一种液晶波导可调光延迟线及连续调节时延量的方法技术

本申请公开了一种液晶波导可调光延迟线及连续调节时延量的方法，包括：玻璃基底、调节机构、导波系统、信号电压源，所述调节机构由下电极和上电极构成，所述导波系统由波导包层、液晶波导层和液晶波导芯构成，所述玻璃基底是整个器件的物理支撑，由下到上依次支撑起调节机构的下电极、导波系统和调节机构的上电极，外加控制电压信号的正负极分别连接调节机构的上电极和下电极，所述液晶波导层装在由波导上包层、波导下包层以及左右侧壁构成的液晶盒中；液晶波导芯的液晶分子长轴的偏转角度为β，液晶波导芯中传输的y方向偏振的光波模式的有效折射率为N

Liquid crystal waveguide adjustable optical delay line and method for continuously adjusting delay amount

The invention discloses a liquid crystal waveguide tunable optical delay line and method of continuously adjusting delay includes a glass substrate, adjusting mechanism, wave guide system, signal voltage source, the adjusting mechanism comprises a lower electrode and the upper electrode, the guided wave system by the waveguide cladding, a liquid crystal layer and the waveguide the liquid crystal waveguide core, the glass substrate is the physical support of the whole device, from bottom to top to support the upper electrode, guided wave system adjusting mechanism and adjusting mechanism, an upper electrode and a lower electrode negative control voltage signal pole are respectively connected with the adjusting mechanism, the liquid crystal layer arranged on a waveguide the waveguide cladding layer and the liquid crystal box, bag side wall of the waveguide; long axis deflection angle of liquid crystal molecules waveguide core for beta mode y polarization transmission liquid crystal waveguide in the core The effective refractive index is N

【技术实现步骤摘要】
一种液晶波导可调光延迟线及连续调节时延量的方法
本申请属于光通信
，具体地说，涉及一种液晶波导可调光延迟线及连续调节时延量的方法。
技术介绍
光延迟线即使光信号传输延迟的光子器件，可调光延迟线即光信号传输延迟时间的长短可以用控制量调节的光子器件。常见的光延迟线是光纤延迟线，光信号从一定长度的光纤一端传输到另一端，需要消耗一定的时间，消耗时的长短即时间延迟量(简称时延量)。不同长度的光纤的时延量不同，从而使光波上承载的信号间产生相位差，引起合成的信号波形和空间指向发生改变。通常将大量长度不同的光纤组成光延迟线单元，通过控制系统选择光延迟线单元中特定长度的光纤传输信号来控制信号传输的时延量。将光延迟线单元按照一定的规律组成相位控制阵列，用于控制合成信号的相位、空间辐射波形和空间指向，实现波束空间扫描，在信号处理、雷达和电子对抗等领域广泛应用前景。由于光纤长度固定，不可调节，限制了其进一应用范围。光纤延迟线依赖于光纤长度不同来决定时延量的大小。由于光纤切割技术精度有限，两段光纤的最小长度差≥1mm，导致最小时延差只能步进(约为5ps)，而不能连续调节，因此，光延迟线单元通过光纤长度改变来控制的时延量是步进的，不能连续变化；由光延迟线单元组成的相位控制阵列也只能以步进方式工作，导致不能实现波束的空间连续扫描，使相控阵雷达监视的范围出现空白点。实现波束的空间连续扫描的关键技术之一就是实现时延量可以连续调节的光延迟线。
技术实现思路
有鉴于此，本申请所要解决的技术问题是提供一种时延量可以连续调节且调节速度快的可调光延迟线及连续调节时延量的方法。为了解决上述技术问题，本申请公开了一种液晶波导可调光延迟线及连续调节时延量的方法，包括：玻璃基底、调节机构、导波系统、信号电压源，所述调节机构由下电极和上电极构成，所述导波系统由波导包层、液晶波导层和液晶波导芯构成，所述液晶波导可调光延迟线的玻璃基底是整个器件的物理支撑，由下到上依次支撑起调节机构的下电极、导波系统和调节机构的上电极，导波系统介于调节机构的上下电极间，外加控制电压信号的正负极分别连接调节机构的上电极和下电极，所述液晶层装在由波导上包层、波导下包层以及左右侧壁构成的液晶盒中；液晶波导芯中传输的y方向偏振的光波模式的有效折射率为Neff，光波的时延量为ΔT，存在ΔT＝NeffL/c的函数关系，其中c为真空中的光速，L为液晶波导芯(5)的长度。进一步，所述波导包层由PMMA材料和上电极覆盖区域外的5CB液晶波导层构成。进一步，所述液晶波导芯上电极覆盖区域的5CB液晶构成。进一步，在垂直于电极表面的y方向上(附图1中的y方向)，所述液晶波导芯的折射率比所述波导上、下包层高；在平行于电极表面的x方向上(附图1中的x方向)，所述液晶波导芯的折射率比所述液晶波导层中的液晶低。进一步，液晶波导芯的液晶分子长轴的偏转角度为β，液晶波导芯中传输的y方向偏振的光波模式的有效折射率为Neff。进一步，调节信号电压源的电压大小，改变所述上电极和所述下电极间的电场大小来调控导波系统中的液晶波导芯的液晶分子长轴的偏转角度β，从而调控液晶波导芯导模有效折射率Neff大小。进一步，光波的时延量为ΔT，存在ΔT＝NeffL/c的函数关系，其中c为真空中的光速，L为液晶波导芯的长度。进一步，所述下电极和所述上电极构成的调节机构为时延差的调节机构，调节信号电压源的电压大小，液晶波导芯中传输的y方向偏振的光波模式的有效折射率Neff随信号电压源的电压连续变化，进而连续调节光波的时延量ΔT。通过调节控制电压的大小，可以连续改变液晶波导芯传输的y方向偏振的光波模式的有效折射率，从而连续控制光波在液晶波导芯中传输的时延量。与现有技术相比，本申请可以获得包括以下技术效果：1)时延差可以连续调节。2)利用电压信号调节液晶波导的时延差，调节速度快可达微秒量级。当然，实施本申请的任一产品必不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。附图说明此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：图1是本申请的横截面结构图；图2是本申请的纵剖面结构图；图3是本申请具体实施例中外加电压与基模有效折射率、时延量的关系图。具体实施方式以下将配合附图来详细说明本申请的实施方式，藉此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。以下将结合附图对本专利技术进行详细说明，如图1所示，本专利技术提供的液晶波导可调光延迟线包括玻璃基底1、调节机构、导波系统、信号电压源8，所述调节机构由下电极2和上电极7构成，所述导波系统由波导下包层3、波导上包层6、液晶波导层4、液晶波导芯5构成，所述的波导下包层3、波导上包层6和左、右侧壁9构成液晶盒，所述液晶波导可调光延迟线的玻璃基底1是整个器件的物理支撑，由下到上依次支撑起调节机构的下电极2、导波系统和调节机构的上电极7，导波系统介于调节机构的上下电极间，外加控制电压信号的正负极分别连接调节机构的上电极7和下电极2。本申请提供的液晶波导可调光延迟线的所述液晶盒内的5CB液晶层，分成了两个部分，第一部分是所述的上电极7所覆盖的液晶层部分为液晶波导芯5；第二部分为上电极7所没有覆盖的液晶层部分为液晶波导层4。本专利技术提供的液晶波导可调光延迟线的导波系统的上包层6和下包层3的内表面需要沿着x方向进行摩擦处理，使所述的液晶盒内的5CB液晶层的分子长轴方向沿x方向定向。本申请提供的5CB液晶材料是各向异性材料，沿着分子长轴方向(本申请附图1的x方向)的折射率为NP，沿着垂直于分子长轴方向(即本申请附图1的y方向和z方向)的折射率为NV，且NP大于NV。在所述信号电压源8外加电压作用下，液晶波导芯5的液晶分子长轴将向电场方向(本申请附图1的y方向)偏转，并且偏转角度β随外加电压增大而增大，直至所有液晶分子的长轴方向均沿着电场方向(本申请附图1的y方向)排列为止。液晶波导芯5的液晶分子长轴的偏转，使液晶波导芯5在本申请附图1的y方向和x方向的折射率发生改变，分别为和即液晶波导芯5在本申请附图1的y方向的折射率Ny随着偏转角度β增大，从NV逐渐增大到NP；在附图1的x方向的折射率Nx随着偏转角度β增大，从NP逐渐减小到NV。因此，对于不同偏振的光波将液晶层的不同区域传输。在本申请附图1的y方向偏振的光波的主要部分将在液晶波导芯5中沿着z方向传输；在本申请附图1的x方向偏振的光波的主要部分将在液晶波导层4中沿着z方向传输。特别需要说明的是，为增强附图1的x方向和y方向偏振的光波的约束，本申请的实施方式的附图1中各个部分的几何尺寸如下：玻璃基底1的宽度为40微米、高度1000微米、长度10厘米；下电极2的宽度为40微米、高度10微米、长度10厘米；上电极7宽度为5微米、高度10微米、长度10厘米；波导下包层3与波导上包层6的几何尺寸一致，宽度为40微米、高度20微米、长度10厘米；液晶盒左右两侧壁9的几何尺寸一致，宽度为5微米、高度5微米、长度10厘米；液晶波导芯5的宽度为5微米、高度5微米、长度9.999厘米；整个液晶层(液晶波导层4和液晶波导芯5)的宽度为30微米、高度5微米、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液晶波导可调光延迟线，其特征在于，包括：玻璃基底(1)、调节机构、导波系统、信号电压源(8)，所述调节机构由下电极(2)和上电极(7)构成，所述导波系统由波导上包层(6)、波导下包层(3)、液晶层(4)、液晶波导芯(5)构成，所述液晶波导可调光延迟线的玻璃基底(1)是整个器件的物理支撑，由下到上依次支撑起调节机构的下电极(2)、导波系统和调节机构的上电极(7)，导波系统介于调节机构的上电极(7)和下电极(2)之间，外加控制电压信号的正负极分别连接调节机构的上电极(7)和下电极(2)，所述液晶层(4)装在由波导上包层(6)、波导下包层(3)以及左右侧壁(9)构成的液晶盒中。

【技术特征摘要】
1.一种液晶波导可调光延迟线，其特征在于，包括：玻璃基底(1)、调节机构、导波系统、信号电压源(8)，所述调节机构由下电极(2)和上电极(7)构成，所述导波系统由波导上包层(6)、波导下包层(3)、液晶层(4)、液晶波导芯(5)构成，所述液晶波导可调光延迟线的玻璃基底(1)是整个器件的物理支撑，由下到上依次支撑起调节机构的下电极(2)、导波系统和调节机构的上电极(7)，导波系统介于调节机构的上电极(7)和下电极(2)之间，外加控制电压信号的正负极分别连接调节机构的上电极(7)和下电极(2)，所述液晶层(4)装在由波导上包层(6)、波导下包层(3)以及左右侧壁(9)构成的液晶盒中。2.如权利要求1所述的一种液晶波导可调光延迟线，其特征在于，所述波导上包层(6)、波导下包层(3)、左右侧壁(9)由PMMA材料构成。3.如权利要求1所述的一种液晶波导可调光延迟线，其特征在于，所述液晶层(4)、液晶波导芯(5)由5CB液晶构成。4.如权利要求1所述的一种液晶波导可调光延迟线，其特征在于，所述液晶层(4)和液晶波导芯(5)的折射率比...

【专利技术属性】
技术研发人员：张谦述，
申请(专利权)人：西华师范大学，
类型：发明
国别省市：四川,51