機(jī)聚合物光波導(dǎo)芯層(8)組成，波導(dǎo)制備于柔性波導(dǎo)襯底(3)之上，有機(jī)聚合物波導(dǎo)芯層(8)為矩形、脊形、倒脊形或條載形結(jié)構(gòu)，厚度和寬度均為數(shù)微米量級(jí)。
專利摘要一種柔性超長(zhǎng)光波導(dǎo)，由外光源輸入端、光耦合輸出端、柔性波導(dǎo)襯底、柔性波導(dǎo)線陣列構(gòu)成。柔性波導(dǎo)陣列制作于平面的柔性波導(dǎo)襯底之上，然后平面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)彎曲后進(jìn)行邊緣對(duì)準(zhǔn)焊接，最終形成立體的超長(zhǎng)的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。其特征在于所有光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)由有機(jī)柔性聚合物材料制成，具有很好的柔韌性，可以任意彎曲甚至折疊，體積減小便攜性提高，器件采用柔性材料制成質(zhì)量輕、穩(wěn)定性高，抗震性能極佳，這種柔性超長(zhǎng)光波導(dǎo)采用平面制備工藝，制備簡(jiǎn)單并可實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，顯著降低器件成本，器件制備的波導(dǎo)密度大為提升且可在很小的體積內(nèi)實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，顯著減小器件體積。
文檔編號(hào)G02B6/13GK202393935SQ201120553100
公開日2012年8月22日 申請(qǐng)日期2011年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月27日
發(fā)明者張彤, 張曉陽(yáng), 李若舟, 楊岱旭 申請(qǐng)人:東南大學(xué)