一种光电集成电路板通信系统技术方案

本发明专利技术属于光电技术领域，公开了一种光电集成电路板通信系统，包括vcsel激光发射器、光电电路板、光波导器件和光电转换器件；光波导器件包括第一垂直耦合结构、信道波导和第二垂直耦合结构；第一垂直耦合结构包括第一入射平面和第一反射平面，且两平面夹角控制在44.7°‑46.5°的范围内；第二垂直耦合结构包括第二反射平面和第二入射平面，且两平面之间的夹角控制在44.7°‑46.5°的范围内。本发明专利技术解决了现有技术中光束传输效率较低、激光与光波导器件的耦合效率较低的问题，能够极大地提升传输效率、使得耦合效率最大化。

【技术实现步骤摘要】
一种光电集成电路板通信系统
本专利技术属于光电
，更具体地，涉及一种光电集成电路板通信系统。
技术介绍
在数据流量日益庞大和快速的今天，高端电子系统中使用纯电子电路印制板将不能满足长线路、高密度和高功率的需要，采用在电子装置内导入光电子电路组装技术是当务之急。为此，一种新的带光互连层的印制板技术——光电印制电路板发展形成。光电印制板是由传统的PCB层和光波导层叠层压合而成，它是将光与电整合，以光作为信号传输，以电进行运算的新一代高速运算所需的封装基板，将目前发展的非常成熟的印制电路板加上一层光导层，使得线路板的使用由现有的电连接技术延伸到光传输领域。光电印制板通常是在基板上形成光波导层，采用激光成像或曝光菲林形成光互连图形，然后经特殊显影液(水溶性显影液)显影去掉未成像部分光波导层，形成含有光波导互连图形的内层芯板，然后将含光波导层的芯板和含电路层的芯板压合在一起形成成品PCB。因此，光电印制板制作有两个核心工艺：一是光波导层制作；二是光波导层与铜导线路层的压合。目前，大多数光波导器件制作工艺复杂、程序繁琐、集成度不高、通用性较差，光束传输效率低、激光与光波导器件的耦合效率较低。因此，提供一种对现有工艺兼容、制作高效、通用性好、使得光束传输效率高、与激光耦合效率高，且能实现器件集成化的光波导器件成为当前需要解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术通过提供一种光电集成电路板通信系统，解决现有技术中光束传输效率较低、激光与光波导器件的耦合效率较低的问题。本专利技术提供一种光电集成电路板通信系统，包括：vcsel激光发射器、光电电路板、光波导器件和光电转换器件；所述光波导器件包括第一垂直耦合结构、信道波导和第二垂直耦合结构；所述第一垂直耦合结构包括第一入射平面和第一反射平面，所述第一入射平面与所述第一反射平面之间的夹角控制在44.7°-46.5°的范围内；所述第二垂直耦合结构包括第二反射平面和第二入射平面，所述第二入射平面与所述第二反射平面之间的夹角控制在44.7°-46.5°的范围内；所述光波导器件可拆卸地安装在所述光电电路板上，所述vcsel激光发射器发射的光束首先入射并穿过所述第一入射平面，然后经所述第一反射平面反射后进入所述信道波导，经所述信道波导后输出的光束经所述第二反射平面反射并穿过所述第二入射平面，最终所述光束到达所述光电转换器件。优选的，所述光电集成电路板通信系统还包括：第一准直透镜；所述第一准直透镜设置在所述vcsel激光发射器与所述第一垂直耦合结构之间；所述vcsel激光发射器发射的光束经过所述第一准直透镜聚焦后，焦点的中心在所述第一反射平面的聚焦位置控制在所述第一反射平面中心位置对所述第一入射平面投影位置的±2μm范围内。优选的，所述vcsel激光发射器发射的光束的光斑直径控制在所述光波导器件宽度的60％-100％范围内。优选的，所述光波导器件的宽度和高度相同。优选的，所述光波导器件采用SU8胶在二氧化硅衬底上制作而成，所述光波导器件采用空气包层。优选的，所述信道波导采用级联型环形器上下路器；所述级联型环形器上下路器包含上输入波导、环形器和下输出波导；多个所述环形器的大小各不相同，用于实现不同波段光源的分段输出。优选的，所述信道波导采用光分路器或分路放大器。优选的，所述信道波导采用阵列波导光栅或波导光栅传感器。优选的，所述光电集成电路板通信系统还包括：第二准直透镜；所述第二准直透镜设置在所述第二垂直耦合结构与所述光电转换器件之间，所述第二准直透镜用于对穿过所述第二入射平面出射的光束进行聚焦。本专利技术中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：在专利技术中，将光波导器件中第一垂直耦合结构的第一入射平面与第一反射平面之间的夹角控制在44.7°-46.5°的范围内，将光波导器件中第二垂直耦合结构的第二入射平面与第二反射平面之间的夹角控制在44.7°-46.5°的范围内，通过夹角的控制能够保证光束传播损耗达到最小，能够极大地提升传输效率。此外，结合vcsel激光发射器发射的光斑直径控制与焦点中心控制，能够使得激光与光波导器件的耦合效率最大化，可确保耦合效率在75％以上。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种光电集成电路板通信系统的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种光电集成电路板通信系统中光波导器件的平面结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的一种光电集成电路板通信系统中光波导器件的立体结构示意图；图4为本专利技术实施例提供的级联型环形器上下路器的结构示意图；图5为本专利技术实施例提供的光波导器件的仿真结果示意图；图6为激光与光波导器件垂直耦合中空间位置偏差的三种形式；图7为激光光束与45°耦合结构的中心耦合时，在三维方向上出现偏差对耦合效率影响的仿真图。具体实施方式为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。本实施例提供了一种光电集成电路板通信系统，包括：包括：vcsel激光发射器、光电电路板、光波导器件和光电转换器件。所述光波导器件包括第一垂直耦合结构、信道波导和第二垂直耦合结构；所述第一垂直耦合结构包括第一入射平面和第一反射平面，所述第一入射平面与所述第一反射平面之间的夹角控制在44.7°-46.5°的范围内；所述第二垂直耦合结构包括第二反射平面和第二入射平面，所述第二入射平面与所述第二反射平面之间的夹角控制在44.7°-46.5°的范围内。所述光波导器件可拆卸地安装在所述光电电路板上，所述vcsel激光发射器发射的光束首先入射并穿过所述第一入射平面，然后经所述第一反射平面反射后进入所述信道波导，经所述信道波导后输出的光束经所述第二反射平面反射并穿过所述第二入射平面，最终所述光束到达所述光电转换器件。所述vcsel激光发射器发射的光束的光斑直径控制在所述光波导器件宽度的60％-100％范围内。此外，所述光电集成电路板通信系统还可包括：第一准直透镜；所述第一准直透镜设置在所述vcsel激光发射器与所述第一垂直耦合结构之间。所述vcsel激光发射器发射的光束经过所述第一准直透镜聚焦后，焦点的中心在所述第一反射平面的聚焦位置控制在所述第一反射平面中心位置对所述第一入射平面投影位置的±2μm范围内。此外，所述光电集成电路板通信系统还可包括：第二准直透镜；所述第二准直透镜设置在所述第二垂直耦合结构与所述光电转换器件之间，所述第二准直透镜用于对穿过所述第二入射平面出射的光束进行聚焦。下面对本专利技术做进一步的说明。本申请实施例提供一种光电集成电路板通信系统，如图1所示，包括依次连接的vcsel激光发射器11、第一准直透镜12、光电电路板13、光波导器件14、第二准直透镜15、光电转换器件16。其中，所述光波导器件14可采用SU8胶在二氧化硅衬底上制作而成，所述光波导器件14采用空气包层。如本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光电集成电路板通信系统，其特征在于，包括：vcsel激光发射器、光电电路板、光波导器件和光电转换器件；/n所述光波导器件包括第一垂直耦合结构、信道波导和第二垂直耦合结构；所述第一垂直耦合结构包括第一入射平面和第一反射平面，所述第一入射平面与所述第一反射平面之间的夹角控制在44.7°-46.5°的范围内；所述第二垂直耦合结构包括第二反射平面和第二入射平面，所述第二入射平面与所述第二反射平面之间的夹角控制在44.7°-46.5°的范围内；/n所述光波导器件可拆卸地安装在所述光电电路板上，所述vcsel激光发射器发射的光束首先入射并穿过所述第一入射平面，然后经所述第一反射平面反射后进入所述信道波导，经所述信道波导后输出的光束经所述第二反射平面反射并穿过所述第二入射平面，最终所述光束到达所述光电转换器件。/n

【技术特征摘要】
1.一种光电集成电路板通信系统，其特征在于，包括：vcsel激光发射器、光电电路板、光波导器件和光电转换器件；
所述光波导器件包括第一垂直耦合结构、信道波导和第二垂直耦合结构；所述第一垂直耦合结构包括第一入射平面和第一反射平面，所述第一入射平面与所述第一反射平面之间的夹角控制在44.7°-46.5°的范围内；所述第二垂直耦合结构包括第二反射平面和第二入射平面，所述第二入射平面与所述第二反射平面之间的夹角控制在44.7°-46.5°的范围内；
所述光波导器件可拆卸地安装在所述光电电路板上，所述vcsel激光发射器发射的光束首先入射并穿过所述第一入射平面，然后经所述第一反射平面反射后进入所述信道波导，经所述信道波导后输出的光束经所述第二反射平面反射并穿过所述第二入射平面，最终所述光束到达所述光电转换器件。


2.根据权利要求1所述的光电集成电路板通信系统，其特征在于，还包括：第一准直透镜；所述第一准直透镜设置在所述vcsel激光发射器与所述第一垂直耦合结构之间；
所述vcsel激光发射器发射的光束经过所述第一准直透镜聚焦后，焦点的中心在所述第一反射平面的聚焦位置控制在所述第一反射平面中心位置对所述第一入射平面投影位置的±2μm范围内。


3.根据权利要求1所述的光电...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶青，匡文祥，刘顿，陈列，杨奇彪，娄德元，翟中生，郑重，成健，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42