一種基于電濕潤效應的全反射液體光開關的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及非機械式光開關技術(shù)，更具體地說，本發(fā)明涉及一種基于電濕潤效應 的全反射液體光開關技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 液體光開關器件可廣泛應用于光網(wǎng)絡、遠程光通信和信息顯示領域。由于液體器 件內(nèi)部不需要引入可移動的固體元部件，因而其具有小型化、制作簡單和低能耗等優(yōu)點。液 體光開關從實現(xiàn)機理上大概可以分為三類：第一類是利用染色液體吸收入射光來達到光開 關的功能。此類光開關制作簡單、響應時間快。但是其光衰減度極大地受限于染色液體的 濃度，因而從理論上講無法達到100%的光衰減度。第二類是通過改變液體器件中液-液曲 面的曲率，對光束進行匯聚或發(fā)散。但是通過光軸的光線不會受到影響，因而其光衰減度也 是有限的。第三類是利用微流控通道改變填充液體，從而實現(xiàn)器件中填充液體折射率的動 態(tài)變化，當入射光滿足內(nèi)部全反射條件時，此刻為光關狀態(tài)。該類器件的缺點是制作非常復 雜，其相應功耗較大。液體光開關從驅(qū)動原理來講又可以分為機械式和非機械式兩種。機 械式需要外加驅(qū)動裝置，其裝置復雜、造價昂貴。且器件本身響應時間受外界驅(qū)動裝置的固 有頻率影響，因而器件的可調(diào)控性差。非機械式光開關一般是基于電濕潤效應和介電力效 應來實現(xiàn)。但是由于介電力本身比較微弱，所以基于介電力效應的液體光開關尺寸一般較 小，嚴重限制了其應用范圍。因此就亟待研宄一種光衰減能力強、制作簡單、器件尺寸大小 不受限制的液體光開關器件。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 本發(fā)明提出一種基于電濕潤效應的全反射液體光開關。如附圖1所 示，該光開關包括上基板、透明硬質(zhì)腔體、下基板、疏水層、介質(zhì)層、ITO電極 I、ITO電極II、導電液滴和無色透明液體。兩塊ITO電極依次嵌在下基板中，且兩者之間有 間隔，ITO電極I接地，在ITO電極n上依次鍍有介質(zhì)層和疏水層。透明硬質(zhì)腔體粘在下基板 上，且恰好將兩塊ITO電極完全覆蓋。導電液滴放置在ITO電極I上，且緊貼該側(cè)的透明硬 質(zhì)腔體內(nèi)壁，其周圍填充無色透明液體。無色透明液體不導電。
[0004] 如附圖1所示，液體器件為初始狀態(tài)，ITO電極n上依次鍍有介質(zhì)層和疏水層，其 作用分別為提高器件的擊穿電壓和增大導電液滴和電極之間的接觸角。導電液放置在ITO 電極I上，其周圍充滿無色透明液體。導電液滴和無色透明液體之間會形成液-液界面。當 光束照射器件，需調(diào)整入射方向，使其照在液-液界面時恰好滿足全反射的臨界條件，光束 被導電液滴全部反射，無法從器件底部出射，此時液體器件處在光關狀態(tài)。如附圖2所示， ITO電極I接地，在ITO電極I[上外加電壓由于電濕潤效應，導電液滴會向ITO電極II方向 延伸鋪展，保持光束照射器件的入射方向不變，由于此時液-液界面的曲率發(fā)生變化，所以 照射在導電液滴上面時，入射角發(fā)生改變，不滿足原來的全反射條件，故光束被導電液滴折 射，在器件下方可以檢測到光強，此時液體器件處在光開狀態(tài)。因此可以通過控制導電液滴 的形變來實現(xiàn)光束的通斷功能。
[0005] 優(yōu)選地，透明硬質(zhì)腔體長10mm且12mm，寬4多6mm且8mm，高 6mmjjcL^8mm〇
[0006] 優(yōu)選地，ITO電極I和ITO電極n尺寸相同，長4彡5mm且4彡4,寬4彡2mm 且2. 5mm，兩塊電極兩兩間隔為4多〇? 25mm且〇? 5mm。
[0007] 優(yōu)選地，透明硬質(zhì)腔體中無色透明液體的折射率大于導電液滴的折射率，且兩種 液體密度相同。
【附圖說明】
[0008] 附圖1為一種基于電濕潤效應的全反射液體光開關初始關狀態(tài)示意圖。
[0009] 附圖2為一種基于電濕潤效應的全反射液體光開關加電開狀態(tài)示意圖。
[0010] 附圖3為實施例中外加電壓同接觸角和出射角的關系示意圖。
[0011] 上述各附圖中的圖示標號為： 1上基板、2透明硬質(zhì)腔體、3下基板、4疏水層、5介質(zhì)層、6IT0電極I、7IT0電極II8 無色透明液體、9導電液滴。
[0012] 應該理解上述附圖只是示意性的，并沒有按比例繪制。
【具體實施方式】
[0013] 下面詳細說明本發(fā)明提出的一種基于電濕潤效應的全反射液體光開關的實施例， 對本發(fā)明進行進一步的描述。有必要在此指出的是，以下實施例只用于本發(fā)明做進一步的 說明，不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制，該領域技術(shù)熟練人員根據(jù)上述
【發(fā)明內(nèi)容】
對本 發(fā)明做出一些非本質(zhì)的改進和調(diào)整，仍屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0014] 本發(fā)明的一個實施例為：上基板和下基板均為10mmX8mmPMMA(聚甲基丙稀酸 甲醋）材料制成，透明硬質(zhì)腔體為10mmX8mmX8mmPMMA材料制成。IT0電極I和IT0電極 II尺寸均為8mmX3. 5mm，介質(zhì)層為Parylene-C，厚度為1Mm，疏水層為Teflon-layer，厚度 為1Mm。兩塊電極兩兩間隔為0. 5mm。導電液滴為氯化鈉溶液，密度為1.23g/cm3,折射率 為1. 34。透明硬質(zhì)腔體中填充的無色透明液體為硅油，密度為1. 21g/cm3,折射率為1. 45。 如附圖1所示，初始狀態(tài)時，導電液滴位于腔體一側(cè)，入射光與水平方向成60°入射，此時 照在導電液體上面時恰好發(fā)生全反射，在器件下方的探測器無法探測到光強，液體器件處 在光關狀態(tài)。當把IT0電極I接地，給IT0電極II外加電壓由于電濕潤效應，導電液滴會 向IT0電極n方向涌動，此時由于導電液滴的曲面發(fā)生變化，入射角隨之變化，光束就不滿 足全反射定律，光束可以被導電液滴折射，探測器可以檢測到光強，如圖2所示，此時，器件 為光開狀態(tài)。
[0015] 附圖3是實施例中外加電壓同接觸角和出射角的關系示意圖。如附圖3所示，隨 著外加電壓的改變，導電液滴同下基板之間的接觸角發(fā)生改變，同時經(jīng)導電液滴折射后光 束的出射角也隨之變化。
【主權(quán)項】
1. 一種基于電濕潤效應的全反射液體光開關，包括：上基板、透明硬質(zhì)腔體、下基板、 疏水層、介質(zhì)層、ITO電極I、ITO電極II、導電液滴和無色透明液體；兩塊ITO電極依次嵌在 下基板中，且兩者之間有間隔，ITO電極I接地，在ITO電極II上依次鍍有介質(zhì)層和疏水層； 透明硬質(zhì)腔體粘在下基板上，且恰好將兩塊ITO電極完全覆蓋；導電液滴放置在ITO電極I 上，且緊貼該側(cè)的透明硬質(zhì)腔體內(nèi)壁，其周圍填充無色透明液體；無色透明液體不導電。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于電濕潤效應的全反射液體光開關，其特征在于，透 明硬質(zhì)腔體長IOmm且12mm，寬4多6mm且8mm，高4多6mm且8mm， ITO電極I和ITO電極II尺寸相同，長9mm且4,寬4多2mm且2. 5mm，兩 塊電極兩兩間隔為4^ 〇· 25mm且〇· 5mm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于電濕潤效應的全反射液體光開關，其特征在于，器 件在光開狀態(tài)時，調(diào)整光束入射角度至恰好在液-液界面發(fā)生全反射條件；器件在光關狀 態(tài)時，保持光束入射角度不變，外加電壓使得液-液界面曲率發(fā)生變化，不滿足全反射條 件。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于電濕潤效應的全反射液體光開關，其特征在于，透 明硬質(zhì)腔體中無色透明液體的折射率大于導電液滴的折射率，且兩種液體密度相同。
【專利摘要】本發(fā)明提出一種基于電濕潤效應的全反射液體光開關。該光開關包括上基板、透明硬質(zhì)腔體、下基板、疏水層、介質(zhì)層、ITO電極、ITO電極、導電液滴和無色透明液體。兩塊ITO電極依次嵌在下基板中，且兩者之間有間隔，ITO電極接地，在ITO電極上依次鍍有介質(zhì)層和疏水層。透明硬質(zhì)腔體粘在下基板上，且恰好將兩塊ITO電極完全覆蓋。導電液滴放置在ITO電極上，且緊貼該側(cè)的透明硬質(zhì)腔體內(nèi)壁，其周圍填充無色透明液體。無色透明液體不導電。該液體光開關能實現(xiàn)100%的光通斷的功能。
【IPC分類】G02B26-08
【公開號】CN104570330
【申請?zhí)枴緾N201510016631
【發(fā)明人】王瓊?cè)A, 劉超, 王迪, 姚黎曉, 李磊
【申請人】四川大學
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月14日