Derksen, Loes: Aufbau und Charakterisierung eines kapillaren Schalters in einem hybriden Silizium-Keramik-Verbundsubstrat

Abstract in Deutsch:

Diese Arbeit befasst sich mit dem CapSwitch, einem mikrofluidischen kapillaren Schalter, der elektronisch ansteuerbar ist und optisch zwischen zwei adiabatischen Wellenleitern koppelt. Es können insgesamt acht Eingangswellenleiter angebracht werden und pro Eingang können vier Ausgänge angesteuert werden. Um diesen optischen Schaltvorgang elektronisch zu steuern, wird mit zwei nicht mischbaren Fluiden gearbeitet, einem polaren Fluid und einem apolaren Fluid. Diese besitzen unterschiedliche Brechungsindices. Das Schalten von einem adiabatischen Wellenleiter auf einen anderen erfolgt durch den Wechsel von apolarem zu polarem Fluid. Das polare Fluid ermöglicht die adiabatische Kopplung zwischen Ein- und Ausgang. Damit diese Kopplung räumlich definiert ist, werden die Fluide in einem engen Kanalabschnitt (Kapillare) geschaltet, welcher direkt zwischen Ein- und Ausgangswellenleiter liegt. Der CapSwitch kann zum Beispiel in der Telekommunikationsinfrastruktur genutzt werden um das manuelle Umschalten zwischen Wellenleitern zu ersetzen. Dies bietet eine schnelle und flexible Lösung um auf Wellenleiterdefekte zu reagieren. Der Schalter basiert auf dem Electrowetting on dielectrics (EWOD) Prinzip. Dafür befinden sich Elektroden unter den Kapillaren. Wenn eine Spannung an einer Elektrode angelegt wird, zieht sich das polare Fluid in diese Kapillare. Weil es ein abgeschlossenes fluidisches System ist, wird das apolare Fluid in, die nicht mit Spannung beaufschlagt Kapillaren verdrängt. Eine Schaltreihe besteht aus vier Kapillaren. Eine Kapillare ist mit polaren Fluid gefüllt die anderen drei mit apolaren. Insgesamt verfügt der CapSwitch über acht Schaltkanäle und somit 32 Schaltkapillaren. Die Arbeit beschreibt die Ansteuerung der Elektroden mittels Mikrocontroller. Durch eine Programmierung und mehrere Eingangstaster ist die Ansteuerung einfach zu handhaben. Dazu wird ein Überblick über die Funktionsweise des Schalters und die dafür benötigten Effekte gegeben. Am Schluss wird die elektronische Schaltung zur Ansteuerung des Schalters, sowie der verwendete Softwarecode erläutert.