含一液晶缺陷层的一维光子晶体缺陷模的电场调控特性研究

当电场强度大于阈值时,液晶可以看成是单轴介质,其折射率可以通过电场方向来调控.在光子晶体中引入缺陷层液晶,利用传输矩阵法研究了含有一层填充不同液晶(分别为E7、5CB或BL-009)缺陷的一维光子晶体缺陷模的电场调控特性.结果表明:对应于E7、5CB或BL-009不同液晶缺陷,缺陷模波长可调量分别为43nm、34.5nm和37.1nm,电场对E7这种液晶相对于其他两种液晶可调量更大.随着垂直入射光与电场方向间夹角θ在(00,900)内增大,缺陷模波长向着短波方向漂移.这是由于有效折射率的变化及变化范围所引起的.     

液晶染料填充一维光子晶体局域模的电场调控及其光激发特性研究

基于液晶的电场调控特性及激光染料作为增益介质的增益模型,通过传输矩阵法理论研究了液晶染料填充一维光子晶体局域模的电场调控及其光激发特性。数值结果表明:随着垂直入射光和电场方向的夹角θ的增大,局域模波长向短波方向移动;当角度θ在(0°,90°)范围内变化时,局域模波长最大调控量达56.7nm;激光染料泵浦后不改变局域模的位置,但局域模的透射率变大了;随着增益系数的增大,局域模透射率先增大后减小,不同局域模对应不同的泵浦阈值,并且随着夹角θ的增大局域模对应的泵浦阈值将减小。     

含液晶缺陷层阶梯型双周期结构的电场方向调控特性

利用传输矩阵法研究了含向列相液晶缺陷层的一维阶梯型Double-period第四代准周期结构缺陷模的电场方向调控特性。分析了外加电场方向和正入射波方向间夹角θ与缺陷模的位置、品质因子、空间位置光场分布的变化关系,最后探讨了缺陷模的品质因子对光场强度的影响。结果表明：随着夹角θ的逐渐增大,缺陷模的位置向短波方向移动,缺陷模波长的调控量为84nm;随着夹角θ的逐渐增大,缺陷模的品质因子逐渐增大;缺陷模在空间位置的光场分布呈现出局域现象,随夹角θ的增大,空间位置的光场强度逐渐增强;缺陷模的品质因子与光场强度成正比关系。     

一维液晶缺陷光子晶体温度传感器的研究

将向列相液晶作为缺陷层引入一维光子晶体中,利用液晶折射率对温度变化敏感特性,设计了一维液晶缺陷光子晶体温度传感器。用传输矩阵法研究了传感器的温度特性,并用Matlab编程进行了模拟计算。结果表明,当温度升高时,液晶排列沿平行介质表面的传感器,缺陷峰波长向长波长方向漂移,缺陷模透射峰的宽度减小;而液晶排列沿介质表面法向的传感器,缺陷峰波长则向短波长方向漂移,缺陷模透射峰的宽度增大;传感器的温度灵敏度大于普通材料缺陷的光子晶体,与液晶材料和温度有关,温度接近液晶相变点而增大迅速;传感器缺陷峰波长的漂移与温度成非线性关系。设计了温度传感器探头结构和实验测量系统,测量结果与理论计算值符合。     

单轴晶体电光调制器的温度特性

利用线性电光效应的耦合波理论,对单轴晶体铌酸锂电光调制器的温度特性进行了研究。通过计算机进行数值计算,详细分析出射光光强随入射光方向、温度的变化关系。发现在某些入射光方向上,出射光光强不随温度的变化而变化,并且在该方向附近,角度在一定范围内是可调的,温度的稳定性可以保持。进一步还发现,当极角θ固定在0°,方位角在0~π/2,温度在243~343 K范围内变化时,调制器的温度稳定性相当好;另外,当固定在π/8,θ在0~0.0032π范围内变化时,调制器的温度稳定性也很好,出射光强对入射光强之比几乎不随温度而变化。这一结果表明,可以通过调节入射光的方向来保证调制器的温度稳定性,而这些方向是可利用线性电光效应的耦合波理论计算得出的。     

无外场作用下掺甲基红向列液晶光折变特性实验研究

制备了掺杂甲基红(质量分数1%)向列液晶薄膜样品,测量了Ar+激光的透过率与样品厚度之间的关系,发现激光的偏振方向与液晶指向矢方向垂直时,透射率最大。选择Ar+激光作为写入光,重点利用二波耦合实验测量了一阶衍射效率随样品厚度、入射光夹角、两束入射光光强、两束入射光光强比的变化关系,实验发现当液晶薄膜样品厚度为32μm,两束入射光夹角为2°,两束入射光光强分别为80mW/cm2且光强比为1∶1时具有最佳的全息存储实验条件。     

基于线偏振片和液晶可调滤光片的斯托克斯参量测量系统

为了快速获得无抖动偏振图像,本文提出了一种实时测量斯托克斯参量的新方法,即在固定不动的液晶可调滤光片（LCTF）前加一块可旋转的偏振片,使入射光依次经过线偏振片和LCTF到达CCD,然后通过计算接收到的光强得出斯托克斯参量,确定光束的偏振态,得到偏振图像。通过计算发现,当LCTF透光轴与系统X轴的夹角为π／8,偏振片透光轴与系统X轴夹角分别为0、π／4、π／2和3π／4时,偏振参数的获得就比较简单。偏振片的旋转代替了LCTF的旋转,测量的偏振图像无抖动,偏振度和偏振角图像精确。该系统可以获得较高的帧频,在目标识别和反伪装领域具有重要的应用价值。     

平板型光子晶体液晶微谐振腔的温度特性

在二维光子晶体薄板的中心空气孔中填充厚度与光波长相当的液晶材料,形成平板型光子晶体液晶微谐振腔结构。用时域有限差分法研究了液晶微谐振腔的温度特性,并用Matlab编程进行了数值计算。计算结果表明,由于液晶折射率是温度的函数以及微腔对光波传输的约束,当温度升高时微谐振腔的透射峰波长向长波长方向移动,透射峰半高宽度减小,品质因子增大,谐振波长和品质因子随填充因子与平板厚度的变化曲线向增大方向移动,接近液晶相变点时微腔的温度特性变化更迅速。平板型光子晶体液晶微谐振腔的温度特性,为可调光子晶体器件的设计提供了理论基础。     

旋转折变型长周期光纤光栅实现应变和温度的同时测量

提出一种基于旋转折变型长周期光纤光栅(R-LPFG)实现应变和温度同时测量的新方法.旋转折变型长周期光纤光栅是利用高频CO2激光在扭曲的普通单模通信光纤上制作的.这种特殊折变结构实现了纤芯基模与非对称包层模L1k奇模和偶模的同时耦合,从而导致R-LPFG的谐振峰发生分裂.通过对这种光栅的应变和温度特性进行实验研究发现,当对它施加轴向应力时,其传输谱的两个谐振峰会向不同方向漂移;而当外界温度改变时,两个峰则会向同一方向漂移且波长漂移灵敏度几乎相同,大约为0.07 nm/℃.     

光定域化蓝相软晶格结构的光学应用

实验利用表面光取向技术控制蓝相晶格的有序生长,将光定域化取向与分子自组装相结合。通过对基板表面进行交替的取向/非取向控制,平面内获得周期排列的微结构,使蓝相图形化结构的反射光强度在空间上形成周期性调制,同时设计制备了振幅型衍射器件;通过对基板表面做正交取向方向交替排列的微结构,使蓝相图形化结构的反射光相位在空间上形成周期性调制,设计制备了相位型衍射器件。这两类衍射器件均具有对入射光的波段选择性,即只有当入射光的波长局域在蓝相的反射带时才会呈现衍射效应。蓝相液晶软物质的特性又赋予它在电场下可调谐的波段选择性,即反射带位置随电场的增加发生红移从532nm到610nm,电场撤除则回复到初始状态。同时,借助于光取向材料的光可擦写特性,蓝相晶格的取向微结构能够重复的擦写与重构,从而实现不同衍射器件乃至不同衍射调制方式的转换。     

一维掺杂光子晶体的缺陷模和偏振特性研究

利用特征矩阵法研究了两种偏振光通过一维掺杂光子晶体的缺陷模特征和偏振特性,结果表明:S偏振光的缺陷模对应的入射角随着入射波长的增大而增大,而P偏振光的缺陷模对应的入射角却随着入射波长的增大而减小;P偏振光存在明显的"广义布儒斯特角"对应的允许带,其"广义布儒斯特角"随着入射波长的增大而减小,S偏振光不存在"广义布儒斯特角".     

一维各向异性掺杂光子晶体的缺陷模特性

利用传输矩阵的方法给出了光波在一维各向异性掺杂光子晶体中传播的透射率,研究了缺陷模的相关特性,经数值模拟计算得出:光通过一维各向异性掺杂光子晶体后,透射波中TE波和TM波存在明显的缺陷模,缺陷模的中心波长位置随光波入射角的改变而不同,两个缺陷模能完全分开;TE波的缺陷模中心波长位置随着光学厚度的增大向短波方向移动,TM...     

光子晶体缺陷模的偏振特性研究

为了了解光波在一维光子晶体的传输特性,利用传输矩阵方法进行了数值模拟,并研究了缺陷层厚度对缺陷模偏振特性的影响.结果表明,入射角的变化对光子晶体的禁带及缺陷模影响较大,它们都随入射角的增大向高频(短波)方向移动,s偏振的禁带宽度逐渐增宽而p偏振的禁带宽度变化不明显,p偏振的缺陷模频移较s偏振的稍大.随着入射角的增大,s偏振的缺陷模越来越细、品质因子逐渐增大,而p偏振的缺陷模变化趋势则刚好相反.     

一维缺陷光子晶体多个禁带中的窄带缺陷模

用特征矩阵法研究了一维缺陷光子晶体的透射谱。结果发现:在一维缺陷光子晶体的透射谱中的多个禁带内都有窄带缺陷模,窄带缺陷模的波长越大,其宽度越大;当入射角增大后,波长越长的窄带缺陷模的强度变化越小,位置向短波方向移动越多,且S偏振光与P偏振光的窄带缺陷模的分离越大;增大一维缺陷光子晶体中周期性介质的厚度,窄带缺陷模的波长和移动的范围都增大。本研究对一维缺陷光子晶体的窄带缺陷模的选择使用具有重要意义。     

一种基于二氧化钒材料的可调谐吸波器设计

为了在THz波段获得TE波下的可调谐吸收频谱, 采用全波仿真的方法, 设计了一款基于二氧化钒材料的可调谐THz吸波器, 对该吸波器的吸收频谱、电场图、表面电流图以及能量损耗图进行分析, 并讨论了结构参量h₄, k以及入射角度θ对吸收频域和吸收带宽的影响。结果表明, 通过外部温控的方式改变二氧化钒谐振单元的物理特性可以获得可调谐的吸收频谱并改善吸波器的吸收性能, 该吸波器在温度T≥68℃时, 可以实现在2.70THz~3.36THz频段的宽带吸收(吸收率在90%以上), 相对带宽达到21.8%;在T＜68℃时, 可以实现多个单频点的吸收; 改变结构参量h₄, k可以改变吸收频点的位置以及吸收带宽, 改变入射角度θ可以影响吸波器的吸收效果。该研究对可调谐太赫兹器件的进一步探究是有帮助的。     

复介质光量子阱光传输特性的增益效应

利用传输矩阵法,研究复介质光量子阱光传输特性的增益效应机制,结果表明复介质对光量子阱内部局域电场和分立共振透射峰的透射率均具有增益放大作用:复介质光量子阱与实介质光量子阱一样,内部也存在很强的局域电场以及透射谱中也出现分立的共振透射峰,但复介质光量子阱的内部局域电场和分立共振透射峰会出现增益放大现象。在光量子阱的组成介质A中掺入具有增益效应的激活性杂质时,光量子阱的内部局域电场首先随着激活性杂质含量的增加而放大增强,但增益放大到极大值后又开始衰减下降,而且不同入射光波长,光量子阱内部局域电场增益放大的极大值及其对应的激活杂质含量不同,其中对处于短波方向的光入射时内部局域电场对激活杂质含量的响应最灵敏最高,而且内部局域电场增益放大的极大值最大,对处于长波方向的光入射时内部局域电场对激活杂质含量的响应灵敏度最低,内部局域电场增益放大的极大值最小。复介质光量子阱光传输特性的增益效应机制,对新型光学滤波器、光学放大器和激光器等光学器件的理论研究与实际设计,以及光量子阱光传输特性的内在机制研究等,均具有积极的指导意义。