基于微流控技术的新型光衰减器设计

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全光网络能够充分利用光纤所具有的的巨大能量,必将成为组建下一代信息网络的核心技术。可调光衰减器(Variable Optical Attenuator,VOA)能够解决全光网络各波长通道间功率不均衡的关键问题,实现增益平坦、动态增益平衡及传输功率均衡。目前常见的可调光衰减器主要有机械型、阵列波导型、液晶型和微机电系统(MEMS)型等,但都有自身的缺陷。所以迫切需要开发新型可调光衰减器。本文提出了一类基于微流控光学技术的新型可调光衰减器,将液体作为器件控制元素,通过压力驱动方式控制微流道中气/液界面位置,从而实现光能量的可控衰减,具有衰减范围大、响应速度快、结构简单、可控性强、成本低、易于制作等优点。本文首先基于微流控技术,设计了两种不同驱动方式的可调光衰减器(已申请专利):电磁驱动式光衰减器和压力驱动式光衰减器,并对所设计器件的系统结构、工作原理以及制作工艺进行了详细阐述。然后利用Fluent软件对衰减器内部流场进行了仿真,分别对微流道内气/液界面形状、驱动压强与流体界面位置及衰减量的关系、流体速度压力场分布、系统响应时间进行分析。结果表明,当微流道长度为3500μm时,衰减量调控所需压力区间为0~22Kpa,系统具有很好的可控性;当微流道长、宽、高分别为3500μm、5μm、400μm时,系统响应时间小于10ms,衰减动态范围为0~50dB。最后,对衰减器中微流道的气/液界面进行优化,使其在系统达到稳态时界面基本处于垂直状态,从而减少了对系统光学性能的影响。
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