[發明專利]一種基于微流控技術的二維電光開關陣列裝置

有效

• 申請號: 200910145198.1
• 申請日: 2009-10-13
• 公開（公告）號: CN101799573A
• 公開（公告）日: 2010-08-11
• 發明（設計）人: 陳陶;梁忠誠;徐寧;江博
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: G02B6/35
• 分類號: G02B6/35;G02B26/02
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 葉連生

技術領域

本發明涉及一種新穎的二維電光開關陣列結構及其工作原理，屬于光通信的技術領域。

背景技術

光開關是光交換的核心器件，也是影響光網絡性能的主要因素之一。光開關作為新一代全光聯網網絡的關鍵器件，主要用來實現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。在全光網中，光分插復用器件(OADM)和光交叉連接(OXC)是不可缺少的網絡節點設備，而光開關和光開關陣列則是這些設備中的核心器件。隨著對器件材料、器件工作原理、加工工藝等多方面認識和研究的不斷進展，光開關與光開關列陣的類型也呈現出多元化發展趨勢。就目前的光開關發展現狀而言，按照光束在開關中傳輸的媒質來分類，可分為自由空間型和波導型光開關。按照開關機理來分類，主要有機械光開關、熱光開關和電光開關。在機械光開關中，包括以新型的微機械工藝為基礎的微機械光開關，自由空間型光開關主要是利用各種透射鏡、反射鏡和棱鏡等折射鏡的移動或旋轉來進行開關動作。波導型光開關主要是利用波導的熱光、電光或磁光的效應來改變波導的性質，從而實現開關動作。

光開關的性能主要表現在開關的插損、隔離度、消光比、偏振敏感性、開關時間、開關規模和開關尺寸等。光交叉連接和光交換對開關的要求主要有低插損(10db以下)、低串擾(-50db以下)、低開關時間(幾個ms以下)以及無阻塞運作。機械開關在插損、隔離度、消光比和偏振敏感性方面都有很好的性能。但它的開關尺寸比較大，開關動作時間比較長，一般為幾十毫秒到毫秒量級，而且機械開關不易集成為大規模的矩陣陣列，而且價格昂貴。對波導開關而言，它的開關速度在毫秒到亞毫秒量級，體積非常小，而且易于集成為大規模的矩陣開關陣列。但其插損、隔離度、消光比、偏振敏感性等指標都比較差。

同時，光開關器件是技術含量較高的光無源器件，需要的與之相應的制作材料和加工工藝的要求較高。近年來，隨著FTTH技術的成熟和全光網的興起迫切需要大量性能優良、價格合理的光開關、光開關和交換矩陣，但真正能夠商用化的光開關產品只有傳統的機械式光開關以及以機械工藝為基礎的微機械(MEMS)開關。

而基于電潤濕效應的電控流體棱鏡具有高的切換速度(～ms)、無偏振化影響、良好的操控性和適應性，作為取代光學元件可應用于光開關和光互連、三維光存儲、光掃描、光學雷達等系統。現有的電潤濕效應研究和應用集中于液體透鏡變焦成像技術，比較典型的如荷蘭Philips公司發布的FluidFocus和法國Varioptic公司發布的小型液體變焦透鏡，這些透鏡的變焦是利用電控方法通過改變液體的界面曲率進而調節焦距。這種技術采用了流動的液體作為變焦的透鏡組件，相對目前的機械變焦方式將有很多的優勢之處。但現有的研究和應用集中于透鏡變焦成像技術，對于應用于光通信領域的連接器件涉及很少。

現有的專利如ZL01132933.5公開的一種光開關，包括基板、矩陣形式排列的波導、每個交叉點均為盛有液體的容器，每個容器均有相對應的激光器以選擇性加熱液體的激光加熱裝置。這些裝置一方面在基板上同時安裝波導、加熱器或激光器和容器就要求非常精確和復雜繁瑣的加工工藝，體積也不小；另一方面集成度也不高，相應速度較慢，功耗也不小。

本專利將電濕效應技術與現代光通信技術相結合，設計了一種新穎的電控調諧的光開關陣列裝置，由于未使用電機等復雜器件使得制作成本、生產工藝大大降低，具有重要的技術價值和經濟價值，將會在光通信領域得到廣泛的應用。

發明內容

技術問題：本發明的目的在于提出一種基于微流控技術的二維電光開關陣列裝置結構，解決光開關陣列的電控調諧問題。

技術方案：本發明的基于微流控技術的二維電光開關陣列裝置采用儲氣層+波導層+儲液層的結構；其中，波導層以平板基底為載體，在平板基底上設有矩陣形式排列的波導結構，波導交叉節點處設有液腔槽，基底邊緣留有氣液連接通道，電控光開關單元陣列放置于波導交叉節點液腔槽處；儲氣層為儲存氣體的密封容器，容器邊緣留有氣壓調節控制孔，底部有氣液連接開孔貫穿波導層與儲液層相通，容器上面設有與波導交叉節點一致的電極開孔便于露出光開關控制單元電極；儲液層為上端開口的儲存液體的容器，通過與波導層結合而密封，其內儲存導電液體。