本发明涉及光通信领域，尤其涉及一种光波导和印刷电路板。
背景技术：
随着高速数据传输需求的不断提高，数据中心需要多个处理器协同完成相关数据的处理，进而使得数据中心对芯片间互连带宽的要求也变得越来越高，因此，对系统内印刷电路板(Printed circuit board，PCB)之间和/或PCB上芯片之间的互连速率、带宽和通道密度均提出了更高的要求。
传统的PCB上芯片间基于金属线的电互连方式，由于金属线本身固有的物理特性使其在高速数据传输过程中存在严重的传输损耗、有限的传输距离(传输速率越高，传输距离越短)、严重串扰等一系列瓶颈问题，使得电互连方式不能够满足高速信息的处理和传输需求。相比传统的电互连技术，光互连(Optical interconnect)技术采用光波作为信息传输的载体，具有高时空带宽积、高集成密度、可波分复用、抗电磁干扰以及低传输损耗等优点，故结合光互连技术与电互连技术，发展一种OE-PCB(Opto-electrical hybrid printed circuit board，光电混合印刷电路板)，对于促进未来数据中心、高性能计算机的发展具有极其重要的意义和应用价值。
目前制作OE-PCB，通常是在传统的PCB板中嵌入用于传输高速光信号的光波导，而低速的电信号仍然在PCB中利用电的方式传输。实际使用中，在PCB板中嵌入的光波导使得光信号存在传输损耗，光信号在传输一定距离后损耗很大，使得检测端接收到的信号光的光功率过小，进而导致探测器误码率提高，影响系统的正常运行，使芯片间光互连面临瓶颈问题。
技术实现要素：
本发明实施例提供一种光波导和印刷电路板，以解决芯片间光互连的瓶颈问题。
第一方面，提供一种光波导，包括下包层、上包层以及形成在所述下包层和所述上包层之间的波导芯层；
所述波导芯层包括至少一个波导单元，每一所述波导单元中包括用于传输光信号的信号光波导，和用于在泵浦光的泵浦作用下对所述信号光波导传输的光信号进行放大的增益光波导；
所述信号光波导和所述增益光波导设置在所述下包层面向所述上包层一侧的表面上，且所述信号光波导和所述增益光波导通过端面连接为一体结构。
结合第一方面，在第一种实现方式中，所述信号光波导包括光路前端部分和光路后端部分；
所述增益光波导设置在所述光路前端部分和所述光路后端部分之间，所述增益光波导的一个端面与所述光路前端部分面向所述光路后端部分的端面连接为一体结构，另一个端面与所述光路后端部分面向所述光路前端部分的端面连接为一体结构。
结合第一方面或者第一方面的第一种实现方式，在第二种实现方式中，所述增益光波导的端面截面尺寸和所述信号光波导的端面截面尺寸一致。
结合第一方面的第一种实现方式，在第三种实现方式中，所述波导单元还包括传输所述泵浦光的泵浦光波导；所述泵浦光波导，设置在所述下包层面向所述上包层一侧的表面上。
结合第一方面的第三种实现方式，在第四种实现方式中，所述泵浦光波导与所述信号光波导的光路前端部分为一体结构。
结合第一方面的第四种实现方式，在第五种实现方式中，所述泵浦光波导的端面截面尺寸与所述信号光波导的端面截面尺寸一致。
结合结合第一方面的第三种实现方式，在第六种实现方式中，所述泵浦光波导的光路后端部分与所述增益光波导平行设置。
结合第一方面的第六种实现方式，在第七种实现方式中，所述泵浦光波导的光路后端部分与所述增益光波导之间的间距不大于100nm。
结合第一方面的第六种实现方式，或者第一方面的第七种实现方式，在第八种实现方式中，所述泵浦光波导的端面截面尺寸不大于所述增益光波导的端面截面尺寸。
结合第一方面的第三种实现方式，在第九种实现方式中，每一所述波导单元中还包括布拉格光栅，所述布拉格光栅设置在所述信号光波导的光路后端部分，用于滤除经过所述增益光波导但未被吸收的泵浦光。
结合第一方面的第三种实现方式至第一方面的第九种实现方式中的任一种实现方式，在第十种实现方式中，所述波导单元的数量为至少两个，其中，
至少两个所述波导单元呈阵列排布，相邻两个波导单元中的信号光波导之间以及泵浦光波导之间的间距不小于10μm。
第二方面，提供一种印刷电路板，该印刷电路板包括第一方面任一种实现方式中的光波导。
本发明实施例提供的光波导和印刷电路板，光波导中的波导芯层包括用于传输光信号的信号光波导，和用于在泵浦光的泵浦作用下对信号光波导传输的光信号进行放大的增益光波导，并且增益光波导与信号光波导连接为一体结构，故增益光波导与信号光波导之间不存在耦合损耗，故通过本发明能够在避免耦合损耗的前提下对信号光波导传输的光信号进行放大，进而能够避免由于检测端接收到的光信号光功率过小造成的探测器误码率过高的问题，保证系统的正常运行，避免光信号传输损耗大引起的光互连瓶颈问题出现。
附图说明
图1为本发明实施例提供的光波导结构示意图；
图2A-图2B为本发明实施例提供的设置有泵浦光波导的光波导结构示意图；
图3为本发明实施例提供的设置有布拉格光栅的光波导结构示意图；
图4为本发明实施例提供的又一光波导构成示意图；
图5为本发明实施例提供的光波导制作流程图；
图6A-图6F为本发明实施例提供的光波导制作过程示意图；
图7A-图7B为本发明实施例提供的又一光波导制作过程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种光波导，在该光波导中设置与信号光波导连接为一体结构的增益光波导，通过该增益光波导对信号光波导传输的光信号进行放大，以解决目前OE-PCB光链路中传输的光信号的传输损耗问题。
光波导一般包括波导芯层，以及位于波导芯层上方的上包层和位于波导芯层下方的下包层，而本发明实施例提供的光波导包括上包层和下包层，以及形成在下包层和上包层之间的波导芯层，波导芯层包括至少一个波导单元，每一波导单元中包括用于传输信号光的信号光波导和用于在泵浦光的泵浦作用下对信号光波导传输的信号光进行放大的增益光波导，信号光波导和增益光波导设置在下包层面向上包层一侧的表面上，且信号光波导和增益光波导通过端面连接为一体结构，即本发明实施例中提供的光波导与传统光波导相比在于波导芯层的构成不同。
本发明实施例中增益光波导可以在设定位置处与信号光波导通过端面连接为一体结构，例如可以是在信号光波导的末端，也可以设置在信号光波导的某一设定位置处，本发明实施例不做限定，本发明实施例以下将以增益光波导设置在信号光波导的设定位置处为例进行说明。
图1所示为本发明实施例提供的光波导结构示意图，图1中光波导包括上包层(图中未标示)和下包层1，还包括形成在上包层和下包层之间波导芯层，波导芯层包括一个波导单元100，图1中，信号光波导形成在下包层1面向上包层一侧的表面上，用于传输光信号。信号光波导包括不连续的光路前端部分201和光路后端部分202。光路前端部分201可以认为是光信号在光信号波导中传输路径的前端部分，光路后端部分202可以认为是光信号在光信号波导中传输路径的后端部分，二者的材料构成以及端面截面尺寸可以认为是一致的，与现有光波导不同之处在于光路前端部分201和光路后端部分202之间存在有空留区域。本发明实施例中信号光波导的材料可采用聚合物材料，但该聚合物材料的折射率应不小于下包层构成材料的折射率。
增益光波导3设置在信号光波导光路前端部分201和信号光波导光路后端部分202之间，增益光波导3的一个端面与光路前端部分201面向光路后端部分202的端面连接为一体结构，另一个端面与光路后端部分202面向光路前端部分201的端面连接为一体结构，具体如图1所示。
进一步的，本发明实施例中增益光波导3的端面截面尺寸和与其连接的信号光波导的端面截面尺寸一致，即增益光波导3高度和宽度与信号光波导的高度和宽度一致，即增益光波导3和信号光波导通过端面完全耦合在一起，二者之间无需单独进行对准装配，不存在耦合问题，能够避免不必要的耦合损耗。
本发明实施例中增益光波导3中掺杂增益介质，该增益介质在泵浦光的泵浦作用下，能够对信号光波导中传输的信号光进行放大。
本发明实施例中增益光波导3中掺杂的增益介质可以是稀土离子、染料分子和/或量子点等，其掺杂浓度可根据需要达到的目标增益系数确定。
本发明实施例中对增益光波导3进行泵浦作用的泵浦光可由激光光源提供，并且本发明实施例中可以直接利用激光光源对增益光波导3从侧面进行泵浦，在泵浦光从侧面穿过增益光波导3时，被增益光波导3中的增益介质吸收。
较佳的，本发明实施例提供的光波导还包括泵浦光波导4，该泵浦光波导4用于传输对增益光波导3进行泵浦作用的泵浦光，该泵浦光波导4通过耦合结构与增益光波导3耦合，以对增益光波导3进行泵浦，相对直接利用激光光源对增益光波导侧面进行泵浦，泵浦光在可在光波导内部传输，使得泵浦光能够不断的被增益光波导3中的增益介质吸收，并非只在泵浦光侧面穿过增益光波导时被吸收，提高了泵浦光的利用率。
进一步的，本发明实施例中用于传输信号光的信号光波导和用于传输泵浦光的泵浦光波导4可采用相同的材料，例如都采用聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚酰亚胺及其氟化物等聚合物材料，故本发明实施例中为简化制作工艺，可将泵浦光波导4制作在下包层1面向上包层一侧的表面上，并在制作信号光波导的同时制作泵浦光波导。
具体的，本发明实施例优选泵浦光波导4、信号光波导光路前端部分201、信号光波导光路后端部分202和增益光波导3设置在下包层1面向上包层一侧的表面上，而不是将泵浦光波导4设置在信号光波导和/或增益光波导3的上方，能够减少泵浦光波导在OE-PCB中占用的空间资源。
较佳的，本发明实施例中泵浦光波导4与信号光波导的光路前端部分201可以为一体结构，使得泵浦光波导4与信号光波导可一体形成，进一步简化制作工艺，图2A所示为本发明实施例提供的波导单元中信号光波导和泵浦光波导4为一体结构的结构示意图。
进一步的，本发明实施例中在泵浦光波导4与信号光波导为一体结构时，优选泵浦光波导4的端面截面尺寸与信号光波导的端面截面尺寸一致，例如泵浦光波导4与信号光波导的端面截面为正方形时，该正方形的边长尺寸可以为10±0.5μm。泵浦光波导4的端面截面尺寸与信号光波导的端面截面尺寸保持一致，能够使得二者在制作时，采用相同的工艺，进一步简化工艺，并且能够使泵浦光波导中传输的泵浦光较好的耦合到增益光波导。
较佳的，本发明实施例中还可选择泵浦光波导4与信号光波导为分立的结构，泵浦光波导4的光路后端部分与增益光波导3平行设置，使得泵浦光波导4传输的泵浦光与增益光波导3之间以倏逝波耦合方式相互作用，进而被增益光波导中的增益介质吸收，提高泵浦光的利用率，如图2B所示，图2B为本发明实施例提供的泵浦光波导4的光路后端部分与增益光波导3平行设置的结构示意图。
具体的，本发明实施例中泵浦光波导4的光路后端部分与增益光波导3平行设置，二者之间的间距不大于100nm，泵浦光波导4的端面截面尺寸不大于增益光波导3的端面截面尺寸，例如增益光波导3的端面截面为边长为10微米左右正方形时，泵浦光波导4的端面截面可为边长为5微米左右正方形，泵浦光波导4的端面截面尺寸越小，在泵浦光波导4外部传输的倏逝波能量越大，因此为了提高泵浦光的利用率，本发明实施例中泵浦光波导4的端面截面尺寸应不大于增益光波导的端面截面尺寸。
更进一步的，本发明实施例中波导单元中还包括布拉格光栅5，布拉格光栅5设置在信号光波导的光路后端部分202上，如图3所示，用于滤除经过增益光波导3但未被吸收的泵浦光，以防止在检测端进行信号光检测时，泵浦光对信号光的干扰。
具体的，本发明实施例中布拉格光栅所需的结构参数(如周期、周期数等)可以根据需要滤除的泵浦光的波长、目标消光比等进行设定。
较佳的，本发明实施例中另一较佳的实施例中，可在上包层和下包层之间设置至少两个波导单元100，至少两个波导单元呈阵列排布，如图4所示，图4所示为本发明实施例提供的光波导构成的另一示意图。
具体的，本发明实施例中光波导单元阵列中的每一波导单元100可以是上述实施例涉及的任一中波导单元，在该波导单元中包括信号光波导和增益光波导，还可包括泵浦光波导和/或光栅光波导，本发明实施例中图4所示的结构仅是示意性说明，并不引以为限。
具体的，本发明实施例中相邻两个波导单元中的信号光波导之间的间距不小于10μm，泵浦光波导之间的间距不小于10μm，以避免邻近光波导之间传输的信号之间相互干扰。
本发明实施例中提供的上述包括有呈阵列排布的至少两个波导单元的光波导结构，可以完成对多路光信号的放大，并可在每个波导单元中的增益光波导中设置不同的放大系数，对不同通道中光信号进行放大。
本发明实施例还提供一种印刷电路板，该印刷电路板包括上述实施例涉及的任一种光波导。
本发明实施例提供的印刷电路板，除光波导结构与现有不同以外，其它结构与现有技术相同或相似，在此不再赘述。
需要说明的是，本发明实施例中附图所示的光波导结构，只是对光波导中需要设置增益光波导部分进行示意性说明，并不是整个光波导。
基于上述实施例提供的光波导，本发明实施例提供了以下制作方法，当然本发明实施例涉及的光波导制作方法只是进行举例说明，对于光波导的制作方法，还可采用其它的制作形式，本发明实施例并不作限定。
图5所示为本发明实施例提供的光波导制作方法，包括：
S101：在衬底基板上形成下包层1，如图6A所示。
具体的，本发明实施例中可在干净的PCB常用材料FR4(玻璃环氧树脂覆铜板)板材上采用例如旋涂的方式形成一层厚度约为5μm的低折射率聚合物材料，该聚合物材料可以是例如聚硅氧烷等，然后采用紫外光大范围曝光该聚合物材料，形成固化的结构，用作聚合物光波导的下包层。
S102：在下包层1上形成包括至少一个波导单元的波导芯层。
具体的，本发明实施例中每一波导单元中至少包括用于传输光信号的信号光波导和用于在泵浦光的泵浦作用下对信号光波导传输的光信号进行放大的增益光波导3，信号光波导和增益光波导3通过端面连接为一体结构。
进一步的，本发明实施例中每一波导单元中还可包括泵浦光波导4和/或布拉格光栅。
S103：在完成S102基础上，形成覆盖S102中形成的包括至少一个波导单元的波导芯层的上包层。
具体的，本发明实施例中上包层采用的材料可以和下包层采用的材料相同，例如聚硅氧烷等聚合物材料，并利用紫外光曝光方法固化形成。
进一步的，本发明实施例以下将结合实际应用对上述步骤S102中形成包括至少一个波导单元的波导芯层的过程进行详细说明。
本发明实施例中首先以形成一个波导单元的过程进行说明。
A、在图6A基础上，形成信号光波导，在信号光波导上设定位置处预留空留区域，由该空留区域界定信号光波导的光路前端部分201和光路后端部分202。
具体的，本发明实施例中，可在图6A基础上，采用例如旋涂的方式形成一层厚度约为10μm的用于制作信号光波导的聚合物材料，该聚合物材料与下包层1所用的材料不同，本发明实施例中可选用例如聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚酰亚胺及其氟化物等聚合物材料。该材料的折射率应不小于下包层1的材料的折射率。
本发明实施例中可选用例如紫外曝光或者软刻蚀等方式形成信号光波导的结构，信号光波导的高和宽均为10μm左右。
较佳的，本发明实施例中可在下包层上形成信号光波导的同时，一体形成用于传输泵浦光的泵浦光波导4，使得信号光波导和泵浦光波导4为一体结构，如图6B所示。
当然，本发明实施例中在下包层上形成信号光波导时，还可采用在下包层上形成分立的信号光波导和泵浦光波导4，信号光波导的空留区域与泵浦光波导4的光路后端部分平行设置，如图6C所示。
进一步的，本发明实施例中，还可在信号光波导的光路后端部分形成布拉格光栅5，用于滤除经过增益光波导之后未被完全吸收的泵浦光，防止泵浦光干扰信号光的探测。其中，加工布拉格光栅所需的结构参数由需要滤除的泵浦光波长决定。
本发明实施例中布拉格光栅5的制作，可以在形成信号光波导和泵浦光波导3的同时利用软刻蚀法制作，也可在完成信号光波导和泵浦光波导3后，采用激光切除方法进行加工处理，形成如图6D或图6E的结构。
B、在信号光波导的空留区域内形成增益光波导3，使增益光波导3的一个端面与光路前端部分201面向光路后端部分202的端面连接为一体结构，另一个端面与光路后端部分202面向光路前端部分201的端面连接为一体结构。
较佳的，本发明实施例可在完成图6B或图6C的基础上，或者在完成图6D或图6E的基础上，可在信号光波导的空留区域内形成增益光波导3，使增益光波导3与信号光波导的光路前端部分和光路后端部分连接为一体结构，且端面截面尺寸和与其连接的信号光波导的端面截面尺寸一致。
具体的，本发明实施例中可选用合适的增益介质，如稀土离子、量子点和/或染料分子等，将其按适当的浓度掺杂进入聚合物溶液中，混合均匀，以备用。本发明实施例中可选用例如旋涂的方式，将上述掺杂有增益介质的聚合物混合溶液均匀涂覆在已制作的光波导结构上，然后利用紫外曝光或软刻蚀等方法在预留的空留区域位置处形成含增益介质的增益光波导，对信号光波导传输的光信号进行放大，该增益光波导正好处于信号光波导的光路前段部分和光路后端部分之间，且端面截面尺寸与信号光波导的端面截面尺寸一致，从而实现增益光波导与信号光波导之间很好的耦合，若在图6B或图6C的基础上制作增益光波导，则最终的结构图如图2A或图2B所示，若在图6D或图6E的基础上制作增益光波导，则最终的结构示意图如图6F或图3所示。
本发明的再一实施例中以形成波导单元阵列的过程为例进行说明。
本发明实施例中形成波导单元阵列的过程与上述形成一个波导单元的过程类似，不同之处在于在图6A的基础上，需要形成波导单元阵列，该波导单元阵列包括至少两个波导单元，每个波导单元中包括信号光波导和泵浦光波导4，并且在信号光波导上设定位置处预留空留区域，由该空留区域界定信号光波导的光路前端部分201和光路后端部分202。
进一步的，本发明实施例中可在信号光波导的光路后端部分制作布拉格光栅。
更进一步的，本发明实施例中每个波导单元之间的间距不小于10μm，即相邻波导单元中的信号光波导之间的间距不小于10μm，泵浦光波导之间的间距也不小于10μm，以避免邻近光波导之间的相互干扰，具体如图7A所示。
需要说明的是，本发明实施例中图7A是以信号光波导和泵浦光波导4为一体结构为例进行说明的，对于信号光波导和泵浦光波导4为分立的结构相似，本发明实施例在此不再赘述。
更进一步的，本发明实施例在图7A基础上，在每个波导单元中都需要制作增益光波导，如图7B所示，具体的制作方法与制作一个波导单元中增益光波导的制作过程类似，在此不再赘述。
本发明实施例提供的光波导的制作方法，形成用于传输光信号的信号光波导，和用于在泵浦光的泵浦作用下对信号光波导传输的光信号进行放大的增益光波导，并且增益光波导与信号光波导连接为一体结构，故增益光波导与信号光波导之间不存在耦合损耗，故通过本发明能够在避免耦合损耗的前提下对信号光波导传输的光信号进行放大，进而能够避免由于检测端接收到的光信号光功率过小造成的探测器误码率过高的问题，保证系统的正常运行，避免光信号传输损耗大引起的光互连瓶颈问题出现。
更进一步的，本发明实施例中形成的信号光波导包括不连续的光路前端部分和光路后端部分，增益光波导形成在不连续的信号光波导的光路前端部分和光路后端部分之间，分别与信号光波导的光路前端部分和光路后端部分连接为一体结构，并且端面截面尺寸一致，进一步保证在无耦合问题的前提下，对信号光波导传输的信号光进行放大，避免由于检测端接收到的光信号光功率过小造成的探测器误码率过高的问题，保证系统的正常运行，避免光信号传输损耗大引起的光互连瓶颈问题出现。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。