光波导的制作方法及光波导与流程

本申请涉及光学领域，尤其涉及光波导的制作方法及光波导。

背景技术：

在相关技术的光波导的制作过程中，通常光波导一般是由光刻制作，光刻的制作流程复杂，用该方法制作光波导费时费力而且光刻的设备十分昂贵。而且将光源和光电二极管等光学设备固定在光波导的外部，这样在光波导的应用过程中，降低了光性能的稳定性。

技术实现要素：

本申请实施例提供一种光波导的制作方法及光波导，能够将光源和光电感测器固定在光波导的内部，提高了光波导的光性能的稳定性。

本申请实施例的技术方案是这样实现的：

第一方面，本申请实施例提供一种光波导的制作方法，包括：提供一内部具有用于容纳内芯的第一凹槽的包层；在所述包层的两端分别连接光源和光电探测器，在所述第一凹槽中注入内芯材料并进行凝固，形成半成品光波导；在所述半成品光波导中注入包层材料并进行凝固，形成成品光波导。

第二方面，本申请实施例提供一种光波导，所述光波导包括：

内部具有用于容纳内芯的第一凹槽的包层；

分别连接在所述包层的两端的光源和光电探测器；

形成于所述第一凹槽的内芯；

位于在所述光源、所述光电探测器和所述内芯表面上的覆盖层。

本申请实施例具有以下有益效果：通过首先在提供的包层的两端分别连接光源和光电探测器；然后，在包层的第一凹槽中注入内芯材料并进行凝固，形成半成品光波导；最后，在半成品光波导中注入包层材料并进行凝固，形成成品光波导；如此，在制作光波导的过程中，将电源和光电感测器固定在光波导内部，这样在光波导使用的过程中，电源和光电感测器仍然是稳定的，从而提高了光波导的光性能的稳定性。

附图说明

图1是本申请实施例提供的光波导的制作流程的一个可选的架构示意图；

图2a是本申请实施例提供的光波导的制作方法的实现流程示意图；

图2b是本申请实施例提供的光波导的制作的过程示意图；

图2c是本申请实施例提供的包层的制作的过程示意图；

图2d是本申请实施例提供的光波导的制作方法的另一实现流程示意图；

图2e是本申请实施例提供的双层光波导的制作的过程示意图；

图3是本申请实施例三维打印制作光波导的实现流程示意图；

图4是本申请实施例提供的单层光波导的制作方法的流程图；

图5是本申请实施例提供的双层光波导的制作方法的流程图；

图6是本申请实施例光波导的组成结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述，所描述的实施例不应视为对本申请的限制，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它实施例，都属于本申请保护的范围。

在以下的描述中，涉及到“一些实施例”，其描述了所有可能实施例的子集，但是可以理解，“一些实施例”可以是所有可能实施例的相同子集或不同子集，并且可以在不冲突的情况下相互结合。

在以下的描述中，所涉及的术语“第一\第二\第三”仅仅是是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二\第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序，以使这里描述的本申请实施例能够以除了在这里图示或描述的以外的顺序实施。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述本申请实施例的目的，不是旨在限制本申请。

对本申请实施例进行进一步详细说明之前，对本申请实施例中涉及的名词和术语进行说明，本申请实施例中涉及的名词和术语适用于如下的解释。

1)光波导，引导光波在其中传播的介质装置。

2)光刻工艺，是利用类似照相制版的原理，在半导体晶片表面的掩膜层上面刻蚀精细图形的表面加工技术。也就是使用可见光和紫外光线把电路图案投影“印刷”到覆有感光材料的硅晶片表面，再经过蚀刻工艺去除无用部分，所剩就是电路本身了。光刻工艺的流程中有制版、硅片氧化、涂胶、曝光、显影、腐蚀、去胶等。

3)三维(three-dimensional，3d)打印，即快速成型技术的一种，又称增材制造，是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。用很多基本单元在平面组成一个层，叠加很多的层就组成一个三维物体。现实的3d打印机当然不会用强力胶来组合基本单元，而是用其他方法。例如金属粉末激光烧结成型，基本单元为金属粉末，通常粒径小于0.1毫米(mm)，通过激光加热金属粉末至熔化，冷却后就结合在一起。通过计算机控制激光束的偏转角度进行扫描，从而形成所需的图形，每加工完一层后，平台就往下移动一点距离，这个距离称为层高(层高0.1mm左右，当然也是能够调整的)。然后再在平台上铺一层金属粉，再加工一层，如此反复。只要恰到好处的控制好每一层图形的形状，就可以制造出任意复杂的三维物体。

在相关技术中，在光学领域中，光波导一般是由光刻制作，光刻的制作流程复杂，用该方法制作光波导费时费力而且光刻的设备十分昂贵，极大的制约了光波导的制作。

针对上述技术问题，本申请实施例提供一种光波导的制作及光波导，用3d打印的方法制作光波导的加工方法，因为3d打印的成本更低，制作更快，虽然不能像光刻那样制作很薄很精细的光波导，但在快速验证光波导结构想法和效果上占据了极大的优势。

下面说明本申请实施例提供的光波导的制作设备的示例性应用，本申请实施例提供的设备可以实施为3d打印机等，本申请实施例在此不做限制。

参见图1，图1是本申请实施例提供的光波导的制作流程的一个可选的架构示意图，首先，将光源101和光电探测器102连接在包层103的两端，并且在包层103的凹槽中注入内芯材料104；然后，对该内芯材料104进行加热凝固，形成半成品光波导105；最后，在半成品光波导105中注入包层材料106，并对包层材料106进行加热凝固，形成最终的成品光波导107；如此，在制作光波导的过程中，将电源和光电感测器固定在光波导内部，这样在光波导使用的过程中，电源和光电感测器不会发生移动，从而提高了光波导的光性能的稳定性。

将结合本申请实施例提供的设备的示例性应用和实施，说明本申请实施例提供的光波导的制作方法。

参见图2a，图2a是本申请实施例提供的光波导的制作方法的实现流程示意图，结合图2a示出的步骤进行说明。

步骤s11，提供一内部具有用于容纳内芯的第一凹槽的包层。

如图2b所示，包层201为内部具有第一凹槽，且横截面为u型的长方体；该包层201的制作材料可以选择硅胶类材料或者聚酯类材料等中的任意一种。该包层201的制作流程可以是基于3d打印的模具制作的，还可以是采用光刻的方式制作的。在一个具体例子中，基于3d打印的模具制作包层的过程为，首先采用3d打印的方式打印一个具有第一凹槽的模具，然后，在该模具中注入包层材料，并对该包层材料进行加热凝固，最后对凝固之后的包层材料进行脱模，形成该包层201。

步骤s12，在所述包层的两端分别连接光源和光电探测器，在所述第一凹槽中注入内芯材料并进行凝固，形成半成品光波导。

如图2b所示，光源202可以是任意形式的发光二极管，由含镓(ga)、砷(as)、磷(p)、氮(n)等的化合物制成。光电探测器203可以是任意形式的光电二极管，由一个pn结(pnjunction)组成的半导体器件，具有单方向导电特性。所述内芯材料为液态内芯材料，包括但不限于以下任意一种，聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane，pdms)、硅油、液体硅橡胶等液态的硅胶或者液态的聚酯类材料等。

在一些可能的实现方式中，在所述包层的两端分别连接光源和光电探测器的实现方式包括但不限于以下两种，一是直接将光源和光电探测器固定连接在包层的两端。

二是将光源和光电探测器固定连接在放置包层的模具的两端插孔中，如图2b所示，首先，将包层201放入第一模具204的第二凹槽中，其中，所述第一模具的两端均设置有插孔。然后，将光源202引脚插入所述第一模具204一端的插孔21，将所述光电探测器203的引脚插入所述第一模具204另一端的插孔22，以固定光源和光电探测器。比如，在第一模具的两端均设置两个插孔，将光源的两个引脚插入所述第一模具一端的两个插孔，将所述光电探测器的两个引脚插入所述第一模具另一端的两个插孔。最后，将光源202和光电探测器203与包层201固定连接之后，在包层的第一凹槽中注入内芯材料23并进行凝固，形成半成品光波导205。

在一些可能的实现方式中，所述在所述第一凹槽中注入内芯材料并进行凝固，形成半成品光波导，可以通过以下制作过程实现：首先，将所述内芯材料23注入所述第一凹槽中，然后，在预设温度下对内芯材料23进行加热，以使内芯材料凝固，形成半成品光波导205。比如，在100摄氏度下，对内芯材料加热2小时，使液态内芯材料凝固。

步骤s13，在所述半成品光波导中注入包层材料并进行凝固，形成覆盖在所述半成品光波导上的覆盖层，以形成成品光波导。

这里，包层材料可以选择液态的硅胶类材料或液态的聚酯类材料，且包层材料的折射率小于所述内芯材料的折射率，这样内芯的折射率大于包层的折射率，使得光波导在应用的过程中能够将光束缚在光波导的内芯中。

在一些可能的实现方式中，所述步骤s13的制作过程包括但不限于以下两种制作方式，其中：

方式一：将包层材料注入未放置在模具中的包层的第一凹槽中，直至注满第一凹槽，然后，对包层材料进行加热凝固，形成成品光波导。

方式二：将包层材料注入放置有半成品光波导的模具的凹槽中，直至注满该凹槽，然后，对包层材料进行加热凝固，并进行脱模，以形成成品光波导；如图2b所示，步骤s13中从半成品光波导到成品光波导的制作过程为：

首先，将包层材料206注入放置半成品光波导205的第一模具204的第二凹槽中，直至注满第二凹槽；然后，在预设温度下对所述包层材料206进行加热，以使所述包层材料凝固，形成未脱模的成品光波导。比如，在100摄氏度下，对包层材料加热2小时，使液态包层材料凝固。最后，将所述未脱模的成品光波导从第一模具204中脱模，形成成品光波导207。

在本申请实施例中，通过在制作光波导的过程中，将电源和光电感测器与包层连接，这样向半成品光波导中注入包层材料，并且进行加热凝固，形成成品光波导，这样就将电源和光电感测器固定在了光波导内部，从而在光波导使用的过程中，电源和光电感测器仍然是稳定的，提高了光波导的光性能的稳定性。

在一些实施例中，步骤s11中提供的包层的制作流程如下：

第一步，提供一内部具有第四凹槽且横截面为u型的第三模具。

如图2c所示，采用3d打印的方式制作第三模具231，制作材料可以是光敏树脂复合材料、高分子粉末材料、石蜡粉末材料、陶瓷粉末材料、熔丝线材料、fdm陶瓷材料、木塑复合材料或fdm支撑材料等中的任意一种；但是熔点高于液态包层材料或者液态内芯材料的凝固点。

第二步，将所述包层材料注入所述第四凹槽，直至注满所述第四凹槽。

如图2c所示，将液态的包层材料注入第三模具231的第四凹槽，直至注满，形成注有包层材料的第三模具，以制作包层。

第三步，在所述预设温度下对所述包层材料进行加热，以使所述包层材料凝固，形成未脱模的包层232。

如图2c所示，对注有包层材料的第三模具中的包层材料进行加热，直至该包层材料凝固，形成未脱模的包层232，然后，将未脱模的包层232进行脱模，形成制作完成的包层233；如此，采用3d打印的方法制作光波导的模具，由于3d打印的成本更低，制作更快，有利于快速验证新的光波导结构。

在一些实施例中，基于上述步骤s11至步骤s13提供的制作单层光波导的制作流程，如果提供两个第一凹槽形状不同的包层：第一包层和第二包层，基于提供的两个不同的包层，制作双层光波导的过程如图2d所示，图2d是本申请实施例提供的光波导的制作方法的另一实现流程示意图，结合图2a进行以下说明：

步骤s241，分别对基于所述第一包层制成的第一半成品光波导和基于第二包层制成的第二半成品光波导进行脱模，形成脱模的第一光波导和脱模的第二光波导。

这里，第一包层和第二包层内部的凹槽的形状不同，比如，第一包层内部的凹槽的形状为矩形，第二包层内部的凹槽的形状是梯形。这样，基于矩形凹槽的第一包层制作的成品光波导能够通过检测电流计算力的大小，基于梯形凹槽的第二包层制作的成品光波导能够通过检测电流计算力的位置，在本实施例中，基于这样两个单层的半成品光波导制作双层成品光波导，使得双层成品光波导的功能更加丰富。

在步骤s241中，所述基于所述第一包层制成第一半成品光波导的过程，可以通过步骤s11和步骤s12来实现，即如图2b所示，首先，将第一包层放在一个模具中，然后，将光源和光电探测器的引脚分别插入该模具两端的插孔中，以固定光源和光电探测器和第一包层的连接，然后，在所述第一包层的凹槽中注入内芯材料并进行凝固，形成第一半成品光波导。同理，所述基于所述第二包层制成第二半成品光波导的过程为：首先，首先，将第二包层放在另一个模具中，然后，将光源和光电探测器的引脚分别插入该模具两端的插孔中，以固定光源和光电探测器和第二包层的连接，然后，在所述第二包层的凹槽中注入内芯材料并进行凝固，形成第二半成品光波导。这样，第一半成品光波导和第二半成品光波导制作完成之后，分别对第一半成品光波导和第二半成品光波导进行脱模，形成脱模的第一光波导和脱模的第二光波导。如图2e所示，脱模的第一光波导251是基于内部凹槽形状为矩形的第一包层制成的，脱模的第二光波导252是基于内部凹槽形状为梯形的第二包层制成的。

步骤s242，将所述脱模的第一光波导和所述脱模的第二光波导正向相对，放入第二模具的第三凹槽中。

这里，首先，分别对所述脱模的第一光波导的厚度和所述脱模的第二光波导的厚度削去预设厚度，形成第一去除光波导和第二去除光波导；这样，对半成品光波导的厚度进行削减，以使得最终制作完成的双层光波导不会太厚。然后，将所述第一去除光波导和所述第二去除光波导正向相对，放入所述第二模具的第三凹槽中。在一个具体实现方式中，该第二模具的两端均设置有插孔，通过将所述第一去除光波导的光源的引脚和所述第二去除光波导的光源的引脚插入所述第二模具一端的插孔，以分别固定光源与两个光波导的连接；然后，通过将所述第一去除光波导的光电探测器的引脚和所述第二去除光波导的光电探测器的引脚插入所述第二模具另一端的插孔，以分别固定光电探测器与两个光波导的连接。

如图2e所示，分别对脱模的第一光波导251和脱模的第二光波导252的厚度削减预设厚度(比如，1毫米)，形成第一去除光波导253和第二去除光波导254；然后，将第一去除光波导253和第二去除光波导254以正向相对的方式，放入第二模具255的第三凹槽中。在一个具体例子中，在第二模具的两端均设置有4个插孔，将将所述第一去除光波导的光源的两个引脚和所述消减第二光波导的光源的两个引脚插入所述第二模具一端的四个插孔，将所述第一去除光波导的光电探测器的两个引脚和所述消减第二光波导的光电探测器的两个引脚插入所述第二模具另一端的四个插孔；如此，分别固定连接光源和光电探测器与两个光波导的连接。

步骤s243，将包层材料注入第三凹槽，并进行凝固，形成双层成品光波导。

这里，首先，将所述包层材料注入所述第三凹槽中，直至注满所述第三凹槽；然后，在预设温度下对所述包层材料进行加热，以使所述包层材料凝固，形成未脱模的双层成品光波导；最后，将所述未脱模的双层成品光波导从所述第二模具中脱模，形成所述双层成品光波导。如图2e所示，将所述包层材料注入第二模具255的第三凹槽中，直至注满所述第三凹槽；然后，对该包层材料进行加热，比如，在100摄氏度下加热2小时，使该包层材料凝固，形成未脱模的双层成品光波导256；最后，对未脱模的双层成品光波导256进行脱模，形成双层成品光波导257。

上述步骤s241至步骤s243，完成了双层光波导的制作过程，从而能够提供功能更加丰富的双层光波导，能够更加全面的满足需求。

下面，将说明本申请实施例在一个实际的应用场景中的示例性应用，以采用3d打印的方法制作光波导为例，进行说明。

在一些实施例中，采用3d打印的方法制作光波导的过程，如图3所示，图3是本申请实施例三维打印制作光波导的实现流程示意图，结合图3进行以下说明：

首先，用3d打印了一个模具301。

这里，模具301的横截面如截面31所示。

其次，将制作光波导包层的液体材料302注入在该模具301里进行加热凝固。

这里，将液体材料302注入在该模具301进行加热凝固之后，的截面图图截面32所示。

再次，进行脱模，并将制作光波导内芯的液体材料304注入在该半成品的光波导303里进行加热凝固。

这里，该半成品的光波导303的截面图如截面33所示，将液体材料304注入在该半成品的光波导303进行加热凝固之后，的截面图图截面34所示。

最后，加上光源306和光电探测器307将其固定在光波导305外部；这样形成的光波导的光学稳定性差。

基于此，本申请实施例提供一种光波导的制作方法，将光源和探测器在制作的过程中就嵌入到光波导里固定，使其具有更稳定的光学特性；而且制作了具有两层内芯的光学光波导；所述方法的实现过程如下：

首先，制作单层光波导，如图4所示，图4是本申请实施例提供的单层光波导的制作方法的流程图，所述方法可以通过以下步骤实现：

第一步，打印一个模具401。

这里，可以选择采用3d打印的方式打印该模具401。沿着线40进行横截面的切割，模具401的横截面如截面41所示。

第二步，将制作光波导包层的液体材料402注满模具401中，然后在100度下加热2小时使液体材料凝固。

这里，将液体材料402注满模具401加热凝固后的横截面如截面42所示。

第三步，将包层403脱模出来，形成半成品光波导。

这里，包层403的横截面如截面43所示，包层403的厚度为5毫米(mm)。

第四步，将包层403放入另一个打印的模具404里，加入光源405(lightemittingdiode，led)和光电探测器406(photodiode)。

这里，加入光源405和光电探测器406的包层的横截面如截面44所示。

第五步，加入液态的内芯材料407，然后在100度下加热2小时使液态的内芯材料凝固。

这里，在第四步的基础上，加入内芯材料407进行加热凝固的包层的横截面如截面45所示；内芯材料的厚度为1mm。

第六步，加入液态的包层材料408，然后在100度下即热2小时使液态的包层材料408凝固。

这里，在第五步的基础上，加入包层材料408进行加热凝固的包层的横截面如截面46所示。

第七步，将整个光波导409进行脱模。

这里，光波导409横截面如截面47所示。

上述第一步至第七步实现了单层光波导的制作过程中，同时将光源和探测器整合到光波导内部使传感性能更加稳定。

然后，制作双层光波导，如图5所示，图5是本申请实施例提供的双层光波导的制作方法的流程图，所述方法可以通过以下步骤实现：

第一步，按照单层光波导制作流程的第一步至第五步，制造出一个具有等宽内芯的半成品单层光波导501和一个具有渐变内芯宽度的半成品单层光波导502。

第二步，将等宽内芯的半成品单层光波导501进行脱模，形成光波导503；将渐变内芯宽度的半成品单层光波导502进行脱模，形成光波导504。

第三步，分别减去光波导503和504上层大约1mm的高度，形成第一去除光波导505和第二去除光波导506；如此，使之后做的双层光波导更薄。

第四步，将第一去除光波导505和第二去除光波导506放在一个3d打印的模具507里。

这里，将放入模具507中第一去除光波导505和第二去除光波导506，沿着线51进行截面，形成的截面图如509所示，第一去除光波导505的截面为52，第二去除光波导506的截面为53，第一去除光波导505和第二去除光波导506的厚度均为4mm。

第五步，在模具507中放入液态的包层材料，在100度下加热2小时使其凝固，形成双层半成品光波导512。

这里，对放入包层材料的模具507沿着线51进行截面，形成的截面图如510所示，双层半成品光波导的总厚度为9mm，宽度为5mm；两个单层光波导之间的间距为1mm。

第七步，将双层半成品光波导512进行脱模，形成双层成品光波导508。

这里，将双层成品光波导508沿着线51进行截面，形成的截面图如511所示，半成品单层光波导501在双层成品光波导508中的截面为54，半成品单层光波导502在双层成品光波导508中的截面为55。

在制作双层光波导的第一步至第七步中，实现了将光波导制作成两层内芯。

本申请实施例提供一种光波导，图6是本申请实施例光波导的组成结构示意图，如图6所示，所述光波导600包括：

内部具有用于容纳内芯的第一凹槽的包层601；

分别连接在所述包层601的两端的光源602和光电探测器603。

这里，所述光源602和所述光电探测器603，在制作光波导的过程中连接在所述包层601的两端。

形成于所述第一凹槽的内芯604。

这里，内芯604，是通过将内芯材料注入所述第一凹槽，进行加热凝固形成的，以形成半成品光波导。

位于在所述光源、所述光电探测器和所述内芯表面上的覆盖层605。

这里，覆盖层605是通过将包层材料注入所述半成品光波导进行加热凝固形成的，覆盖所述光源和所述光电探测器，以形成成品光波导600。

在一些实施例中，在实现光源602和所述光电探测器603分别连接在所述包层601的两端的工艺中，还需要提供一具有第二凹槽的第一模具；所述第一模具，用于放置所述包层601；其中，所述第一模具的两端均设置有插孔；所述第一模具一端的插孔，用于插入所述光源602的引脚；第一模具的另一端的插孔，用于插入所述光电探测器603的引脚。

在一些实施例中，所述光波导为双层成品光波导，所述双层成品光波导包括：第一包层，用于制成第一半成品光波导，并通过对所述第一半成品光波导进行脱模形成脱模的第一光波导；第二包层，用于制成第二半成品光波导，并通过对所述第二半成品光波导进行脱模形成脱模的第二光波导；具有第三凹槽的第二模具，用于将所述脱模的第一光波导和所述脱模的第二光波导放置在所述第三凹槽中；包层材料，用于注入所述第三凹槽，并进行凝固，形成双层成品光波导。

在一些实施例中，所述包层材料的折射率小于所述内芯材料的折射率；所述包层材料和所述内芯材料为以下任一种材料：硅胶类材料或聚酯类材料。

在一些实施例中，所述第一模具和所述第二模具采用3d打印的方式制作完成，且每一模具中的凹槽的形状互不相同。

需要说明的是，本实施例光波导的描述，与上述方法实施例的描述类似，具有同方法实施例相似的有益效果，因此不做赘述。对于本申请光波导实施例中未披露的技术细节，请参照本申请实施例上述方法实施例的描述而理解。

本领域内的技术人员应明白，本申请实施例的光波导的形成方法及光波导的其他构成以及作用，对于本领域的技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，本申请实施例不做赘述。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。尽管已经示出和描述了本申请的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请实施例的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本申请实施例的范围由权利要求及其等同限定。以上所述，仅为本申请的实施例而已，并非用于限定本申请的保护范围。凡在本申请的精神和范围之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均包含在本申请的保护范围之内。