基于微流控技术的阵列光开关控制单元的研究

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光开关是新一代全光网络的关键器件,主要用来实现全光层次的路由选择、波长选择、光交叉连接、自愈保护等功能。目前应用较多的光开关有:机械光开关、热光开关、电光开关和声光开关。论文中提出的微流控光开关将现代微流控技术和微光电子技术相结合,通过电控方法改变微流控芯片波导结构,实现光路变化。因此具有良好的可靠性,和MEMS相比其没有机械损耗,且可重复性好、结构简单、有利于光开关集成化、微型化及制作。   根据光开关的研究现状和发展,以及微流控芯片中的流体驱动和控制技术,论文提出了基于微流控技术的光开关结构,即“上盖板+带导电膜块的绝缘层+光波导层+底导电层”的夹心结构。光波导层由一对十字交叉的波导和交叉处的微管道组成,微管道的端点有储存液体的储液小槽。光开关的基本思想是:利用电压在盖板和基底上电荷的吸引力和排斥力来控制液体的流动,从而达到控制光路的目的。   微结构中的流体性质和宏观结构中有很大的不同,基于流体流动的数值模拟理论,运用ANSYS软件对储液小槽和微管道中的液体流动进行了仿真,研究了影响微流体流动的各种因素,得到一组使液体流动状态最好的储液小槽和微管道的结构参数,并分析了表面张力对液体流动的影响,以及压力和管道中液体流动速度的关系。   本文对光开关的制作材料的性能进行了分析,光开关结构基材采用性能良好的聚合物材料PDMS,它是一种各向同性的弹性材料,具有良好的光学特性。PDMS还是一种耐久性材料,有良好的绝缘性和热学稳定性,而且价格便宜,可大规模生产,制备容易。   最后,本文对加上电压之后储液小槽的上下表面进行了受力分析,结合数值模拟结果,得到电压和微流体流动的具体关系,为光开关的制作提供了理论依据。
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