專利名稱：一種溫度可調(diào)的光子晶體光纖太赫茲波濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種實(shí)心塑料光子晶體光纖，特別是一種溫度可調(diào)的光子晶體光纖太赫茲波濾波器。
背景技術(shù)：
太赫茲波(Terahertz Wave),是指頻率在O. I-IOTHz范圍內(nèi)的電磁波(ITHz = 1012Hz)，物質(zhì)在太赫茲波段的發(fā)射、反射和透射光譜中包含有豐富的物理和化學(xué)信息，在物理、化學(xué)、天文學(xué)、分子光譜、生命醫(yī)學(xué)科學(xué)等基礎(chǔ)領(lǐng)域以及醫(yī)學(xué)成像、環(huán)境檢測(cè)、射電天文、移動(dòng)通訊、衛(wèi)星通信和軍用雷達(dá)等應(yīng)用領(lǐng)域具有重大的科學(xué)研究價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。太赫茲波濾波器是從包含多個(gè)頻率分量的信號(hào)提取出所需要頻率的信號(hào)，是一種重要的控制太赫茲波傳輸?shù)钠骷?，目前太赫茲濾波器主要基于液晶、量子阱、二維光子晶體、表面等離子體等結(jié)構(gòu)。自從2003年英國的TimothyD D報(bào)道了光子晶體太赫茲濾波器以來，引起了人們廣泛的關(guān)注。光子晶體的概念最早由E. Yablonovitch和S. John分別提出，如果將不同介電常數(shù)的介質(zhì)材料組成周期結(jié)構(gòu)，光波受到介質(zhì)周期勢(shì)場(chǎng)的影響而具有能帶，這種能帶結(jié)構(gòu)叫做光子帶隙。能量與光子帶隙相同的光子被禁止在該種帶隙材料中傳播。而光子晶體光纖(Photonic Crystal Fiber,PCF)白勺概念最早由ST. J. Russell等人于1992年提出，它在石英光纖中沿軸向均勻排列著空氣孔，從光纖端面看，存在周期性的二維結(jié)構(gòu)，具有和光子晶體類似的性質(zhì)。如果其中一個(gè)孔遭到破壞或缺失，則會(huì)出現(xiàn)缺陷，光就能夠在缺陷內(nèi)傳播。液晶是介于完全規(guī)則的晶體和各向同性的液體之間中間態(tài)的一種物質(zhì)，一般情況下光軸與分子的長軸方向一致，構(gòu)成液晶物質(zhì)的分子，大體上呈細(xì)長棒狀或扁平狀，其分子排列大部分具有固定的電偶極矩，由于液晶分子排列并不像晶體分子的排列那樣牢固，所以很容易受到電場(chǎng)、磁場(chǎng)、溫度、應(yīng)力以及吸附雜質(zhì)等外部刺激的影響，從而使其光學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化。當(dāng)對(duì)液晶盒施加外部電場(chǎng)、磁場(chǎng)、溫度、應(yīng)力等時(shí)，液晶的雙折射率將會(huì)發(fā)生變化。近年來，利用液晶的雙折射特性，設(shè)計(jì)制作可調(diào)諧濾波器成為一大研究熱點(diǎn)。我國臺(tái)灣國立交通大學(xué)Ru-Pin Pan等利用液晶設(shè)計(jì)制作了太赫茲波利奧型可調(diào)濾波器，利用液晶的雙折射率特性，通過調(diào)節(jié)延遲器，就可以得到所需的透射譜。然而，利用量子阱和表面等離子體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制備太赫茲濾波器工藝復(fù)雜，工作環(huán)境要求嚴(yán)格；利用液晶和光子晶體設(shè)計(jì)制備太赫茲波濾波器工藝簡單，且能夠在室溫下運(yùn)轉(zhuǎn)，有著比較好的應(yīng)用前景。為此，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種全新的太赫茲波濾波器，把液晶材料填充到光子晶體光纖的空氣孔內(nèi)，通過控制液晶的雙折射率來調(diào)諧光子晶體光纖帶隙，改變太赫茲波的傳輸頻率，達(dá)到寬調(diào)諧范圍、窄帶寬調(diào)諧濾波目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是克服以往的濾波器對(duì)制作工藝和工作環(huán)境的嚴(yán)格限制，提供一種工藝簡單、能在室溫下工作、并能靈活控制其傳輸頻率的溫度可調(diào)的光子晶體光纖太赫茲波濾波器。本發(fā)明的技術(shù)方案—種可調(diào)的光子晶體光纖太赫茲波濾波器，其光子晶體光纖為纖芯包層結(jié)構(gòu)，包層中央的實(shí)芯即為纖芯，包層中間設(shè)有三層呈正六邊形排列的空氣孔且相鄰空氣孔均呈正三角形排列，包層空氣孔中填充對(duì)溫度敏感的向列相液晶5CB且其分子長軸方向沿著光纖軸方向。所述包層材料為聚乙烯，折射率為I. 5。所述空氣孔的直徑為O. 5mm，空氣孔中心距為I. 25mm，三層正六邊形排列空氣孔的外接圓直徑為8. 3mm。所述液晶的工作溫度為25-34°C。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果本發(fā)明在實(shí)芯光子晶體光纖的包層中填充液晶后，導(dǎo)光機(jī)制變?yōu)閹缎?yīng)。由于液晶具有對(duì)溫度的敏感性，所以通過控制液晶工作環(huán)境的溫度就可以改變液晶的折射率， 從而靈活調(diào)諧光子晶體帶隙來改變太赫茲波的傳輸頻率，而無需改變光纖的幾何結(jié)構(gòu)。填充液晶前的實(shí)心光子晶體光纖所用的材料是容易獲得的聚乙烯，并且其結(jié)構(gòu)參數(shù)在mm量級(jí)，比普通的石英材料的光子晶體光纖更容易制備，并且所填充的液晶的工作溫度在室溫內(nèi)容易調(diào)節(jié)，節(jié)省了人力和物力，有利于降低生產(chǎn)成本。


圖I
圖中
圖2
圖3
圖4
空氣孔 3.纖芯
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一種可調(diào)的光子晶體光纖太赫茲波濾波器，如圖I所示，其光子晶體光纖為纖芯包層結(jié)構(gòu)，包層材料為聚乙烯，折射率為I. 5，包層I中央的實(shí)芯即為纖芯3，包層I中間設(shè)有三層呈正六邊形排列的空氣孔2且相鄰空氣孔2均呈正三角形排列，空氣孔的直徑為 O. 5mm，空氣孔中心距為I. 25mm，三層正六邊形排列空氣孔的外接圓直徑為8. 3mm，包層空氣孔2中填充對(duì)溫度敏感的向列相液晶5CB，液晶5CB的折射率大于聚乙烯材料的折射率， 25°C時(shí)5CB液晶的非常光的折射率和尋常光的折射率分別為I. 77和I. 58，填充時(shí)分子長軸方向沿著光纖軸方向，如圖2所示。包層材料為聚乙烯，折射率為I. 5。在此填充方式下傳播的光經(jīng)歷的折射率為液晶的尋常折射率。液晶的工作溫度為25°C -34°C，在O. 2-1. OTHz的頻率范圍內(nèi)并在此溫度范圍內(nèi)液晶的尋常折射率范圍為I. 55-1. 65，大于基底折射率，光通過帶隙效應(yīng)被限制在纖芯內(nèi)傳播。2008年Ru-Pin Pan等人通過時(shí)域太赫茲光譜得到了 5CB液晶溫度依賴性的光學(xué)常數(shù)。并且從雙折射率得到液晶的序參數(shù)和可見光波段一致。擬合出了液晶折射率隨溫度變化的關(guān)系
權(quán)利要求
1.一種可調(diào)的光子晶體光纖太赫茲波濾波器，其特征在于其光子晶體光纖為纖芯包層結(jié)構(gòu)，包層中央的實(shí)芯即為纖芯，包層中間設(shè)有三層呈正六邊形排列的空氣孔且相鄰空氣孔均呈正三角形排列，包層空氣孔中填充對(duì)溫度敏感的向列相液晶5CB且其分子長軸方向沿著光纖軸方向。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述可調(diào)的光子晶體光纖太赫茲波濾波器，其特征在于所述包層材料為聚乙烯，折射率為1.5。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述可調(diào)的光子晶體光纖太赫茲波濾波器，其特征在于所述空氣孔的直徑為0. 5mm,空氣孔中心距為I. 25mm，三層正六邊形排列空氣孔的外接圓直徑為 8. 3mm n
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述可調(diào)的光子晶體光纖太赫茲波濾波器，其特征在于所述液晶的工作溫度為25-34°C。
全文摘要
一種可調(diào)的光子晶體光纖太赫茲波濾波器，其光子晶體光纖為纖芯包層結(jié)構(gòu)，包層中央的實(shí)芯即為纖芯，包層中間設(shè)有三層呈正六邊形排列的空氣孔且相鄰空氣孔均呈正三角形排列，包層空氣孔中填充對(duì)溫度敏感的向列相液晶5CB且其分子長軸方向沿著光纖軸方向。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是在實(shí)芯光子晶體光纖的包層中填充液晶后，導(dǎo)光機(jī)制變?yōu)閹缎?yīng)，由于液晶具有對(duì)溫度的敏感性，所以通過控制液晶工作環(huán)境的溫度就可以改變液晶的折射率，從而靈活調(diào)諧光子晶體帶隙來改變太赫茲波的傳輸頻率，而無需改變光纖的幾何結(jié)構(gòu)。光纖材料采用聚乙烯，容易制備，節(jié)省了人力和物力，有利于降低生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)G02B6/02GK102590931SQ20121004809
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月28日
發(fā)明者任廣軍, 劉蓓, 呂蕾, 吳玉登 申請(qǐng)人:天津理工大學(xué)