CN109283768A - 光通信开关、光控制方法、阵列基板以及显示装置 - Google Patents

光通信开关、光控制方法、阵列基板以及显示装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了光通信开关、光控制方法、阵列基板以及显示装置。具体的，本发明提出了一种光通信开关，包括：相对设置的第一基板以及第二基板；第一光介质层，第一光介质层设置在第一基板以及第二基板之间，第一光介质层由相变材料形成，相变材料在第一状态下具有第一折射率，在第二状态下具有第二折射率；第二光介质层，第二光介质层设置在第一基板以及第二基板之间，且第二光介质层和第一光介质层互相接触，第二光介质层的折射率与第一折射率或第二折射率相匹配；以及加热装置，加热装置被配置为能够使相变材料在第一状态以及第二状态之间转变。由此，该光通信开关制作工艺简单，响应时间快。

Description

光通信开关、光控制方法、阵列基板以及显示装置
技术领域
本发明涉及光学器件领域，具体地，涉及光通信开关、光控制方法、阵列基板以及显示装置。
背景技术
随着科技的迅速发展，通信领域的信息传输容量日益增大，人们对带宽的要求越来越高，光通信网络如何能够高效、迅速地传递信息成为了人们研究的焦点之一。目前的光通信网络中，为了提高传输带宽，一条光纤中通常会传输多种波长的光信号，每种波长的光信号代表一个信道，即一条光纤中同时存在多个信道，传送多个数据。当需要利用光纤中传送的某一部分数据时，可以在进入到光分插复用器(或者光开关)的光信号中，去掉包含该部分数据的波长的信道，即实现光下路(下路的信道直接转到设备中进行业务处理)，其他无关的信道直接通过光分插复用器，即实现光通路。因此，光开关作为构成光交叉连接(即实现光通路)和光分插复用(即实现光下路)的关键器件之一，是光网络中的重要元素，广泛地应用于光通信、光计算、光互联和光信息处理系统，是光器件研究的热点。
然而，目前的光通信开关以及光控制方法仍有待改进。
发明内容
本发明是基于发明人对于以下事实和问题的发现和认识作出的：
发明人发现，目前光通信网络中的光开关存在制备工艺复杂、驱动控制复杂以及响应时间慢等问题。因此，如果能提出一种新的光通信开关，可以简化制作工艺，并且驱动较为方便灵敏、响应时间快，将能在很大程度上解决上述问题。
本发明旨在至少一定程度上缓解或解决上述提及问题中至少一个。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种光通信开关。根据本发明的实施例，该光通信开关包括：相对设置的第一基板以及第二基板；第一光介质层，所述第一光介质层设置在所述第一基板以及所述第二基板之间，所述第一光介质层由相变材料形成，所述相变材料在第一状态下具有第一折射率，在第二状态下具有第二折射率；第二光介质层，所述第二光介质层设置在所述第一基板以及所述第二基板之间，且所述第二光介质层和所述第一光介质层互相接触，所述第二光介质层的折射率与所述第一折射率或所述第二折射率相匹配；以及加热装置，所述加热装置被配置为能够使所述相变材料在所述第一状态以及所述第二状态之间转变。由此，该光通信开关中不含液体，简化了制作工艺；可利用加热装置简便地进行驱动控制，且灵敏度高；响应时间快，可以达到纳秒(ns)级响应，该光通信开关具有良好的使用性能。
根据本发明的实施例，所述第二光介质层的折射率与所述第一折射率或所述第二折射率的偏差不大于25％。由此，第二光介质层的折射率与第一光介质层的第一折射率或第二折射率较为相近，便于实现光通路。
根据本发明的实施例，所述第二光介质层的折射率与所述第一折射率和所述第二折射率中较大的一个的偏差不大于25％。由此，第二光介质层的折射率与第一光介质层的第一折射率以及第二折射率中较大的较为相近，光线从第二光介质层入射进入该光通信开关时可以在第二光介质层以及第一光介质层的界面处发生全反射，实现光下路。
根据本发明的实施例，所述第一光介质层和所述第二光介质层之间具有接触面，且所述接触面为斜面，所述接触面与所述第一基板之间的夹角为α，其中，0＜α≤90°。由此，进一步提高了该光通信开关的使用性能。
根据本发明的实施例，所述第一光介质层和所述第二光介质层为相互配合的两个楔体，所述接触面为所述楔体的斜面。由此，进一步提高了该光通信开关的使用性能。
根据本发明的实施例，所述第一基板和所述第二基板平行设置，所述第一光介质层和所述第二光介质层为全等的两个所述楔体，所述楔体的底面为正四边形且平行于所述第一基板，所述楔体具有一个垂直于所述底面的正四边形侧壁，所述正四边形侧壁位于所述光通信开关中的外侧，光线沿着垂直于所述正四边形侧壁的方向入射至所述光通信开关中，所述接触面和所述第一基板之间的夹角与所述光线在所述接触面处发生全反射的入射临界角互余。由此，可以根据第一介质层以及第二光介质层的材料确定光线发生全反射的入射临界角，进而可以确定接触面和第一基板的夹角或者夹角范围，进一步提高了该光通信开关的使用性能。
根据本发明的实施例，所述相变材料包括Ge2Sb2Te5，所述相变材料的所述第一状态为非晶态，所述相变材料的所述第二状态为晶态；形成所述第二光介质层的材料包括二氧化钛。由此，该Ge2Sb2Te5形成的第一光介质层在加热装置加热时，可以实现从非晶态到晶态的转变，并且该二氧化钛形成的第二光介质层的折射率和Ge2Sb2Te5形成的第一光介质层在非晶态的折射率相匹配，从而可以简便地实现光通路与光下路，并且灵敏度高，响应时间快。
根据本发明的实施例，所述第一光介质层以及所述第二光介质层为相互配合且全等的两个楔体，所述第一基板和所述第二基板平行设置，所述楔体具有一个正四边形的底面、两个相对设置的正三角形侧壁、第一四边形侧壁以及第二四边形侧壁，其中，所述正四边形的底面平行于所述第一基板，所述两个相对设置的正三角形侧壁垂直于所述底面，所述第一四边形侧壁为正四边形且垂直于所述底面，所述第一四边形侧壁位于所述光通信开关中的外侧，所述第一光介质层以及所述第二光介质层的接触面为所述第二四边形侧壁，所述接触面为斜面，且所述接触面和所述第一基板之间的夹角α为30°。由此，进一步提高了该光通信开关的使用性能。
根据本发明的实施例，所述加热装置为加热电极，所述第一光介质层靠近所述第一基板设置，所述加热电极设置在所述第一光介质层靠近所述第一基板的一侧。由此，可以简便地通过调整电压的大小，控制加热装置，进而对第一光介质层进行驱动控制，使该光通信开关实现光通路和光下路的转换，提高了该光通信开关的灵敏度。
根据本发明的实施例，形成所述加热装置的材料包括氧化铟锡。由此，氧化铟锡可以作为加热电极，简便地对第一光介质层进行加热。
在本发明的另一方面，本发明提出了一种利用前面所述的光通信开关进行光控制的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：通过加热装置使形成第一光介质层的相变材料在第一状态以及第二状态之间转变，以便改变光的出射方向。由此，可以简便地通过加热装置对该光通信开关进行驱动，操作简便，灵敏度高，并且响应时间快。
根据本发明的实施例，所述加热装置为加热电极，所述通过加热装置使形成第一光介质层的相变材料在第一状态以及第二状态之间转变进一步包括：通过控制所述加热电极的电压，转变所述第一光介质层的状态。由此，通过控制电压，可以简便地对该光通信开关进行驱动控制，操作简单，灵敏度较高。
根据本发明的实施例，所述第一光介质层是由Ge2Sb2Te5形成的，所述第二光介质层是由二氧化钛形成的，所述加热电极是由氧化铟锡形成的，通过所述加热电极向所述第一光介质层施加0.2-0.8mA的脉冲电流，持续时间为60-100ns，使形成所述第一光介质层的所述相变材料由非晶态转变为晶态。由此，可以简便地通过加热电极对该光通信开关进行驱动，操作简便，灵敏度高，并且响应时间快。
在本发明的又一方面，本发明提出了一种阵列基板。根据本发明的实施例，该阵列基板包括前面所述的光通信开关。由此，该阵列基板具有前面所述的光通信开关所具有的全部特征以及优点，在此不再赘述。
在本发明的又一方面，本发明提出了一种显示装置。根据本发明的实施例，该显示装置包括前面所述的阵列基板。由此，该显示装置具有前面所述的阵列基板所具有的全部特征以及优点，在此不再赘述。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1显示了根据本发明一个实施例的光通信开关的结构示意图；
图2显示了现有技术中光通信开关的结构示意图；
图3显示了另一个现有技术中光通信开关的结构示意图；
图4显示了根据本发明另一个实施例的光通信开关的结构示意图；
图5显示了根据本发明又一个实施例的光通信开关的结构示意图；
图6显示了根据本发明一个实施例的光通信开关实现光通路的结构示意图；
图7显示了根据本发明一个实施例的光通信开关实现光下路的结构示意图；以及
图8显示了根据本发明一个实施例的阵列基板的结构示意图。
附图标记说明：
101：储液小槽；102：波导；103：微流道；100：第一基板；200：第二基板；300：第一光介质层；400：第二光介质层；410：第一四边形侧壁；500：加热装置；10：接触面；1000：光通信开关；1100：阵列基板。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
目前的光通信网络中，需要在网络节点处，实现光通路、光下路的功能，因此，需要光开关。目前常用的光开关的原理为通过微流控开关驱动液体，改变液体在波导中的位置，实现光的透射和全反射，从而实现光的通路与下路。例如，参考图2，在外力作用下，使储液小槽101内部的液体被推进微流道103，流至微流道103与波导102交汇处(参考图2中示出的，液面位于L1处)，由于液体折射率与波导102折射率相近，故光可以穿过光路上充有液体的细管，光路不发生改变，实现光的通过(参考图2中箭头所示出的入射光的传播方向)；参考图3，再通过外力作用，使微流道103中的液体被推回，此时微流道103与波导102交汇处充满空气(参考图3中所示出的，液面位于L2处)，光在液体和空气的交界处发生全反射，光路发生改变，实现光的下路(参考图3中箭头所示出的入射光的传播方向)。由上可知，目前常用的关开关中涉及液体，因此制作工艺较为复杂；需要施加外力对液体进行驱动，驱动控制较为复杂，且灵敏度较低；并且，该微流控光开关响应时间较慢，一般为毫秒(ms)级，还不能满足目前光通信网络的需求。
有鉴于此，在本发明的一个方面，本发明提出了一种光通信开关。根据本发明的实施例，参考图1，光通信开关1000包括：相对设置的第一基板100以及第二基板200，设置在第一基板100和第二基板200之间的第一光介质层300，设置在第一基板100和第二基板200之间的第二光介质层400以及加热装置500。其中，第一光介质层300由相变材料形成，该相变材料在第一状态下具有第一折射率，在第二状态下具有第二折射率，加热装置500可使该相变材料在第一状态以及第二状态之间转变(例如在非晶态和晶态之间转变)；第二光介质层400和第一光介质层300互相接触，且第二光介质层400的折射率与前面所述的第一光介质层300的第一折射率或第二折射率相匹配。由此，该光通信开关1000中不含液体，简化了制作工艺；可利用加热装置500简便地进行驱动控制，且灵敏度高；响应时间快，可以达到纳秒(ns)级响应，该光通信开关1000具有良好的使用性能。
为了便于理解，下面对根据本发明实施例的光通信开关能够实现上述有益效果的原理进行详细说明：
如前所述，目前常用的光通信开关中，通过微流控开关驱动液体，改变液体在波导中的位置，实现光的透射和全反射，从而实现光的通过与下路，该微流控光开关中涉及液体，制作工艺较为复杂；需要施加外力对液体进行驱动，驱动控制较为复杂，且灵敏度较低；并且，该微流控光开关的响应时间较慢，一般为毫秒(ms)级，还不能满足目前光通信网络的需求。而根据本发明实施例的光通信开关，由相变材料形成第一光介质层，该相变材料可以在加热装置的驱动下，实现第一状态和第二状态(例如非晶态和晶态)之间的转变，随之，该第一光介质层的折射率也发生变化(例如，该第一光介质层在第一状态时具有第一折射率，在第二状态是具有第二折射率)，并且根据本发明实施例的光通信开关采用与第一光介质层的第一折射率或第二折射率相匹配的第二光介质层，共同构成光通信开关，由此，光线入射至该光通信开关后，当第一光介质层和第二光介质层的折射率相匹配时(例如第二光介质层的折射率和第一折射率相匹配)，光线可以直接通过该光通信开关，即可以实现光通路，即光线中的信号可以继续传播；之后，当第一光介质层的状态改变(例如第一光介质层由第一状态变为第二状态，其折射率由第一折射率变为第二折射率)时，光线可以在第一光介质层和第二光介质层的接触面上发生全反射，进而可以实现光下路(需要说明的是，第一光介质层和第二光介质层的折射率不相匹配时，可以通过调节光线的入射方向以及入射角等，使得入射的光线可以在该接触面处发生全反射，实现光下路)。由此，该光通信开关可以简便地实现光通路和光下路，整个光通信开关中不涉及液体，制作工艺较为简单，并且通过加热装置可以简便地对第一光介质层进行加热，实现对该光通信开关的驱动控制，进而可以简便地控制光通路和光下路，操作简单，灵敏度高；并且，该相变材料的相转变很迅速，该光通信开关的响应时间快，可以达到纳秒(ns)级别，进一步提高了该光通信开关的使用性能。需要说明的是，在本发明中，术语“光下路”是指“使光线中包含的光信号下路到设备中”。也即是说，本发明中的“光下路”是指将光信号转移到下游的设备中，而并非指光线在具体空间中的“上、下”方位变化。由于根据本发明实施例的光通信开关，可以使入射的光线在第一光介质层和第二光介质层的接触面处发生全反射，从而可以使光线中包含的光信号改变传播方向并下路到设备中，实现光下路。具体的，将该光通信开关应用到光通信网络中后，在各个控制器件的综合作用下，还可以从包含多个光信号的入射光线中，将需要的某种特定光信号下路到设备中，实现光的分插复用，此时，该光通信开关可以用作光分插复用器。
需要说明的是，前面提到的“第二光介质层的折射率与第一折射率或第二折射率相匹配”应做广义理解，例如，第二光介质层的折射率(n2)和第一折射率(n1a)相匹配，即第二光介质层的折射率(n2)与第一光介质层处于第一状态时的第一折射率(n1a)相同或相近，也即是说，此时光线可以通过该第二光介质层以及处于第一状态的第一光介质层组成的光通信开关，实现光通路。具体的，第二光介质层的折射率(n2)可以与第一折射率(n1a)或第二折射率(n1b)相同，也可以具有一定的偏差，只要不影响光通路即可。根据本发明的实施例，第二光介质层的折射率(n2)与第一折射率(n1a)或第二折射率(n1b)的偏差可以不大于25％。由此，第二光介质层的折射率(n2)与第一光介质层的第一折射率(n1a)或第二折射率(n1b)较为相近，便于实现光通路。需要说明的是，术语“偏差”的计算公式为：|n2-n1a|/n1a，或|n2-n1b|/n1b，即第二光介质层的折射率(n2)与第一光介质层的第一折射率(n1a)或第二折射率(n1b)的差值的绝对值和第一折射率(n1a)或第二折射率(n1b)的比值。具体的，第二光介质层的折射率(n2)与第一折射率(n1a)或第二折射率(n1b)的偏差也可以不大于10％，不大于7％，不大于5％等，由此，进一步提高了第二光介质层的折射率(n2)与第一折射率(n1a)或第二折射率(n1b)的相匹配程度，进一步提高了光通信开关的使用性能。需要说明的是，利用该光通信开关实现光通过时，原则上只要光可以穿过第二光介质层和第一光介质层(即光线在第二光介质层和第一光介质层的界面上不发生全反射)即可，但是，当第二光介质层的折射率和第一光介质层的第一折射率或第二折射率相差太大时，虽然光线仍旧可以通过，但是光线会发生折射，即光线会在经过第二光介质层和第一光介质层的接触面时发生较大角度的偏转，从而不利于通过的光信号的继续传播。因此，第二光介质层的折射率(n2)与第一折射率(n1a)或第二折射率(n1b)的偏差在上述不大于25％的范围内时，第二光介质层的折射率(n2)与第一折射率(n1a)或第二折射率(n1b)较为相近，可以实现光通路，并且通过的光线可以较好地继续传播。根据本发明的实施例，参考图1，第一基板100以及第二基板200的具体材料不受特别限制，例如，可以为玻璃等。根据本发明的实施例，第一基板100以及第二基板200相对设置，具体的，第一基板100以及第二基板200的设置方向不受特别限制，例如第一基板100以及第二基板200可以沿竖直方向(即图1中所示出的B方向)相对设置，也可以沿水平方向(参考图4所示出，第一基板100以及第二基板200沿水平方向(即图中的A方向))相对设置。根据本发明的实施例，第一基板100和第二基板200也可以平行设置。
根据本发明的实施例，第一光介质层300是由相变材料形成的，相变材料的具体类型不受特别限制，只要该材料在一定条件下(例如加热条件)可以在第一状态和第二状态(例如非晶态和晶态)之间可逆相转变即可，并且该材料在第一状态和第二状态(非晶态和晶态)时，均为稳态存在。具体的，例如相变材料可以包括Ge2Sb2Te5，该相变材料的第一状态可以为非晶态，该相变材料的第二状态可以为晶态；Ge2Sb2Te5在非晶态时的第一折射率为2.7左右，在晶态时的第二折射率为1.6左右。根据本发明的实施例，形成第二光介质层的材料不受特别限制，只要其折射率可以和第一光介质层的第一折射率或第二折射率相匹配即可。例如，形成第二光介质层的材料可以包括二氧化钛，二氧化钛的折射率为2.5-2.7左右，即第二光介质层二氧化钛的折射率和第一光介质层Ge2Sb2Te5在非晶态时的折射率相匹配，从而，第一光介质层在非晶态时，可以实现光通路；通过加热装置加热后，第一光介质层转变为晶态，可以实现光下路。从而可以简便地实现光通路与光下路，并且灵敏度高，响应时间快。
根据本发明的实施例，加热装置500的具体类型以及设置位置不受特别限制，只要能对第一光介质层300进行加热、控制第一光介质层300在第一状态和第二状态之间的转变即可。根据本发明的实施例，加热装置500可以为加热电极，由此，通过控制加热电极的电压，可以简便地对第一光介质层300进行加热，即通过控制电压，可以简便地对该光通信开关1000进行驱动控制，简便地实现光通路和光下路，操作简单，灵敏度较高。根据本发明的实施例，参考图1，第一光介质层300可以靠近第一基板100设置，加热装置500可以设置在第一光介质层300靠近第一基板100的一侧，从而有利于加热装置500对第一光介质层300进行加热。具体的，加热装置500可以只覆盖第一光介质层300靠近第一基板100一侧的部分表面，也可以覆盖全部表面，由此，覆盖全部表面时，可以更加充分而迅速地给第一光介质层300加热，促进第一光介质层300的相转变，提高该光通信开关的灵敏度。
根据本发明的实施例，第一光介质层300以及第二光介质层400均设置在第一基板100和第二基板200之间，并且第一光介质层300以及第二光介质层400互相接触。根据本发明的实施例，第一光介质层300以及第二光介质层400的具体形状不受特别限制，只要在光线入射方向上，该光通信开关中同时具有第一光介质层300以及第二光介质层400即可，由此，光线入射至该光通信开关之后，第一光介质层300以及第二光介质层400的折射率相近时，可以实现光通路，第一光介质层300以及第二光介质层400的折射率不匹配时，光线可在第一光介质层300以及第二光介质层400的接触面处发生全反射，由此可以实现光下路。
根据本发明的具体实施例，第一光介质层300和第二光介质层400可以为互相配合的两个拟柱体，该拟柱体的两个底面均为四边形，该拟柱体的四个侧面也均为四边形，其中，两个相对的侧面可以为长方形，另外两个相对的侧面可以为梯形，例如图1所示出的即为第一光介质层300以及第二光介质层400的梯形侧面，更具体的，该梯形侧面可以为直角梯形。根据本发明的具体实施例，第一光介质层300和第二光介质层400也可以为两个互相配合的楔体，该楔体具有一个四边形底面、两个相对设置的三角形侧壁、第一四边形侧壁以及第二四边形侧壁，更具体的，两个相对设置的三角形侧壁可以为直角三角形，例如图5中所示出的即为第一光介质层300以及第二光介质层400的三角形侧壁。
具体的，参考图5，第一光介质层300和第二光介质层400为互相配合的两个楔体，且该楔体的两个相对设置的三角形侧壁为直角三角形时，该三角形侧壁的一个直角边在第一基板100上的投影可以覆盖整个第一基板100，并且加热装置500(加热电极)可以设置在第一基板100靠近第一光介质层300一侧的全部表面，从而，该加热装置500可以对第一光介质层300进行充分地加热，提高了第一光介质层300相转变的灵敏度，进而提高了该光通信开关1000的灵敏度和使用性能。
根据本发明的实施例，参考图5，第一光介质层300和第二光介质层400之间具有接触面10且接触面10为斜面，具体的，当第一光介质层300和第二光介质层400的形状为互相配合的拟柱体时，该接触面可以为拟柱体的四边形侧面。具体的，当第一光介质层300和第二光介质层400为互相配合的楔体时，该接触面10可以为楔体的斜面。需要说明的是，“楔体的斜面”是指楔体的一个侧壁，例如，如前所述，“楔体的斜面”可以是楔体的第一四边形侧壁或第二四边形侧壁。具体的，接触面10与第一基板100之间的夹角为α，其中，0＜α≤90°。需要说明的是，“接触面10与第一基板100之间的夹角α”为接触面10与第一基板100之间形成的夹角中较小的角。由此，第一光介质层300和第二光介质层400的形状可以根据需要进行设置，只要沿着光线的入射方向，该光通信开关中同时具有第一光介质层300以及第二光介质层400，并且只要光线能在该接触面10处通过或者发生全反射即可。具体的，当接触面10与第一基板100之间的夹角α一定后，可以通过改变光线的入射方向等，调整光线的入射角，使得光线能在接触面10处发生全反射，实现光下路功能。具体的，参考图6，当第一光介质层300和第二光介质层400为互相配合的楔体时，形成第二光介质层400的楔体的第一四边形侧壁410可以位于光通信开关的外侧，该接触面10可以为该楔体的第二四边形侧壁，光线沿垂直于第一四边形侧壁410的方向(参考图中所示出的A方向)入射至该光通信开关1000，此时光线沿着入射方向，将通过该光通信开关1000中的第二光介质层400以及第一光介质层300，从而有利于根据第二光介质层400的折射率和第一光介质层300的折射率是否匹配来实现光通路和光下路。例如，如图6所示出的，第二光介质层400的折射率和第一光介质层300的折射率(第一折射率或第二折射率)相匹配时，光线从垂直于第二光介质层400的第一四边形侧壁410的方向入射后，可以从垂直于第一光介质层400的位于光通信开关外侧的四边形侧壁的方向射出，可以实现光通路。
根据本发明的实施例，第二光介质层的折射率(n2)可以与第一折射率(n1a)和第二折射率(n1b)中较大的一个(例如n1a)的偏差不大于25％。即，第二光介质层的折射率(n2)可以与第一折射率(n1a)和第二折射率(n1b)中较大的一个相匹配，由此，光线从第二光介质层入射进入该光通信开关，当第一光介质层具有第一折射率(n1a)时可以实现光通路，当第一光介质层具有第二折射率(n1b)时，由于第二光介质层的折射率(n2)大于第二折射率(n1b)，即光线从光密介质进入光疏介质，因此，在第二光介质层和第一光介质层的接触面上，光线可以发生全反射，从而实现光下路。具体的，参考图7，在实现光下路时，光线发生全反射的入射角应该大于等于全反射的入射临界角C，根据全反射的公式：SinC＝n2/n1b，可求得全反射的入射临界角C的值，从而只要光线的入射角大于等于该入射临界角，光线即可发生全反射，该光通信开关即可实现光下路。
根据本发明的实施例，第二光介质层的折射率(n2)也可以与第一折射率(n1a)和第二折射率(n1b)中较小的一个(例如n1b)的偏差不大于25％，此时，只要改变光线的入射方向，例如使光线从第一光介质层进入该光通信开关，当第一光介质层具有第二折射率(n1b)时可以实现光通路，当第一光介质层具有第一折射率(n1a)时，由于第一光介质层的折射率(n1a)大于第二折射率(n1b)，而第二光介质层的折射率(n2)与第二折射率(n1b)相近，光线也可以实现从光密介质进入光疏介质，因此，在第二光介质层和第一光介质层的接触面上，光线可以发生全反射，从而实现光下路。
根据本发明的实施例，在光通信网络中，光线的入射方向通常是一定的(参考图7中所示出的A方向)，因此，为了使光线能在接触面10上全反射，可以调整接触面10的倾斜程度，即可以调整接触面10和第一基板100之间的夹角α的大小，使得入射的光线(例如沿图7中所示出的A方向入射的光线)，可以在接触面10上发生全反射。
根据本发明的具体实施例，参考图7，第一基板100和第二基板200平行设置，第一光介质层300以及第二光介质层400为相互配合且全等的两个楔体，该楔体具有一个正四边形的底面、两个相对设置的正三角形侧壁(图7中所示出的即为其中一个正三角形侧壁)、第一四边形侧壁410以及第二四边形侧壁，其中，正四边形的底面平行于第一基板100，两个相对设置的正三角形侧壁垂直于底面(即垂直于第一基板100)，第一四边形侧壁410为正四边形且垂直于底面，第一四边形侧壁410位于光通信开关1000中的外侧，第一光介质层300以及第二光介质层400的接触面10为第二四边形侧壁，接触面10为斜面，光线沿着垂直于第一四边形侧壁410的方向(参考图7中所示出的A方向)入射时，接触面10和第一基板100之间的夹角α可以与光线在接触面10处发生全反射的入射临界角C互余(入射临界角C和角α’相加为90度，角α’等于角α)。由此，在制作该光通信开关时，首先可以选择合适的相变材料形成第一光介质层，并且选择和该相变材料的第一折射率或第二折射率相匹配的材料形成第二光介质层；然后可以根据第一光介质层300以及第二光介质层400的材料的折射率确定光线发生全反射的入射临界角C；之后，只要入射光线的入射角大于等于该入射临界角C，光线即可以在该界面上发生全反射，即实现光下路功能，而光线的入射角可以通过调整光线的入射方向以及调整该接触面的方向来改变，由此，一方面，由于光通信网络中，参考图7，通常光线在水平(即垂直于第一四边形侧壁410的方向，图中所示出的A方向)入射，在该条件下，光线的入射方向一定，从而可以通过调节接触面10的方向来使入射角满足发生全反射的条件，具体的，根据前面步骤确定的入射临界角C，可以确定接触面10和第一基板100的夹角或者夹角范围，从而所制作的光通信开关可以使光线在水平(即垂直于第一四边形侧壁410的方向，图中所示出的A方向)入射时，可以在接触面10处发生全反射，进而实现光下路功能，进一步提高了该光通信开关的使用性能。另一方面，接触面10的方向可以任意设置，当该光通信开关制作好之后，接触面10的方向确定了，此时需要调节光线的入射方向，使得入射角满足发生全反射的条件，具体的，可以通过调节该光通信开关在光通信网络中的安装方向，使得入射角大于等于发生全反射的入射临界角，从而光线可以在接触面10处发生全反射，进而实现光下路功能。
根据本发明的具体实施例，参考图7，第一光介质层300由Ge2Sb2Te5形成、第二光介质层由二氧化钛形成时，如前所述，根据这两种材料的折射率，以及全反射入射临界角的计算公式，SinC＝n2/n1b，可以求得入射临界角C约为60度，从而，接触面10和第一基板100之间的夹角α可以为30度。由此，当该光通信开关安装到光通信网络后，光线在水平方向(即垂直于第一四边形侧壁的方向，即图7中所示出的A方向)入射，光线的入射角为60度，光线可以在接触面10处发生全反射，实现光下路功能。并且，当第一基板100的尺寸确定后，已知该直角三角形的一个夹角为30度以及一个直角边的长度(即第一基板在A方向上的长度)，即可求得另一条直角边的长度以及斜边的长度，既可以确定出所要制作的第一光介质层300以及第二光介质层400的尺寸。例如，参考图7，该直角三角形中与夹角α相对的直角边为a时，接触面10的长度可以为2a。
综上可知，根据本发明实施例的光通信开关，利用相变材料形成的第一光介质层和折射率固定的第二光介质层共同形成光通信开关，利用加热装置使相变材料发生相转变，即使第一光介质层的折射率发生变化，通过第二光介质层和第一光介质层的折射率是否相互匹配实现光通路和光下路。该光通信开关制作工艺简单，通过加热装置可以简便地驱动控制该开关的光通路和光下路，灵敏度高，并且相应时间快，可以达到纳秒级响应，具有良好的使用性能。
在本发明的另一方面，本发明提出了一种利用前面所述的光通信开关进行光控制的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：通过加热装置使形成第一光介质层的相变材料在第一状态以及第二状态之间转变，以便改变光的出射方向。由此，可以简便地通过加热装置对该光通信开关进行驱动，操作简便，灵敏度高，并且响应时间快。根据本发明的实施例，加热装置可以为加热电极，由此，通过控制加热电极的电压，可以简便地对第一光介质层进行加热，可以简便地对该光通信开关进行驱动控制，操作简单，灵敏度较高。
根据本发明的具体实施例，第一光介质层是由Ge2Sb2Te5形成的，第二光介质层是由二氧化钛形成的，加热电极是由氧化铟锡形成的，加热电极不加热时，第一光介质层处于非晶态，其折射率和第二光介质层的折射率相匹配，光线入射后可以通过第一光介质层和第二光介质层，实现光通过；之后，通过加热电极可以向第一光介质层施加0.2-0.8mA的脉冲电流，持续时间可以为60-100ns，使形成第一光介质层的相变材料由非晶态转变为晶态，其折射率变小，小于第二光介质层的折射率，因此，光线从第二光介质层入射后，在第二光介质层和第一光介质层的接触面处，发生全反射，实现光下路。由此，可以简便地通过加热电极对该光通信开关进行驱动，操作简便，灵敏度高，并且响应时间快。
在本发明的又一方面，本发明提出了一种阵列基板。根据本发明的实施例，参考图8，该阵列基板1100包括前面所述的光通信开关1000。由此，该阵列基板1100具有前面所述的光通信开关1000所具有的全部特征以及优点，在此不再赘述。
在本发明的又一方面，本发明提出了一种显示装置。根据本发明的实施例，该显示装置包括前面所述的阵列基板。由此，该显示装置具有前面所述的阵列基板所具有的全部特征以及优点，在此不再赘述。
在本发明的描述中，术语“上”、“下”“水平”、“竖直”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“另一个实施例”等的描述意指结合该实施例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。另外，需要说明的是，本说明书中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (15)

1.一种光通信开关，其特征在于，包括：
相对设置的第一基板以及第二基板；
第一光介质层，所述第一光介质层设置在所述第一基板以及所述第二基板之间，所述第一光介质层由相变材料形成，所述相变材料在第一状态下具有第一折射率，在第二状态下具有第二折射率；
第二光介质层，所述第二光介质层设置在所述第一基板以及所述第二基板之间，且所述第二光介质层和所述第一光介质层互相接触，所述第二光介质层的折射率与所述第一折射率或所述第二折射率相匹配；以及
加热装置，所述加热装置被配置为能够使所述相变材料在所述第一状态以及所述第二状态之间转变。
2.根据权利要求1所述的光通信开关，其特征在于，所述第二光介质层的折射率与所述第一折射率或所述第二折射率的偏差不大于25％。
3.根据权利要求2所述的光通信开关，其特征在于，所述第二光介质层的折射率与所述第一折射率和所述第二折射率中较大的一个的偏差不大于25％。
4.根据权利要求1所述的光通信开关，其特征在于，所述第一光介质层和所述第二光介质层之间具有接触面，且所述接触面为斜面，所述接触面与所述第一基板之间的夹角为α，其中，0＜α≤90°。
5.根据权利要求4所述的光通信开关，其特征在于，所述第一光介质层和所述第二光介质层为相互配合的两个楔体，所述接触面为所述楔体的斜面。
6.根据权利要求5所述的光通信开关，其特征在于，所述第一基板和所述第二基板平行设置，所述第一光介质层和所述第二光介质层为全等的两个所述楔体，所述楔体的底面为正四边形且平行于所述第一基板，所述楔体具有一个垂直于所述底面的正四边形侧壁，所述正四边形侧壁位于所述光通信开关中的外侧，光线沿着垂直于所述正四边形侧壁的方向入射至所述光通信开关中，所述接触面和所述第一基板之间的夹角与所述光线在所述接触面处发生全反射的入射临界角互余。
7.根据权利要求1所述的光通信开关，其特征在于，所述相变材料包括Ge2Sb2Te5，所述相变材料的所述第一状态为非晶态，所述相变材料的所述第二状态为晶态；
形成所述第二光介质层的材料包括二氧化钛。
8.根据权利要求7所述的光通信开关，其特征在于，所述第一光介质层以及所述第二光介质层为相互配合且全等的两个楔体，所述第一基板和所述第二基板平行设置，所述楔体具有一个正四边形的底面、两个相对设置的正三角形侧壁、第一四边形侧壁以及第二四边形侧壁，其中，所述正四边形的底面平行于所述第一基板，所述两个相对设置的正三角形侧壁垂直于所述底面，所述第一四边形侧壁为正四边形且垂直于所述底面，所述第一四边形侧壁位于所述光通信开关中的外侧，所述第一光介质层以及所述第二光介质层的接触面为所述第二四边形侧壁，所述接触面为斜面，且所述接触面和所述第一基板之间的夹角α为30°。
9.根据权利要求1所述的光通信开关，其特征在于，所述加热装置为加热电极，所述第一光介质层靠近所述第一基板设置，所述加热电极设置在所述第一光介质层靠近所述第一基板的一侧。
10.根据权利要求1所述的光通信开关，其特征在于，形成所述加热装置的材料包括氧化铟锡。
11.一种利用权利要求1-10任一项所述的光通信开关进行光控制的方法，其特征在于，包括：
通过加热装置使形成第一光介质层的相变材料在第一状态以及第二状态之间转变，以便改变光的出射方向。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述加热装置为加热电极，所述通过加热装置使形成第一光介质层的相变材料在第一状态以及第二状态之间转变进一步包括：
通过控制所述加热电极的电压，转变所述第一光介质层的状态。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述第一光介质层是由Ge2Sb2Te5形成的，所述第二光介质层是由二氧化钛形成的，所述加热电极是由氧化铟锡形成的，
通过所述加热电极向所述第一光介质层施加0.2-0.8mA的脉冲电流，持续时间为60-100ns，使形成所述第一光介质层的所述相变材料由非晶态转变为晶态。
14.一种阵列基板，其特征在于，包括权利要求1-10任一项所述的光通信开关。
15.一种显示装置，其特征在于，包括权利要求14所述的阵列基板。
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