[发明专利]一种基于介质电润湿效应的光开关

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于介质电润湿效应的光开关，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

光开关是光交换的核心器件，也是影响光网络性能的主要因素之一。光开关作为新一代全光联网网络的关键器件，主要用来实现光层面上的路由选择、波长选择、光交叉连接和自愈保护等功能。在全光网中，光分插复用器件(OADM)和光交叉连接(OXC)是不可缺少的网络节点设备，而光开关和光开关阵列则是这些设备中的核心器件。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，现有光开关的交换容量总是有限，很难制成大阵列，而且MEMS光开关本身在抗机械摩擦、磨损或震动等方面也存在不足之处。所以研制一种微流控的光开关具有重要的技术价值和应用前景。

发明内容

本发明目的在于针对上述现有技术的不足，提出了一种基于介质电润湿效应的光开关，该光开关将介质电润湿效应应用于现代光通信技术中，通过驱动离散电解质液滴来控制光束的全反射和全透射，进而实现光开关的“开”和“关”动作。该光开关将电润湿效应与现代光通信技术相结合，该光开关无需使用电机等复杂器件，使得制作成本、生产工艺大大降低，具有重要的技术价值和经济价值。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种基于介质电润湿效应的光开关，该光开关采用三层结构，第一层为上极板，该上极板包括方形透明玻璃1、透明电极2和疏水薄膜3；第二层为方形透明玻璃层10，沿它的对角线有一条微流道5、流道中有受控离散电解质液滴4，其折射率与透明玻璃匹配，在玻璃层同一水平面上有四个条形介质光波导6、7、8、9；第三层为下极板，该下极板包括方形透明玻璃基底15、多晶硅衬底14、衬底上扩磷及光刻图形化微电极阵列13、电极阵列上热氧化一层SiO₂作介质层12、介质层上涂覆一层疏水薄膜11。本发明将中下两层透明玻璃板键合后在微流道5注入一滴电解质液滴4，再将上极板与中层玻璃板键合，此时液滴夹持在上下极板之间，周围填充物质是空气。下极板微电极阵列13和上极板透明电极2分别由引线19、16引至交流电源17正负极。由于液滴的驱动是在某单个微电极阵列上施加电压，因此本发明设置了一个四控开关k18，可保证液滴在整个微流道中往返移动。

有益效果：

1、本发明将介质电润湿技术应用于光开关之中，通过电控离散液滴实现光开关的开和关，具有良好的操控性和适应性。

2、本发明结构简单、容易制作、成本低、电压低、能耗低、响应速度快、可集成封装，具有实际应用价值。

3、本发明属微流控光器件，无需使用电机等复杂器件，具有很重要的技术价值和经济价值，将会在光通信领域取得广泛应用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

标识说明：方形透明玻璃-1；透明电极-2；上极板疏水薄膜-3；方形透明玻璃层-10；微流道-5；受控离散电解质液滴-4；条形波导-6、7、8、9；下极板疏水薄膜-11；SiO₂介质层-12；微电极阵列-13；多晶硅衬底-14；方形透明玻璃基底-15；上极板电极引线-16；下极板电极引线-19；交流电源-17；四控开关k-19。

图2为光开关截面示意图。

标识说明：方形透明玻璃-1；透明电极-2；上极板疏水薄膜-3；受控离散电解质液滴4；微流道-5；方形透明玻璃层-10；下极板疏水薄膜-11；SiO₂介质层-12；微电极阵列-13；多晶硅衬底-14；方形透明玻璃基底-15。

图3、图4为基于介质电润湿原理驱动离散液滴的光开关示意图。

其中，图3为光束全部反射，即光开关的“开”状态；图4为光束全透射，即光开关的“关”状态。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步的详细描述。