专利名称：实心块履带式压电光继电器的方法及结构的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及电子设备及系统领域，特别涉及光开关技术。
背景技术：
可以使用继电器或开关将光信号由第一状态转换为第二状态。大体上可有多于两个的状态。在小的范围内要求小的开关外形或大的开关数量的应用中，可以使用微电子制造技术来制成小封装的开关。微电子开关可以被用于不同的应用，例如工业装备，电信装备及对如喷墨打印机的机电设备的控制。
在开关应用中，可以使用压电技术以使开关动作。压电材料具有若干独特的特性。可以使压电材料相应于所施加的电压伸展或收缩。这便是公知的间接压电效应。伸展或收缩的量、由伸展或收缩产生的力、以及连续收缩的时间间隔是影响在特定应用中压电材料的选择的重要因素。压电材料也显示直接压电效应，其中相应于所施加的力而产生电场。如果触点正确的与压电材料耦合，此电场就可以被转换为电压。在开关元件中建立或中断接触时，间接压电效能是有用的，而在相应于所施加的力产生开关信号时，直接压电效能是有用的。
发明内容
本发明公开了一种光开关的方法及结构。根据本发明的结构，充气腔容纳在固体材料中。该固体材料可以由玻璃、陶瓷、金属及粘合材料组成。充气腔中的多个触点耦合至固体材料，同时充气腔中的多个压电元件也耦合至固体材料。充气腔中的块耦合至多个触点中的一个或多个，并进而耦合至多个压电元件中的一个或多个。该块可操作以在腔中移动并建立或中断与多个触点中的一个或多个的连接。充气腔中的液态金属耦合至块，并耦合至多个触点。该液态金属用作块运动中的减摩润滑物，并也可操作以提供表面张力，该表面张力保持块与多个触点中的触点之间的连接。根据本发明的方法，多个压电元件中的一个或多个被驱动，该一个或多个压电元件的驱动使得耦合至一个或多个压电元件的块由触点中的第一个移动至触点中的第二个。触点中的第一个及触点中的第二个被液态金属变湿。块从触点中的第一个至触点中的第二个的移动破坏了块与触点中的第一个之间的液态金属表面张力，并建立了块与触点中的第二个之间的耦合，由此使得所述液态金属开关能够从第一状态改变至第二状态。然后块与触点中的第二个之间的液态金属的表面张力可操作以保持触点中的第二个与块之间的耦合。
本发明的具有新颖性的特征在所附的权利要求中特别的列出。但发明本身，结构及操作方法以及其目的及优点，可以结合附图，通过参考以下描述本发明的某些示意性实施例的本发明的详细描述来最佳地理解，其中图1是根据本发明的某些实施例的液态金属光开关的侧视图。
图2示出了根据本发明的某些实施例的液态金属光开关的截面。
图3是根据本发明的某些实施例的液态金属光开关的第二侧视图。
图4是根据本发明的某些实施例的液态金属光开关的俯视图。
图5是根据本发明的某些实施例的液态金属光开关的盖层的俯视图。
图6是根据本发明的某些实施例的液态金属光开关的基底层的俯视图。
图7是根据本发明的某些实施例的液态金属光开关的光层的俯视图。
图8是根据本发明的某些实施例的液态金属光开关的压电层的俯视图。
具体实施例方式
虽然本发明可以具有很多不同形式的实施例，在图中示出并将在此详述具体的实施例，但需要理解的是所公开的只是本发明的原理的示例，而非意在限制本发明为所示出并描述的具体实施例。在以下描述中，相同的参考标号将用来描述附图的若干视图中相同、相似或相应部分。
液态金属光开关可以使用多个层来描述，其中该多个层表示在制造液态金属光开关期间产生的层。参考图1，示出了根据本发明的特定实施例的液态金属光开关100的侧视图。压电层110耦合至光波导120，其中光波导120再耦合至光层130。光层130耦合至湿衬垫基体140，而湿衬垫基体140耦合至盖层150。需注意，电路基底层130还可以包括多个电路迹线，其中该多个电路迹线在图1中未示出。还需注意，其他层也可以耦合至盖层150、压电层110及电路基底层130而不脱离本发明的精神及范围。在本发明的某些实施例中，压电层110可以耦合至光层130及光波导120。在本发明的某些实施例中，压电层110、光层130、湿衬垫基体层140、以及盖层150可以由玻璃、陶瓷、合成材料及镀瓷材料中的一个或更多组成。
参考图2，示出了根据本发明的特定实施例的液态金属光开关100的截面200。光波导120垂直于截面200定向。压电层110耦合至多个压电元件225。腔240位于光层130之内，且该腔240与多个压电元件225耦合并耦合至湿衬垫基体层140。腔240还包括多个触点215，其中该多个触点耦合至湿衬垫基体层140。液态金属230处于腔240之中并耦合至多个触点215。腔240还包括块235，其中块235耦合至该多个触点215中的一个或多个。例如汞或镓合金的液态金属230起减摩润滑物的作用。块235可以是实心或空心的，并可以由例如是金属化合物、陶瓷或塑料的可湿性材料组成。还需注意，在本发明的某些实施例中，块235总是可以耦合至多个触点215中的一个或多个。在本发明的某些实施例中，块235由液态金属230包围。
腔240中充有气体，在本发明的特定实施例中为惰性气体。在本发明的特定实施例中，该气体是氮。尽管需注意的是块235可以是空心的而不脱离本发明的精神及范围，块235在图2中表示为实心材料。在本发明的特定实施例中，块235在该块235的纵向两端倒角，由此块235可以由多个压电元件225中的压电元件运动来驱动。压电元件可以由陶瓷、石英、塑料或特制材料而组成。还需注意的是尽管示出的液态金属光开关100具有三个触点215，也可以使用更多数量的金属触点而不脱离本发明的精神及范围。多个触点215选自特定材料，使得多个触点215会被液态金属230浸湿而不会与之相互作用。需注意的是，在本发明的特定实施例中，每次多个触点215的一个或多个与块235耦合，由此使得液态金属光开关100能够以不同方式转换一个或多个光信号。
如图2所示，湿衬垫基体层140包括一个或多个耦合至腔240的通路(205，210)。该一个或多个通路(205，210)进一步耦合至槽220，其中槽220耦合至盖层150。在本发明的某些实施例中，槽220位于盖层150内。尽管在图2中示出了两个通路(205，210)，可以使用多于两个通路而不脱离本发明的精神及范围。
现参考图3，示出了根据本发明的某些实施例的液态金属光开关100的第二侧视图300。第二侧视图示出了光波导120相对于多个压电元件225、腔240以及多个触点215的定位。光波导120耦合至腔240，且由光波导120传送的一个或多个光信号可以通过块235的动作阻断或接通。密封剂305耦合至光波导120并进而耦合至光层130。在本发明的某些实施例中，密封剂305可操作以使光波导120具有稳定性。在本发明的某些实施例中，密封剂305由可通过UV及/或热凝固的二重凝固丙烯酸(dualcure acrylic)或环氧粘合剂组成。
现参考图4，示出了根据本发明的某些实施例的液态金属光开关100的俯视图。为了清楚，未示出盖层150及湿衬垫基体层140。块235也未示出。图4清楚的示出了块235的运动是如何操作以阻断或接通光波导120的。尽管在图4中仅示出了两个光波导及三个触点，需注意的是液态金属光开关100中可以有更多或更少量的光波导及更多或更少量的触点而不脱离本发明的精神及范围。
现参考图5，示出了根据本发明的某些实施例的液态金属光开关100的盖层150的俯视图。还示出了截面图505以说明槽220耦合至盖层150的程度。槽220可操作以使腔240的压力均衡，其中该压力改变是由块235的运动所导致的。在块235运动时，通路205及210允许在块235的左侧及块235的右侧存在基本相同的压力。
现参考图6，示出了根据本发明的某些实施例的液态金属光开关100的基底层140的俯视图。图6示出了通路205及210相对于多个触点215的定位。需注意的是尽管通路205及210具有圆形截面且多个触点215具有方形截面，也可以使用其他几何形状截面而不脱离本发明的精神及范围。
现参考图7，示出了根据本发明的某些实施例的液态金属光开关100的光层130的俯视图。图7示出了光波导固定器710的俯视图及光波导固定器710的侧视图705。需注意的是在本发明的某些实施例中，光波导固定器710包含在光层130内。
现参考图8，示出了根据本发明的某些实施例的液态金属光开关100的压电层110的俯视图。图8示出了多个压电元件225的俯视图及多个压电元件225的侧视图805。在本发明的某些实施例中，当多个压电元件225没有被驱动时，多个压电元件225完全处于压电层110内。
液态金属光开关100通过以下方式操作，即以伸展模式横向位移多个压电元件225的一个或多个，由此使由液态金属230变湿的块235产生位移并使得液态金属230将多个触点215的第一触点及多个触点215的第二触点之间变湿以关闭液态金属光开关100的光波导120。
一个或多个压电元件的横向位移挤压块235的倒角端，由此沿腔240的长度方向移动块235以克服保持块235与第一触点相接触的表面张力。液态金属光开关100通过由液态金属230产生的表面张力及块235变湿多个触点215的方式而闭锁。由于液态金属230的表面张力及将块235耦合至多个触点215的一个或多个，块235可变湿且由此可被保持在稳定的位置。在本发明的某些实施例中，多个光波导120具有不会被液态金属230变湿的面，从而保持多个光波导120的信号通道的透光性。
虽然已结合具体实施例对本发明进行了描述，但基于以上描述本领域的技术人员将明了不同的变通、变更、置换以及变化。由此，本发明意在包括落入所附权利要求的范围中的全部变通、变更以及变化。
权利要求
1.一种光开关(100)的结构，包括充气腔(240)，其容纳在固体材料(110，130，140)中；一个或多个光波导(120)，其耦合至所述充气腔；在所述充气腔中的多个压电元件(225)，其耦合至所述固体材料；在所述充气腔中的块(235)，其耦合至多个触点(215)中的一个或多个，并进而耦合至所述多个压电元件的一个或多个，所述块可操作以阻断或接通所述一个或多个光波导；及液态金属(230)，其耦合至所述块，并耦合至所述多个触点。
2.如权利要求1所述的结构，还包括排放通路(205)，其耦合至所述充气腔，其中所述排放通路包括一个或多个耦合至所述充气腔的排放口。
3.如权利要求1所述的结构，其中所述腔还包括一个或多个槽(220)，所述一个或多个槽可操作以使所述腔中的压力均衡。
4.如权利要求1所述的结构，其中所述一个或多个槽中的一个或多个位于邻近所述排放通路耦合至所述腔的位置中的一个或多个。
5.一种使用多个压电元件(225)的光开关(100)的结构，包括盖层(150)；压电层(110)，其耦合至所述盖层；一个或多个光波导(120)，其耦合至所述压电层；电路基底层(140)，其耦合至所述压电层；及充气腔(240)，其耦合至所述压电层、一个或多个光波导、盖层、以及电路基底层中的一个或多个，其中所述充气腔还包括多个压电元件、多个触点(215)、块(235)以及液态金属(230)，所述块耦合至所述多个触点中的一个或多个并耦合至所述多个压电元件中的一个或多个，且所述液态金属耦合至所述块并耦合至所述多个触点。
6.如权利要求5所述的结构，其中所述盖层、电路基底层以及压电层可以由玻璃、陶瓷、合成材料及镀瓷材料中的一个或多个组成。
7.如权利要求5所述的结构，其中所述电路基底层还包括多个电路迹线及多个衬垫，其可操作以传输通过驱动所述多个压电元件中的一个或多个而产生的一个或多个信号。
8.一种使用液态金属开关(100)光转换一个或多个光信号的方法，包括驱动多个压电元件(225)中的一个或多个；所述一个或多个压电元件的驱动使得耦合至所述一个或多个压电元件的块(235)从触点中的第一个移动至触点中的第二个，其中所述触点中的第一个及所述触点(215)中的第二个被液态金属(230)变湿；且所述块从所述触点中的第一个至所述触点中的第二个的移动破坏了所述块与所述触点中的第一个之间的液态金属表面张力，并建立了所述块与所述触点中的第二个之间的耦合，由此使得所述液态金属开关能够通过阻断或接通一个或多个光波导(120)而从第一状态改变至第二状态。
9.如权利要求8所述的方法，其中由所述液态金属产生的多个表面张力导致了所述块与所述触点中的第二个之间的耦合。
10.如权利要求8所述的方法，其中所述多个压电元件以相邻的方式被驱动。
全文摘要
本发明为压电驱动的光开关(100)。该光开关通过块(235)的纵向位移来操作。多个压电元件用于使包围着块的液体金属滴(230)产生位移，使液体金属将至少一组触点(215)和至少另一组触点(215)之间变湿。取决于块在细长的充气腔(240)内的位置，块的定位使光路被阻断或者接通。
文档编号G02B6/42GK1759336SQ200380110186
公开日2006年4月12日 申请日期2003年11月12日 优先权日2003年4月14日
发明者马文·格伦·黄, 阿瑟·方 申请人:安捷伦科技有限公司