CN112068252B - 一种基于蜘蛛丝的光开关及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于蜘蛛丝的光开关及其制作方法，属于光纤通信领域，该光纤光开关的输入光纤拉锥区与输出光纤拉锥区的错位放置，蜘蛛丝固定在输入/出光纤拉锥区上，蜘蛛丝与输入拉锥光纤保持适当的距离。光源发射的光经过输入单模光纤的锥区时产生倏逝场，蜘蛛丝在处于高湿度环境吸水膨胀，到达一定程度后倏逝场能够通过蜘蛛丝耦合到输出光纤中，光路接通；当蜘蛛丝处于低湿度环境时，蜘蛛丝直径恢复，倏逝场无法通过蜘蛛丝耦合到输出光纤中，光路断开，实现湿度控制的基于蜘蛛丝的光纤光开关。本发明结合拉锥光纤和蜘蛛丝制备光纤光开关，具有体积小，重量轻，结构简单，成本低廉的特点，并且材料具有生态环保性。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于蜘蛛丝的光开关及其制作方法，属于光纤通信领域。
背景技术
光开关是可以使光路之间进行直接交换的器件，按一定要求将一个光通道的光信号转换到另一个光通道。通常使用的光开关有微电子机械系统、电光开关、热光开关、液晶光开关、磁光效应光开关、声光光开关以及半导体多量子阱超快光开关等等多种。光纤光开关解决了尺寸偏大、原理复杂、成本高等问题，光纤以其成本低、抗噪能力强、尺寸小等诸多优点进入了研究者们的视野。光纤光开关不但可以实现完美的与当今全光网络中的光纤进行对接，而且可以在极其狭窄的空间进行使用，这都使得光纤光开关有着一定的研究价值。
将蛛丝作为一种生物光纤最早是由N.Huby等人在2013年提出的，利用蜘蛛丝的导光性实现了光的传输耦合。蜘蛛丝的光学性能与生物相容性、生物再吸收性、柔韧性和抗拉强度相结合，为生物介质和原始生物光子学的新应用铺平了道路。Masayoshi KitagawaAugsten K等用原子力显微镜(AFM)对包卵丝进行了分析，发现了包卵丝的皮芯层原纤化结构，这种结构使得蜘蛛丝内部空隙变得丰富，而且包卵丝中含有大量的由极性氨基酸折叠成的特殊蛋白质，这种蛋白质对极性分子特异性感应，在测量湿度时会吸收较多的水分，因此对湿度非常敏感，吸水后，会导致其体积增大，直径膨胀。
专利CN102495479A公开发明了一种基于石墨烯薄膜的电控微纳光纤光开关，其结构主要包括拉锥的光输出微纳光纤、拉锥的光输入微纳光纤和基于石墨烯薄膜的电路控制模块组成。当金属电极接外电源，通过不同的外加电压改变石墨烯薄膜的透射率，以光在微纳光纤中的倏逝场传播原理为基础，达到对光从输入端微纳光纤耦合入输出端微纳光纤的控制，从而实现光纤光开关的功能。但该专利利用外加电压控制光开关，石墨烯材料的成本比较高，控制构架较为复杂，与本发明利用湿度控制蜘蛛丝直径光开关的方式明显不同，而且其用料环保，取材容易，价格便宜，结构简单。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种基于蜘蛛丝的光开关及其制作方法，提供一种尺寸小、无需接触、工艺简便、材料环保的结合蜘蛛丝的光纤光开关。
本发明的目的是这样实现的：包括光源、输入光纤、输入光纤拉锥区、蜘蛛丝、输出光纤拉锥区、输出光纤，输入光纤拉锥区与输出光纤拉锥区错位放置，蜘蛛丝固定在输入光纤拉锥区或输出光纤拉锥区上，光纤拉锥区错位固定的距离应保证蜘蛛丝吸湿膨胀后倏逝场能够耦合到另一拉锥光纤。
本发明还包括这样一些结构特征：
1.输出光纤或输入光纤为单芯光纤、多芯光纤、单模光纤或多模光纤。
2.蜘蛛丝为蜘蛛牵引丝或蜘蛛丝包卵丝。
3.光源发射的光经过输入单模光纤的锥区时产生倏逝场，蜘蛛丝在处于高湿度环境吸水膨胀，到达一定程度后倏逝场能够通过蜘蛛丝耦合到输出光纤中，光路接通；当蜘蛛丝处于低湿度环境时，蜘蛛丝直径恢复，倏逝场无法通过蜘蛛丝耦合到输出光纤中，光路断开，实现湿度控制的基于蜘蛛丝的光纤光开关。
4.一种基于蜘蛛丝的光开关的制作方法，包括基于蜘蛛丝的光开关，步骤如下：
步骤(1)：光纤预处理：取一段单模光纤，剥除光纤中间的涂覆层，使用无纺布蘸取酒精擦拭光纤外包层；
步骤(2)：锥形区制备：将处理好的光纤裸纤区域放置于拉锥机火头正下方，加热温度为1600℃，进行熔融拉锥，直至拉出锥形结构并利用光纤切割刀从中间分为两个锥形区域；
步骤(3)：蜘蛛丝的固定：选用形态良好的蜘蛛包卵丝，将蜘蛛丝利用紫外固化胶固定在输出光纤锥区上，选取蜘蛛丝中部光滑平整的部位作为传输部分备用；
步骤(4)：锥形区域的固定：利用显微镜和微操系统将两个锥形区域错位固定在载玻片上，未固定蜘蛛丝的输入光纤锥形区与蜘蛛丝的距离保持2um的距离；
步骤(5)：实验探究：将单模光纤的一端通光，光源发射的光经过输入单模光纤的锥区时产生倏逝场，蜘蛛丝在处于高湿度环境吸水膨胀，到达一定程度后倏逝场能够通过蜘蛛丝耦合到输出光纤中，光路接通；当蜘蛛丝处于低湿度环境时，蜘蛛丝直径恢复，倏逝场无法通过蜘蛛丝耦合到输出光纤中，光路断开，实现湿度控制的基于蜘蛛丝的光纤光开关。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明使用的蜘蛛丝作为一种生物材料，其对环境无毒，且内部含有大量的极性氨基酸，在高湿度环境下其直径会发生膨胀。一般情况下，倏逝场只能在光纤表面传输1-2μm。光源发射的光经过输入单模光纤的锥区时产生倏逝场，蜘蛛丝在处于高湿度环境吸水膨胀，到达一定程度后倏逝场能够通过蜘蛛丝耦合到输出光纤中，光路接通；当蜘蛛丝处于低湿度环境时，蜘蛛丝直径恢复，倏逝场无法通过蜘蛛丝耦合到输出光纤中，光路断开，实现湿度控制的基于蜘蛛丝的光纤光开关。本发明利用湿度控制蜘蛛丝直径光开关的方式明显不同，而且其用料环保，取材容易，价格便宜，结构简单。
1.本发明利用的传感材料为蜘蛛丝，具有水亲和力强，易于修饰，化学稳定性与生物相容性好的特点，优异于传统的光开关。
2.本发明利用了蜘蛛丝对湿度的响应和拉锥光纤来控制光开关，有着成本低廉，工艺简单，尺寸小巧以及非接触控制等优点。
附图说明
图1为本发明实施例基于蜘蛛丝的光纤光开关示意图；
图2为本发明实施例光路断开示意图；
图3为本发明实施例光路接通示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
实施例一：本发明提供一种基于蜘蛛丝的光纤光开光，由光源1，输入光纤2输入光纤拉锥区3，蜘蛛丝4，输出光纤拉锥区5，输出光纤6组成；输入光纤拉锥区3与输出光纤拉锥区5的错位放置，蜘蛛丝4固定在输入光纤拉锥区3或输出光纤拉锥区5上；光源发射的光经过输入单模光纤的锥区时产生倏逝场，蜘蛛丝在处于高湿度环境吸水膨胀，到达一定程度后倏逝场能够通过蜘蛛丝耦合到输出光纤中，光路接通；当蜘蛛丝处于低湿度环境时，蜘蛛丝直径恢复，倏逝场无法通过蜘蛛丝耦合到输出光纤中，光路断开，实现湿度控制的基于蜘蛛丝的光纤光开关。
进一步的，光纤为单芯光纤、多芯光纤、单模光纤或多模光纤。
进一步的，蜘蛛丝为蜘蛛牵引丝或蜘蛛丝包卵丝。
进一步的，光纤拉锥区错位固定的距离应保证蜘蛛丝吸湿膨胀后倏逝场能够耦合到另一拉锥光纤。
实施例二：基于蜘蛛丝的光纤光开关的制作方法，包含如下步骤：
步骤(1)：光纤预处理：取一段1m长的单模光纤，剥除光纤中间的涂覆层，使用无纺布蘸取酒精擦拭光纤外包层；
步骤(2)：锥形区制备：将处理好的光纤裸纤区域放置于拉锥机火头正下方，加热温度为1600℃，进行熔融拉锥，直至拉出直径10um、长度在80mm左右的锥形结构并利用光纤切割刀从中间分为两个锥形区域；
步骤(3)：蜘蛛丝的固定：选用形态良好的蜘蛛包卵丝，将蜘蛛丝利用紫外固化胶固定在输出光纤锥区上，选取蜘蛛丝中部光滑平整的部位作为传输部分备用；
步骤(4)：锥形区域的固定：利用显微镜和微操系统将两个锥形区域错位固定在载玻片上，未固定蜘蛛丝的输入光纤锥形区与蜘蛛丝的距离保持2um的距离；
步骤(5)：实验探究：将单模光纤的一端通光，光源发射的光经过输入单模光纤的锥区时产生倏逝场，蜘蛛丝在处于高湿度环境吸水膨胀，到达一定程度后倏逝场能够通过蜘蛛丝耦合到输出光纤中，光路接通；当蜘蛛丝处于低湿度环境时，蜘蛛丝直径恢复，倏逝场无法通过蜘蛛丝耦合到输出光纤中，光路断开，实现湿度控制的基于蜘蛛丝的光纤光开关。
综上，本发明属于光纤通信领域，特别涉及一种基于蜘蛛牵的光开关。该光纤光开关的输入光纤拉锥区与输出光纤拉锥区的错位放置，蜘蛛丝固定在输入/出光纤拉锥区上，蜘蛛丝与输入拉锥光纤保持适当的距离。光源发射的光经过输入单模光纤的锥区时产生倏逝场，蜘蛛丝在处于高湿度环境吸水膨胀，到达一定程度后倏逝场能够通过蜘蛛丝耦合到输出光纤中，光路接通；当蜘蛛丝处于低湿度环境时，蜘蛛丝直径恢复，倏逝场无法通过蜘蛛丝耦合到输出光纤中，光路断开，实现湿度控制的基于蜘蛛丝的光纤光开关。本发明结合拉锥光纤和蜘蛛丝制备光纤光开关，具有体积小，重量轻，结构简单，成本低廉的特点，并且材料具有生态环保性。
以上所述并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于蜘蛛丝的光开关，其特征在于：包括光源、输入光纤、输入光纤拉锥区、蜘蛛丝、输出光纤拉锥区、输出光纤，输入光纤拉锥区与输出光纤拉锥区错位放置，蜘蛛丝固定在输入光纤拉锥区或输出光纤拉锥区上，光纤拉锥区错位固定的距离应保证蜘蛛丝吸湿膨胀后倏逝场能够耦合到另一拉锥光纤。
2.根据权利要求1所述的一种基于蜘蛛丝的光开关，其特征在于：输出光纤或输入光纤为单芯光纤、多芯光纤、单模光纤或多模光纤。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于蜘蛛丝的光开关，其特征在于：蜘蛛丝为蜘蛛牵引丝或蜘蛛丝包卵丝。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于蜘蛛丝的光开关，其特征在于：光源发射的光经过输入单模光纤的锥区时产生倏逝场，蜘蛛丝在处于高湿度环境吸水膨胀，到达一定程度后倏逝场能够通过蜘蛛丝耦合到输出光纤中，光路接通；当蜘蛛丝处于低湿度环境时，蜘蛛丝直径恢复，倏逝场无法通过蜘蛛丝耦合到输出光纤中，光路断开，实现湿度控制的基于蜘蛛丝的光纤光开关。
5.根据权利要求3所述的一种基于蜘蛛丝的光开关，其特征在于：光源发射的光经过输入单模光纤的锥区时产生倏逝场，蜘蛛丝在处于高湿度环境吸水膨胀，到达一定程度后倏逝场能够通过蜘蛛丝耦合到输出光纤中，光路接通；当蜘蛛丝处于低湿度环境时，蜘蛛丝直径恢复，倏逝场无法通过蜘蛛丝耦合到输出光纤中，光路断开，实现湿度控制的基于蜘蛛丝的光纤光开关。
6.一种基于蜘蛛丝的光开关的制作方法，其特征在于：包括基于蜘蛛丝的光开关，步骤如下：
步骤(1)：光纤预处理：取一段单模光纤，剥除光纤中间的涂覆层，使用无纺布蘸取酒精擦拭光纤外包层；
步骤(2)：锥形区制备：将处理好的光纤裸纤区域放置于拉锥机火头正下方，加热温度为1600℃，进行熔融拉锥，直至拉出锥形结构并利用光纤切割刀从中间分为两个锥形区域；
步骤(3)：蜘蛛丝的固定：选用形态良好的蜘蛛包卵丝，将蜘蛛丝利用紫外固化胶固定在输出光纤锥区上，选取蜘蛛丝中部光滑平整的部位作为传输部分备用；
步骤(4)：锥形区域的固定：利用显微镜和微操系统将两个锥形区域错位固定在载玻片上，未固定蜘蛛丝的输入光纤锥形区与蜘蛛丝的距离保持2um的距离；
步骤(5)：实验探究：将单模光纤的一端通光，光源发射的光经过输入单模光纤的锥区时产生倏逝场，蜘蛛丝在处于高湿度环境吸水膨胀，到达一定程度后倏逝场能够通过蜘蛛丝耦合到输出光纤中，光路接通；当蜘蛛丝处于低湿度环境时，蜘蛛丝直径恢复，倏逝场无法通过蜘蛛丝耦合到输出光纤中，光路断开，实现湿度控制的基于蜘蛛丝的光纤光开关。
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