CN103149680A - 一种基于电湿润效应的双路液体光开关 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于电湿润效应的双路液体光开关。该光开关包括上基板、透明硬质腔体、下基板、遮光板、介质层、ITO电极、ITO电极

、ITO电极、有色液滴和通光孔，其中透明硬质腔体中填充无色透明液体，三块ITO电极嵌在下基板中，且两两间隔相同，ITO电极

接地，遮光板中心对称分布有两个直径相同的通光孔。其中的有色液滴导电，无色透明液体不导电。该液体光开关能实现双路光通断，且能有效克服重力效应。

Description

一种基于电湿润效应的双路液体光开关

技术领域

本发明涉及非机械式光开关技术，更具体地说，本发明涉及一种基于电湿润效应的双路液体光开关技术。

背景技术

光开关是一种在光纤或波导光路中对光信号起通断作用的开关，它在远程光通信、光纤传感、光网络和信息显示等领域有诱人的应用前景。同时，光开关还可以作为光衰减器、可调光阀和空间调制器等器件的元部件。其中，液体光开关器件由于内部不需要引入可移动的固体元部件而具有小型化、制作简单和低能耗等优点。液体光开关分为机械式和非机械式两种。机械式液体光开关需要外加驱动装置，其装置复杂、功耗高。器件本身响应时间取决于外界驱动装置的固有频率，因而器件的可调控性差、响应时间慢。非机械式光开关一般是基于电湿润效应和介电力效应来实现。基于介电力效应的液体光开关虽然响应时间快、工作电压低，但是由于介电力本身比较微弱，所以基于介电力效应的液体光开关尺寸较小，严重限制了其应用范围。现有的基于介电力效应的液体光开关，其光开和光关两种状态下的光强比率在100:1以内，器件性能还有待提升。目前的液体光开关只能实现单路光源的通断，难以满足在光网络领域中光交换、波长选择和全光层次路由选择的要求，同时液体光开关还有一个致命的缺点就是无法克服内部液体的重力效应。当液体器件竖直放置时，由于内部液体的重力效应，会使器件通光不均匀，无法达到良好的开关效果，从而无法正常工作。

发明内容

本发明提出一种基于电湿润效应的双路液体光开关。如附图1所示，该光开关包括上基板、透明硬质腔体、下基板、遮光板、介质层、ITO电极                                                、ITO电极

、ITO电极

、有色液滴和通光孔，其中透明硬质腔体中填充无色透明液体，三块ITO电极嵌在下基板中，且两两间隔相同，ITO电极

接地，遮光板中心对称分布有两个直径相同的通光孔。其中的有色液滴导电，无色透明液体不导电。

如附图1所示，液体器件为初始状态，有色液滴位于下基板中心位置，两个通光孔未被有色液滴遮盖，此时液体器件处在双路光开状态。分别在ITO电极

和ITO电极

上交替加电压V，由于电湿润效应，有色液滴会在下基板上往返运动，当有色液滴移动到一侧把该侧的通光孔遮盖时，另一侧通光孔仍可以通光。因此可以通过控制有色液滴的位置来实现双路光的通断功能。附图2为分别在ITO电极

和ITO电极

上交替加电压V时，有色液滴在下基板上往返运动的俯视图。

优选地，透明硬质腔体长d ₁≥10mm且d ₁≤12mm，宽d ₂≥6mm且d ₂≤8mm，高d ₃≥6mm且d ₃≤8mm。

优选地，ITO电极

 和ITO电极

 尺寸相同，长d ₄≥d ₂且d ₄≤9mm，宽d ₅≥3.5mm且d ₅≤5mm，ITO电极

长d ₆≥d ₂且d ₆≤9mm，宽d ₇≥1.5mm且d ₇≤2mm，三块电极两两间隔为d ₈≥0.25mm且d ₈≤0.5mm。

优选地，有色液滴直径d ₉≥3mm且d ₉≤5mm。

优选地，遮光板长d ₁₀≥12mm且d ₁₀≤15mm，宽d ₁₁≥8mm且d ₁₁≤10mm，遮光板中心对称两个通光孔直径均为d ₁₂≥1mm且d ₁₂≤1.5mm。两个通光孔圆心之间距离d ₁₃≥d ₉+d ₁₂且d ₁₃≤ 2D-d ₁₂，其中D为有色液滴在下基板上移动的最大位移。

优选地，透明硬质腔体中无色透明液体和有色液滴的密度相同。

附图说明

附图1为一种基于电湿润效应的双路液体光开关的结构示意图。

附图2为在ITO电极

和ITO电极

交替加电压时，有色液滴在下基板上往返运动的俯视图。

附图3为实施例中在ITO电极和ITO电极交替加电压时，有色液滴在下基板上移动位移的示意图。

上述各附图中的图示标号为：

1上基板、2透明硬质腔体、3下基板、4遮光板、5介质层、6 ITO电极

、7 ITO电极

、8 ITO电极

、9通光孔、10有色液滴、11无色透明液体。

应该理解上述附图只是示意性的，并没有按比例绘制。

具体实施方式

下面详细说明本发明提出的一种基于电湿润效应的双路液体光开关的实施例，对本发明进行进一步的描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于本发明做进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

本发明的一个实施例为，上基板和下基板均为10mm×8mm PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）材料制成，透明硬质腔体为10mm×8mm×8mm PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）材料制成。ITO电极

和ITO电极

尺寸均为8mm×3.5mm，ITO电极

尺寸为8mm×2mm，三块电极两两间隔为0.5mm。遮光板尺寸为10mm×8mm，其中心对称的两个通光孔直径均为1.0mm，两通光孔圆心距离5.5mm。有色液滴为墨水加氯化钠溶液按照一定比例混合而成，密度为1.25 g/cm³，有色液滴直径为4mm。透明硬质腔体中填充的无色透明液体为光学液体SL-5267，密度为1.26 g/cm³。如附图1所示，初始状态时，有色液滴位于下基板中心位置，此时两个通光孔均处在光开状态。ITO电极

接地，给ITO电极外加电压，由于电湿润效应，有色液滴会向ITO电极

方向移动，右侧通光孔被有色液滴遮住，无法通光，左侧通光孔仍可以通光；同理给ITO电极

外加电压，有色液滴向ITO电极

方向移动，左侧通光孔被有色液滴遮住，无法通光，右侧通光孔恢复通光。有色液滴在下基板上往返运动的俯视图如附图2所示。

附图3是实施例中外加电压于ITO电极

和ITO电极

时有色液滴在下基板上移动的位移示意图。如附图3所示，实施例中有色液滴在下基板上的移动到左侧的最大位移为3.2mm，移动到右侧的最大位移为3.6mm。有色液滴可以交替覆盖两个通光孔，实现双路光开关的功能。按照本实施例中所设置的参数，该光开关的光衰减能力为1dB~30dB，光透过损失为0.67dB，响应时间为177ms。

Claims (6)

1.一种基于电湿润效应的双路液体光开关，包括：上基板、透明硬质腔体、下基板、遮光板、介质层、ITO电极                                                、ITO电极、ITO电极

、有色液滴、通光孔、其中透明硬质腔体中填充无色透明液体，三块ITO电极嵌在下基板中，且两两间隔相同，ITO电极

接地，遮光板中心对称分布有两个直径相同的通光孔，其中的有色液滴导电，无色透明液体不导电。

2.根据权利要求1所述的一种基于电湿润效应的双路液体光开关，其特征在于，透明硬质腔体长d ₁≥10mm且d ₁≤12mm，宽d ₂≥6mm且d ₂≤8mm，高d ₃≥6mm且d ₃≤8mm。

3.根据权利要求1所述的一种基于电湿润效应的双路液体光开关，其特征在于，ITO电极

 和ITO电极

 尺寸相同，长d ₄≥d ₂且d ₄≤9mm，宽d ₅≥3.5mm且d ₅≤5mm，ITO电极

长d ₆≥d ₂且d ₆≤9mm，宽d ₇≥1.5mm且d ₇≤2mm，三块电极两两间隔为d ₈≥0.25mm且d ₈≤0.5mm。

4.根据权利要求1所述的一种基于电湿润效应的双路液体光开关，其特征在于，有色液滴直径d ₉≥3mm且d ₉≤5mm。

5.根据权利要求1所述的一种基于电湿润效应的双路液体光开关，其特征在于，遮光板长d ₁₀≥12mm且d ₁₀≤15mm，宽d ₁₁≥8mm且d ₁₁≤10mm，遮光板中心对称两个通光孔直径均为d ₁₂≥1mm且d ₁₂≤1.5mm，两个通光孔圆心之间距离d ₁₃≥d ₉+d ₁₂且d ₁₃≤ 2D-d ₁₂，其中D为有色液滴在下基板上移动的最大位移。

6.根据权利要求1所述的一种基于电湿润效应的双路液体光开关，其特征在于，透明硬质腔体中无色透明液体和有色液滴的密度相同。

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