[实用新型]一种电调谐光开关器件

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种新颖的电调谐光开关器件结构及其工作原理，属于光通信、光电传感和光信息处理器件的技术领域。

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。随着对器件材料、器件工作原理、加工工艺等多方面认识和研究的不断进展，光开关与光开关列阵的类型也呈现出多元化发展趋势。就目前的光开关发展现状而言，按照光束在开关中传输的媒质来分类，可分为自由空间型和波导型光开关。按照开关机理来分类，主要有机械光开关、热光开关和电光开关。在机械光开关中，包括以新型的微机械工艺为基础的微机械光开关，自由空间型光开关主要是利用各种透射镜、反射镜和棱镜等折射镜的移动或旋转来进行开关动作。波导型光开关主要是利用波导的热光、电光或磁光的效应来改变波导的性质，从而实现开关动作。

光开关的性能主要表现在开关的插损、隔离度、消光比、偏振敏感性、开关时间、开关规模和开关尺寸等。光交叉连接和光交换对开关的要求主要有低插损(10db以下)、低串扰(-50db以下)、低开关时间(几个ms以下)以及无阻塞运作。机械开关在插损、隔离度、消光比和偏振敏感性方面都有很好的性能。但它的开关尺寸比较大，开关动作时间比较长，一般为几十毫秒到毫秒量级，而且机械开关不易集成为大规模的矩阵阵列，而且价格昂贵。对波导开关而言，它的开关速度在毫秒到亚毫秒量级，体积非常小，而且易于集成为大规模的矩阵开关阵列。但其插损、隔离度、消光比、偏振敏感性等指标都比较差。

同时，光开关器件是技术含量较高的光无源器件，需要的与之相应的制作材料和加工工艺的要求较高。近年来，随着FTTH技术的成熟和全光网的兴起迫切需要大量性能优良、价格合理的光开关、光开关和交换矩阵，但真正能够商用化的光开关产品只有传统的机械式光开关以及以机械工艺为基础的微机械(MEMS)开关。

经对现有技术的文献检索发现，专利公开号为CN02801257.7的日本松下专利《光开关》提出一种基于棱镜运动光开关器件。该器件由棱镜前进和缩进提供光耦合到对应光纤端部的准直透镜之间转换光路，包括安排固定棱镜的衔铁和驱动衔铁运动的线圈体的电磁驱动器及片簧，电磁驱动器和棱镜沿衔铁运动方向彼此相邻设置。光开关动作时衔铁和棱镜可垂直透镜之间的光路线性移动。基于这种棱镜结构的电光开光，由于需要衔铁、线圈等机械部件，所以造成体积较大，结构复杂，不易集成，价格较高等问题。

而基于电润湿效应的电控流体棱镜具有高的切换速度(～ms)、无偏振化影响、良好的操控性和适应性，作为取代光学元件可应用于光开关和光互连、三维光存储、光扫描、光学雷达等系统。现有的电润湿效应研究和应用集中于液体透镜变焦成像技术，比较典型的如荷兰Philips公司发布的FluidFocus和法国Varioptic公司发布的小型液体变焦透镜，这些透镜的变焦是利用电控方法通过改变液体的界面曲率进而调节焦距。这种技术采用了流动的液体作为变焦的透镜组件，相对目前的机械变焦方式将有很多的优势之处。但现有的研究和应用集中于透镜变焦成像技术，对于应用于光通信领域的连接器件涉及很少。

本专利将微透镜变焦技术与现代光通信技术相结合，设计了一种新颖的电控调谐的光开关器件，由于未使用电机等复杂器件使得制作成本、生产工艺大大降低，具有重要的技术价值和经济价值，将会在光通信领域得到广泛的应用。

发明内容

技术问题：本实用新型的目的在于提出一种电调谐光开关器件结构，解决光开关器件的电控调谐问题。

技术方案：本实用新型的电调谐光开关器件具有长方体状或圆柱状单元的流体棱镜光输入阵列和流体棱镜光输出阵列，上述两阵列之间的空间形成光交换空间；上述阵列单元以设有侧面电极的长方体状或圆柱状通孔为主体，通孔位于镀有ITO导电层的透明玻璃之间，通孔内放置三种或两种互不相溶的流体，当放置三种即第一导电流体、绝缘流体和第二导电流体时，这三种液体在电压的作用下构成流体棱镜介质；通孔左侧面涂有导电材料作为左前电源的一个电极，左前电源的另一个电极则是通过ITO导电层相连的第一导电流体，通孔左侧面的导电材料同时作为左后电源的一个电极，左后电源的另一个电极则是通过ITO导电层相连的第二导电流体；同理设置右前电源和右后电源的电极。