專利名稱：光開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光開關(guān)，更具體地，涉及一種可以通過用激光加熱裝置來加熱液體從而使液體可移動而控制光信號行進方向的光開關(guān)。
背景技術(shù)：
光開關(guān)用來將用于不同通道的多個光信號中的特定光信號以光通訊系統(tǒng)中所需方向傳輸給通道，具體地，以采用波長分復(fù)方法(a wavelengthdivision multiplexing method)的光通訊系統(tǒng)中所需方向。在這種光通訊系統(tǒng)中，波導(dǎo)相互垂直交叉，且一個可裝盛液體的容器設(shè)置在波導(dǎo)的交叉點上而相對于波導(dǎo)傾斜。為了進行開關(guān)操作，有多種方法在容器的液體中產(chǎn)生氣泡，并通過利用表面張力根據(jù)空氣邊界表面溫度的不同的變化來移動容器中的液體。
參照圖1和圖2，在傳統(tǒng)光開關(guān)中，波導(dǎo)103在基板100上排列成N×M階矩陣的形式。裝盛液體105的容器110對角地安裝在波導(dǎo)103的交叉點103a上。加熱液體105的加熱器115安裝在基板100上與波導(dǎo)103在一起。此處，容器110包括裝盛液體105的頭部110a和設(shè)置在交叉點103a的尾部110b。
具有上述結(jié)構(gòu)光開關(guān)的操作參照圖2進行描述。首先，當光信號傳輸時，加熱器115加熱液體105。然后，液體105和空氣之間的邊界表面的表面張力降低，使得液體105向容器110的尾部110b移動。因為光開關(guān)是一微型裝置，主要施加在液體105上的力不是重力而是表面張力，于是表面張力極大地影響了液體105的運動。而且，因為表面張力有與溫度和電場成反比的特性，當熱量施加到液體上時，表面張力減小，且液體在表面張力減小的方向上移動。
當液體105向容器110的尾部110b移動時，光信號穿過液體105并向前行進。此處，使用了具有與波導(dǎo)103相同或相似折射率的液體105，于是光信號遇到液體，光信號幾乎不反射并穿過它。
為了反射光信號，加熱器115的加熱終止以增加液體105和空氣間的表面張力，使得液體105向容器110的頭部110a移動。當光信號在液體105完全從尾部110b移動到頭部110a之后輸入，光信號全部被容器110反射。此處，因為容器110中氣體的折射率小于波導(dǎo)103的折射率，所以以預(yù)定角度或更大角度輸入的光信號可以被全反射。
例如，第3行第2列的容器(A)中的液體105和第2行第3列的容器(B)中的液體105加熱，以移動液體到尾部110b，使得光信號穿過這兩個容器，而在其余容器內(nèi)的液體未加熱，且液體駐留在容器110的頭部110a，使得光信號全反射，且可以沿所需路徑傳輸。于是，向第3行第1列的容器輸入的光信號被全反射，且穿過第3行第2列的容器(A)，并在預(yù)定的透射和全反射之后最終輸出到所需通道中。
相應(yīng)地，光信號可以通過透射或全反射光信號而傳輸?shù)剿璺较蛏系耐ǖ纼?nèi)。然而，在上述光開關(guān)中，因為加熱液體的加熱器115同形成有波導(dǎo)103的基板100上的容器110一起制造，如果在光開關(guān)操作過程中有任何一個加熱器不工作，則整個光開關(guān)由于該加熱器而不能使用，這是不高效和不經(jīng)濟的。有另外一種加熱液體的方法，它通過對其加電壓，而不是使用加熱器。這種方法也有同樣的問題。也就是，因為光開關(guān)以N×M階矩陣的形式而不是以簡單的形式配置，所以在基板上同時安裝波導(dǎo)、加熱器和容器就要求非常精確和復(fù)雜的生產(chǎn)工藝，于是生產(chǎn)率降低。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種通過用激光加熱裝置加熱液體的光開關(guān)，該加熱裝置安裝成能夠從設(shè)置波導(dǎo)的基板上分離，于是，當任何一個激光加熱裝置不工作時，可以僅替換故障激光加熱裝置。
為了達到上述目的，提供了光開關(guān)基板、傳輸光信號的在基板間以矩陣形式排列且具有至少一個交叉點的波導(dǎo)、每個均裝盛有液體且在波導(dǎo)的每個交叉點處排列的容器；以及具有與各個容器相應(yīng)的激光器以選擇性加熱液體的激光加熱裝置。
本發(fā)明中優(yōu)選的是在容器和相應(yīng)于每個容器的激光器之間設(shè)置的微距鏡陣列，使得發(fā)自每個激光器的光聚焦在每個容器上。
本發(fā)明中優(yōu)選的是激光加熱裝置安裝得能夠從基板上分離。


結(jié)合附圖，本發(fā)明的上述目的和優(yōu)點可以通過對優(yōu)選實施例的詳細描述而變得更清楚，附圖中圖1是示出呈矩陣形式的傳統(tǒng)光開關(guān)的透視圖；圖2是用于說明傳統(tǒng)光開關(guān)運行的平面圖；圖3是本發(fā)明光開關(guān)的局部剖開的透視圖；圖4是用于說明本發(fā)明光開關(guān)工作的視圖；以及圖5是示出本發(fā)明光開關(guān)的剖視圖。
具體實施例方式
參照圖3，本發(fā)明的光開關(guān)包括一對基板10、多個排列成矩陣且具有交叉點15a的用于傳輸光信號的波導(dǎo)15、多個每個均裝盛液體20且排列在波導(dǎo)15的每個交叉點15a處的容器25；以及具有多個每個均設(shè)置在與每個容器25相應(yīng)位置處的激光器30的激光加熱裝置40。
此處，如圖4所示，每個容器25均包括頭部25a，以及尾部25b，其中液體20以液體20未加熱的狀態(tài)儲存在該頭部內(nèi)，尾部25b對角地設(shè)置在每個交叉點15a處以全反射或透射光信號。例如，當液體20僅儲存在頭部25a內(nèi)而不是尾部25b內(nèi)時，輸入到尾部25b的光信號在方向D上全反射。當液體20儲存在尾部25b時，輸入的光信號穿過容器25并在方向C上行進。
如圖3和圖5所示，激光加熱裝置40包括與每個容器25相對應(yīng)的激光器30，且激光器設(shè)置成與容器25相應(yīng)的矩陣形式，使得各激光器30可聚焦在每個容器25上。此處，垂直諧振腔(cavity)表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器或邊緣發(fā)射半導(dǎo)體激光器優(yōu)選地用作激光器30。因為垂直諧振腔表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器易于制造且具有出眾的加熱特性，所以考慮到光傳輸速率它是有利的。
另外，用于聚焦發(fā)射自激光器30的光的微距鏡陣列45可以進一步設(shè)置在激光器30和與之對應(yīng)的容器25之間。微距鏡陣列45以MEMS(微電子機械系統(tǒng))方法生產(chǎn)，使得能量損失可以通過增加激光器30的聚集效率而減小。
在通過使用具有上述結(jié)構(gòu)的光開關(guān)進行的光信號傳輸中，確定了傳輸光信號的波導(dǎo)路徑，而且還確定了全反射或透射光信號的容器。然后，透射光信號的容器由設(shè)置成與容器相對應(yīng)的激光器30加熱。然后，容器25中液體20的表面張力降低，液體20向尾部25b移動。當激光器30關(guān)閉，且液體20向頭部25a移動時，輸入到容器25的光信號全反射。此處，液體20的折射率與波導(dǎo)15的折射率相同或相似。另外，容器25內(nèi)的氣體的折射率小于波導(dǎo)15的折射率，且光信號的入射角根據(jù)全反射的臨界角確定。
例如，乙醇具有約1.3的折射率、2.41(J/g℃)的比熱、以及0.8(kg/l)的比重。當垂直諧振腔表面發(fā)射激光器用作激光器時，假設(shè)功率為約2mW且容器的體積為20μm×10μm×50μm，液體的質(zhì)量為10×10-12×0.8＝(8×10-9g)。當液體被加熱到78.3℃的沸點以充分減小具有上述質(zhì)量的乙醇的表面張力時，需要以下能量E。
〔等式1〕E＝ΔT×m×h＝60×8×10-9×2.41＝1.1568×10-6(J)如果光束直徑為10μm，當具有約2mW輸出功率的垂直諧振腔表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器的輸出通過使用微距鏡進行會聚時，獲得上述能量所需的時間(t)如下〔等式2〕t=1.1568×10-6(J)2×10-3(J/s)]]>＝5.784×10-4(s)乙醇僅是一個例子，而不同類型的液體可以根據(jù)波導(dǎo)15的折射率選擇和使用。占據(jù)容器25空間的氣體的折射率必須小于波導(dǎo)15的折射率。光信號需要根據(jù)全反射的臨界角輸入，使得光信號可以全發(fā)射。
如上所述，在根據(jù)本發(fā)明的光開關(guān)中，因為液體可以通過使用激光加熱裝置而移動，光信號可以選擇性地透過或全反射，于是光信號可以傳輸?shù)剿柰ǖ?。此處，激光加熱裝置獨立于設(shè)置波導(dǎo)的基板而提供，使得生產(chǎn)工藝簡化。另外，當部分激光加熱裝置不能工作時，僅需要替換激光加熱裝置，而不需要替換整個光開關(guān)，這非常有利于循環(huán)使用。
權(quán)利要求
1.一種光開關(guān)，其中包括基板、傳輸光信號的在基板間以矩陣形式排列且具有至少一個交叉點的波導(dǎo)、每個均裝盛有液體且在波導(dǎo)的每個交叉點處排列的容器，以及具有與各個容器相應(yīng)的激光器以選擇性加熱液體的激光加熱裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光開關(guān)，其特征在于，微距鏡陣列設(shè)置在容器和與每個容器相對應(yīng)的激光器之間，使得從每個激光器發(fā)出的光聚焦到每個容器上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光開關(guān)，其特征在于，激光器是垂直諧振腔表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光開關(guān)，其特征在于，激光加熱裝置安裝成能夠與基板分離。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光開關(guān),其中包括基板、傳輸光信號的在基板間以矩陣形式排列且具有至少一個交叉點的波導(dǎo)、每個均裝盛有液體且在波導(dǎo)的每個交叉點處排列的容器,以及具有與各個容器相對應(yīng)的激光器以選擇性加熱液體的激光加熱裝置。于是,通過僅更換激光加熱裝置,光開關(guān)可以更容易地制造和使用。
文檔編號G02B26/02GK1366208SQ0113293
公開日2002年8月28日 申請日期2001年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月17日
發(fā)明者金圣哲 申請人:三星電子株式會社