[发明专利]一种悬空型脊状光波导器件及其3D打印制备方法

说明书

本发明公开的一种悬空型脊状光波导器件及其3D打印制备方法，包括波导部、平板部和对称分置于平板部两端的支撑座，波导部、平板部和支撑座一体加工成型；波导部为横截面为矩形、且沿光导方向延伸的长条形结构；平板部悬空状的搭接于两端的支撑座上，波导部位于两个支撑座的对称中心面上、且承接设置于所述平板部上侧；波导部上矩形横截面的宽度w1，平板部位于波导部两侧的宽度w2大于等于2倍的波导部的宽度w1；以上结构对应的光波导器件采用同一光敏聚合物材料通过激光双光子聚合物3D打印一体加工成型，使得波导部内部传播的光在与空气的界面处全反射，一次成型无对版误差，具有无微扰、立体化、小型化和低损耗的特点。

【技术领域】

本发明涉及聚合物光波导制备技术领域，尤其涉及一种采用双光子聚合3D打印技术制备的悬空型脊状光波导器件及其3D打印制备方法。

【背景技术】

随着近年来个人计算机或因特网的普及，信息传送需求急剧增加。为此，希望将传输速度快的光传输普及到个人计算机等的终端信息处理装置。为了实现这一点，必须低成本且大量地制造光相互连接用的高性能的光波导。聚合物材料是光波导器件的重要材料，在柔性、可拉伸、可穿戴领域应用广泛；由树脂制造的光波导，一般由聚酰亚胺形成光波导的芯层和包层，这样的聚合物的光波导按如下方法制造：在硅等基片上，形成下部包层，在该下部包层上形成第1树脂膜，将该第1树脂膜形成光波导形图案形状的芯层，在下部包层和芯层表面，利用旋转涂布法涂布第2树脂膜的材料溶液并使其干燥，以形成由第2树脂膜构成的上部包层。这样，通过由树脂形成芯层和包层，可由简单的制造工序制造树脂制成的光波导。

在光波导技术中，光波导主要通过光在芯层材料和包层材料界面处发生全反射实现光限制功能，对于Si波导，其芯层材料为3.42，与包层材料具有较高的折射率差(例如SOI器件中，二氧化硅的折射率为1.45)，高折射率差可以实现Si波导的小型化。

但是，由于光波导器件向小型化的方向发展，而聚合物材料的折射率范围主要在1.35-1.6区间，因此，对聚合物材料的波导而言，芯层和包层的折射率差有限，因此波导器件小型化受限。

因此，相比增加了芯层和包层的波导存在折射率差，有的研究人员采用空气作为聚合物波导的包层，波导采用悬臂型的聚合物波导结构，对光有更好的限制，更利于器件小型化。同时悬臂型聚合物波导可应用于光互连和多层芯片的端面空间连接方面，是光子芯片密集空间集成的重要方案。

然而，现有的悬臂型波导结构主要采用支架结构的底部支撑和侧面贴合支撑，上述结构虽然可以通过支撑参数的优化降低损耗，但这种支撑方案会在波导与支撑结构接触的地方带来光的泄露。同时，该结构将会带来支架处对光的相位的微扰，影响光栅等光学结构的输出波形。若采用不同材料作为支撑结构，虽然可以降低损耗，但是提高了制备流程的复杂性，同时带来后期对准的误差。如何采用同种材料，既实现了对波导的支撑，又能够使得光不从支撑结构中泄露，同时减小支撑结构的微扰，成为悬空波导行业迫切需要解决的技术问题。

【发明内容】

本发明实施例提供一种基于高精度的激光双光子聚合物3D打印技术，采用单一光学聚合物材料中制作波导和支撑结构，一次成型无对版误差，具有无微扰、立体化、小型化和低损耗的悬空型脊状光波导器件及其3D打印制备方法。

第一方面，本发明一实施例提供一种悬空型脊状光波导器件，用于光在波导中传输而不向支撑部分泄露，包括波导部、平板部和对称分置于平板部两端的支撑座，所述波导部、平板部和支撑座采用同一光敏聚合物材料一体加工成型，两个所述支撑座分别水平设置于用于两者固定的衬底上；

所述波导部为横截面为矩形、且沿光导方向延伸的长条形结构，在波导部内部传播的光在与空气的界面处全反射；

所述平板部悬空状的搭接于两端的支撑座上、并用于上侧所述波导部悬空支撑及定位；