[发明专利]光波导以及制造光波导的方法

说明书

技术领域

本发明涉及光波导以及制造光波导的方法。本发明还涉及其上形成有一个或多个光波导的光学印刷电路板。

在实施方式中，本发明涉及光波导以及制造光波导的方法，该光波导沿着弯曲路径引导光信号以减少的传播损耗，从而使得光信号的引导能够沿着其曲率半径在过去因为太小而无法实施的弯曲路径。

背景技术

随着作为数字信息捕获的、处理的、传送的以及存储的数据的量不断增加，已经开发了用于合并的数据存储设备和网络技术，例如，增加通信带宽的光纤通道。例如，希望管理存储阵列中平面上的互连的占主导地位的协议串行SCSI（SAS）的数据速率在不久的将来增加至12Gb/s。随着系统带宽这样显著的增加，印刷电路板（PCB）上的元件和通道的密度将会相应地增大。从而，数据存储系统将会容易出现诸如、串音、介电损耗、皮层效应以及电磁干扰等问题。

提出的用于减轻这些性能问题的方法是结合电光PCB并互连到数据存储系统的中平面上。该PCB和互连可以是刚性的或柔性的。无论哪种情况，都应该注意的是通常有一个定义互连层的平面，可以是平的或曲面的。一般地说，在PCB上使用光学通道来传输数据和控制信号可用于增加可用数据的速率。

低成本实施光学PCB成功的关键元件就是嵌入式对称光学聚合物波导。图1示出沿着典型的波导10的横截面的XX’线的横截面和折射率分布的示意图。如该图中所示，该波导包括一段通常称作芯层11的材料，其由通常称作包层12的折射率略低的材料包裹。简言之，在芯层/包层边界处的折射率对比度使得沿着芯层11传播的光信号通过全内反射被限制在芯层11中。用于制造光波导的合适的材料包括各种类型的玻璃和亚克力。最近，采用光惰性聚合物来制造光波导，其具有制造成本低和制造工艺简单的优点。

相应地存在许多光敏聚合物波导的设计优势。但是，出现了一个关于光学聚合物波导的最小曲率半径的问题。当波导在光学PCB上弯曲它的路径时，通常会出现损耗。因此就出现了光学聚合物波导的“最小曲率半径”，比该最小曲率半径小时损耗将会非常明显。对于不同的应用，最小曲率半径会根据传输的光信号的波长、波导的长度以及波导中弯曲部分的数量发生变化。但是，较小的最小曲率半径具有明显的优势，这是因为能够设置在光学PCB的单元区域内的波导的数量越多，就能提供越高的机动性，波导路径的控制和布置，因为，在波导中进行转弯需要较小的足迹。

换句话说，在互连层的平面内（波导位于其下时将不切实际）的大的最小曲率半径仍然是一个问题。印刷的多模光学聚合物波导中的光学传播损耗的特性已经表明因为由界面缺陷的增加引起的较高阶模式的散射所造成的横向损失将会明显地限制曲率半径大于10mm到15mm。根据设备的设计，这将会很难并严重限制在高密度的PCB内容纳这样大的曲率半径。

弯曲的波导存在另一个问题，弯曲的波导中传播光学信号的模式轮廓倾斜偏离波导的曲率中心。结果导致传播的信号的模式轮廓在波导的直线部分和弯曲部分存在空间错位。这会引起耦合损耗，混合（compound）由界面缺陷增加所造成的散射损耗的增加。模式轮廓朝向波导一侧的歪斜（skewing）也会加大传播损耗，进一步限制能够接受的最小曲率半径。

US-A-2004/0076394中描述了一种用诸如GaAs/AlGaAs材料制造的混合埋入/脊平面波导。该波导包括在相同的基板上埋入波导部分和脊波导部分的组合，这两个部分共享芯层。该埋入波导部分提供耦合器和其他设备组件所需的供低折射率对比度，脊波导部分提供有效的低成本紧弯曲波导所需的高折射率对比度。

在由Smit等(J.Lightwave Tech.Vol.10No.111993)撰写的题目为“ANormalized Approach to the Design of Low-Loss Optical Waveguide Bends”的文章中，示出波导的芯层在曲线处可能发生偏移以提高弯曲部分的模式轮廓和邻接的直线部分的模式轮廓之间的空间重叠从而减小耦合损耗。Smit等还展示了可以利用这样的偏移芯层，通过适当的优化，使得光信号在从邻接的直线部分传播到波导的弯曲部分时可以耦合到耳语回廊模式的弯曲部分。