CN1366208A - 光开关 - Google Patents

光开关 Download PDF

Info

Publication number
CN1366208A
CN1366208A CN01132933A CN01132933A CN1366208A CN 1366208 A CN1366208 A CN 1366208A CN 01132933 A CN01132933 A CN 01132933A CN 01132933 A CN01132933 A CN 01132933A CN 1366208 A CN1366208 A CN 1366208A
Authority
CN
China
Prior art keywords
container
liquid
photoswitch
waveguide
laser
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN01132933A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1157618C (zh
Inventor
金圣哲
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Samsung Electronics Co Ltd
Original Assignee
Samsung Electronics Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Samsung Electronics Co Ltd filed Critical Samsung Electronics Co Ltd
Publication of CN1366208A publication Critical patent/CN1366208A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1157618C publication Critical patent/CN1157618C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/004—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements based on a displacement or a deformation of a fluid
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/35—Optical coupling means having switching means
    • G02B6/3538—Optical coupling means having switching means based on displacement or deformation of a liquid
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/35—Optical coupling means having switching means
    • G02B6/351—Optical coupling means having switching means involving stationary waveguides with moving interposed optical elements
    • G02B6/3522—Optical coupling means having switching means involving stationary waveguides with moving interposed optical elements the optical element enabling or impairing total internal reflection
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/35—Optical coupling means having switching means
    • G02B6/354—Switching arrangements, i.e. number of input/output ports and interconnection types
    • G02B6/3544—2D constellations, i.e. with switching elements and switched beams located in a plane
    • G02B6/3546—NxM switch, i.e. a regular array of switches elements of matrix type constellation
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/35—Optical coupling means having switching means
    • G02B6/3564—Mechanical details of the actuation mechanism associated with the moving element or mounting mechanism details
    • G02B6/3568—Mechanical details of the actuation mechanism associated with the moving element or mounting mechanism details characterised by the actuating force
    • G02B6/3576—Temperature or heat actuation
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/35—Optical coupling means having switching means
    • G02B6/3596—With planar waveguide arrangement, i.e. in a substrate, regardless if actuating mechanism is outside the substrate

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)

Abstract

本发明公开了一种光开关,其中包括基板、传输光信号的在基板间以矩阵形式排列且具有至少一个交叉点的波导、每个均装盛有液体且在波导的每个交叉点处排列的容器,以及具有与各个容器相对应的激光器以选择性加热液体的激光加热装置。于是,通过仅更换激光加热装置,光开关可以更容易地制造和使用。

Description

光开关
                      技术领域
本发明涉及一种光开关，更具体地，涉及一种可以通过用激光加热装置来加热液体从而使液体可移动而控制光信号行进方向的光开关。
                      背景技术
光开关用来将用于不同通道的多个光信号中的特定光信号以光通讯系统中所需方向传输给通道，具体地，以采用波长分复方法(a wavelengthdivision multiplexing method)的光通讯系统中所需方向。在这种光通讯系统中，波导相互垂直交叉，且一个可装盛液体的容器设置在波导的交叉点上而相对于波导倾斜。为了进行开关操作，有多种方法在容器的液体中产生气泡，并通过利用表面张力根据空气边界表面温度的不同的变化来移动容器中的液体。
参照图1和图2，在传统光开关中，波导103在基板100上排列成N×M阶矩阵的形式。装盛液体105的容器110对角地安装在波导103的交叉点103a上。加热液体105的加热器115安装在基板100上与波导103在一起。此处，容器110包括装盛液体105的头部110a和设置在交叉点103a的尾部110b。
具有上述结构光开关的操作参照图2进行描述。首先，当光信号传输时，加热器115加热液体105。然后，液体105和空气之间的边界表面的表面张力降低，使得液体105向容器110的尾部110b移动。因为光开关是一微型装置，主要施加在液体105上的力不是重力而是表面张力，于是表面张力极大地影响了液体105的运动。而且，因为表面张力有与温度和电场成反比的特性，当热量施加到液体上时，表面张力减小，且液体在表面张力减小的方向上移动。
当液体105向容器110的尾部110b移动时，光信号穿过液体105并向前行进。此处，使用了具有与波导103相同或相似折射率的液体105，于是光信号遇到液体，光信号几乎不反射并穿过它。
为了反射光信号，加热器115的加热终止以增加液体105和空气间的表面张力，使得液体105向容器110的头部110a移动。当光信号在液体105完全从尾部110b移动到头部110a之后输入，光信号全部被容器110反射。此处，因为容器110中气体的折射率小于波导103的折射率，所以以预定角度或更大角度输入的光信号可以被全反射。
例如，第3行第2列的容器(A)中的液体105和第2行第3列的容器(B)中的液体105加热，以移动液体到尾部110b，使得光信号穿过这两个容器，而在其余容器内的液体未加热，且液体驻留在容器110的头部110a，使得光信号全反射，且可以沿所需路径传输。于是，向第3行第1列的容器输入的光信号被全反射，且穿过第3行第2列的容器(A)，并在预定的透射和全反射之后最终输出到所需通道中。
相应地，光信号可以通过透射或全反射光信号而传输到所需方向上的通道内。然而，在上述光开关中，因为加热液体的加热器115同形成有波导103的基板100上的容器110一起制造，如果在光开关操作过程中有任何一个加热器不工作，则整个光开关由于该加热器而不能使用，这是不高效和不经济的。有另外一种加热液体的方法，它通过对其加电压，而不是使用加热器。这种方法也有同样的问题。也就是，因为光开关以N×M阶矩阵的形式而不是以简单的形式配置，所以在基板上同时安装波导、加热器和容器就要求非常精确和复杂的生产工艺，于是生产率降低。
                      发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种通过用激光加热装置加热液体的光开关，该加热装置安装成能够从设置波导的基板上分离，于是，当任何一个激光加热装置不工作时，可以仅替换故障激光加热装置。
为了达到上述目的，提供了光开关基板、传输光信号的在基板间以矩阵形式排列且具有至少一个交叉点的波导、每个均装盛有液体且在波导的每个交叉点处排列的容器；以及具有与各个容器相应的激光器以选择性加热液体的激光加热装置。
本发明中优选的是在容器和相应于每个容器的激光器之间设置的微距镜阵列，使得发自每个激光器的光聚焦在每个容器上。
本发明中优选的是激光加热装置安装得能够从基板上分离。
                      附图说明
结合附图，本发明的上述目的和优点可以通过对优选实施例的详细描述而变得更清楚，附图中：
图1是示出呈矩阵形式的传统光开关的透视图；
图2是用于说明传统光开关运行的平面图；
图3是本发明光开关的局部剖开的透视图；
图4是用于说明本发明光开关工作的视图；以及
图5是示出本发明光开关的剖视图。
                      具体实施方式
参照图3，本发明的光开关包括：一对基板10、多个排列成矩阵且具有交叉点15a的用于传输光信号的波导15、多个每个均装盛液体20且排列在波导15的每个交叉点15a处的容器25；以及具有多个每个均设置在与每个容器25相应位置处的激光器30的激光加热装置40。
此处，如图4所示，每个容器25均包括头部25a，以及尾部25b，其中液体20以液体20未加热的状态储存在该头部内，尾部25b对角地设置在每个交叉点15a处以全反射或透射光信号。例如，当液体20仅储存在头部25a内而不是尾部25b内时，输入到尾部25b的光信号在方向D上全反射。当液体20储存在尾部25b时，输入的光信号穿过容器25并在方向C上行进。
如图3和图5所示，激光加热装置40包括与每个容器25相对应的激光器30，且激光器设置成与容器25相应的矩阵形式，使得各激光器30可聚焦在每个容器25上。此处，垂直谐振腔(cavity)表面发射半导体激光器或边缘发射半导体激光器优选地用作激光器30。因为垂直谐振腔表面发射半导体激光器易于制造且具有出众的加热特性，所以考虑到光传输速率它是有利的。
另外，用于聚焦发射自激光器30的光的微距镜阵列45可以进一步设置在激光器30和与之对应的容器25之间。微距镜阵列45以MEMS(微电子机械系统)方法生产，使得能量损失可以通过增加激光器30的聚集效率而减小。
在通过使用具有上述结构的光开关进行的光信号传输中，确定了传输光信号的波导路径，而且还确定了全反射或透射光信号的容器。然后，透射光信号的容器由设置成与容器相对应的激光器30加热。然后，容器25中液体20的表面张力降低，液体20向尾部25b移动。当激光器30关闭，且液体20向头部25a移动时，输入到容器25的光信号全反射。此处，液体20的折射率与波导15的折射率相同或相似。另外，容器25内的气体的折射率小于波导15的折射率，且光信号的入射角根据全反射的临界角确定。
例如，乙醇具有约1.3的折射率、2.41(J/g℃)的比热、以及0.8(kg/l)的比重。当垂直谐振腔表面发射激光器用作激光器时，假设功率为约2mW且容器的体积为20μm×10μm×50μm，液体的质量为10×10-12×0.8＝(8×10-9g)。当液体被加热到78.3℃的沸点以充分减小具有上述质量的乙醇的表面张力时，需要以下能量E。
〔等式1〕
E＝ΔT×m×h
 ＝60×8×10-9×2.41
 ＝1.1568×10-6(J)
如果光束直径为10μm，当具有约2mW输出功率的垂直谐振腔表面发射半导体激光器的输出通过使用微距镜进行会聚时，获得上述能量所需的时间(t)如下：
〔等式2〕 t = 1.1568 × 10 - 6 ( J ) 2 × 10 - 3 ( J / s )
＝5.784×10-4(s)
乙醇仅是一个例子，而不同类型的液体可以根据波导15的折射率选择和使用。占据容器25空间的气体的折射率必须小于波导15的折射率。光信号需要根据全反射的临界角输入，使得光信号可以全发射。
如上所述，在根据本发明的光开关中，因为液体可以通过使用激光加热装置而移动，光信号可以选择性地透过或全反射，于是光信号可以传输到所需通道。此处，激光加热装置独立于设置波导的基板而提供，使得生产工艺简化。另外，当部分激光加热装置不能工作时，仅需要替换激光加热装置，而不需要替换整个光开关，这非常有利于循环使用。

Claims (4)

1.一种光开关，其中包括基板、传输光信号的在基板间以矩阵形式排列且具有至少一个交叉点的波导、每个均装盛有液体且在波导的每个交叉点处排列的容器，以及具有与各个容器相应的激光器以选择性加热液体的激光加热装置。
2.根据权利要求1所述的光开关，其特征在于，微距镜阵列设置在容器和与每个容器相对应的激光器之间，使得从每个激光器发出的光聚焦到每个容器上。
3.根据权利要求1或2所述的光开关，其特征在于，激光器是垂直谐振腔表面发射半导体激光器。
4.根据权利要求1或2所述的光开关，其特征在于，激光加热装置安装成能够与基板分离。
CNB011329335A 2001-01-17 2001-09-10 光开关 Expired - Fee Related CN1157618C (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR2627/2001 2001-01-17
KR2627/01 2001-01-17
KR10-2001-0002627A KR100370221B1 (ko) 2001-01-17 2001-01-17 광스위치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1366208A true CN1366208A (zh) 2002-08-28
CN1157618C CN1157618C (zh) 2004-07-14

Family

ID=19704743

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB011329335A Expired - Fee Related CN1157618C (zh) 2001-01-17 2001-09-10 光开关

Country Status (4)

Country Link
US (1) US6721472B2 (zh)
JP (1) JP3537787B2 (zh)
KR (1) KR100370221B1 (zh)
CN (1) CN1157618C (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101825743A (zh) * 2010-03-19 2010-09-08 西北工业大学 流体光波导结构
CN101802669B (zh) * 2007-07-23 2014-06-11 尼斯迪卡有限公司 多功能数字光开关

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6674933B2 (en) * 2001-09-27 2004-01-06 Agilent Technologies, Inc. Optical switch controlled by selective activation and deactivation of an optical source
US6865208B1 (en) * 2002-06-10 2005-03-08 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Ultrafast laser beam switching and pulse train generation by using coupled vertical-cavity, surface-emitting lasers (VCSELS)
JP3927968B2 (ja) * 2003-06-13 2007-06-13 キヤノン株式会社 流体制御機構
US7530795B2 (en) 2003-06-13 2009-05-12 Canon Kabushiki Kaisha Fluid control mechanism
US7444817B2 (en) 2003-06-13 2008-11-04 Canon Kabushiki Kaisha Optical micromotor, micropump using same and microvalve using same
US8528582B2 (en) 2011-04-28 2013-09-10 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Method of changing fluid flow by using an optical beam
JP5829873B2 (ja) * 2011-09-27 2015-12-09 積水化学工業株式会社 マイクロポンプシステム及びマイクロ流体デバイス
US10917043B2 (en) * 2016-09-26 2021-02-09 B. G. Negev Technologies And Applications Ltd., At Ben-Gurion University Non-tracking solar energy collector

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3085469A (en) * 1959-10-12 1963-04-16 Ncr Co Optical information-processing apparatus and method
US3529156A (en) * 1966-06-13 1970-09-15 Westinghouse Electric Corp Hysteretic cholesteric liquid crystalline compositions and recording devices utilizing such compositions
US4848879A (en) * 1982-10-09 1989-07-18 Canon Kabushiki Kaisha Light modulating device
JPH05113543A (ja) * 1991-10-21 1993-05-07 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> マトリクス光スイツチ
JPH05134195A (ja) * 1991-11-08 1993-05-28 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> マトリクス光スイツチ
JPH063543A (ja) * 1992-06-24 1994-01-14 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> マトリクス光導波路スイッチ
JPH0675179A (ja) * 1992-06-29 1994-03-18 Fujikura Ltd マトリックス光スイッチ
JPH08201856A (ja) 1995-01-24 1996-08-09 Hitachi Cable Ltd 導波路型光スイッチおよびその製造方法
JPH10142532A (ja) * 1996-11-13 1998-05-29 Hitachi Ltd マトリックス光導波路スイッチおよび光路切替装置
JP3077758B1 (ja) * 1999-05-11 2000-08-14 日本電信電話株式会社 光スイッチ

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101802669B (zh) * 2007-07-23 2014-06-11 尼斯迪卡有限公司 多功能数字光开关
CN101825743A (zh) * 2010-03-19 2010-09-08 西北工业大学 流体光波导结构

Also Published As

Publication number Publication date
KR20020061703A (ko) 2002-07-25
JP2002228954A (ja) 2002-08-14
CN1157618C (zh) 2004-07-14
US20020122618A1 (en) 2002-09-05
JP3537787B2 (ja) 2004-06-14
KR100370221B1 (ko) 2003-01-30
US6721472B2 (en) 2004-04-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3555682B1 (en) All-solid state opticaltransmit/receive terminal
US6268952B1 (en) Micromechanical light steering optical switch
CN1157618C (zh) 光开关
EP1385036B1 (en) Total internal reflection optical switch utilizing a moving droplet
CN112305676B (zh) 基于静电梳驱动的硅基mems光开关及n×n阵列
US11199665B2 (en) Optical device for redirecting optical signals
US8218918B2 (en) Optical fiber switch with movable lens
CA2253954C (en) Optical deflection switch
Devices Microelectronic Structures and Microelectromechanical Devices for Optical Processing and Multimedia Applications
JP2001519056A (ja) 光多重化回路遮断器
US6912335B2 (en) Optical switch with reduced beam divergence
JP2002365566A (ja) ノンブロッキング機械式光ファイバマトリクススイッチ
CN114994908A (zh) 一种透镜辅助的二维光束扫描装置
US6470107B2 (en) Fluidic all-optical switch
US7557980B2 (en) Optical path switching device
CN112379484A (zh) 一种波长选择开关
Günther et al. Electrowetting controlled non-volatile integrated optical switch
CN107850736B (zh) 一种光交叉连接器
CN101968569A (zh) 一种基于3d-mems实现的oxc光开关
US20030048983A1 (en) Fiber optic switching system
JP2003005103A (ja) 光電子集積装置
CN117891062A (zh) Mems光开关及光交叉连接器
CN1206553C (zh) 一维微机械电子n×n光空间交换器
Mellette et al. 61 port 1× 6 selector switch for data center networks
CN115657218A (zh) 基于透镜辅助的全固态光束扫描系统

Legal Events

Date Code Title Description
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C06 Publication
PB01 Publication
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20040714

Termination date: 20140910

EXPY Termination of patent right or utility model