[发明专利]一种可见光和红外光自适应切换的液体光开关

说明书

本发明提出了一种可见光和红外光自适应切换的液体光开关，包括：支撑框架、盖板1、盖板2、盖板3、液体通道1、液体通道2、液体通道3、液体通道4、弹性薄膜1、弹性薄膜2、腔室1、腔室2、腔室3和腔室4；其中，腔室1、腔室2、腔室3和腔室4分别注入液体1、液体2，液体2和液体3；液体1仅吸收可见光，液体2可见光和红外光均不吸收，液体3仅吸收红外光。通过调节四个液体通道中的液体体积来控制弹性薄膜的形变程度，在腔室1和腔室4分别形成光通道实现可见光和红外光切换的光开关功能。

一、技术领域

本发明涉及一种光开关技术，更具体地说，本发明涉及一种可见光和红外光自适应切换的液体光开关技术。

二、背景技术

光开关是在光路中起通断作用的器件，在光纤通信、可变光衰减器、自适应光圈以及微显示器领域有着广泛的应用。传统的光开关主要有波导和机械两种控制方式。波导光开关的开关速度可以达到亚毫秒量级，而且体积小、易于集成，但是它在插损、消光比和偏振敏感度等指标上比较差；机械光开关的优点是插损低、设计简单、成本低廉，然而设备的体积较大，不适合大规模集成。随着光电集成技术的进步，光开关的技术也得到了长足的发展，微机电光开关、液晶光开关、喷墨气泡光开关和全息光栅开关等新型光开关得到了工业界的广泛关注。基于微机电系统(MEMS)的光开关是通过控制微镜发生机械转动来改变输入光的传播方向，其在损耗和拓展性方面都要优于其他类型的光开关。然而，由于复杂的驱动方式，它的可靠性存在一定的缺陷，且成本较高。液晶光开关是先把输入光分为两路偏振光，通过电压驱动液晶的变化来改变这两路偏振光的偏振状态，从而实现了光开关功能。

与上述类型的光开关器件相比，液体光开关内部不需要移动的固体元件，因此，它具有成本低、易于加工等优点。液体光开关可分为机械式与非机械式两种。非机械式光开关一般是基于电湿润效应和介电力效应来实现。基于电湿润效应的光开关对工作电压要求很高，这既会影响器件的使用寿命，也会产生安全问题。基于介电力效应的光开关由于介电力本身比较微弱，导致基于介电力效应的光开关尺寸较小，实际应用受到很大限制。此外，目前液体光开关大多都只适用于可见光，可见光和红外光自适应切换的液体光开关更是鲜有报道。

三、发明内容

本发明提出一种可见光和红外光自适应切换的液体光开关。如附图1所示，该液体光开关包括支撑框架、第一盖板、第二盖板、第三盖板、第一液体通道、第二液体通道、第三液体通道、第四液体通道、第一弹性薄膜、第二弹性薄膜、第一腔室、第二腔室、第三腔室和第四腔室。其中，第一腔室、第二腔室、第三腔室和第四腔室分别注入第一液体、第二液体，第二液体和第三液体；第一腔室和第二腔室之间有一圆孔，用以装配第一弹性薄膜；第三腔室和第四腔室之间有一圆孔，用以装配第二弹性薄膜；第一液体仅吸收可见光，第二液体可见光和红外光均不吸收，第三液体仅吸收红外光；第一液体通道和第二液体通道为进水口，功能是调节第二腔室和第三腔室中第二液体的体积，分别使第一弹性薄膜和第二弹性薄膜发生形变；第三液体通道和第四液体通道为出水口，是排出的第一液体和第三液体的通道。将支撑框架、第一盖板、第二盖板、第三盖板、第一弹性薄膜、第二弹性薄膜依次粘合，再向各个腔室注入相应液体，完成装配。

本发明的一种可见光和红外光自适应切换的液体光开关，初始状态如附图1所示，四个腔室均注满对应的液体，第一弹性薄膜和第二弹性薄膜未发生任何形变，可见光和红外光均被吸收，此时为可见光关、红外光关状态；如附图2所示，当用注射器将第二液体注入到第二腔室中时，第一弹性薄膜被驱动，弹性薄膜的形状和高度也随之改变，直至第一弹性薄膜接触到第一盖板，可见光的光通道打开，红外光的光通道关闭，此时为可见光开、红外光关状态；如附图3所示，当用注射器将第二液体注入到第三腔室中时，第二弹性薄膜被驱动，弹性薄膜的形状和高度也随之改变，直至第二弹性薄膜接触到第二盖板，可见光的光通道关闭，红外光的光通道打开，此时为可见光关、红外光开状态；如附图4所示，当同时用注射器将第二液体注入到第二腔室和第三腔室中时，第一弹性薄膜和第二弹性薄膜被驱动，弹性薄膜的形状和高度也随之改变，直至第一弹性薄膜接触到第一盖板，第二弹性薄膜接触到第二盖板，可见光和红外光的光通道均打开，此时为可见光开、红外光开状态。