液晶填充聚合物光子晶体光纤的热可调特性研究

【作者】 王豆豆； 王丽莉； 李百宏；

【机构】 西安科技大学理学院； 中国科学院西安光学精密机械研究所信息光子学研究室；

【摘要】 光子晶体光纤(PCF)由于灵活的孔道结构而具有无限单模、色散可调、极高/低的非线性和高双折射等新奇的传输特性。聚合物光子晶体光纤(p PCF)则既具有PCF的传输特性,又具备加工温度低、制备方法多、质量轻、挠性好和原材料价格低廉等诸多优点。然而,一旦被拉制完成,PCF的传输特性就不再变化。如果在PCF的空气孔道中填充具有灵敏的热/电/磁调谐特性的向列相液晶材料,就可以通过外场激励(如温度、电场或磁场)来灵活控制PCF的传输特性。液晶与PCF的结合,为各种可调谐功能器件的实现提供了一种有效途径。本文通过在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基质、具有三角形晶格结构的p PCF包层空气孔中填充向列相液晶材料5CB,获得了带隙型p PCF。采用有限元方法(FEM)研究了结构参数及温度对光纤带隙特性的影响。由于清亮点温度比较低(cT=35.3°C),5CB液晶的寻常折射率在室温到cT之间具有较大的正温度梯度(dnd T0>0)。随着温度的增加,带隙位置发生显著红移并且带隙宽度增加。在所研究的温度范围(25.1~34.8°C)内,带隙上边界处的温度灵敏度平均可以达到27.8 nm/°C。在带隙的中心波长附近,该液晶填充p PCF和未填充液晶的p PCF之间的功率耦合效率高达99﹪。研究结论为p PCF在温度传感领域的应用及各种可调光纤器件的制备提供了理论参考。更多还原