CN205374808U - 一种基于mhd控制的光开关 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于MHD控制的光开关，该光开关采用三明治结构，第一层为盖板(1)，两个电极接线头出口(2)，以及与储液管(9)连接的注液孔(3)；第二层为方形透明介质层(4)，包括：4个条形波导(5、6、11、12)、储液管(9)、流道(13)、还有一个MHD驱动微泵，该MHD驱动微泵包括电极(8)、电极接线头(10)和流道(13)正下方的强永磁铁(7)；第三层为平板基底(14)，上面刻有放置强永磁铁的凹槽(15)。其通过调节流道(13)中匹配液的位置来控制光束的全透射和全反射，进而实现光开关的“开”和“关”动作，具有良好的操作性，且响应速度快，具有实际的应用价值。

Description

一种基于MHD控制的光开关

技术领域

本实用新型涉及一种基于MHD控制的光开关，属于光通信的技术领域。

背景技术

光开关是光交换的核心器件，也是影响光网络性能的主要因素之一。光开关作为新一代全光联网网络的关键器件，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。在全光网中，光分插复用器件(OADM)和光交叉连接(OXC)是不可缺少的网络节点设备，而光开关和光开关阵列则是这些设备中的核心器件。但是，目前的光开关除了MEMS等少数类型的光开关以外，现存光开关的交换容量总是有限，而且很难制成大阵列，因为MEMS光开关本身在抗机械摩擦、磨损或震动等方面存在很多不足之处。而本实用新型能够很好地解决上面的问题。

发明内容

为了解决现存光开关磨损大、能耗高、响应速度慢等问题，本实用新型提出了一种基于MHD(即：电磁流体动力学)控制的光开关，该光开关将MHD微流控驱动技术应用于现代光通信技术中，利用气/液的流体特性，来控制光束的全透射和全反射，进而实现光开关的“开”和“关”动作，具有良好的操控性和适应性。

本实用新型解决其技术问题所采取的技术方案是：一种基于MHD控制的光开关，该光开关是采用三层结构；

第一层为盖板1，盖板上留有两个电极接线小孔2以及与储液管9连接的注液孔3；

第二层为方形透明介质层4，包括4个条形波导5、6、11、12、储液管9、流道13及MHD驱动微泵，该MHD驱动微泵包括电极8、电极接线头10和流道13正下方的强永磁铁7；

第三层为平板基底14，包括放置强永磁铁的凹槽15。

本实用新型的盖板1的下表面与方形透明介质层4的上表面，以及方形透明介质层4的下表面与平板基底14的上表面都是通过等离子辅助键合方式连接。

进一步的，本实用新型的流道13位于方形透明介质层4的对角线上，流道13中的一端密封有空气，另一端填充液体并与储液管9相连，其中所述液体是通过盖板1上的注液孔3向储液管9注液的；

进一步的，本实用新型的流道13的上端采用弹性薄膜密封，其中，所述液体是与方形透明介质层4折射率相同或相近的匹配液。

进一步的，本实用新型的MHD驱动微泵的电极8的两个接线头10通过电极接线小孔2引出，与外电源相接，通过控制加载在电极8上的电压驱动液体流动来控制匹配液在流道13中的位置，进而控制光束的全透射和全反射，实现光开关的“开”和“关”动作。

有益效果：

1、本实用新型是将MHD微流控驱动技术应用于光开关之中，通过电控实现光开关的开和关，其具有良好的操控性和适应性，驱动微流体的电压低和能耗低，且响应速度快、机械磨损小，具有实际的应用价值。

2、本实用新型由于未使用电机等复杂器件，其结构简单，因而制作成本、生产工艺大大降低，具有重要的技术价值和经济价值，能够在光通信领域中得到广泛的应用。

附图说明

图1(a、b、c)为本实用新型的结构示意图,其中图1(a)为本实用新型的第一层，图1(b)为第二层，图1(c)为第三层。

标识说明：1-盖板；2-电极接线小孔；3-注液孔；4-方形透明介质层；5、6、11、12-条形波导；7-强永磁铁；8-电极；9-储液管；10-电极接线头；14-平板基底；15-强永磁铁的凹槽。

图2为光开关波导层俯视图。

标识说明：4-方形透明介质；5、6、11、12-条形波导；7-强永磁铁；8-电极；9-储液管；10-电极接线头。

图3为MHD驱动微泵的结构示意图。

标识说明：4-方形透明介质；7-强磁铁；8-电极；10-电极接线头；13-流道。

图4为MHD驱动原理示意图。

图5、图6为基于MHD控制的光开关工作原理示意图。

其中，图5为光束全部透射，即光开关处于“开”状态；图6为光束全反射，即光开关处于“关”状态。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型作进一步的详细描述。

如图1所示，本实用新型提供了一种基于MHD控制的光开关，该光开关采用三层结构，第一层为盖板1，如图1(a)所示，顶板上留有两个电极接线小孔2，以及与储液管9连接的注液孔3；第二层为方形透明介质层4，如图1(b)所示，包括：4个条形波导(5、6、11、12)、储液管9、流道13、还有一个MHD驱动微泵。该MHD驱动微泵包括电极8、电极接线头10和流道13正下方的强永磁铁7；第三层为平板基底14，如图1(c)所示，上面刻有放置强永磁铁的凹槽15。流道13位于方形透明介质层4的对角线上，流道13中的一端密封有空气，另一端填充液体并与储液管9相连。流道13的上端采用弹性薄膜密封，其中，液体是与方形透明介质层4折射率相同或相近的匹配液。盖板1的下表面与方形透明介质层4的上表面，以及方形透明介质层4的下表面与平板基底14的上表面都是通过等离子辅助键和合方式连接。通过盖板1上的注液孔3向储液管9注液。调节流道13中匹配液的位置来控制光束的全透射和全反射，进而实现光开关的“开”和“关”动作。

本实用新型的MHD驱动微泵原理与具体实施方式包括：

当导电液体中的载流子在电场中定向运动时，若受到和电场方向垂直的磁场作用，就会产生洛伦兹力，克服流体阻力后就可以驱动液体流动，如图4所示。改变电场方向，液体流动方向也随着改变。电极8外加电压后，驱动流道中匹配液流动，同时压缩另一端的气体或使之体积扩张，由于气体体积变化气压随之改变，所以到某个位置流体将静止下来，达到平衡。因此，可通过加载电极上的电压正负来控制流道中匹配液流动的方向，通过加载电压的大小来控制流道中匹配液的位置。

本实用新型光开关操控原理与具体实施方式包括：

图1(b)中，本实用新型是将液体封装在微流道中，当电极为通电状态，且加载在电极上的电压正负与图4相同，MHD驱动微流体向微流道另一端移动，并压缩微流道中的气体，当液体移动至微流道与光波导交汇处，如图5，由于微流道中匹配液的折射率与方形透明介质的折射率相近，故光束由条形波导5通过微流道，到达条形波导11，此时为‘开’状态；当加载在电极上的电压正负与图4相反，MHD驱动微流体回流，如图6，微流道与光波导交汇处为空气时，由于方形透明介质的折射率大于空气折射率，光束在固气界面发生全反射，光束由条形波导5到达条形波导6，此时为‘关’状态。

本实用新型光开关的盖板、方形透明介质层和平板基底可采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为基材。PDMS具有良好的透光性，介电性，惰性，无毒，容易加工等性质，并且廉价。为了避免光在固液界面上引起较大损耗，液体的折射率应与PDMS的折射率相同或相近，可选用甲基硅油，它无味无毒，具有生理惰性，抗氧化，耐高低温，挥发性低，温粘系数小，表面张力小，电绝缘性好，对金属无腐蚀等特点。流道上方的薄膜可采用聚乙烯醇(PVA)薄膜，PVA薄膜绿色环保，韧性好，拉伸强度大，耐油，耐溶剂，耐磨，气体阻透性好，透明度好，可以热封合。条形波导、微流道和固定强磁铁的凹槽可采用热压或注塑法。

Claims (3)

1.一种基于MHD控制的光开关，其特征在于，所述光开关采用三层结构：

第一层为盖板(1)，盖板上留有两个电极接线小孔(2)以及与储液管(9)连接的注液孔(3)；

第二层为方形透明介质层(4)，包括4个条形波导(5、6、11、12)、储液管(9)、流道(13)及MHD驱动微泵，所述MHD驱动微泵包括电极(8)、电极接线头(10)和流道(13)正下方的强永磁铁(7)；

第三层为平板基底(14)，包括放置强永磁铁的凹槽(15)；

所述盖板(1)的下表面与方形透明介质层(4)的上表面，以及方形透明介质层(4)的下表面与平板基底(14)的上表面都是通过等离子辅助键合方式连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于MHD控制的光开关，其特征在于：所述的流道(13)位于方形透明介质层(4)的对角线上，流道(13)中的一端密封有空气，另一端填充液体并与储液管(9)相连，其中，所述液体是通过盖板(1)上的注液孔(3)向储液管(9)注液的；所述流道(13)的上端采用弹性薄膜密封，其中，所述液体是与方形透明介质层(4)折射率相同或相近的匹配液。

3.根据权利要求1所述的一种基于MHD控制的光开关，其特征在于：所述MHD驱动微泵的电极(8)的两个接线头(10)通过电极接线小孔(2)引出，与外电源相接，通过控制加载在电极(8)上的电压驱动液体流动来控制匹配液在流道(13)中的位置，进而控制光束的全透射和全反射。