光波导的制备和使用制造技术

无反射镜光波导可以包括包层和芯。该芯可包括平行于表面平面的纵长段。该芯可进一步包括朝向表面平面弯曲的两个弯曲端部。表面平面可平行于衬底。包层可具有由丙烯酸和/或聚氨酯制成的纳米颗粒。芯可以具有类似的丙烯酸和/或聚氨酯的纳米颗粒以及诸如氧化锆的具有高折射率的纳米颗粒。无反射镜光波导能够通过喷墨印刷来形成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
光波导是能够用于在光电子电路中引导电磁波(例如，光)的结构。反射镜可用于使光进出光波导。然而，在反射镜处的反射会导致光损耗。另外，反射镜会增加制造过程的成本和时间。概述前面的概述仅仅是示例性的，而不意在以任何方式进行限制。通过参考附图以及下面的详细说明，除了上文所描述的示例性的方面、实施例和特征之外，另外的方面、实施例和特征将变得清楚。在一些实施例中，无反射镜光波导可以包括：芯结构，其包括第一端部、第二端部以及在第一端部与第二端部之间的纵长段，其中所述纵长段基本上平行于表面平面，并且其中所述第一端部和第二端部是弯曲的从纵长段延伸到表面平面；以及包层结构，其至少部分地围绕所述芯结构，其中所述芯结构的折射率比所述包层结构的折射率高。在一些实施例中，制作无反射镜光波导的方法可以包括：将多个层依次沉积到衬底上，每层包括形成芯结构部的第一墨以及形成包层结构部的第二墨；其中一层中的芯结构部被构造为相对于相邻层中的芯结构部偏移，使得当多个二维层被沉积时，第一墨部形成具有朝向光波导的表面延伸的弯曲端部的三维芯结构，并且所述第二墨部形成至少部分地围绕所述芯结构的三维包层结构。在一些实施例中，使用无反射镜光波导的方法可以包括提供光波导，该光波导包括芯结构和至少部分地围绕芯结构的包层结构，所述芯结构包括第一端部、第二端部以及在第一端部与第二端部之间的纵长段，所述纵长段基本上平行于表面平面，所述第一端部和第二端部是弯曲的且从纵长段延伸到表面平面，并且芯结构具有比包层结构高的折射率；以及通过将
光发射到第一端部上来引导光通过芯结构，使得光从第一端部朝向纵长段传播且从第二端部出射。在一些实施例中，光电子设备可以包括无反射镜光波导，该无反射镜光波导包括芯结构和至少部分地围绕芯结构的包层结构，芯结构包括第一端部、第二端部以及在第一端部与第二端部之间的纵长段，所述纵长段基本上平行于表面平面，第一端部和第二端部是弯曲的且从纵长段延伸到表面平面，并且芯结构具有比包层结构高的折射率；光源，其将光照射到第一端部上，使得光从第一端部朝向纵长段传播且从第二端部出射；以及接收器组件，其接收从第二端部出射的光。附图说明通过下面结合附图给出的详细说明和随附的权利要求，本公开的前述特征以及其它特征将变得更加清楚。应理解的是，这些附图仅描绘了依照本公开的若干实施例，因此，不应视为对范围的限制，将通过利用附图结合附加的具体描述和细节对本公开进行说明。图1示出了常规的具有反射镜的波导的侧剖视图。图2示出了根据一个实施例的无反射镜光波导的侧剖视图。图3示出了光进入无反射镜光波导的一端且从波导的另一端出射。图4示出了图2所示的无反射镜波导的部分俯视立体图。图5A-5D示出了用于制造无反射镜光波导的3维印刷过程中的渐进阶段。图6是无反射镜光波导的一层的一部分沉积的立体图，该层具有围绕芯结构部的包层结构部。图7示出了根据一个实施例在制造过程的一个步骤中部分地形成的无反射镜光波导。图8示出了完整的无反射镜光波导，其中衬底的部分被去除以露出芯结构的端部。图9示出了根据一个实施例制备包层墨的方法。图10示出了根据一个实施例来制备芯墨的方法。图11示出了根据替选实施例来制备芯墨的方法。图12是描绘芯结构中的纳米颗粒的浓度与芯结构的折射率之间的关系的曲线图。x轴表示作为芯结构的重量百分比的纳米颗粒浓度。y轴表示芯结构的折射率。具体实施方式在光电子电路中，光波导可用于将光从光源(例如，垂直腔表面发射激光器)引导到光接收器组件(例如，光电二极管)中。入射到光波导的一端的光可以通过光波导传播且进入光接收器(例如，光电二极管)。常规的波导可包括反射镜以引导光路进出光波导。相反，本文公开的实施例将该反射镜从波导省略。省略反射镜能够有助于防止由反射镜处的反射导致的光损耗。此外，省略反射镜能够降低制造成本和时间。喷墨印刷能够用于制作根据本文公开的实施例的无反射镜光波导。在一些实施例中，无反射镜光波导可以是具有芯结构以及至少部分地围绕芯结构的包层结构的三维结构。包层结构能够由包括聚氨酯、丙烯酸或两者的纳米颗粒的墨制成。用于形成芯结构的墨可以具有类似的聚氨酯、丙烯酸或两者的纳米颗粒，以及具有高折射率的附加纳米颗粒(诸如氧化锆)。在一些实施例中，芯结构具有纵长段以及从纵长段延伸出且朝向表面平面弯曲的两个弯曲端部。图1示出了在具有光源110、光接收器120和衬底210的光电子电路中使用的常规的波导100的侧剖视图。如图1所示，波导100可以包括芯结构240以及至少部分地围绕芯结构的包层结构250。波导100可进一步布置在光源110和光接收器120的下方。图1还示出了光源110和光接收器120的下方的波导100的相对端处布置的反射镜142、144。反射镜142、144可以以关于芯240的轴线倾斜的角度定位。光源110下方的反射镜142可以如下角度定位：使得入射到该反射镜142上的、从光源110发射的光可以被引入240且引向波导200的相对端。光接收器120下方的反射镜144可以如下角度定位：使得入射到该反射镜144上的光能够被引出芯240且引入光接收器120。图2示出了形成在衬底210上的无反射镜光波导200的一个实施例的侧剖视图。在一些实施例中，衬底210是硅衬底。光波导200可以包括芯结构240以及围绕芯结构的包层结构250。图3示出了在示例性的光电子设备中进入光波导200的一端且传播通过波导200的光的示例说明。根据本文所描述的方法所形成的波导200的形状和结构以及包层结构250与芯结构240的折射率之差，允许光进入波导200且传播通过波导200，而无需使用诸如图1的常规波导中所描绘的反射镜142、144的反射镜。参考图2，无反射镜光波导200的一些实施例包括芯结构240，芯结构240具有纵长段230以及在纵长段230的相对端处的两个弯曲端部222、224。纵长段230可以基本平行于衬底210。弯曲端部222、224中的每一个可以从纵长段230延伸并向平行于衬底210的表面平面260弯曲。因此，根据一些实施例，芯结构240能够限定大致“U”形。每个弯曲端部可终止于表面平面中的开口272、274。在一些实施例中，一个开口272可以是入口，该入口接收从光源110发射的光。另外，另一个开口272可以是出口，光通过该出口出射而进入光检测器120。在一些实施例中，除了开口272、274周围之外，包层结构250完全地围绕芯结构240。参考图2，在一些实施例中，弯曲端部222、224能够限定曲率半径，该曲率半径可从纵长段230朝向表面平面260增大。因此，弯曲端部222、224可以朝向表面平面260向上弯曲。另外，曲线的陡度可以是越靠近表面平面250越大。在一些实施例中，曲率半径可以大于或等于约4mm。在一些实施例中，曲率半径可以大于或等于约5mm。其它曲率半径也是可能的。根据一些实施例，两个端部222、224的曲率半径可以相同。根据一些实施例，两个端部222、224的曲率半径还可以不同。另外，在一些实施例中，一个弯曲端部222的曲率半径可独立于另一弯曲端部224的曲率半径。因此，弯曲端部222、224能够独立地限定曲率半径。在一些实施例中，如图2所示，弯曲端部222、224本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无反射镜光波导，包括：芯结构，其包括第一端部、第二端部以及在所述第一端部与所述第二端部之间的纵长段，其中所述纵长段基本上平行于表面平面，并且其中所述第一端部和所述第二端部是弯曲的且从所述纵长段延伸到所述表面平面；以及包层结构，其至少部分地围绕所述芯结构，其中所述芯结构的折射率高于所述包层结构的折射率。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种无反射镜光波导，包括：芯结构，其包括第一端部、第二端部以及在所述第一端部与所述第二端部之间的纵长段，其中所述纵长段基本上平行于表面平面，并且其中所述第一端部和所述第二端部是弯曲的且从所述纵长段延伸到所述表面平面；以及包层结构，其至少部分地围绕所述芯结构，其中所述芯结构的折射率高于所述包层结构的折射率。2.根据权利要求1所述的无反射镜光波导，其中所述第一端部和所述第二端部独立地限定曲率半径。3.根据权利要求2所述的无反射镜光波导，其中所述曲率半径从所述纵长段朝向所述表面平面增大。4.根据权利要求3所述的无反射镜光波导，其中所述曲率半径大于或等于约4mm。5.根据权利要求1-4中任一项所述的无反射镜光波导，其中所述芯结构的截面积为约900pm2至约40nm2。6.根据权利要求1-5中任一项所述的无反射镜光波导，其中所述包层结构包括丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、或两者的组合。7.根据权利要求1-6中任一项所述的无反射镜光波导，其中所述包层结构具有约1.490至约1.520的折射率。8.根据权利要求1-7中任一项所述的无反射镜光波导，其中所述芯结构具有约1.502至约1.551的折射率。9.根据权利要求1-8中任一项所述的无反射镜光波导，其中所述包层结构包括包层纳米颗粒。10.根据权利要求1-9中任一项所述的无反射镜光波导，其中所述芯结构包括：包层纳米颗粒；以及芯纳米颗粒。11.根据权利要求9-10中任一项所述的无反射镜光波导，其中所述包层纳米颗粒包括丙烯酸内层以及聚氨酯外层。12.根据权利要求10-11中任一项所述的无反射镜光波导，其中所述芯纳米颗粒包括氧化锡、氧化铝、氧化锆、二氧化钛、或它们的组合。13.根据权利要求10-12中任一项所述的无反射镜光波导，其中所述芯纳米颗粒具有等于或小于约20nm的平均直径。14.根据权利要求10-13中任一项所述的无反射镜光波导，其中所述芯纳米颗粒以约40％至约80％的量存在于所述芯中。15.根据权利要求10-13中任一项所述的无反射镜光波导，其中所述芯纳米颗粒以约50％的量存在于所述芯中。16.一种制作无反射镜光波导的方法，所述方法包括：将多个层依次沉积到衬底上，每个层包括形成芯结构部的第一墨以及形成包层结构部的第二墨；其中一层中的所述芯结构部被构造为相对于相邻层中的所述芯结构部偏移，使得当多个二维层沉积时，第一墨部形成具有朝向所述光波导的表面延伸的弯曲端部的三维芯结构，并且所述第二墨部形成至少部分地围绕所述芯结构的三维包层结构。17.根据权利要求16所述的方法，其中沉积包括喷墨印刷。18.根据权利要求16-17中任一项所述的方法，进一步包括将一个或多个包层沉积到与所述弯曲端部相对的表面上，其中每个包层包括所述第二墨。19.根据权利要求16-18中任一项所述的方法，进一步包括：通过如下步骤来形成所述第一墨：提供具有包层纳米颗粒的复合乳液；将芯纳米颗粒添加到所述复合乳液中，从而产生混合物；以及将水基溶剂添加到所述复合乳液或所述混合物中。20.根据权利要求19所述的方法，其中所述包层纳米颗粒和所述芯纳米颗粒一起以从按重量计约1％至约20％的范围的量存在于所述第一墨中。21.根据权利要求19-20中任一项所述的方法，其中所述包层纳米和所述芯纳米颗粒一起以按重量计约10％的量存在于所述第一墨中。22.根据权利要求19-21中任一项所述的方法，其中所述芯纳米颗粒具有等于或小于约20nm的平均直径。23.根据权利要求19-22中任一项所述的方法，其中所述芯纳米颗粒包括氧化锡、氧化铝、氧化锆、二氧化钛、或它们的组合。24.根据权利要求19-23中任一项所述的方法，其中所述芯纳米颗粒包括氧化锆。25.根据权利要求24所述的方法，其中所述氧化锆纳米颗粒与所述包层纳米颗粒之比的范围从约40:60到约90:10。26.根据权利要求24-25中任一项所述的方法，其中所述氧化锆纳米颗粒与所述包层纳米颗粒之比为约50:50。27.根据权利要求24-26中任一项所述的方法，其中所述氧化锆纳米颗粒具有1.95的折射率。28.根据权利要求16-27中任一项所述的方法，进一步包括：通过如下步骤来形成所述第二墨：提供具有包层纳米颗粒的复合乳液；以...

【专利技术属性】
技术研发人员：羽山秀和，
申请(专利权)人：英派尔科技开发有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US