基于多模干涉耦合的微流控光开关

本技术属于光通信与光电子，具体涉及一种基于多模干涉耦合的微流控光开关。

背景技术：

1、光开关是实现光交换的关键器件，也是影响光网络系统性能的主要因素之一。光开关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，被广泛应用于光通信和光电子系统。

2、现有的光开关通常是基于微电机械系统(mems)、光电效应、热光效应和磁光效应的光开关。mems光开关光学性能较好，但是结构复杂，使用的微反射镜有镜面抖动等问题。后几种类型的光开关通常对温度敏感、偏振敏感、结构复杂。

技术实现思路

1、本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种基于多模干涉耦合的微流控光开关，通过静电微驱动器驱动液体进或出微流控多模干涉耦合转换器的腔室来实现所述微流控光开关的开和关的转换功能，具有结构与工艺简单、操作简便、制作成本低、可集成和光学性能良好的优点。

2、本实用新型提供一种基于多模干涉耦合的微流控光开关，由上至下依次为盖板层(1)、波导层(2)和静电驱动层(3)，各层之间采用等离子辅助键合方式连接，盖板(1)的底部中心处开设矩形凹槽(4)，波导层(2)的中心位置设置多模干涉耦合转换器(5)，多模干涉耦合转换器(5)可镶嵌于矩形凹槽(4)的槽体内，多模干涉耦合转换器(5)的两侧对称布置一对相互平行的单模条形波导(6)，多模干涉耦合转换器(5)通过圆柱形微管(7)与静电驱动层(3)的储液池(8)相连，储液池(8)的底端安装静电微驱动器，静电驱动层(3)的外侧安装两个接线柱(13)。

3、作为本实用新型的进一步技术方案，多模干涉耦合转换器(5)包括矩形腔室，矩形腔室下底面与单模条形波导(6)下表面位于同一水平面，矩形腔室上底面高于单模条形波导(6)的上表面，矩形腔室的长为3lπ，其中，we为腔室等效宽度，neff为腔室充液时的有效折射率，矩形腔室的底部开设一个圆孔，圆孔通过圆柱形微管(7)连接静电驱动层(3)的储液池(8)。

4、进一步的，储液池(8)的底部为弹性薄膜，其他各面为硬性材料，储液池(8)的顶部插接圆柱形微管(7)。

5、进一步的，静电微驱动器由上而下依次为弹性薄膜(9)、上电极(11)和下电极(12)，上电极(11)与弹性薄膜(9)相粘贴，下电极(12)两侧布置绝缘介质(10)，上电极(11)的尺寸大于下电极(12)的尺寸，绝缘介质(10)的厚度大于下电极(12)的厚度。

6、进一步的，两个接线柱(13)的内部通过电线分别与上电极(11)和下电极(12)相连，接线柱(13)的外部与电源相连。

7、进一步的，波导层(2)中填充包层介质。

8、进一步的，多模干涉耦合转换器(5)密封镶嵌于矩形凹槽(4)中。

9、本实用新型的优点在于，结合多模干涉耦合理论和微流控技术，提出一个2×2微流控光开关，通过静电微驱动器驱动液体进或出微流控多模干涉耦合转换器的腔室来实现所述微流控光开关的开和关的转换功能，结构与工艺简单，操作简便，制作成本低，可集成，光学性能良好。

技术特征：

1.一种基于多模干涉耦合的微流控光开关，其特征在于，由上至下依次为盖板层(1)、波导层(2)和静电驱动层(3)，各层之间采用等离子辅助键合方式连接，所述盖板层(1)的底部中心处开设矩形凹槽(4)，所述波导层(2)的中心位置设置多模干涉耦合转换器(5)，所述多模干涉耦合转换器(5)可镶嵌于所述矩形凹槽(4)的槽体内，所述多模干涉耦合转换器(5)的两侧对称布置一对相互平行的单模条形波导(6)，所述多模干涉耦合转换器(5)通过圆柱形微管(7)与所述静电驱动层(3)的储液池(8)相连，所述储液池(8)的底端安装静电微驱动器，所述静电驱动层(3)的外侧安装两个接线柱(13)。

2.根据权利要求1所述的一种基于多模干涉耦合的微流控光开关，其特征在于，所述多模干涉耦合转换器(5)包括矩形腔室，所述矩形腔室下底面与所述单模条形波导(6)下表面位于同一水平面，所述矩形腔室上底面高于所述单模条形波导(6)的上表面，所述矩形腔室的长为3lπ，其中，we为腔室等效宽度，neff为腔室充液时的有效折射率，所述矩形腔室的底部开设一个圆孔，所述圆孔通过所述圆柱形微管(7)连接所述静电驱动层(3)的储液池(8)。

3.根据权利要求1所述的一种基于多模干涉耦合的微流控光开关，其特征在于，所述储液池(8)的底部为弹性薄膜，其他各面为硬性材料，所述储液池(8)的顶部插接所述圆柱形微管(7)。

4.根据权利要求1所述的一种基于多模干涉耦合的微流控光开关，其特征在于，所述静电微驱动器由上而下依次为弹性薄膜(9)、上电极(11)和下电极(12)，所述上电极(11)与弹性薄膜(9)相粘贴，所述下电极(12)两侧布置绝缘介质(10)，所述上电极(11)的尺寸大于所述下电极(12)的尺寸，所述绝缘介质(10)的厚度大于所述下电极(12)的厚度。

5.根据权利要求1所述的一种基于多模干涉耦合的微流控光开关，其特征在于，两个所述接线柱(13)的内部通过电线分别与上电极(11)和下电极(12)相连，接线柱(13)的外部与电源相连。

6.根据权利要求1所述的一种基于多模干涉耦合的微流控光开关，其特征在于，所述波导层(2)中填充包层介质。

7.根据权利要求1所述的一种基于多模干涉耦合的微流控光开关，其特征在于，所述多模干涉耦合转换器(5)密封镶嵌于所述矩形凹槽(4)中。

技术总结
一种基于多模干涉耦合的微流控光开关，由上至下依次为盖板层、波导层和静电驱动层，各层之间采用等离子辅助键合方式连接，盖板的底部中心处开设短形凹槽，波导层的中心位置设置多模干涉耦合转换器，多模干涉耦合转换器可镶嵌于短形凹槽的槽体内，多模干涉耦合转换器的两侧对称布置一对相互平行的单模条形波导，多模干涉耦合转换器通过圆柱形微管与静电驱动层的储液池相连，储液池的底端安装静电微驱动器，静电驱动层的外侧安装两个接线柱。该开关通过静电微驱动器驱动液体进或出微流控多模干涉耦合转换器的腔室来实现所述微流控光开关的开和关的转换功能；具有结构与工艺简单，操作简便，制作成本低，可集成，光学性能良好的优点。

技术研发人员：万静,张伟,袁志文,郭明瑞,蒙列,罗曜伟
受保护的技术使用者：南京邮电大学
技术研发日：20220328
技术公布日：2024/1/12