一种基于mhd控制的光开关的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种基于MHD控制的光开关，属于光通信的技术领域。
【背景技术】
[0002]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。但是，目前的光开关除了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，而且很难制成大阵列，因为MEMS光开关本身在抗机械摩擦、磨损或震动等方面存在很多不足之处。而本实用新型能够很好地解决上面的问题。
【发明内容】
[0003]为了解决现存光开关磨损大、能耗高、响应速度慢等问题，本实用新型提出了一种基于MHD(S卩:电磁流体动力学)控制的光开关，该光开关将MHD微流控驱动技术应用于现代光通信技术中，利用气/液的流体特性，来控制光束的全透射和全反射，进而实现光开关的“开”和“关”动作，具有良好的操控性和适应性。
[0004]本实用新型解决其技术问题所采取的技术方案是:一种基于MHD控制的光开关，该光开关是采用三层结构；
[0005]第一层为盖板I，盖板上留有两个电极接线小孔2以及与储液管9连接的注液孔3;
[0006]第二层为方形透明介质层4，包括4个条形波导5、6、11、12、储液管9、流道13及MHD驱动微栗，该MHD驱动微栗包括电极8、电极接线头10和流道13正下方的强永磁铁7;
[0007]第三层为平板基底14，包括放置强永磁铁的凹槽15。
[0008]本实用新型的盖板I的下表面与方形透明介质层4的上表面，以及方形透明介质层4的下表面与平板基底14的上表面都是通过等离子辅助键合方式连接。
[0009]进一步的，本实用新型的流道13位于方形透明介质层4的对角线上，流道13中的一端密封有空气，另一端填充液体并与储液管9相连，其中所述液体是通过盖板I上的注液孔3向储液管9注液的；
[0010]进一步的，本实用新型的流道13的上端采用弹性薄膜密封，其中，所述液体是与方形透明介质层4折射率相同或相近的匹配液。
[0011]进一步的，本实用新型的MHD驱动微栗的电极8的两个接线头10通过电极接线小孔2引出，与外电源相接，通过控制加载在电极8上的电压驱动液体流动来控制匹配液在流道13中的位置，进而控制光束的全透射和全反射，实现光开关的“开”和“关”动作。
[0012]有益效果:
[0013]1、本实用新型是将MHD微流控驱动技术应用于光开关之中，通过电控实现光开关的开和关，其具有良好的操控性和适应性，驱动微流体的电压低和能耗低，且响应速度快、机械磨损小，具有实际的应用价值。
[0014]2、本实用新型由于未使用电机等复杂器件，其结构简单，因而制作成本、生产工艺大大降低，具有重要的技术价值和经济价值，能够在光通信领域中得到广泛的应用。
【附图说明】
[0015]图l(a、b、c)为本实用新型的结构示意图，其中图1(a)为本实用新型的第一层，图1(b)为第二层，图1(c)为第三层。
[0016]标识说明:1-盖板;2-电极接线小孔;3-注液孔;4-方形透明介质层;5、6、11、12_条形波导；7-强永磁铁;8-电极;9-储液管；10-电极接线头；14-平板基底；15-强永磁铁的凹槽。
[0017]图2为光开关波导层俯视图。
[0018]标识说明:4_方形透明介质；5、6、11、12-条形波导；7-强永磁铁;8-电极;9-储液管;10-电极接线头。
[0019]图3为MHD驱动微栗的结构示意图。
[0020]标识说明:4_方形透明介质;7-强磁铁;8-电极;10-电极接线头;13-流道。
[0021]图4为MHD驱动原理示意图。
[0022]图5、图6为基于MHD控制的光开关工作原理示意图。
[0023]其中，图5为光束全部透射，即光开关处于“开”状态；图6为光束全反射，即光开关处于“关”状态。
【具体实施方式】
[0024]下面结合说明书附图对本实用新型作进一步的详细描述。
[0025]如图1所示，本实用新型提供了一种基于MHD控制的光开关，该光开关采用三层结构，第一层为盖板I，如图1 (a)所示，顶板上留有两个电极接线小孔2，以及与储液管9连接的注液孔3;第二层为方形透明介质层4，如图1(b)所示，包括:4个条形波导(5、6、11、12)、储液管9、流道13、还有一个MHD驱动微栗。该MHD驱动微栗包括电极8、电极接线头10和流道13正下方的强永磁铁7;第三层为平板基底14，如图1(c)所示，上面刻有放置强永磁铁的凹槽15。流道13位于方形透明介质层4的对角线上，流道13中的一端密封有空气，另一端填充液体并与储液管9相连。流道13的上端采用弹性薄膜密封，其中，液体是与方形透明介质层4折射率相同或相近的匹配液。盖板I的下表面与方形透明介质层4的上表面，以及方形透明介质层4的下表面与平板基底14的上表面都是通过等离子辅助键和合方式连接。通过盖板I上的注液孔3向储液管9注液。调节流道13中匹配液的位置来控制光束的全透射和全反射，进而实现光开关的“开”和“关”动作。
[0026]本实用新型的MHD驱动微栗原理与【具体实施方式】包括:
[0027]当导电液体中的载流子在电场中定向运动时，若受到和电场方向垂直的磁场作用，就会产生洛伦兹力，克服流体阻力后就可以驱动液体流动，如图4所示。改变电场方向，液体流动方向也随着改变。电极8外加电压后，驱动流道中匹配液流动，同时压缩另一端的气体或使之体积扩张，由于气体体积变化气压随之改变，所以到某个位置流体将静止下来，达到平衡。因此，可通过加载电极上的电压正负来控制流道中匹配液流动的方向，通过加载电压的大小来控制流道中匹配液的位置。
[0028]本实用新型光开关操控原理与【具体实施方式】包括:
[0029]图1(b)中，本实用新型是将液体封装在微流道中，当电极为通电状态，且加载在电极上的电压正负与图4相同，MHD驱动微流体向微流道另一端移动，并压缩微流道中的气体，当液体移动至微流道与光波导交汇处，如图5，由于微流道中匹配液的折射率与方形透明介质的折射率相近，故光束由条形波导5通过微流道，到达条形波导11，此时为‘开’状态；当加载在电极上的电压正负与图4相反，MHD驱动微流体回流，如图6，微流道与光波导交汇处为空气时，由于方形透明介质的折射率大于空气折射率，光束在固气界面发生全反射，光束由条形波导5到达条形波导6，此时为‘关’状态。
[0030]本实用新型光开关的盖板、方形透明介质层和平板基底可采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为基材。PDMS具有良好的透光性，介电性，惰性，无毒，容易加工等性质，并且廉价。为了避免光在固液界面上引起较大损耗，液体的折射率应与PDMS的折射率相同或相近，可选用甲基硅油，它无味无毒，具有生理惰性，抗氧化，耐高低温，挥发性低，温粘系数小，表面张力小，电绝缘性好，对金属无腐蚀等特点。流道上方的薄膜可采用聚乙烯醇(PVA)薄膜，PVA薄膜绿色环保，韧性好，拉伸强度大，耐油，耐溶剂，耐磨，气体阻透性好，透明度好，可以热封合。条形波导、微流道和固定强磁铁的凹槽可采用热压或注塑法。
【主权项】
1.一种基于MHD控制的光开关，其特征在于，所述光开关采用三层结构: 第一层为盖板(1)，盖板上留有两个电极接线小孔(2)以及与储液管(9)连接的注液孔(3)； 第二层为方形透明介质层(4)，包括4个条形波导(5、6、11、12)、储液管(9)、流道(13)及MHD驱动微栗，所述MHD驱动微栗包括电极(8)、电极接线头(10)和流道(13)正下方的强永磁铁(7); 第三层为平板基底(14)，包括放置强永磁铁的凹槽(15); 所述盖板(1)的下表面与方形透明介质层(4)的上表面，以及方形透明介质层(4)的下表面与平板基底(14)的上表面都是通过等离子辅助键合方式连接。2.根据权利要求1所述的一种基于MHD控制的光开关，其特征在于:所述的流道(13)位于方形透明介质层(4)的对角线上，流道(13)中的一端密封有空气，另一端填充液体并与储液管(9)相连，其中，所述液体是通过盖板(1)上的注液孔(3)向储液管(9)注液的;所述流道(13)的上端采用弹性薄膜密封，其中，所述液体是与方形透明介质层(4)折射率相同或相近的匹配液。3.根据权利要求1所述的一种基于MHD控制的光开关，其特征在于:所述MHD驱动微栗的电极(8)的两个接线头(10)通过电极接线小孔(2)引出，与外电源相接，通过控制加载在电极(8)上的电压驱动液体流动来控制匹配液在流道(13)中的位置，进而控制光束的全透射和全反射。
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于MHD控制的光开关，该光开关采用三明治结构，第一层为盖板(1)，两个电极接线头出口(2)，以及与储液管(9)连接的注液孔(3)；第二层为方形透明介质层(4)，包括：4个条形波导(5、6、11、12)、储液管(9)、流道(13)、还有一个MHD驱动微泵，该MHD驱动微泵包括电极(8)、电极接线头(10)和流道(13)正下方的强永磁铁(7)；第三层为平板基底(14)，上面刻有放置强永磁铁的凹槽(15)。其通过调节流道(13)中匹配液的位置来控制光束的全透射和全反射，进而实现光开关的“开”和“关”动作，具有良好的操作性，且响应速度快，具有实际的应用价值。
【IPC分类】G02B6/35
【公开号】CN205374808
【申请号】CN201520963111
【发明人】薛凤兰, 万静, 吴凌寻, 胡健, 张伟, 府燕君, 黄一夫
【申请人】南京邮电大学
【公开日】2016年7月6日
【申请日】2015年11月27日