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基于微流控技术的阵列光开关的波导层的研制

作　者: 朱永梅
导　师: 徐宁
学　校: 南京邮电大学
专　业: 光学工程
关键词: 光开关微流控技术光耦合损耗偏移数值分析
分类号: TN929.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 57次
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内容摘要

随着光纤通信技术的发展,特别是数据通信和DWDM(密集波分复用)系统的应用,使得具有插／分和交换功能的光开关与光开关阵列成为了光纤通信系统的重要光学器件。随着网络转向全光平台,光域优化、路由、保护和自愈的网络功能已成为关键,这一切都离不开光开关。论文中提出的微流控光纤光开关将现代微流控技术和微光电子技术相结合,通过电控方式实现光路转换。开关结构简单,速度快,易于制作。论文首先根据光开关的研究现状和发展,以及光波导理论,提出了基于微流控技术的光纤光开关结构,包括盖板、交换区域和波导层。波导层由光纤及底板组成,交换区域包括微流道、储存液体的储液小槽以及压电陶瓷。光开关的基本思想是：利用压电陶瓷的逆压电效应,挤压储液小槽中的液体及微流道中的气体,以此来控制液体的流动,从而达到控制光路的目的。损耗是光开关重要的性能参数之一,光纤光开关结构的损耗主要来源于结构中波导层及交换区域的耦合损耗。运用光波导理论及Opti-fiber软件对该损耗进行了理论仿真研究,研究了影响光开关损耗的各种因素。之后通过实验测量了光开关在不同情况下的损耗。通过仿真及实验研究得到,采用光纤作为波导光开关的损耗较大,不能达到光开关的国家标准。因此对光开关波导层的结构及材料进行分析和优化,通过实验研究证明,优化后光开关的插入损耗降低至0.73dB,为后续光开关的进一步研究和制作奠定理论及实验基础。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-8
目录  8-11
第一章绪论  11-20
  1.1 引言  11-12
  1.2 光开关在光网络中的应用  12-14
  1.3 光开关的研究现状  14-18
    1.3.1 微光机电系统(MOEMS)光开关  15
    1.3.2 液晶光开关  15-16
    1.3.3 电光效应光开关  16
    1.3.4 热光效应光开关  16
    1.3.5 喷墨气泡光开关  16-17
    1.3.6 其他类型光开关  17-18
  1.4 本课题的主要工作以及创新点  18-20
第二章微流控光开关的结构及工作原理  20-36
  2.1 微流控芯片及微流控光学  20-24
    2.1.1 微流控芯片的发展概述  20-21
    2.1.2 制作微流控芯片的材料  21-23
    2.1.3 微流控光学  23-24
  2.2 微流控芯片的制作方法  24-29
    2.2.1 原位成型法  24
    2.2.2 注塑法  24-25
    2.2.3 模塑法  25
    2.2.4 热压法  25-26
    2.2.5 激光烧蚀  26-27
    2.2.6 LIGA技术  27-28
    2.2.7 其他加工方法  28-29
  2.3 软光刻制作微流控芯片的实验研究  29-32
    2.3.1 仪器装置  29
    2.3.2 实验材料与试剂  29
    2.3.3 微流控芯片的制备  29-31
    2.3.4 实验结果  31-32
  2.4 微流控光开关的结构  32-34
  2.5 微流控光开关的工作原理  34-35
  2.6 本章小结  35-36
第三章微流控光开关波导层损耗的理论仿真及实验研究  36-54
  3.1 引起光开关损耗的因素  36-42
    3.1.1 光开关本征因素引起的损耗  36-41
    3.1.2 光开关非本征因素引起的损耗  41-42
  3.2 软件仿真的理论模型  42-44
  3.3 软件仿真参数  44
  3.4 软件仿真结果  44-48
    3.4.1 光纤端面间介质为n_0=1的空气  45-46
    3.4.2 光纤端面间介质为n_0=1.47的匹配液  46-47
    3.4.3 不同n_0下的仿真结果比较  47-48
  3.5 实验研究  48-53
    3.5.1 实验研究的仪器及装置  48
    3.5.2 实验数据与仿真结果比较  48-52
    3.5.3 实验小结  52-53
  3.6 本章小结  53-54
第四章光开关的优化设计  54-65
  4.1 光开关波导层结构的优化设计  54-62
    4.1.1 光线准直技术  54-59
    4.1.2 波导层结构优化  59-62
  4.2 光开关波导层材料的优化设计  62-64
    4.2.1 波导层结构基材——PDMS  62-63
    4.2.2 弹性薄膜——TPU  63-64
    4.2.3 微流道内液体——硅油  64
  4.3 本章小结  64-65
第五章结束语  65-67
致谢  67-68
参考文献  68-72
硕士研究生期间发表论文情况  72

基于微流控技术的阵列光开关的波导层的研制

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