專(zhuān)利名稱(chēng)：一種電壓可調(diào)的雙芯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)明涉及一種空心光子晶體光纖濾波器，特別是一種電壓可調(diào)的雙芯光子晶體光纖太赫茲波導(dǎo)。
背景技術(shù)：
太赫茲波是指頻率在0.1THZ到10THZ之間、波長(zhǎng)在0.03mm-3mm之間的電磁波。它在長(zhǎng)波段與毫米波重疊，短波段與紅外線(xiàn)有重疊。THZ波所處的特殊位置使THZ技術(shù)成為連接電子學(xué)和光子學(xué)的橋梁，具有非常重要的學(xué)術(shù)和應(yīng)用價(jià)值。由于太赫茲波在自由空間的傳輸損耗很大，所以以波導(dǎo)為基礎(chǔ)的太赫茲器件是太赫茲波能否廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵。光子晶體光纖是一種新型光纖，相比普通光纖，光子晶體光纖有很多優(yōu)點(diǎn):如無(wú)截止的單模特性、低損耗特性、靈活的色散特性等。按照纖芯材料的不同，光子晶體光纖可以分為空心光子晶體光纖和實(shí)心光子晶體光纖。并且通過(guò)改變光子晶體光纖空氣孔的半徑、孔間距等幾何參數(shù)可以靈活的改變光子晶體光纖的傳輸特性。普通光子晶體光纖的材料為石英，而石英在太赫茲波傳輸中的損耗很大，所以普通的光子晶體光纖難以作為太赫茲波導(dǎo)。后來(lái)人們研制出了作為太赫茲波導(dǎo)的聚四氟乙烯塑料光子晶體光纖，將光子晶體光纖拓展到了太赫茲波段。又相繼出現(xiàn)了用高濃度聚乙烯所制作的塑料光子晶體光纖，用于太赫茲波段表現(xiàn)出了低損耗和相對(duì)低色散的特性。用于太赫茲波導(dǎo)的光子晶體光纖的結(jié)構(gòu)參數(shù)在_量級(jí)，相對(duì)于可見(jiàn)光或者紅外波段的光子晶體光纖更各易制備。以往的光子晶體光纖制作完成后就無(wú)法再改變其傳輸特性，但是實(shí)際應(yīng)用中需要根據(jù)需求來(lái)調(diào)整傳輸特性。所以為了節(jié)省制作時(shí)間和成本，有必要研究一種不用改變光子晶體光纖的結(jié)構(gòu)就可以改變其傳輸特性的光子晶體光纖太赫茲波導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)上述存在的問(wèn)題，提供一種電壓可調(diào)的雙芯光子晶體光纖太赫茲波濾波器，本發(fā)明制成的太赫茲光子晶體光纖濾波器可以解決以往的光子晶體光纖制作完成后就無(wú)法再改變其傳輸特性的問(wèn)題，本發(fā)明無(wú)需改變光子晶體光纖結(jié)構(gòu)，就可以靈活控制其傳輸特性可調(diào)，并且較以往的單芯結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的雙芯結(jié)構(gòu)提高了靈敏度。本發(fā)明提供的電壓可調(diào)的雙芯光子晶體光纖太赫茲波濾波器，包括包層和纖芯，所述包層由塑料材料和具有三角形周期排列的空氣孔組成，包層中央的兩空氣孔作為纖芯，纖芯中兩空氣孔的半徑大于包層中周期排列的空氣孔的半徑，纖芯的兩空氣孔中填充對(duì)電壓敏感的向列相液晶。包層的材料為容易獲得的聚乙烯，折射率為1.5。纖芯的兩空氣孔中填充的向列相液晶為向列相液晶5CB，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1.77和1.58，液晶的折射率大于包層的折射率。包層中空氣孔的半徑r=0.25mm,空氣孔間距L=L 25mm,纖芯中兩空氣孔的直徑d=0.8mm。本發(fā)明的工作機(jī)理: 通過(guò)控制液晶的工作電壓，就可以改變液晶的有效折射率，從而靈活控制光纖的傳播模式、有效模場(chǎng)面積和零色散范圍。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:I)在雙芯光子晶體光纖的纖芯中填充液晶后，導(dǎo)光機(jī)制由復(fù)雜的帶隙效應(yīng)轉(zhuǎn)變成了全反射。2)由于液晶對(duì)外界條件的敏感性，所以通過(guò)控制液晶的外加電壓就可以改變?cè)撎掌澆▽?dǎo)的傳輸特性，而無(wú)需改變光纖的幾何結(jié)構(gòu)。3)米用雙芯結(jié)構(gòu),太赫茲在纖芯中傳輸過(guò)程中在雙芯間稱(chēng)合傳輸,減少了模間色散，具有較好的靈敏度。4)用電壓作為控制條件，避免了外界溫度等條件對(duì)傳輸特性的影響。5)填充液晶前的雙芯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_量級(jí)，比普通的石英材料的光子晶體光纖更容易制備。


圖1是太赫茲光子晶體光纖模型截面結(jié)構(gòu)示意圖，圖中:1.聚乙烯包層，2.周期排列的空氣孔，3.纖芯中填充液晶的兩空氣孔，其中:空氣孔間距Λ=1.25mm，纖芯中兩空氣孔的直徑d=0.8mm。圖2是太赫茲光子晶體光纖的有效折射率隨電壓的變化曲線(xiàn)。圖3太赫茲光子晶體光纖的有效模場(chǎng)面積隨電壓的變化曲線(xiàn)。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)實(shí)施例詳細(xì)描述本發(fā)明所提供的電壓可調(diào)的雙芯光子晶體光纖太赫茲波濾波器。但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，在權(quán)利要求的范圍內(nèi)，可以做出形式上和細(xì)節(jié)上的多種變型。因此本發(fā)明絕不僅限于以下所述的實(shí)施例。實(shí)施例:如圖1所示，電壓可調(diào)的雙芯光子晶體光纖太赫茲波濾波器，包括包層和纖芯，包層I由塑料材料和具有三角形周期排列的空氣孔2組成。包層中央的兩空氣孔作為纖芯3，空氣孔2的半徑r為0.25mm,空氣孔間距Λ =1.25mm,纖芯中兩空氣孔直徑d=0.8mm。纖芯的兩空氣孔中填充對(duì)電壓敏感的向列相液晶5CB，填充時(shí)分子長(zhǎng)軸方向沿著光纖軸方向。包層所用塑料材料為聚乙烯，折射率為1.5。而此填充方式下傳播的光的折射率為液晶的尋常折射率。液晶的工作電壓為0-30V。在0.2——1.0THz的頻率范圍內(nèi)并在此電壓范圍內(nèi)液晶的尋常折射率范圍為1.55-1.65，大于包層折射率，光被限制在纖芯內(nèi)傳播。用有限元軟件模擬出頻率在0.625THZ,溫度范圍為25°C — 34°C的有效折射率隨溫度的變化曲線(xiàn)，如圖2，可以看出隨電壓的升高，有效折射率從1.588降到了 1.555。同樣得到有效模場(chǎng)面積隨電壓變化曲線(xiàn)，如圖3，可以看出模場(chǎng)面積隨著電壓的升高而降低。
權(quán)利要求
1.一種電壓可調(diào)的雙芯光子晶體光纖太赫茲波濾波器,包括包層和纖芯，其特征在于所述包層由塑料材料和具有三角形周期排列的空氣孔組成，包層中央的兩空氣孔作為纖芯，纖芯中兩空氣孔的半徑大于包層中周期排列的空氣孔的半徑，纖芯的兩空氣孔中填充對(duì)電壓敏感的向列相液晶。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓可調(diào)的雙芯光子晶體光纖太赫茲波濾波器，其特征在于所述包層的材料為容易獲得的聚乙烯，折射率為1.5。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓可調(diào)的雙芯光子晶體光纖太赫茲波濾波器，其特征在于所述纖芯的兩空氣孔中填充的向列相液晶為向列相液晶5CB，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1.77和1.58，液晶的折射率大于包層的折射率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的電壓可調(diào)的雙芯光子晶體光纖太赫茲波濾波器，其特征在于所述包層中周期排列的空氣孔的半徑r=0.25mm，空氣孔間距L=L 25mm，纖芯中兩空氣孔的直徑d=0.8mm。
全文摘要
一種電壓可調(diào)的雙芯光子晶體光纖太赫茲波濾波器。包括包層和纖芯，所述包層由塑料材料和具有三角形周期排列的空氣孔組成，包層中央的兩空氣孔作為纖芯，纖芯中兩空氣孔的半徑大于包層中周期排列的空氣孔的半徑，纖芯的兩空氣孔中填充對(duì)電壓敏感的向列相液晶。包層的材料為容易獲得的聚乙烯，折射率為1.5。纖芯的兩空氣孔中填充的向列相液晶為向列相液晶5CB。本發(fā)明提供的太赫茲光子晶體光纖濾波器可以解決以往的光子晶體光纖制作完成后就無(wú)法再改變其傳輸特性的問(wèn)題，無(wú)需改變光子晶體光纖結(jié)構(gòu)，就可以靈活控制其傳輸特性可調(diào)，并且提高了靈敏度。
文檔編號(hào)G02B6/02GK103105643SQ20131006936
公開(kāi)日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2013年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月5日
發(fā)明者任廣軍, 高欣 申請(qǐng)人:天津理工大學(xué)