本發(fā)明涉及一種基于微流道壓強差的光開關(guān)，屬于光通信、光電子技術(shù)的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

光開關(guān)是光交換的核心器件，也是影響光網(wǎng)絡(luò)性能的主要因素之一。光開關(guān)作為新一代全光聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵器件，主要用來實現(xiàn)光層面上的路由選擇、波長選擇、光交叉連接和自愈保護等功能。在全光網(wǎng)中，光分插復(fù)用器件(oadm)和光交叉連接(oxc)是不可缺少的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備，而光開關(guān)和光開關(guān)陣列則是這些設(shè)備中的核心器件。但是，目前的光開關(guān)除了mems等少數(shù)類型的光開關(guān)以外，現(xiàn)有的光開關(guān)的交換容量總是有限，而且很難制成大陣列，因為mems光開關(guān)本身在抗機械摩擦、磨損或震動等方面存在很多不足之處。而本發(fā)明能夠很好地解決上面的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種基于微流道壓強差的光開關(guān)，該光開關(guān)很好地解決了現(xiàn)有的光開關(guān)磨損大、能耗高、響應(yīng)速度慢的問題，該光開關(guān)將氣壓泵和微流控技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)代光通信技術(shù)中，利用氣/液的流體特性，來控制光束的全反射和全透射，進而實現(xiàn)光開關(guān)的“開”和“關(guān)”動作，該光開關(guān)具有很好的操控性和適應(yīng)性。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是：一種基于微流道壓強差的光開關(guān)，該光開關(guān)采用三層結(jié)構(gòu)。第一層為蓋板1，其左上角留有與儲液罐9相連的注液孔2，蓋板的右下角留有與儲液罐10相連的注液孔3。第二層為方形透明介質(zhì)層4，包括儲液罐9、儲液罐10、對角線上的微流道11、四個條形介質(zhì)光波導(dǎo)5、6、7、8，其中這四個條形介質(zhì)光波導(dǎo)位于同一水平面上，微流道11位于方形透明介質(zhì)層4的對角線上，上端用彈性薄膜密封，在其中間有段空氣柱，兩端填充匹配液并分別與儲液罐9、10相通，匹配液是通過蓋板1上的注液孔2、3分別向兩個儲液罐9、10注液的，其折射率與方形透明介質(zhì)層4相同或相近。第三層為平板基底12。

本發(fā)明的蓋板1的下表面與方形透明介質(zhì)4的上表面，以及方形透明介質(zhì)4的下表面與平板基底12的上表面都是通過等離子輔助鍵合方式連接。該光開關(guān)利用氣壓泵對蓋板1上的注液孔2、3進行壓強控制，可連續(xù)驅(qū)動儲液罐9、10中液體流動，進而調(diào)節(jié)微流道11中匹配液與空氣柱的相對位置，控制光束的全反射和全透射，實現(xiàn)光開關(guān)的“開”和“關(guān)”動作。

有益效果：

1、本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊、制作成本低、易于小型化和集成化。

2、本發(fā)明氣壓驅(qū)動控制方便，驅(qū)動微流體的能耗低，驅(qū)動力大，且響應(yīng)速度快、機械磨損小、機械污染少。

3、本發(fā)明設(shè)計的芯片結(jié)構(gòu)嚴格軸對稱，可從各個方位實現(xiàn)光開關(guān)的“開”和“關(guān)”，具有實際的應(yīng)用價值。

4、本發(fā)明是將氣壓泵和微流控驅(qū)動技術(shù)應(yīng)用于光開關(guān)之中，通過壓控實現(xiàn)光開關(guān)的“開”和“關(guān)”，其具有良好的操控性和適應(yīng)性。

5、本發(fā)明屬于微流控光器件，其結(jié)構(gòu)簡單，因而制作成本、生產(chǎn)工藝大大降低，具有重要的技術(shù)價值和經(jīng)濟價值，能夠在光通信領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

標識說明：蓋板-1；注液孔-2；注液孔-3；方形透明介質(zhì)層-4；儲液罐-9；儲液罐-10；微流道-11；條形介質(zhì)光波導(dǎo)-5、6、7、8；平板基底-12；氣壓泵連線管-13、14；氣壓泵-15。

圖2、圖3為基于氣壓驅(qū)動的光開關(guān)工作原理示意圖。

其中，圖2為光束全反射，即光開關(guān)處于“開”狀態(tài)；圖3為光束全部透射，即光開關(guān)處于“關(guān)”狀態(tài)。

具體實施方式

下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明作進一步的詳細描述。

如圖1所示，本發(fā)明提供了一種基于微流道壓強差的光開關(guān)，該光開關(guān)采用三層結(jié)構(gòu)，第一層為蓋板1，其左上角留有與儲液罐9相連的注液孔2，蓋板的右下角留有與儲液罐10相連的注液孔3。第二層為方形透明介質(zhì)層4，包括儲液罐9、儲液罐10、對角線上的微流道11、四個條形介質(zhì)光波導(dǎo)5、6、7、8，其中這四個條形介質(zhì)光波導(dǎo)位于同一水平面上，微流道11位于方形透明介質(zhì)層4的對角線上，上端用彈性薄膜密封，在其中間有段空氣柱，兩端填充匹配液并分別與儲液罐9、10相通，匹配液是通過蓋板1上的注液孔2、3分別向兩個儲液罐9、10注液的，其折射率與方形透明介質(zhì)層4相同或相近。第三層為平板基底12。其中蓋板1的下表面與方形透明介質(zhì)4的上表面，以及方形透明介質(zhì)4的下表面與平板基底12的上表面都是通過等離子輔助鍵合方式連接。該光開關(guān)利用氣壓泵對蓋板1上的注液孔2、3進行壓強控制，可連續(xù)驅(qū)動儲液管9、10中液體流動，進而調(diào)節(jié)微流道11中匹配液與空氣柱的相對位置，控制光束的全反射和全透射，實現(xiàn)光開關(guān)的“開”和“關(guān)”動作。

本發(fā)明光開關(guān)操控原理與具體實施方式包括：初始時刻，如圖2所示，從條形光波導(dǎo)入射的光束在方形透明介質(zhì)4內(nèi)到達微流道固-氣界面時，由于方形透明介質(zhì)的折射率大于空氣折射率，光束在固氣界面發(fā)生全反射，光束從條形光波導(dǎo)6出射，此時為“開”狀態(tài)；氣壓泵工作后，下壓儲液管中的匹配液，由于儲液罐橫截面積比微流道橫截面積大，所以儲液罐中液體微量移動可以使微流道中液體移動較長的距離，若驅(qū)動液體移動到如附圖3位置，因為匹配液的折射率與方形介質(zhì)相同或相近，入射在微流道固-液界面上的光束全部透過液體，進入條形光波導(dǎo)7，此時為“關(guān)”狀態(tài)。本發(fā)明通過控制施加在儲液罐上方的氣壓，調(diào)節(jié)兩側(cè)微流道中匹配液的移動，從而改變空氣柱的位置，實現(xiàn)光開關(guān)的應(yīng)用。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于微流道壓強差的光開關(guān)，該光開關(guān)采用三層結(jié)構(gòu)，第一層為蓋板1，其左上角與儲液罐9相連的注液孔2，蓋板的右下角留有與儲液罐10相連的注液孔3；第二層為方形透明介質(zhì)層4，包括儲液罐9、儲液罐10、對角線上的微流道11、四個條形介質(zhì)光波導(dǎo)5、6、7、8，微流道11位于方形透明介質(zhì)層4對角線上，上端用彈性薄膜密封，在其中間有空氣柱，兩端填充匹配液并分別與儲液罐9、10相通，匹配液是通過蓋板1上的注液孔2、3分別向兩個儲液罐9、10注液。第三層為平板基底12。其通過調(diào)節(jié)流道11中匹配液位置控制光束的全反射和全透射，實現(xiàn)光開關(guān)“開”和“關(guān)”動作。本發(fā)明具有良好的操作性，且響應(yīng)速度快，具有實際的應(yīng)用價值。

技術(shù)研發(fā)人員：杜敏玲;萬靜;陳博宇;薛鳳蘭;曹涵
受保護的技術(shù)使用者：南京郵電大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.11
技術(shù)公布日：2017.09.29