CN209055691U - 一种1×5微流控光开关 - Google Patents
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Abstract
本实用新型揭示了一种1×5微流控光开关，该光开关由上而下依次包括有第一层结构、第二层结构、第三层结构和第四层结构，第一层结构为盖板，盖板上包括两个间隙设置的接线柱孔；第二层结构为压电陶瓷驱动层，压电陶瓷驱动层包括U型流道、两个多层堆叠式压电陶瓷和两个接线柱，其中U型流道中填充有液体；第三层结构为矩形介质层，矩形介质层包括六个条形波导和W型流道，其中W型流道中填充有液体和一段空气柱，且液体的折射率与矩形介质层的折射率相同；所述第四层结构为平板基底。本实用新型利用压电陶瓷驱动匹配液来调节W型流道中空气柱的位置，进而实现1×5光开关的输出，其具有良好的操控性，小的机械磨损，具有实际的应用价值。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种1×5微流控光开关，属于光通信技术领域。
背景技术
光开关是光网络交换的核心器件，作为新一代全光网络的重要器件，主要用来实现波长选择、路由选择、光交叉连接及自愈保护等功能。
在全光网络中，OADM和OXC是必要的网络节点设备，而光开关及其阵列是这些设备中的重要器件。但目前的光开关除了MEMS等少数类型的光开关以外，同类型光开关的交换容量十分有限，且很难制成大的阵列，现有的光开关也存在输出端口少、损耗大等问题。
发明内容
本实用新型的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提出一种1×5微流控光开关。
本实用新型的目的将通过以下技术方案得以实现：一种1×5微流控光开关，由上而下依次包括有第一层结构、第二层结构、第三层结构和第四层结构，
所述第一层结构为盖板，所述盖板上包括两个间隙设置的接线柱孔；
所述第二层结构为压电陶瓷驱动层，所述压电陶瓷驱动层包括U型流道、两个多层堆叠式压电陶瓷和两个接线柱，其中U型流道中填充有液体；
所述第三层结构为矩形介质层，所述矩形介质层包括第一条形波导、第二条形波导、第三条形波导、第四条形波导、第五条形波导、第六条形波导和W型流道，其中W型流道中填充有液体和一段空气柱，且液体的折射率与矩形介质层的折射率相同；
所述第四层结构为平板基底。
优选地，所述第一层结构、第二层结构、第三层结构和第四层结构相互之间通过等离子辅助键合方式连接。
优选地，所述压电陶瓷驱动层中的U型流道与矩形介质层中的W型流道相通。
优选地，所述W型流道位于矩形介质层的中间，W型流道中的每条臂均与矩形透明介质层的边长呈45度角，便于光束反射或透射到相应的输出端口。
优选地，所述U型流道中填充液体，W型流道中填充液体和一段空气柱。
优选地，所述U型流道中填充的液体为与所述矩形介质层折射率相同的匹配液。
优选地，所述U型流道的中部设置了两个相同的长方体空间，在两个长方体空间中设置两个多层堆叠式压电陶瓷，且每个所述压电陶瓷均与U型流道中间相粘。
优选地，两个接线柱均通过电线与压电陶瓷电性连接，通过控制加载在接线柱上的电压驱动液体流动来控制空气柱在W型流道中的位置。
本实用新型采用以E技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：该微流控光开关设计了W型流道和压电陶瓷驱动，利用气/液流动特性和反射/透射原理，可以实现1×5光开关的输出控制。
本实用新型将W型流道应用于光开关之中，通过双向的压电陶瓷驱动匹配液来调节流道中空气柱的位置，进而实现1×5光开关的输出控制，其具有良好的操控性，小的机械磨损，具有实际的应用价值。
本实用新型结构简单，制作成本、生产工艺也大大降低，具有重要的技术价值和经济价值，能够在光通信网络领域中得到广泛的应用。
附图说明
图1为本实用新型1×5微流控光开关的结构示意图。
图2为本实用新型1×5微流控光开关的光开关波导层俯视图。
图3为本实用新型1×5微流控光开关的压电陶瓷的逆压电效应原理示意图。
图4为本实用新型1×5微流控光开关的压电陶瓷驱动装置的结构示意图。
图5为本实用新型的工作原理示意图，光束从条形波导9处输出。
图6为本实用新型的工作原理示意图，光束从条形波导13处输出。
图7为本实用新型的工作原理示意图，光束从条形波导10处输出。
图8为本实用新型的工作原理示意图，光束从条形波导12处输出。
图9为本实用新型的工作原理示意图，光束从条形波导11处输出。
附图说明：
1-盖板；2-接线柱孔；3-压电陶瓷驱动层；4-接线柱；5-压电陶瓷；6-U型流道；7-矩形介质层；8-第一条形波导，9-第二条形波导，10-第三条形波导，11-第四条形波导，12-第五条形波导，13-第六条形波导，14-W型流道；15-平板基底。
具体实施方式
本实用新型的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本实用新型技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本实用新型要求保护的范围之内。
本实用新型揭示了一种1×5微流控光开关，如图1所示，所述光开关由四层结构所组成，由上而下依次包括有第一层结构、第二层结构、第三层结构和第四层结构，所述第一层结构、第二层结构、第三层结构和第四层结构相互之间通过等离子辅助键合方式连接。
如图1所示，所述第一层结构为盖板1，所述盖板上包括两个间隙设置的接线柱孔2；所述第二层结构为压电陶瓷驱动层3，所述压电陶瓷驱动层包括U型流道6、两个多层堆叠式压电陶瓷5和两个接线柱4，每个所述连线柱均连接着若干电线，其中U型流道中填充有液体。
如图2所示，所述第三层结构为矩形介质层7，所述矩形介质层包括第一条形波导8、第二条形波导9、第三条形波导10、第四条形波导11、第五条形波导12、第六条形波导13和W型流道14，其中W型流道14中填充有液体和一段空气柱，且液体的折射率与矩形介质层的折射率相同；所述第四层结构为平板基底。
所述压电陶瓷驱动层中的U型流道与矩形介质层中的W型流道相通。所述W型流道位于矩形介质层的中间，W型流道中的每条臂均与矩形透明介质层的边长呈45度角，便于光束反射或透射到相应的输出端口。所述U型流道中填充液体，W型流道中填充液体和一段空气柱。所述U型流道中填充的液体为与所述矩形介质层折射率相同的匹配液。
所述U型流道的中部设置了两个相同的长方体空间，在两个长方体空间中设置两个多层堆叠式压电陶瓷，且每个所述压电陶瓷均与U型流道中间即矩形介质层的介质相粘。两个接线柱均通过电线与堆叠式压电陶瓷相连接，通过控制加载在接线柱上的电压驱动液体流动来控制空气柱在W型流道中的位置。
其中U型流道6与W型流道14相通，在U型流道6中填充液体，W型流道14中填充液体和段空气柱，所述液体为与所述矩形介质层折射率相同的匹配液。W型流道14位于矩形介质层7的中间，W型流道的每条臂长均与矩形透明介质层的边长呈45度角，便于光束反射或透射到相应的输出端口。
如图3所示，当压电陶瓷被施加不同极性的外加电压时，压电陶瓷发生不同的形变。当然外加电压的大小也决定压电陶瓷的形变量。
多层堆叠式压电陶瓷采用机械上串联和电路上并联的方法形成多片级联，其级联的目的是以较小的电压可以形成较大的压电陶瓷位移量。
设厚度为t的单层压电陶瓷位移量为Δt，n层压电陶瓷的中位移量为Δl，Δl为Δt的n倍，则
Δt＝d33·V
式中：V为外加电压；d33为压电常数；E为电场强度(V/t)；l为压电陶瓷总厚度。从上式可知，要制造较大的压电陶瓷位移量，必须增大n、l、V和d33，而缩小t。
与两个堆叠式压电陶瓷5相接的接线柱4通过接线柱孔2引出，与外电源相接，通过控制加载在接线柱4上的电压驱动液体流动来控制空气柱在W型流道14中的位置，进而控制光束的全透射和全反射，可以实现1×5光开关的“开”和“关”功能。
本实用新型的压电陶瓷驱动原理与具体实施方式包括：
如图4所示，利用压电陶瓷的逆压电效应，在两个压电陶瓷上施加不同极性的电压，两个压电陶瓷发生不同的变形，一个压电陶瓷伸长的同时，另一个压电陶瓷收缩，进而驱动流道中匹配液的流动，同时也改变了流道中空气柱的位置，因此可通过加载接线柱上的电压正负来控制流道中空气柱流动的方向，通过加载电压的大小来控制流道中空气柱的位置。
本技术方案中光开关操控原理与具体实施方式包括：
图1中，本技术方案是将液体和一段空气柱封装在U型流道和W型流道中。初始状态，如图5所示，空气柱在W型流道的最左臂处，从第一条形波导8入射的光束被反射到第二条形波导9处，即第一输出端口；当接线柱通电后，一个压电陶瓷伸长，另一个压电陶瓷收缩，进而驱动液体流动，同时W型流道中的空气柱也移动到图6的位置，由于流道中的液体的折射率与矩形介质的折射率相同，故从第一条形波导8入射的光束直接透射过W型流道的第一臂，并在W型流道的第二臂被反射进第六条形波导13，即第二输出端口；如果继续加大电压，空气柱在W型流道中不同的位置，便会依次出现以下情形：图7(光束从第三条形波导10输出，即第三输出端口)、图8(光束从第五条形波导12输出，即第四输出端口)和图9(光束从第四条形波导11输出，即第五输出端口)，由此本技术方案实现了1×5光开关的“开”和“关”功能。
本技术方案将微流控技术与光通信理论结合，提出了一种新型光开关；交换容量得到了大的提升，且易于集成，结构简单，制作成本低。
本实用新型尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种1×5微流控光开关，其特征在于：由上而下依次包括有第一层结构、第二层结构、第三层结构和第四层结构，
所述第一层结构为盖板，所述盖板上包括两个间隙设置的接线柱孔；
所述第二层结构为压电陶瓷驱动层，所述压电陶瓷驱动层包括U型流道、两个多层堆叠式压电陶瓷和两个接线柱，其中U型流道中填充有液体；
所述第三层结构为矩形介质层，所述矩形介质层包括第一条形波导、第二条形波导、第三条形波导、第四条形波导、第五条形波导、第六条形波导和W型流道，其中W型流道中填充有液体和一段空气柱，且液体的折射率与矩形介质层的折射率相同；
所述第四层结构为平板基底。
2.根据权利要求1所述的一种1×5微流控光开关，其特征在于：所述第一层结构、第二层结构、第三层结构和第四层结构相互之间通过等离子辅助键合方式连接。
3.根据权利要求1所述的一种1×5微流控光开关，其特征在于：所述压电陶瓷驱动层中的U型流道与矩形介质层中的W型流道相通。
4.根据权利要求1所述的一种1×5微流控光开关，其特征在于：所述W型流道位于矩形介质层的中间，W型流道中的每条臂均与矩形透明介质层的边长呈45度角，便于光束反射或透射到相应的输出端口。
5.根据权利要求1所述的一种1×5微流控光开关，其特征在于：所述U型流道中填充液体，W型流道中填充液体和一段空气柱。
6.根据权利要求5所述的一种1×5微流控光开关，其特征在于：所述U型流道中填充的液体为与所述矩形介质层折射率相同的匹配液。
7.根据权利要求1所述的一种1×5微流控光开关，其特征在于：所述U型流道的中部设置了两个相同的长方体空间，在两个长方体空间中设置两个多层堆叠式压电陶瓷，且每个所述压电陶瓷均与U型流道中间相粘。
8.根据权利要求1所述的一种1×5微流控光开关，其特征在于：两个接线柱均通过电线与多层堆叠式压电陶瓷相连接，通过控制加载在接线柱上的电压驱动液体流动来控制空气柱在W型流道中的位置。
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| CN201821887675.2U CN209055691U (zh) | 2018-11-15 | 2018-11-15 | 一种1×5微流控光开关 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113289700A (zh) * | 2021-05-14 | 2021-08-24 | 北京航空航天大学 | 疏密梯度微结构、疏密梯度微结构的制备方法及磁控开关 |
| CN115291320A (zh) * | 2022-07-27 | 2022-11-04 | 常熟市第二人民医院 | 一种微流控光纤型可调光导 |
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2018
- 2018-11-15 CN CN201821887675.2U patent/CN209055691U/zh active Active
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20220119 Address after: 210000 room 8, floor 9 (c), main teaching building, No. 38, Guangdong Road, Gulou District, Nanjing, Jiangsu Province Patentee after: NANJING GUOZHIXIN SCIENCE & TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 210003, 66 new model street, Gulou District, Jiangsu, Nanjing Patentee before: NANJING University OF POSTS AND TELECOMMUNICATIONS |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of utility model: A type of 1 x 5 microfluidic optical switches Effective date of registration: 20231201 Granted publication date: 20190702 Pledgee: China Construction Bank Corporation Nanjing Gulou sub branch Pledgor: NANJING GUOZHIXIN SCIENCE & TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2023980068578 |
|
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Granted publication date: 20190702 Pledgee: China Construction Bank Corporation Nanjing Gulou sub branch Pledgor: NANJING GUOZHIXIN SCIENCE & TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2023980068578 |
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