一种基于3D打印的三维光波导构架的制作方法

本发明涉及光电集成线路板等领域，具体为一种基于3d打印的三维光波导构架。

背景技术：

21世纪的科学技术是日新月异的，电子行业作为高新技术行业，技术发展更是一日千里。当前，随着多媒体业务，包括电话，有线电视(catv)，数字电视和internet的快速和全面发展，对电路带宽和容量的要求急剧增加。在传统的电学领域，信号的传输和开关的速度已经受到限制。以电子计算机为例，其cpu的主频已经达到2-2.9ghz，在电信干线上传输码流的的速度更达到几十甚至上千gbit。而与之相对照的是，计算机的总线传输依然不过gbit级别。显然，计算机内部总线连接和计算机互连的速率已经成为整个计算机环境的瓶颈。因此有人提出把光作为计算机内部(包括电路板内部)及计算机之间的互连手段。从原理上讲，用导线连接的传输速率受到其寄生参量(寄生电阻、电感和旁生电容)的影响和限制，无法与光比拟，尤其在大的传输距离光传输对于电传输优势更加明显。光子具有较大的带宽和较低的传输损耗，免于串扰和电磁干扰，在同一个光学媒介中传输多个波长时，不同的波长可以平行通过。所以，光子在电子学领域的应用都发挥了重要作用。

在这样的背景下，光波导用于计算机通信基板是提高计算机通信速度和带宽的很好的方案，基于光波导基板的光电线路板是以光子做信号传输，以电子进行运算的新一代高运算所需的封装基板，将目前发展得非常成熟的传统印制电路板加上一层波导层。因此使得电路板的使用由现在的电连接技术发展到光传输领域。

目前光波导基板还是平面的二维结构，其制作方法还是基于半导体芯片加工的刻蚀、化学气相沉积等工艺，适合大批量的制作，而定制化小批量生产则成本较高；目前计算机内部网络更加复杂、功能模块更多，二维结构已经不能满足线路布局要求了；另一方面目前光波导基板光向垂直于波导基板的方向引出时，目前采用的是微结构反射镜，这种微结构反射镜制作工艺复杂、成本高；更进一步，目前光波导基板间的连接采用光纤连接器结构，不但增加了工艺复杂性，也增加了光路对准难度。

本发明一种基于3d打印的三维光波导构架，可作为通信主构架用于计算机和服务器内部的高速通信。

基于以上原因，本发明提出一种基于3d打印的三维光波导构架，适合小批量甚至单件的快速生产、三维的波导结构内部可以直接完成三维方向的转弯和分支，不必使用连接器和光纤完成这些功能，三维的波导结构也更方便于计算机线路布局设计；并避免光电线路板之间的光纤连接、节约成本、节省空间、质量更可靠。

技术实现要素：

本发明的目的是：提供一种基于3d打印的三维光波导构架，以解决现有技术中至少一种技术问题。

实现上述目的的技术方案是：提供供一种基于3d打印的三维光波导构架，包括波导基体、波导、光电转换模块；

进一步的，波导的折射率高于基体，当光由波导一端射入，由于光在波导和基体界面形成全反射，因此光可沿波导内传输；

进一步的，波导的种类有外接波导、板间连接波导。

三维光波导制作过程如下：在cad软件中设计三维波光导构架结构模型，其中波导区域为空腔，之后使用3d打印机制作三维光波导构架，其中波导所在位置打印完成后为中空管道，其中三维光波导构架分为背板区域和主板区域；

进一步的，使用液体和研磨颗粒混合物快速注入波导灌注口并冲刷中空管道内壁，直到中空管道内壁打磨光滑，波导材料为热熔性材料，沿灌注口和假波导管道灌入中空管道或直接灌入中空管道，并固化，形成波导胚体；

进一步的，加热三维光波导结构整体，使得波导的热熔性材料与3d打印的波导基体材料流动性提高，并互相渗透融合，在交界面形成连续过渡区域，再次冷却后形成光波导；

进一步的，主板区域安装有芯片、存储器、传感器等器件，可作为通信主构架用于计算机和服务器内部的高速通信，并通过光电转换模块与波导进行通信连接；

进一步的，上述主板区域12可以制作许多层，层与层之间相互隔离；

本发明一种基于3d打印的三维光波导构架，可作为通信主构架用于计算机和服务器内部的高速通信。

基于以上原因，本发明提出一种基于3d打印的三维光波导构架，适合小批量甚至单件的快速生产、三维的波导结构内部可以直接完成三维方向的转弯和分支，不必使用连接器和光纤完成这些功能；三维的波导结构也更方便于计算机线路布局设计；并避免光电线路板之间的光纤连接、节约成本、节省空间、质量更可靠。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步解释。

图1是本发明实施例的三维光波导背板区域与主板区域的结构示意图。

图2是本发明实施例三维光波导构架的结构示意图。

图3是本发明实施例的折射率随波导边线尺寸变化示意图。

图4是本发明实施例的一种基于3d打印的三维光波导构架内部波导示意图。

其中，

11背板区域；12主板区域；

13光电转换模块；14波导；

21板间连接波导；22外接波导；

23波导基体；24波导外接口

具体实施方式

以下实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「顶」、「底」等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。

实施实例：如图1所示，一种基于3d打印的三维光波导构架11，如图2所示，包括波导基体23、波导14、光电转换模块13；

进一步的，波导14的折射率高于波导基体23，当光由波导14一端射入，由于光在波导14和波导基体23界面形成全反射，因此光可沿波导14内传输；

进一步的，如图4所示，波导14的种类有外接波导21、板间连接波导22；

进一步的，外接波导21波导设有外接口，可实现波导与外部波导或光纤连接器的通信；

进一步的，如图3所示，折射率随波导14边线尺寸变化，波导14区域折色率高于波导基体23区域，并在交界面连续过度，本实施实例中波导14区域折色率为1.62，波导基体23区域折色率为1.52；

基于3d打印的三维光波导构架，采用如下方法制作：首先，在cad软件中设计三维波光导构架的结构模型，其中波导14区域为空腔；

进一步的，使用3d打印机制作三维光波导构架，其中波导14所在位置打印完成后为中空管道；

进一步的，使用液体和研磨颗粒混合物快速注入空腔灌注口并冲刷中空管道内壁，直到中空管道内壁打磨光滑；

进一步的，波导材料为热熔性材料，沿灌注口和假波导管道灌入中空管道或直接灌入中空管道，并固化，形成波导胚体；

进一步的，加热三维光波导构架整体，使得波导14的热熔性材料与3d打印的波导基体23材料流动性提高，并互相渗透融合，在交界面形成连续过渡区域；

进一步的，波导材料再次冷却后形成波导14；

进一步的，所述波导材料对于通信波长光透明；

进一步的，主板区域可安装有芯片、存储器、传感器等器件，这些器件通过光电转换模块13与主板区域12的光波导14连接。

进一步的，如图1所示，上述主板区域12可以制作许多层，层与层之间相互分离；

本实施事例中的一种基于3d打印的三维光波导构架仅为一种结构举例，根据不同功能需要3d打印的三维波导结构和波导14分布可以不同，但均应包含在本发明的保护范围之内；

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。