基于布拉格光纖的磁場調(diào)制液晶太赫茲開關(guān)

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1、第’)卷第$期#%%2年$月物理學(xué)報(bào)ZC:*’)，YC*$，[8LED，#%%2!%%%6$#2%U#%%2U’（)%$）U!)$)6%,I3FIV0WPX3IPXYX3I!#%%23D9?*VDB*PCE*"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""基于布拉格光纖的磁場調(diào)制液晶太赫茲開關(guān)!!）"!）!）!）#）$）!）吳張會朱良棟郭澎王倩高潤梅常勝江!）（南開大學(xué)現(xiàn)代光學(xué)研究所，光電信息技術(shù)科學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津$%%%&!）#）（天津市醫(yī)藥科學(xué)研究

2、所，天津$%%%#%）$）（桂林工學(xué)院數(shù)理系，桂林’(!%%(）（#%%)年(月!&日收到；#%%)年&月$日收到修改稿）利用中空布拉格光纖結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了一種新型的磁場調(diào)制液晶太赫茲開關(guān)*通過在包層中采用周期交錯的高密度聚乙烯和向列相液晶+&，并施加外磁場控制液晶的取向來改變液晶的折射率，從而實(shí)現(xiàn)開關(guān)的功能*該設(shè)計(jì)使開關(guān)宜于與光纖耦合，損耗小且能實(shí)現(xiàn)單模傳輸*采用有限元法模擬了開關(guān)的各項(xiàng)參數(shù)，數(shù)值計(jì)算表明，此開關(guān)的消光比可達(dá)#,-$(./*關(guān)鍵詞：太赫茲開關(guān)，布拉格光纖，液晶!"##：’#$’0，(#)!，(#&%1或光纖結(jié)構(gòu)上的不同，無法

3、在傳輸器件上直接實(shí)現(xiàn)!-引言相應(yīng)的功能*理論上雖然可以設(shè)計(jì)出與光子晶體波導(dǎo)結(jié)構(gòu)相同的光子晶體開關(guān)，但目前的工藝無法制太赫茲波（%-!—!%F0G）產(chǎn)生和探測技術(shù)的發(fā)作很長的光子晶體波導(dǎo)，而且光子晶體本身傳輸?shù)恼梗蟠蟠龠M(jìn)了太赫茲技術(shù)及其應(yīng)用的發(fā)展*在層析損耗也很大，因此基于光子晶體的開關(guān)、波導(dǎo)系統(tǒng)不成像技術(shù)、醫(yī)療診斷、環(huán)境監(jiān)測、寬帶移動通訊、雷達(dá)可能實(shí)現(xiàn)較長距離、低損耗的傳輸*和天文等領(lǐng)域，太赫茲技術(shù)都有著廣闊的應(yīng)用前采用中空布拉格光纖結(jié)構(gòu)可以有效地解決以上［!—(］景*在應(yīng)用太赫茲技術(shù)解決實(shí)際問題時，太赫茲問題*低折射率的纖芯被折射率周

4、期性變化的包層［!!］波導(dǎo)、相位控制器以及開關(guān)等功能性器件是實(shí)現(xiàn)整所圍繞的光纖都可以稱作布拉格光纖*纖芯不使個系統(tǒng)功能所必不可少的器件，這一領(lǐng)域的研究也用介質(zhì)的結(jié)構(gòu)稱為中空布拉格光纖*與其他傳輸太［!#］成為目前的研究熱點(diǎn)*美國HCBI:87CB實(shí)驗(yàn)室關(guān)于赫茲波的手段相比，如塑料光子晶體光纖、光子［’—&］［!$］［!(］分岔環(huán)形共振腔的研究（BJ:9KL9?ML>BC?8KCLB）、晶體波導(dǎo)、亞波長光纖（B<=;8R>:>?MKDS9=>L）、金［!’］N>O>K>等人利用一維光子晶體對太赫茲波的超快調(diào)屬線（7>K8:;9L>），中空布

5、拉格光纖的損耗是最?。?］制以及H9等人利用光子晶體設(shè)計(jì)的太赫茲開的*燕山大學(xué)設(shè)計(jì)的蛛網(wǎng)結(jié)構(gòu)的中空布拉格光纖損［2］@,［!,］關(guān)都可以比較有效的控制太赫茲波的傳輸*然而，耗僅為#-%)T!%./UE7*中空布拉格光纖的光這些功能性器件都有一個共同的缺點(diǎn)：無論是對自場主要分布在纖芯即中間的空氣孔中，即使采用吸由空間的太赫茲波，還是對波導(dǎo)或光纖中的太赫茲收系數(shù)較大的包層，也不會引起纖芯中模式的損［!&］波實(shí)現(xiàn)開關(guān)控制都需要將太赫茲波耦合進(jìn)開關(guān)，而耗*可以說，中空布拉格光纖是一種較為理想的耦合的過程，必然會帶來較大的損耗，例如將太赫茲太赫茲傳

6、輸波導(dǎo)器件*本文在中空布拉格光纖的基［!%］波耦合進(jìn)光子晶體的損耗為!-#—’-)./*避免礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種新型的磁場調(diào)制液晶太赫茲開關(guān)*耦合損耗的根本方法是在用于傳輸?shù)牟▽?dǎo)或光纖上由于開關(guān)本身采用中空布拉格光纖結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)參數(shù)直接實(shí)現(xiàn)開關(guān)功能*然而，文獻(xiàn)［’—&］中的PQQ和和原光纖完全相同，用它控制太赫茲波不存在耦合文獻(xiàn)［)］中的一維光子晶體由于與用于傳輸?shù)牟▽?dǎo)損耗*!國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（2&$）（批準(zhǔn)號：#%%&3/$!%(%$），國家自然科學(xué)基金（批準(zhǔn)號：,%&&#!%’，!%&%(%($）和天津市自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（批準(zhǔn)號

7、：%&435143%’’%%）資助的課題*"+6789:：;<.8=>?@!#$ABCD<*EC7<期吳等：基于布拉格光纖的磁場調(diào)制液晶太赫茲開關(guān)#:

8、用于選擇單模傳輸)外加磁場通過螺線管產(chǎn)生，方向與光纖對稱軸平行)在未加磁場時，由于每層高密度聚乙烯的內(nèi)外表面已經(jīng)過表面錨泊處理，液晶取向平行于高密度聚乙烯表面，垂直于光纖對稱軸，太赫茲波在’(