一种电控可调谐的多孔太赫兹带隙光纤制造技术

本发明专利技术公开了一种电控可调谐的多孔太赫兹带隙光纤，光纤的基底材料为塑料聚合物，其纤芯是由呈三角晶格排列的空气孔构成，包层是由呈三角晶格与蜂窝晶格排列的复合空气孔构成，包层中呈三角晶格排列的空气孔内填充了对电场敏感的向列相液晶。本发明专利技术是通过控制光纤周围的电场，改变液晶分子的取向，从而改变液晶的折射率，进而达到控制光纤的带隙特性、传导模式、传输特性和透射谱线，实现对太赫兹波的可调谐滤波和开关等功能。而且大部分导模能量被局域在纤芯的空气孔中，有效地降低了基底材料对导模能量的吸收损耗。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种塑料聚合物多孔光纤，特别是ー种电控可调谐的多孔太赫兹带隙光纤。
技术介绍
太赫兹波是指频率处于O. ITHz到IOTHz之间，波长在30μπι到3mm之间的电磁波。它介于微波与红外辐射之间，是电子学向光子学的过渡领域。由于太赫兹波所处的特殊波谱位置，使其具有透视性、安全性、高光谱信噪比的优越特性，具有重要的学术和应用价值，已经被广泛应用于物体成像、光谱分析、医疗诊断、材料分析测试以及无线通信等
可以说太赫兹技术不但在科学研究中处于重要的学术地位，而且对国家新一代信 息产业的发展以及国防安全建设具有重要的战略意义。高效的太赫兹辐射源和成熟的检测技术是推动太赫兹技术发展的首要条件，但太赫兹技术的广泛应用离不开满足不同应用领域要求的实用化功能器件的支撑。无线通信、多谱成像、雷达、安检等众多应用系统中迫切需要波导、开关、调制、滤波、耦合等功能器件。然而，太赫兹波在电磁波谱中的特殊位置决定了太赫兹波与物质相互作用时呈现不同于微波和光波的独特性质，使得太赫兹技术在带来诸多优势的同时，也使成熟的光电子技术和微波技术在太赫兹波段的应用受到很大的限制，因此针对太赫兹波的具体特点，研制实用化的功能器件是太赫兹科学技术发展所面临的重大挑战之一。由于空气中水蒸气对太赫兹波具有強烈的吸收，故以低损耗太赫兹波导为基础的太赫兹功能器件成为太赫兹技术发展的关键。目前比较受关注的低损耗太赫兹波导主要有金属线波导、空芯聚合物光子晶体光纤、聚合物多孔光纤。由于光子晶体光纤和多孔光纤结构设计更加灵活，可以通过改变光纤中空气孔的半径、孔间距等几何參数实现传统波导结构无法完成的功能，因此以微结构光纤为基础来构建和实现太赫兹功能器件成为ー种比较理想的选择。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了提供ー种低损耗、宽工作带宽、电控可调谐、性能稳定的多孔太赫兹带隙光纤，在太赫兹可调谐滤波和开关等
中具有潜在的应用价值。本专利技术的技术方案为一种电控可调谐的多孔太赫兹带隙光纤，光纤的基底材料为塑料聚合物，其纤芯是由呈三角晶格排列的空气孔构成，包层是由呈三角晶格与蜂窝晶格排列的复合空气孔构成，包层中呈三角晶格排列的空气孔内填充了对电场敏感的向列相液晶。通过控制光纤周围的电场，改变液晶分子的取向，从而改变液晶的折射率，达到控制光纤的带隙特性、传导模式、传输特性和透射谱线，进而实现对太赫兹波的可调谐滤波和开关的功能。所述包层中呈三角晶格排列的相邻两空气孔之间的距离A1 = 295μπι，空气孔的直径Cl1 = O. 33Ai，呈蜂窝晶格排列的相邻两空气孔之间的距离八2 =7^,/3，空气孔的直-Cl2 = OJSAltj纤芯中相邻两空气孔之间的距离和空气孔的直径分别为A2和d2。所述光纤的基底材料为高密度聚こ烯，折射率为1.534。包层中填充的液晶为5CB，且正常光和非常光折射率分别为I. 53和I. 75。本专利技术的优点和积极效果是采用多孔纤芯和复合空气孔包层构成的光子晶体带隙光纤，在包层中选择填充对电场敏感的向列相液晶，通过控制光纤周围的电场，改变液晶的折射率，从而改变光纤包层的有效折射率，实现对光纤传输特性和透射谱线的调制，进而达到对太赫兹波的可调谐滤波和开关等功能。此光纤还具有宽频带工作、低传输损耗等优点。附图说明图I电控可调谐多孔带隙光纤的横截面结构示意图。 图2光纤带隙范围和基模有效折射率随频率的变化曲线。图3纤芯空气孔中的能量分数随频率的变化曲线。图4基底材料的吸收损耗随频率的变化曲线。图5光纤的透射率随频率的变化曲线。图6液晶折射率和光纤透射率随液晶分子取向的变化曲线。具体实施例方式如图I所示，光纤是由基底材料I和复合空气孔2、3构成的包层，以及多孔纤芯4组成，纤芯是由19个空气孔形成的多孔结构构成。包层中呈三角晶格排列的空气孔间距A1=295 μ m，空气孔直径Cl1 = O. 33 Λ i，呈蜂窝晶格排列的空气孔间距八2 =，空气孔直径d2 = O. 55 Λ lt)纤芯中空气孔间距和直径与空气孔2保持一致。空气孔3中填充了向列相液晶5CB，在填充液晶时预先将空气孔表面进行处理，注入ー些活性试剂，将液晶分子的方向锚定为平行于光纤光轴的方向。光纤的基底材料为高密度聚こ烯，折射率为I. 534。空气的折射率为I。包层中填充的液晶为5CB，它的折射率随着液晶分子的取向发生变化，当液晶分子取向平行于光纤光轴方向时，它表现为正常光特性，折射率为1.53 ;当液晶分子取向垂直于光纤光轴方向时，它表现为非正常光特性，折射率为I. 75。由于纤芯有效折射率低于包层的有效折射率，光纤基于光子带隙的传输机制，导模能量被局域在多孔纤芯中传输。用平面波展开法和有限元法对光纤的带隙特性、纤芯空气孔中的能量分数、损耗特性、透射率进行了仿真模拟。如图2-图4所示，从图中可以看出，在带隙中央导模的绝大部分能量处于纤芯空气孔中，从而有效地降低了光纤基底材料对导模的吸收损耗。图5给出了长度为8cm光纤的透射谱计算曲线，从图中可以看出，随着液晶分子从平行于光纤光轴方向转到垂直光轴的方向时，光纤的透射谱中心向低频方向移动，且带宽变窄。因此,可以利用此特性实现对太赫兹波的可调谐滤波功能。图6给出了液晶折射率和光纤透射率随液晶分子转向的变化曲线及其对应的模场分布。从图中可以看出，在液晶分子平行于光纤光轴方向时，导模的大部分能量被局域在纤芯空气中传输，随着液晶分子转向垂直于光轴的方向，导模的能量迅速扩散到包层中，无法形成传导模式。因此，可以利用此特性实现对太赫兹波的开关功能。权利要求1.一种电控可调谐的多孔太赫兹带隙光纤，光纤的基底材料为塑料聚合物，其纤芯是由呈三角晶格排列的空气孔构成，包层是由呈三角晶格与蜂窝晶格排列的复合空气孔构成，包层中呈三角晶格排列的空气孔内填充了对电场敏感的向列相液晶。2.根据权利要求I所述的电控可调谐的多孔太赫兹带隙光纤，其特征在于所述光纤的基底材料为高密度聚乙烯，折射率为I. 534。3.根据权利要求I所述的电控可调谐的多孔太赫兹带隙光纤，其特征在于包层中填充的液晶为向列相液晶5CB，液晶的正常光和非常光折射率分别为I. 53和I. 75。4.根据权利要求I所述的电控可调谐的多孔太赫兹带隙光纤，其特征在于光纤的纤芯是由19个空气孔构成的多孔结构组成，包层是由呈三角和蜂窝晶格的复合空气孔构成。5.根据权利要求I所述的电控可调谐的多孔太赫兹带隙光纤，其特征在于包层中呈三角晶格排列的空气孔间距A I = 295 u m,空气孔直径Cl1 = 0. 33 A丨；呈蜂窝晶格排列的空气孔间距A2 =VJai/ ，空气孔直径d2 = 0. 55 A1 ;纤芯中空气孔间距和直径分别为AjP d2。全文摘要本专利技术公开了一种电控可调谐的多孔太赫兹带隙光纤，光纤的基底材料为塑料聚合物，其纤芯是由呈三角晶格排列的空气孔构成，包层是由呈三角晶格与蜂窝晶格排列的复合空气孔构成，包层中呈三角晶格排列的空气孔内填充了对电场敏感的向列相液晶。本专利技术是通过控制光纤周围的电场，改变液晶分子的取向，从而改变液晶的折射率，进而达到控制光纤的带隙特性、传导模式、传输特性和透射谱线，实现对太赫兹波的可调谐滤波和开关等功能。而且大部分导模能量被局域在纤芯的空气孔中，有效地降低本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电控可调谐的多孔太赫兹带隙光纤，光纤的基底材料为塑料聚合物，其纤芯是由呈三角晶格排列的空气孔构成，包层是由呈三角晶格与蜂窝晶格排列的复合空气孔构成，包层中呈三角晶格排列的空气孔内填充了对电场敏感的向列相液晶。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：白晋军，常胜江，邢海英，王莎莎，唐春晓，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：