CN112987171A - 光通信装置 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种光通信装置，包括：基底层；光发射模块，设置在基底层上，光发射模块用于产生光信号；光传输模块，设置在基底层上，光传输模块为平面光波导，平面光波导耦合光信号并使光信号基本全反射，平面光波导包括第一类聚合物材料构成的衬底薄膜和第二类聚合物材料构成的传输介质；光接收模块，经由平面光波导与光发射模块连接，并接收由平面光波导的传输介质输出的光信号。根据本公开，提供一种能够使用简单的工艺集成平面光波导的光通信装置。

Description

光通信装置

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种光通信装置。

背景技术

平面光波导是一种位于平面的光波导(Optical waveguide)，例如，其可以由具有不同折射率的多层材料组成，而光则可以通过全内反射被限制在平面光波导内传播。随着对通信速度的要求，越来越多的部件被制作成光集成结构，并且包含光集成部件的光通信设备和光集成部件之间的通信通过光波导来完成。例如发光二极管、激光二极管、垂直腔表面发射激光二极管(VCSEL)等半导体元件和探测器加入包含聚合物或玻璃(光在其中传输和被随意调制)的光集成结构。这些集成结构在光通信、计算机之间的高速互连、光传感器等领域中有许多重要应用。

然而，目前集成平面光波导等的光集成结构的工艺比较复杂，难以使用简单的工艺制作高速互连的光集成部件。因此，如何采用简单的工艺在光集成结构中集成平面光波导是工业界的迫切需求。

发明内容

本公开有鉴于上述现有状况，其目的在于提供一种能够使用简单的工艺集成平面光波导的光通信装置。

为此，本公开提供了一种光通信装置，包括：基底层；光发射模块，所述光发射模块设置在所述基底层上，所述光发射模块用于产生光信号；光传输模块，所述光传输模块设置在所述基底层上，所述光传输模块为平面光波导，所述平面光波导包括由第一类聚合物材料构成的衬底薄膜和设置在所述衬底薄膜上的由与所述第一类聚合物材料不同的第二类聚合物材料构成的传输介质，所述平面光波导耦合所述光信号并且使所述光信号沿着所述传输介质传输；以及光接收模块，所述光接收模块设置在所述基底层上，所述光接收模块经由所述平面光波导与所述光发射模块连接，并且接收由所述平面光波导的传输介质输出的光信号，其中，所述第一类聚合物材料经第一处理发生分子链取向以形成具有规定分子链取向的第一取向区域、以及不发生分子链取向的第一非取向区域和第二非取向区域，所述第一取向区域位于所述第一非取向区域与所述第二非取向区域之间，并且所述第二类聚合物材料经第二处理在与所述第一取向区域接触的部分发生与所述规定分子链取向相同的分子链取向而形成第二取向区域，在与所述第一取向区域不接触的部分形成第三非取向区域和第四非取向区域，所述第二取向区域位于所述第三非取向区域与所述第四非取向区域之间。

在本公开中，光通信装置包括基底层、光发射模块、平面光波导和光接收模块，光发射模块、平面光波导和光接收模块均布置于基底层上，且光发射模块和光接收模块通过平面光波导连接进行光信号传播。在这种情况下，能够在基底层上进行光通信，由此能够使用简单的工艺集成平面光波导的光通信装置并能够有利于光通信装置的小型化和提高光通信的效率。

另外，在本公开所涉及的光通信装置中，可选地，在所述平面光波导上，还设置有覆盖所述传输介质的覆盖层，所述基底层、所述第一非取向区域、所述第二非取向区域和所述覆盖层形成围绕所述传输介质的包络层。由此，能够有利于将光信号限制在传输介质的第二取向区域内。

另外，在本公开所涉及的光通信装置中，所述基底层由绝缘材料制成，所述绝缘材料选自铌酸锂、Ⅲ-Ⅴ族半导体化合物、二氧化硅、绝缘衬底上的硅(SOI)、玻璃当中的至少一种制成。在这种情况下，能够在基底层上设置光器件，并且能够有利于在基底层上形成平面光波导。

另外，在本公开所涉及的光通信装置中，可选地，所述光发射模块包括编码调制电路、光源驱动电路和发光管，输入数据经过所述编码调制电路转换为电信号，并经所述光源驱动电路驱动所述发光管发光以产生所述光信号。由此，能够方便地将输入数据转换为光信号。

另外，在本公开所涉及的光通信装置中，可选地，所述光接收模块包括光探测器、信号放大电路和信号解调电路，所述光信号经所述平面光波导传输到所述光探测器，由所述光探测器转换为所述电信号，并经所述信号放大电路对所述电信号进行放大处理，以及经所述信号解调电路对放大后的信号进行解调制、解码处理后输出。由此，能够方便接收所述光信号，并经放大、解调制、解码等处理后输出恢复原始输入数据的信号。

另外，在本公开所涉及的光通信装置中，可选地，所述发光管为光子芯片、LED发光芯片、激光器、发光二极管中的一种。由此，能够根据情况选择合适的发光管。

另外，在本公开所涉及的光通信装置中，可选地，所述第一类聚合物材料为选自聚酰亚胺、聚乙撑二氧噻吩、聚苯乙烯磺酸钠、聚苯乙炔、聚氨酯(SD1)当中的至少一种，所述第二类聚合物材料可以为选自PFO、F8BT和RedF当中的至少一种。在这种情况下，能够形成光吸收强度低且容易发生链取向的衬底薄膜，并且能够形成用于不同波长的光信号进行传播的传输介质。

另外，在本公开所涉及的光通信装置中，所述第一处理可以为沿着预定的方向进行摩擦处理。在这种情况下，衬底薄膜经过摩擦的部分能够在外力作用下发生分子链取向。

另外，在本公开所涉及的光通信装置中，所述第二处理可以包括将所述第二类聚合物材料加热至熔化温度，接着降温至晶化温度，然后骤降到室温。在这种情况下，能够使与第一取向区域接触的第二类聚合物材料部分发生分子链取向，并且能够将取向的分子链冻结获得较稳定的取向结构。

另外，在本公开所涉及的光通信装置中，可选地，在所述第二类聚合物材料中，与所述第一取向区域接触的部分在所述晶化温度条件下进行晶化过程中发生与所述规定分子链取向相同的分子链取向。由此，能够形成将具有第二取向区域的传输介质。

另外，在本公开所涉及的光通信装置中，可选地，所述第二取向区域中的分子链的排列方向为两个以上，以使所述光信号经由所述第二取向区域中而改变方向，所述第二取向区域的折射率为各向异性。在这种情况下，能够通过在第二取向区域形成两个以上排列方向的聚合物分子链以形成对光的控制，从而能够方便地改变光信号的传播方向，提高平面光波导的应用价值。

另外，在本公开所涉及的光通信装置中，可选地，在所述传输介质中，若所述光信号传播的振动方向平行于所述规定分子链取向的取向方向，则所述第二取向区域对所述光信号的折射率大于所述第三非取向区域和所述第四非取向区域对所述光信号的折射率，若所述光信号传播的振动方向垂直于所述规定分子链取向的取向方向，则所述第二取向区域对所述光信号的折射率小于所述第三非取向区域和所述第四非取向区域对所述光信号的折射率，当入射光以平行于所述第二取向区域的分子链排列方向的方式射入所述第二取向区域时，所述第二取向区域的折射率大于所述第二非取向区域的折射率，当入射光以垂直于所述第二非取向区域的分子链排列方向的方式射入所述第二取向区域时，所述第二取向区域的折射率小于所述第二非取向区域的折射率。在这种情况下，能够利用传输介质中不同区域的折射率差异将光信号限制在第二取向区域内传播以实现光波导功能。

根据本公开，能够提供一种能够使用简单的工艺集成平面光波导的光通信装置。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是示出了本公开的示例所涉及的光通信装置的框图。

图2是示出了本公开的示例所涉及的光通信装置的功能模块图。

图3是示出了本公开的示例所涉及的光通信装置的结构示意图。

图4是示出了本公开的示例所涉及的衬底薄膜的结构示意图。

图5是示出了本公开的示例所涉及的传输介质的结构示意图。

图6是示出了本公开的示例所涉及的变形例1的衬底薄膜的结构示意图。

图7是示出了本公开的示例所涉及的变形例1的平面光波导内光信号转向传播的示意图。

图8是示出了本公开的示例所涉及的变形例2的平面光波导的结构示意图。

图9是本公开的示例所涉及的光通信装置的制备方法的流程图。

附图标号说明：

光通信装置…1，光发射模块…10，光传输模块20，光接收模块30，基底层40，编码调制电路110，光源驱动电路120，发光管130，平面光波导210，光探测器310，信号放大电路320，信号解调电路330，衬底薄膜2110，传输介质2120，第一取向区域21110，第二取向区域21210，第一非取向区域21120，第二非取向区域21130，第三非取向区域21220，第四非取向区域21230，传输叠层2400，衬底层2410，传播层2420，界面层2300，

具体实施方式

以下，参考附图详细地说明本发明的优选实施方式。在下面的说明中，对于相同的部件赋予相同的符号，省略重复的说明。另外，附图只是示意性的图，部件相互之间的尺寸的比例或者部件的形状等可以与实际的不同。图1是示出了本公开的示例所涉及的光通信装置1的框图。图2是示出了本公开的示例所涉及的光通信装置1的功能模块图。图3是示出了本公开的示例所涉及的光通信装置1的结构示意图。

在本实施方式中，参照图1至图3，该光通信装置1可以包括光发射模块10、光传输模块20以及光接收模块30。光发射模块10用于将电信号转换为光信号，光传输模块20用于传输该光信号，光接收模块30用于接收该光信号并将该光信号转换为电信号。

在一些示例中，光发射模块10可以包括编码调制电路110、光源驱动电路120(例如LED驱动电路)和发光管130(例如LED)。输入该光通信装置1的输入数据如原始的二进制比特信号经过编码调制电路110后转换为电信号，并经光源驱动电路120驱动发光管130发光以产生光信号。

在一些示例中，光接收模块30可以包括光探测器310、信号放大电路320和信号解调电路330。承载着输入数据的光信号在光传输模块20中进行传输，可以通过光接收模块30前的透镜，聚焦到光探测器310上，光探测器310将接收到的光信号转换为电信号，并经信号放大电路320对该电信号进行放大，以及经信号解调电路330对该电信号进行解调制、解码等信号处理之后，恢复出原始的发送信号并输出。

在本实施方式中，光传输模块20可以为平面光波导210。

在一些示例中，光通信装置1还可以包括基底层40。光发射模块10、平面光波导210和光接收模块30可以集成在基底层40上。在这种情况下，能够在基底层40上进行光通信，由此能够使用简单的工艺集成平面光波导210的光通信装置1并能够有利于光通信装置1的小型化和提高光通信的效率。另外，平面光波导210可以包括衬底薄膜2110和传输介质2120。

在一些示例中，基底层40可以用于支撑光发射模块10、平面光波导210和光接收模块30。另外，在一些示例中，光发射模块10、平面光波导210和光接收模块30可以设置在基底层40的同一表面。

在一些示例中，基底层40可以由选自铌酸锂、Ⅲ-Ⅴ族半导体化合物、二氧化硅、绝缘衬底上的硅(SOI)、石英和玻璃当中的至少一种制成。由此，能够有利于在基底层40上形成平面光波导210。

在一些示例中，根据实际需求，基底层40可以为圆形、方形或不规则形状。例如，基底层40可以为正方形的石英片。如图3所示，在本实施方式中，光发射模块10可以设置在基底层40上，并且可以用于产生光信号。

在一些示例中，发光管130可以为光子芯片、LED发光芯片、激光器、发光二极管等。另外，在一些示例中，光发射模块10中的编码调制电路110、光源驱动电路120、和发光管130可以通过焊接、粘接、嵌入等方式布置于基底层40上。在一些示例中，光发射模块10输出的光信号可以为偏振光。

在一些示例中，光发射模块10还可以包括第一调制器。另外，在一些示例中，第一调制器可以调制发光管130发出的光信号，然后经调制的光信号再导入平面光波导210内。例如，可以将发光管130件发出的光信号调制成平面光波导210可传播的波长、可以将发光管130件发出的非偏振光调制成所需要的偏振光用作光发射模块10输出的光信号等。

在一些示例中，光通信装置1可以包括多个发光管130。例如，光通信装置1可以包括2个、3个、4个、5个、6个、7个或10个发光管130。

在一些示例中，如图3所示，平面光波导210可以设置在基底层40上。另外，平面光波导210可以耦合光信号并且使光信号沿着传输介质2120传输。在另一些示例中，平面光波导210可以包括衬底薄膜2110和传输介质2120。其中，传输介质2120可以设置于衬底薄膜2110上。

在一些示例中，衬底薄膜2110可以由第一类聚合物材料构成。在另一些示例中，第一类聚合物材料可以沉积在基底层40上形成为衬底薄膜2110。

在一些示例中，第一类聚合物材料可以为选自聚酰亚胺(PI)、聚乙撑二氧噻吩(PEDOT)、聚苯乙烯磺酸钠(PSS)、聚苯乙炔(PPV)、聚氨酯(SD1)当中的至少一种。由此，能够形成光吸收强度低且容易发生链取向的衬底薄膜2110。

在一些示例中，衬底薄膜2110可以具有取向区域。例如，衬底薄膜2110可以包括由第一类聚合物材料经第一处理发生分子链取向而形成的规定分子链取向的第一取向区域21110。

在一些示例中，第一取向区域21110可以具有图形化的图案。在一些示例中，第一取向区域21110的图案可以根据实际需求来设计。例如可以为宽进宽出、宽进窄出、一端进一端出、一端进多端出、多端进多端出、多端进一端出等。

在一些示例中，衬底薄膜2110可以由取向区域构成。例如，衬底薄膜2110可以由图形化的第一取向区域21110构成。

在一些示例中，衬底薄膜2110的取向区域能够对与其接触的传输介质2120起到诱导作用，使之发生与取向区域分子链取向。

在一些示例中，衬底薄膜2110的第一取向区域21110能够对与第一取向区域21110接触的传输介质2120起到诱导作用，使其发生与第一取向区域21110相同的分子链取向。也就是说，传输介质2120可以在第一取向区域21110的诱导下所形成与第一取向区域21110图案相同的第二取向区域21210。另外，在一些示例中，光信号可以限制在传输介质2120中的第二取向区域21210的图案内，减少光损耗，使光信号能够在所设计的波导区域传播。

在一些示例中，第一取向区域21110的折射率可以为各向异性。在这种情况下，第一取向区域21110能够沿不同方向表现出不同的折射率。

在一些示例中，在衬底薄膜2110中，若光信号传播的振动方向平行于规定分子链取向的取向方向，则第一取向区域21110对光信号的折射率大于第一非取向区域21120和第二非取向区域21130对光信号的折射率，若光信号传播的振动方向垂直于规定分子链取向的取向方向，则第一取向区域21110对光信号的折射率小于第一非取向区域21120和第二非取向区域21130对光信号的折射率。

图4是示出了本公开的示例所涉及的衬底薄膜2110的结构示意图。

在一些示例中，衬底薄膜2110还可以包括非取向区域。例如，如图4所示，衬底薄膜2110可以包括第一取向区域21110、第一非取向区域21120和第二非取向区域21130。

在一些示例中，第一类聚合物材料可以经第一处理发生分子链取向以形成具有规定分子链取向的第一取向区域21110、以及不发生分子链取向的第一非取向区域21120和第二非取向区域21130。

在一些示例中，规定分子链取向的方向可以与光发射模块10所输出的光信号的振动方向平行。例如，规定分子链取向的方向可以平行于光发射模块10输出的偏振光的振动方向。

在一些示例中，在衬底薄膜2110中，非取向区域可以围绕取向区域。例如，如图4所示，第一取向区域21110可以位于第一非取向区域21120和第二非取向区域21130之间。

在一些示例中，衬底薄膜2110中可以具有多个取向区域。例如，衬底薄膜2110中可以具有2个、3个、4个、5个、6个、7个或10个取向区域。另外，衬底薄膜2110中还可以具有多个非取向区域。例如，衬底薄膜2110中可以具有2个、3个、4个、5个、6个、7个或10个非取向区域。

在一些示例中，在衬底薄膜2110中，相邻的取向区域可以由一个非取向区域分隔。在另一些示例中，衬底薄膜2110中的各个取向区域中的分子链取向方向可以相同或不同。

在一些示例中，衬底薄膜2110的厚度可以为30nm至35nm。例如，用聚酰亚胺制备的衬底薄膜2110的厚度可以为30nm；用聚乙撑二氧噻吩︰聚苯乙烯磺酸钠(PEDOT︰PSS)制备的衬底薄膜2110的厚度可以为35nm；用聚氨酯(SD1)制备的衬底薄膜2110的厚度可以为30nm等。

在一些示例中，衬底薄膜2110的取向区域中的分子链的排列方向可以为两个以上。例如，第一取向区域21110中的分子链的排列方向可以为两个以上，由此能够使第二取向区域21210中的分子链的排列方向为两个以上。

在一些示例中，传输介质2120可以由与第一类聚合物材料不同的第二类聚合物材料构成。在另一些示例中，第二类聚合物材料可以为选自聚9，9-二辛基芴(PFO)、聚(9，9-二辛基芴-共-苯并噻二唑)(F8BT)和聚(芴-共-苯并噻二唑-共-噻吩-共聚-三苯胺)(RedF)当中的至少一种。由此，能够形成用于不同波长的光信号进行传播的传输介质2120。其中，PFO为蓝光材料、F8BT为黄绿光材料、RedF为红光材料。另外，光信号能够在传输介质2120中传播。

在一些示例中，第二类聚合物材料可以沉积在衬底薄膜2110上形成传输介质2120。在另一些示例中，第二类聚合物材料可以为聚合物光增益材料(例如PFO、F8BT和RedF)。

在一些示例中，第二类聚合物材料的折射率可以大于第一类聚合物材料的折射率。由此能够有助于使光信号在传输介质2120中传播。

在一些示例中，传输介质2120可以包括取向区域。在另一些示例中，传输介质2120中的取向区域可以形成于衬底薄膜2110中的取向区域上。例如，传输介质2120中的第二取向区域21210可以形成于衬底薄膜2110中的第一取向区域21110上。

在一些示例中，传输介质2120中取向区域的第二类聚合物材料分子与衬底薄膜2110中取向区域的第一类聚合物材料分子可以具有相互作用。由此，衬底薄膜2110中取向区域能够诱导传输介质2120中与其接触的部分形成为取向区域。例如，第二取向区域21210的第二类聚合物材料分子与第一取向区域21110的第一类聚合物材料分子可以存在相互作用。

在一些示例中，传输介质2120可以包括由第二类聚合物材料经第二处理在与第一取向区域21110接触的部分发生与第一取向区域21110的分子链取向相同的第二取向区域21210。

在一些示例中，第二取向区域21210中分子链取向的取向方向与第一取向区域21110中分子链取向的取向方向相同。另外，在一些示例中，第二取向区域21210中分子链取向的取向方向可以平行于光发射模块10输出的偏振光的振动方向。

在一些示例中，传输介质2120中取向区域的折射率可以为各向异性。另外，在一些示例中，第二取向区域21210的折射率可以呈各向异性。在这种情况下，第二取向区域21210能够沿不同方向表现出不同的折射率。换言之，在与第一取向区域21110接触的第二类聚合物材料发生分子链取向后的折射率可以为各向异性。

在一些示例中，传输介质2120可以由取向区域构成。例如，传输介质2120可以由与第一取向区域21110图案相同的第二取向区域21210构成。

图5是示出了本公开的示例所涉及的传输介质2120的结构示意图。

在一些示例中，传输介质2120可以包括非取向区域。例如，如图5所示，传输介质2120可以包括第二取向区域21210、第三非取向区域21220和第四非取向区域21230。

在一些示例中，第二类聚合物材料可以经第二处理在与第一取向区域21110接触的部分发生与规定分子链取向相同的分子链取向而形成第二取向区域21210，在与第一取向区域21110不接触的部分形成第三非取向区域21220和第四非取向区域21230。

在一些示例中，在传输介质2120中，若光信号传播的振动方向平行于规定分子链取向的取向方向，则第二取向区域21210对光信号的折射率大于第三非取向区域21220和第四非取向区域21230对光信号的折射率，若光信号传播的振动方向垂直于规定分子链取向的取向方向，则第二取向区域对光信号的折射率小于第三非取向区域21220和第四非取向区域21230对光信号的折射率。在这种情况下，能够利用传输介质2120中不同区域的折射率差异将光信号(振动方向平行于取向方向的光信号)限制在第二取向区域21210内传播以实现光波导功能。

在一些示例中，传输介质2120的厚度、衬底薄膜2110的材料等可以影响传输介质2120中第二取向区域21210的取向程度。另外，在一些示例中，传输介质2120的厚度的选择可以与使用衬底薄膜2110的材料有关。例如，以PI做衬底薄膜2110时传输介质2120的厚度可以为70-550nm，以PEDOT:PSS做衬底薄膜2110时传输介质2120的厚度可以为70-200nm，以SD1做衬底薄膜2110时传输介质2120的厚度可以小于350nm。

在一些示例中，传输介质2120中也可以具有多个取向区域。例如，传输介质2120中可以具有2个、3个、4个、5个、6个、7个或10个取向区域。另外，在一些示例中，传输介质2120中相邻的取向区域可以由一个非取向区域分隔。

在一些示例中，在传输介质2120中，非取向区域可以围绕取向区域。例如，第二取向区域21210可以位于第三非取向区域21220和第四非取向区域21230之间。

图6是示出了本公开的示例所涉及的变形例1的衬底薄膜2110的结构示意图。图7是示出了本公开的示例所涉及的变形例1的平面光波导210内光信号转向传播的示意图，其中2为入射光方向，3为取向方向(分子链的排列方向)。

在一些示例中，传输介质2120的取向区域中的分子链的排列方向可以为两个以上。例如，如图6和图7所示，第二取向区域21210中的分子链的排列方向可以为两个以上。

在一些示例中，如图7所示，若第二取向区域21210中的分子链的排列方向为两个以上(如图7所示的3a、3b、3c)，则光信号可以经由第二取向区域21210中而改变方向。在这种情况下，能够通过在第二取向区域21210形成两个以上排列方向的聚合物分子链以形成对光的控制，从而能够方便地改变光信号的传播方向，提高平面光波导210的应用价值。

在一些示例中，在平面光波导210上，还可以设置有覆盖传输介质2120的覆盖层(未图示)，基底层40、第一非取向区域21120、第二非取向区域21130和覆盖层形成围绕传输介质2120的包络层。由此，能够有利于将光信号限制在传输介质2120的第二取向区域21210内。在另一些示例中，覆盖层的折射率可以小于第二取向区域21210的折射率。

图8是示出了本公开的示例所涉及的变形例2的平面光波导210A的结构示意图。

在一些示例中，平面光波导210可以为多层的平面光波导210A。另外，在一些示例中，如图8所示，平面光波导210A还可以包括至少一个传输叠层2400，传输叠层2400可以包括依次叠加的衬底层2410和传播层2420。其中，传播层2420可以用于传播光信号。

在一些示例中，传输叠层2400可以设置在传输介质2120上，也即，传输叠层2400中的衬底层2410可以在传输介质2120上。另外，在一些示例中，衬底层2410与传输介质2120还设置有界面层2300，在这种情况下，界面层2300能够隔离传输介质2120与衬底层2410，避免在制备衬底层2410过程中传输介质2120被破坏。

在一些示例中，当平面光波导210A具有多个传输叠层2400时，多个传输叠层2400可以层叠，并且相邻的传输叠层2400之间设置有界面层2300。在这种情况下，界面层2300能够隔离衬底层2410与传播层2420，避免在制备衬底层2410过程中传播层2420被破坏。

在一些示例中，界面层2300可以由聚醋酸纤维素(CA)组成。在这种情况下，既能够保护传输介质2120，也能够提高传输介质2120的ASE性能。另外，传输介质2120层和传播层2420内发生的分子链取向的部分的取向效果能够获得明显的提升。在另一些示例中，界面层2300可以的折射率可以小于第二取向区域21210的折射率。

在一些示例中，衬底层2410可以由第一类聚合物材料构成，传播层2420可以由第二类聚合物材料构成。在另一些示例中，衬底层2410可以包括取向区域。另外，传播层2420可以具有取向区域，传播层2420的取向区域可以形成于衬底层2410的取向区域上。

在一些示例中，衬底层2410可以包括非取向区域。另外，传播层2420还可以包括非取向区域，传播层2420的非取向区域可以形成于衬底层2410的非取向区域上或界面层2300上。

在一些示例中，衬底层2410所选择的材料、厚度，取向区域的图案、链取向方向等可以与衬底薄膜2110相同或不同，传播层2420所选择的材料、厚度，取向区域的图案、链取向方向等可以与传输介质2120相同或不同。例如，基底层40可以为石英基底层，衬底薄膜2110可以为SD1衬底薄膜，传输介质2120可以为F8BT传输介质，界面层2300可以为CA界面层，衬底层2410可以为SD1衬底层，传播层2420可以为F8BT传播层2420。另外，光信号可以在传输介质2120层内和传播层2420内进行传播。在本实施方式中，如图1、图2和图3所示，光接收模块30可以经由平面光波导210与光发射模块10连接，并且接收由平面光波导210的传输介质2120输出的光信号。由此，光发射模块10和光接收模块30能够进行光通信。另外，在一些示例中，如图3所示，光接收模块30可以布置于基底层40上。

在一些示例中，光通信装置1可以包括多个光探测器310。例如，光通信装置1可以包括2个、3个、4个、5个、6个、7个或10个光探测器310。

在一些示例中，多个光探测器310可以接收来源于同一个发光管130的光信号。在另一些示例中，多个光接收模块30可以分别接收多个发光管130的光信号。另外，在一些示例中，多个光探测器310可以部分接收一个发光管130的光信号，其余接收其它发光管130的光信号。

在一些示例中，光探测器310可以为光敏器件，可以用来处理光信号。具体而言，光敏器件可以为光敏二极管、光敏三极管、光检测器、光敏电阻等。

另外，光接收模块30中的光探测器310、信号放大电路320和信号解调电路330可以通过焊接、粘接、嵌入等方式布置于基底层40上。

另外，在一些示例中，光接收模块30可以包括第二调制器(图未示)。在这种情况下，第二调制器能够将平面光波导210传出的光信号调制成光敏器件可接收的光信号。例如，第二调制器可以将平面光波导210传出的光信号的波长调制成光敏器件可接收的波长。

在一些示例中，可以对光通信装置1进行封装。另外，在一些示例中，可以对光通信装置1进行金属封装、陶瓷封装、塑料封装等。

以下，结合图9详细的描述本公开所涉及的光通信装置的制备方法。图9是本公开的示例所涉及的光通信装置的制备方法的流程图。

在本实施方式中，如图9所示，光通信装置1的制备方法可以包括：准备基底层40(步骤S10)；在基底层40的表面制备平面光波导210(步骤S20)；将光发射模块10和光接收模块30分别固定于平面光波导210的入光口和出光口处的基底层40上(步骤S30)。

在一些示例中，在步骤S10中，可以根据实际需求选择合适大小、形状、材质的基底层40。例如，可以选择12×12mm尺寸的石英片作为基底层40。

在一些示例中，在步骤S10中，还在将布置于基底层40上之前，可以先将基底层40进行准备处理。由此，能够有利于在基底层40上进行布置光发射模块10、平面光波导210和光接收模块30。

在一些示例中，准备处理可以为对基底层40进行清洗。另外，清洗步骤可以为：将基底层40置于聚四氟乙烯清洗架上并放入烧杯中；加入去离子水和洗涤剂的混合液超声清洗15min；加入去离子水超声清洗10min，该步骤重复两次；加入丙酮溶液，用锡箔纸盖好超声清洗15min；加入乙醇以溶解基底层40上的丙酮，然后再用锡箔纸盖好超声清洗15min；最后放入烘箱120℃烘烤30min以去除乙醇溶剂来获得干净的基底层40。

另外，在一些示例中，根据实际需求，在基底层40准备处理结束后，还可以对干净的基底层40进行等离子处理(Plasma)、臭氧处理(urban vehicular ozone)等。

在一些示例中，在步骤S20中，平面光波导210的制备至少可以包括衬底薄膜2110的制备和传输介质2120的制备。另外，在一些示例中，可以先制备衬底薄膜2110，然后在衬底薄膜2110上制备传输介质2120。

在一些示例中，可以将第一类聚合物材料溶于溶剂制备成膜溶液用来制备衬底薄膜2110。其中，第一类聚合物材料可以为选自聚酰亚胺、聚乙撑二氧噻吩、聚苯乙烯磺酸钠、SD1当中的至少一种。另外，在一些示例中，溶剂可以为甲苯、二甲苯、氯仿、苯、三氯甲烷、己烷、环己烷、戊烷等有机溶剂。在另一些示例中，溶剂可以为色谱纯级溶剂。

在一些示例中，可以利用旋涂方法制备衬底薄膜2110使第一类聚合物材料沉积在基底层40上。例如，可以使用匀胶机在干净的石英基底层上旋涂聚酰亚胺(PI)。另外，在一些示例中，旋涂过程可以在气氛保护中进行。例如，旋涂过程可以在氮气保护中进行。

在一些示例中，第一类聚合物材料旋涂于基底层40后还可以包括退火处理。在另一些示例中，退火处理可以去除衬底薄膜2110中的溶剂，然后使第一类聚合物材料在基底层40上固化。另外，退火处理的程序可以随第一类聚合物材料不同而不同。

在一些示例中，可以将旋涂好聚酰亚胺的石英基底层置于热台上退火。例如，先在60℃加热15分钟用以去除衬底薄膜2110中的溶剂，然后将温度升高至300℃加热60分钟使聚酰亚胺在石英基底层上完全固化。在另一些示例中，可以将旋涂好PEDOT︰PSS的石英基底层置于热台上140℃退火30min即可。在又一示例中，可以将旋涂好SD1的石英基底层置于热台上100℃退火10min即可。

在一些示例中，退火处理可以在气氛保护中进行。由此，能够抑制加热时第一类聚合物材料发生氧化。例如，退火处理可以在氮气保护中进行。

在一些示例中，衬底薄膜2110可以经第一处理发生分子链取向形成取向区域和非取向区域。另外，在一些示例中，参照图4，衬底薄膜2110可以形成具有规定分子链取向的第一取向区域21110和不发生分子链取向的第一非取向区域21120、第二非取向区域21130。

在一些示例中，第一处理可以为沿着预定的方向进行摩擦处理。在这种情况下，衬底薄膜2110经过摩擦的部分能够在外力作用下发生分子链取向。例如，可以将沉积在基底层40上的衬底薄膜2110置于摩擦取向装置上进行摩擦取向。

在一些示例中，第一处理可以为紫外光照射。在另一些示例中，可以将光敏材料沉积在基底层40上形成衬底薄膜2110后置于紫外光下照射进行分子链取向。另外，在一些示例中，可以在紫外光下照射8分钟使SD1沉积在基底层40上形成的衬底薄膜2110发生分子链取向。在另一些示例中，可以将SD1作的衬底薄膜2110利用不同形状的掩膜版盖在样品正上方再用紫外光进行照射实现将光信号限制在一定的图形内。

在一些示例中，可以经蒸镀、喷墨打印、光刻、光控、通电极化中的至少一种使衬底薄膜2110中的取向区域图形化。在这种情况下，能够形成包括图形化的取向区域和非取向区域构成衬底图案。例如，可以以氟化锂为蒸发源利用不同的掩膜版蒸镀不同的图形。在另一些示例中，可以以PI为墨水利用喷墨打印技术在干净的石英基底层上打印图形。

在一些示例中，可以在对衬底薄膜2110进行第一处理(分子链取向)时旋转可以旋转改变取向方向。在这种情况下，衬底薄膜2110能够形成多个分子链的排列方向的取向区域(例如第一取向区域21110)。

在一些示例中，参照图6和图7，衬底薄膜2110(例如以SD1做衬底薄膜2110)利用掩膜版依次将取向方向3顺时针旋转45度(如图7中由3a旋转45度到3b，再由3b旋转45度到3c)，使得从而入射光在改变传播方向时的振动方向依然可以与链取向方向平行，而将光信号限制在平面光波导210内使入射光传播的振动方向2与第三次链取向方向3c一致。在这种情况下，通过改变取向方向3使光信号的传播发生转向则可以提高其应用价值，例如光发射模块10和光接收模块30通过平面光波导210通信时二者的摆放位置更加灵活。在一些示例中，平面光波导210可以同时进行多个方向的光信号传播。

在本实施方式中，传输介质2120可以由选自PFO、F8BT和RedF当中的一种或以上的第二类聚合物材料构成。其中，PFO为蓝光材料、F8BT为黄绿光材料、RedF为红光材料。在一些示例中，可以将第二类聚合物材料沉积在衬底薄膜2110上以形成传输介质2120。

在一些示例中，可以将第二类聚合物材料溶于溶剂制成溶液用来制备传输介质2120。另外，在一些示例中，溶解第二类聚合物材料的溶剂可以为甲苯、二甲苯、氯仿、苯、三氯甲烷、己烷、环己烷、戊烷等有机溶剂。另外，在一些示例中，溶解第二类聚合物材料的溶剂可以为色谱纯级溶剂。

在一些示例中，可以利用旋涂方法制备传输介质2120使第二类聚合物材料沉积在衬底薄膜2110上。例如，可以使用匀胶机在PI衬底薄膜2110上旋涂PFO。另外，在一些示例中，旋涂过程可以在气氛保护中进行。由此，能够抑制旋涂时第二类聚合物材料发生氧化。例如，旋涂过程可以在氮气保护中进行。

在一些示例中，旋涂在衬底薄膜2110上的第二类聚合物材料可以经第二处理使旋涂在衬底薄膜2110上的第二类聚合物材料形成为具有取向区域和非取向区域的传输介质2120。

在一些示例中，第二类聚合物材料可以经第二处理在与第一取向区域21110接触的部分发生与规定分子链取向相同的分子链取向而形成第二取向区域21210，在与第一取向区域21110不接触的部分形成第三非取向区域21220和第四非取向区域21230，第二取向区域21210位于第三非取向区域21220与第四非取向区域21230之间。例如，在衬底薄膜2110上旋涂好第二类聚合物材料后可以将其置于热机中进行第二处理。

在一些示例中，第二处理可以在气氛保护中进行。由此，能够抑制加热时第二类聚合物材料发生氧化。例如，第二处理可以在氮气保护中进行。

在一些示例中，第二处理可以为先加热至熔化温度，接着降温至晶化温度，然后骤降到室温。在这种情况下，能够使与第一取向区域21110接触的传输介质2120部分发生分子链取向，并且能够将取向的分子链冻结获得较稳定的取向结构。

在一些示例中，在第二类聚合物材料中，与衬底薄膜2110的取向区域接触的部分可以在晶化温度条件下进行晶化过程中发生与规定分子链取向相同的分子链取向形成传输介质2120的取向区域。

在一些示例中，在第二类聚合物材料中，与第一取向区域21110接触的部分可以在晶化温度条件下进行晶化过程中发生与规定分子链取向相同的分子链取向。在这种情况下，能够形成将光信号限制在传输介质2120内部的第二取向区域21210。

在一些示例中，传输介质2120可以以30-35℃/min的升温速率加热至熔化温度后保温2-5分钟，然后以1-2℃/min的速率降温到晶化温度进行保温1-2分钟，最后急剧冷却至室温。另外，熔化温度和晶化温度与第二类聚合物的材料相关，例如：F8BT的熔化温度和晶化温度分别为265℃、235℃，PFO的熔化温度和晶化温度分别为200℃、170℃，以F8BT为主体材料并以RedF为客体材料的共混物的第二处理温度与F8BT的相同。

在一些示例中，平面光波导210的制备还可以包括界面层2300的制备、衬底层2410的制备和传播层2420的制备。另外，在一些示例中，界面层2300、衬底层2410和传播层2420可以按序依次制备，具体而言，界面层2300可以制备于传输介质2120上，衬底层2410制备于界面层2300上，衬底层2410制备于传播层2420上。在另一些示例中，按序依次制备界面层2300、衬底层2410和传播层2420的过程可以重复进行。

在一些示例中，界面层2300可以由聚醋酸纤维素(CA)组成。在这种情况下，既能够保护传输介质2120，也能够提高传输介质2120的ASE性能。另外。在一些示例中，界面层2300可以通过旋涂方法制备，也即，界面层2300可以通过在传输介质2120上旋涂聚醋酸纤维素。例如，可以将CA溶解后，使用匀胶机在传输介质2120上旋涂。在另一些示例中，可以将将聚醋酸纤维素溶解于双丙酮醇溶剂中。

在一些示例中，在聚醋酸纤维素旋涂好后可以进行退火处理。例如，界面层2300旋涂结束后，可以在100℃温度下空气中退火10min，用来除去界面层2300中残留的溶剂。

在一些示例中，界面层2300的厚度可以为10-196nm。例如，界面层2300的厚度可以为10nm、25nm、30nm、50nm、84nm、90nm、110nm、150nm或196nm。

在一些示例中，衬底层2410可以由选自聚酰亚胺、聚乙撑二氧噻吩、聚苯乙烯磺酸钠、SD1当中的至少一种组成。在另一些示例中，传输介质2120可以由选自发光材料PFO、F8BT和RedF当中的一种或以上。在一些示例中，衬底层2410所选择的材料、厚度，取向区域的图案、链取向方向等可以与衬底薄膜2110相同或不同，传播层2420所选择的材料、厚度，取向区域的图案、链取向方向等可以与传输介质2120相同或不同。

在一些示例中，衬底层2410的制备方法可以与衬底薄膜2110的制备方法相同，传播层2420的制备方法可以与传输介质2120的制备方法相同。另外，在一些示例中，传播层2420制备和传输介质2120制备的第二处理可以最后一起进行。在这种情况下，传播层2420和传输介质2120能够发生分子链取向。

在一些示例中，在步骤S30中，可以通过焊接、粘接、嵌入等方式将光发射模块10和光接收模块30固定于基底层40上。在另一些示例中，在步骤S30中，还可以对光通信装置1进行封装。例如，可以对光通信装置1进行金属封装、陶瓷封装、塑料封装等。

虽然以上结合附图和实施例对本公开进行了具体说明，但是可以理解，上述说明不以任何形式限制本公开。本领域技术人员在不偏离本公开的实质精神和范围的情况下可以根据需要对本公开进行变形和变化，这些变形和变化均落入本公开的范围内。

Claims (10)

1.一种光通信装置，其特征在于：

包括：

基底层；

光发射模块，所述光发射模块设置在所述基底层上，所述光发射模块用于产生光信号；

光传输模块，所述光传输模块设置在所述基底层上，所述光传输模块为平面光波导，所述平面光波导包括由第一类聚合物材料构成的衬底薄膜和设置在所述衬底薄膜上的由与所述第一类聚合物材料不同的第二类聚合物材料构成的传输介质，所述平面光波导耦合所述光信号并且使所述光信号沿着所述传输介质传输；以及

光接收模块，所述光接收模块设置在所述基底层上，所述光接收模块经由所述平面光波导与所述光发射模块连接，并且接收由所述平面光波导的传输介质输出的光信号，

其中，所述第一类聚合物材料经第一处理发生分子链取向以形成具有规定分子链取向的第一取向区域、以及不发生分子链取向的第一非取向区域和第二非取向区域，所述第一取向区域位于所述第一非取向区域与所述第二非取向区域之间，并且

所述第二类聚合物材料经第二处理在与所述第一取向区域接触的部分发生与所述规定分子链取向相同的分子链取向而形成第二取向区域，在与所述第一取向区域不接触的部分形成第三非取向区域和第四非取向区域，所述第二取向区域位于所述第三非取向区域与所述第四非取向区域之间。

2.如权利要求1所述的光通信装置，其特征在于：

在所述平面光波导上，还设置有覆盖所述传输介质的覆盖层，所述基底层、所述第一非取向区域、所述第二非取向区域和所述覆盖层形成围绕所述传输介质的包络层。

3.如权利要求2所述的光通信装置，其特征在于：

所述基底层由绝缘材料制成，所述绝缘材料选自铌酸锂、Ⅲ-Ⅴ族半导体化合物、二氧化硅、绝缘衬底上的硅、玻璃当中的至少一种。

4.如权利要求1所述的光通信装置，其特征在于：

所述光发射模块包括编码调制电路、光源驱动电路和发光管，输入数据经过所述编码调制电路转换为电信号，并经所述光源驱动电路驱动所述发光管发光以产生所述光信号。

5.如权利要求4所述的光通信装置，其特征在于：

所述光接收模块包括光探测器、信号放大电路和信号解调电路，所述光信号经所述平面光波导传输到所述光探测器，由所述光探测器转换为所述电信号，并经所述信号放大电路对所述电信号进行放大处理，以及经所述信号解调电路对放大后的信号进行解调制、解码处理后输出。

6.如权利要求4所述的光通信装置，其特征在于：

所述发光管为光子芯片、LED发光芯片、激光器、发光二极管中的一种。

7.如权利要求1所述的光通信装置，其特征在于：

所述第一类聚合物材料为选自聚酰亚胺、聚乙撑二氧噻吩、聚苯乙烯磺酸钠、聚苯乙炔、聚氨酯当中的至少一种，所述第二类聚合物材料为发光材料为选自PFO、F8BT和RedF当中的至少一种。

8.如权利要求1所述的光通信装置，其特征在于：

所述第一处理为沿着预定的方向进行摩擦处理，所述第二处理包括将所述第二类聚合物材料加热至熔化温度，接着降温至晶化温度，然后骤降到室温。在所述第二类聚合物材料中，与所述第一取向区域接触的部分在所述晶化温度条件下进行晶化过程中发生与所述规定分子链取向相同的分子链取向。

9.如权利要求1所述的光通信装置，其特征在于：

所述第二取向区域中的分子链的排列方向为两个以上，以使所述光信号经由所述第二取向区域中而改变方向，所述第二取向区域的折射率为各向异性。

10.如权利要求1或9所述的光通信装置，其特征在于：

在所述传输介质中，若所述光信号传播的振动方向平行于所述规定分子链取向的取向方向，则所述第二取向区域对所述光信号的折射率大于所述第三非取向区域和所述第四非取向区域对所述光信号的折射率，

若所述光信号传播的振动方向垂直于所述规定分子链取向的取向方向，则所述第二取向区域对所述光信号的折射率小于所述第三非取向区域和所述第四非取向区域对所述光信号的折射率。

当入射光以平行于所述第二取向区域的分子链排列方向的方式射入所述第二取向区域时，所述第二取向区域的折射率大于所述第二非取向区域的折射率，当入射光以垂直于所述第二非取向区域的分子链排列方向的方式射入所述第二取向区域时，所述第二取向区域的折射率小于所述第二非取向区域的折射率。

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