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Driving Voltage Analysis for Fast Response of Waveguide Optical Switch Based on Movement of Liquid Droplet Driven by Electrostatic Force 정전기력에 의해 구동되는 액체 방울의 움직임에 기반한 도파관 광스위치의 빠른 응답을 위한 구동 전압 분석

Takuji IKEMOTO, Yasuo KOKUBUN

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요약 :

마이크로채널에 주입된 액적의 구동에 필요한 정전기력을 연구하여 액적의 이동에 따른 도파관 광스위치의 구동전압을 감소시키는 유도 원리를 얻었다. 우리는 문턱 전압과 액적 속도, 마이크로 채널의 표면 거칠기 사이의 관계를 분석적으로 계산하고, 실험 결과와 공기역학적 분석을 비교하여 확인되지 않은 일부 매개변수를 명확히 했습니다. 마이크로 채널 내 액적의 구동은 액적 양쪽 끝의 움직임을 고려한 Hagen-Poiseuille 유동 이론을 사용하여 가장 잘 분석되었습니다. 액적이 외력에 의해 구동되면 이동 시작 시 외력의 임계값이 발생하고 마이크로채널의 측벽에 대한 액적의 접촉각에서 히스테리시스가 발생합니다. 접촉각의 히스테리시스는 측벽의 거칠기로 인해 발생합니다. 실험에서 임계 전압 범위는 200~350V이고 스위칭 시간은 34~36ms입니다. 이러한 실험 결과로부터 액적의 속도는 0.3-0.4 mm/s로 평가되었습니다. 한편, 측정된 측벽 거칠기의 각도 분포는 30~110도 범위였으며, 문턱전압은 100~320V로 평가되어 실험결과와 좋은 일치를 보였다. 문턱전압의 감소는 마이크로채널의 측벽 거칠기를 평활화함으로써 실현될 수 있다. 수평 스폿 크기를 10μm까지 단축하면 광 스트림 스위치에 필요한 1.5ms의 스위칭 시간을 얻을 수 있습니다.

발행
IEICE TRANSACTIONS on Electronics Vol.E91-C No.12 pp.1923-1932
발행일
2008/12/01
공개일
온라인 ISSN
1745-1353
DOI
10.1093/ietele/e91-c.12.1923
원고의 종류
PAPER
범주
광전자 공학

작성자

키워드