[发明专利]模块式电调谐微流控阵列光开关芯片

说明书

技术领域

本发明涉及一种新颖的压电调谐微流控光阵列开关芯片结构，属于光互联网中光交叉连接、光分插复用器件的技术领域。

背景技术

微流控光学是一项具有重要意义的新技术，是系统集成领域中的发展前沿。代表着光学元件走向微型化、集成化的发展方向。它以微机电加工技术为依托，以微管道为结构特征，是当前系统集成领域中的发展重点。

随着光通信技术的飞速发展，新的光网络核心器件技术对光开关也提出了更高的要求。在光开关的技术指标上，要求光开关器件具有更高的工作速度、更低的插入损耗和更长的工作寿命；在器件的体积上，由于全光网单元器件的增多，为使器件小型化，就要求器件有更高的集成度。

微流控芯片的主要特征是其容纳流体的有效结构至少在一维度上为微米级尺度，显著增大了流体环境的面积/体积比例。

微流控阵列光开关是一种二维集成器件，可实现光学元件的集成化，促进微光器件、波导器件、光集成器件的发展，这种器件在光通信及其它许多领域中有很广泛的应用，如利用微流控阵列光开关制作的光互连器件：光交叉连接、光分插复用器件等。目前已经实用化的光开关，除了MEMS等少数类型的光开关以外，现存光开关的交换容量总是有限，很难制成大阵列；而MEMS光开关本身在高端日密度及抗机械摩擦、磨损或震动等方面也存在不足之处。所以研制微流控阵列光开关具有重要的技术价值和应用前景。

参考文献：

[1]J.R.Adleman，D.A.Boyd，D.Goodwin.Optofluidic Technologies[C].Proc.LEOS Summer Topical Meetings，2007，66-67.

[2]Demetri Psaltis，Stephen R.Quake2 & Changhuei Yang，Developing optofluidic technology through the fusion of microfluidics and optics，Nature，Vol.442，No.27，(2006)381-386.

[3]梁宏军，张洪社.MEMS与MEMS光开关.应用光学，2005，01-021.

[4]吴建刚，岳瑞峰，曾雪锋，刘理天.微流控光学器件与系统的研究进展[J].光学技术，2006，(01).

发明内容

技术问题：本发明的目的在于提出一种微流控阵列光开关芯片，解决微流控阵列光开关的电控制、波导层制作以及集成化方法问题。

技术方案：本发明的模块式电调谐微流控阵列光开关芯片采用“盖板+波导层+底板”结构，其中，第一层为盖板，盖板上留有接线孔；第二层为波导层，其中每一个单元都设有微流道、第一条形波导、第二条形波导、第三条形波导、第四条形波导、第一等腰直角棱镜、第二等腰直角棱镜，其中，两个棱镜的斜面构成微流道，微流道的一端密封，另一端为向外延伸的曲面结构，曲面外侧贴有薄膜，薄膜外侧是电调谐控制器件；第一条形波导、第二条形波导、第三条形波导、第四条形波导顺序相差90度设置；第三层为底板；盖板的下表面与波导层、波导层与底板通过等离子辅助键合方式连接，实现密封及固定的效果。

电调谐控制器件包括压电陶瓷或，压电双晶片，或电控移动的薄片。

薄膜在微流道的侧方或上方，压电陶瓷或压电双晶片或电控移动的薄片相应的从侧方或上方作用在薄膜上，推动液体移动。

阵列光开关根据需要由多个单元任意连接成m×n阵列形式，其中m，n为正整数。

四个条形波导和两个等腰直角棱镜构成光传输通道，通过液体的流动和等腰直角棱镜表面的折射和反射实现光开关的“开”、“关”动作；波导层基材采用有机聚合物材料，条形波导、等腰直角棱镜、微流道和固定电调谐控制器件的凹槽的制作采用热压或注塑法一次成型得到；盖板与波导层、波导层与底板之间利用等离子辅助健合方式实现密封的效果。将微流体封装在微流道靠近贴有薄膜的一端，另一端封存空气，液体封装后在平衡状态下停留在微流道中的固定位置，微流体与波导层材料折射率相近。当电调谐控制器件通电，在电调谐控制器件推力的作用下，薄膜产生形变，推动微流体向微流道另一端移动，并压缩微流道中的气体，达到电调谐控制器件驱动微流体的效果。