CC BY
35
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ТЕРАГЕРЦОВЫХ ПОЛИМЕРНЫХ ФОТОННО-КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ВОЛНОВОДОВ
Борис Викторович Поллер
Институт лазерной физики СО РАН, 630090, г. Новосибирск, пр. ак. Лаврентьева, 13, корп. 3, доктор технических наук, профессор, тел. 330-71-20, e-mail: [email protected]
Василий Михайлович Клементьев
Институт лазерной физики СО РАН, , 630090, г. Новосибирск, пр. ак. Лаврентьева, 13, корп. 3, доктор физико-математических наук, профессор, тел. 333-21-27, e-mail [email protected]
Александр Викторович Бритвин
Институт лазерной физики СО РАН, 630090, г. Новосибирск, пр. ак. Лаврентьева, 13, корп. 3, младший научный сотрудник, тел. 330-71-20, e-mail: [email protected]
Юрий Дмитриевич Коломников
Институт лазерной физики СО РАН, 630090, г. Новосибирск, пр. ак. Лаврентьева, 13, корп. 3, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, тел. 330-71-20, e-mail: [email protected]
Андрей Борисович Поллер
Институт лазерной физики СО РАН, , 630090, г. Новосибирск, пр. ак. Лаврентьева, 13, корп. 3, тел. 330-71-20, e-mail: [email protected]
В статье рассматривается некоторые характеристики фотонно-кристаллических волноводов, сформированных из полимерных волоконных волноводов. Предложен метод формирования периодической структуры фотонно-кристаллического волновода путем свертки пленки с закрепленными на ней волокнами с заданным шагом.
Ключевые слова: фотонно-кристаллические волноводы, полимерные волокна.
EXPERIMENTAL PARAMETERS OF TERAGERCOVYH POLYMER PHOTONIC CRYSTAL WAVEGUIDES
Boris V. Poller
Institute of laser physics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Science, 630090, Novosibirsk, Academician Lavrentyev Ave., 13, building 3, Doctor of Engineering., professor, ph. 330-71-20, e-mail: [email protected]
Vasily M. Klementyev
Institute of laser physics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Science, 630090, Novosibirsk, Academician Lavrentyev Ave., 13, building 3, doctor of physical and mathematical sciences., professor, ph. 333-21-27, e-mail [email protected]
Alexander V. Britvin
Institute of laser physics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Science, 630090, Novosibirsk, Academician Lavrentyev Ave., 13, building 3, younger research associate, ph. 330-7120, e-mail: [email protected]
Yury D. Kolomnikov
Institute of laser physics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Science, 630090, Novosibirsk, Academician Lavrentyev Ave., 13, building 3, candidate of physical and mathematical sciences., с.н.с., ph. 330-71-20, e-mail: [email protected]
Andrey B. Poller
Institute of laser physics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Science, 630090, Novosibirsk, Academician Lavrentyev Ave., 13, building 3, ph. 330-71-20, e-mail: [email protected]
In article it is considered some characteristics of the photon and crystal wave guides created from polymeric fiber wave guides. The method of formation of periodic structure of a photon and crystal wave guide by a way of convolution of a film with the fibers fixed on it with the set step is offered.
Key words: photon and crystal wave guides, polymeric fibers.
В последнее время активно развивается применение терагерцового излучения. Существующие ТГц системы достаточно громоздки из-за применения для передачи и управления ТГц излучением громоздких и требующих точной настройки оптических элементов. Уменьшение масса-габаритных параметров значительно увеличит сферу применения ТГц систем.
Одним из вариантов уменьшения данных параметров является перевод систем передачи и управления ТГц на гибкие волноводные структуры с малым затуханием сигнала. Такими системами являются фотонно-кристаллические волноводы (ФКВ). Наименьшее затухание в ТГц диапазоне и имеют полые полимерные ФКВ.
На передаточную характеристику ТГц волновода существенно влияет состояние воздушных каналов - микрополостей между волокнами. На основе этой зависимости, например для структурированных стеклянных волноводов с полой сердцевиной, исследуются сенсорные свойства такого волновода при заполнении различными жидкостями [1]. В статье [2] нами был также предложен метод управления передаточной характеристикой волновода за счет изменения спектральных характеристик волновода при внешнем лазерном облучении, открывающий возможность быстрого дистанционного управления параметрами волновода. Такая же возможность открывается при заполнении полостей в ТГц волноводе оптическими жидкостями, содержащими проводящие и магниточувствительные микрочастицы, либо при заполнении жидкостями полых волокон - капилляров.
Традиционно формирование ФКВ осуществляется за счет вытягивания волокна из заготовки большего диаметра [3]. Нами для формирования ФКВ предложен вариант формирования периодических структур используя сборку из полимерных волноводов [2]. В данном случае периодическая структура ФКВ обеспечивается полимерными волноводами и воздушными промежутками между ними.
В терагерцовом диапазоне открываются новые возможности заданного изменения коэффициента преломления и соответственно характеристик ФКВ, за счет сборки ФКВ из волокон определенного диаметра di < Ат из разных полимеров с заданными коэффициентами преломления - ni. В этом случае
значительно расширяется диапазон изменения коэффициента преломления материала волновода и можно формировать новые структуры изменения п(х,у^) в волноводе, недоступные для прежнего метода.
Для оценки этого метода была выполнена в лабораторных условиях вытяжка волокон из полипропилена РР (п = 1,49) с диаметром от 50 до 300 мкм.
Формирование ФКВ из волоконных волноводов осуществляется путем объединения волноводов в самоорганизующийся массив. На Рис. 1а представлена структура ФКВ, образующаяся при равном диаметре волоконных волноводов. Для формирования полого ФКВ необходимо удалить центральный волновод. Вид экспериментального образца представлен на рис. 1в.
Рис. 1. Схема формирования фотонно-кристаллического волновода из матрицы полимерных волокон: а) цельная середина; б) полая середина; в) фотография
экспериментального образца
Формирование протяженных ФКВ методом самоорганизации из полимерных волокон, полученных в лабораторных условиях затруднительно, так как полученные волноводы имеют кривизну, полученную при намотке волокна на барабан во время изготовления. Наиболее сложно в данных условиях сформировать ФКВ с полой сердцевиной.
Для совершенствования технологии изготовления ФКВ волновода был разработан метод свертки тонкой полимерной ленты, на которую прикреплялись волокна di из полипропилена с шагом укладки Li Сечение такого волновода после свертки представлено на Рис. 2.
Оператор преобразования входного ТГц сигнала, или передаточная характеристика волновода Н(Р, щ, di, L) будет зависеть от соотношения di и L определяющего период кристаллической решетки и соответственно характеристики фотонных запрещенных зон волновода i.
Предложенный метод формирования ФКВ, скруткой пленки с нанесенными волоконными волноводами, позволяет в значительной степени упростить формирование заданной периодической структуры волновода.
а)
б)
в)
Рис. 2. Формирование фотонно-кристаллического волновода за счет спиральной свертки: а) плотная компановка, б) разряженная компановка, в) снимок
экспериментального образца
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. В.В. Тучин, Ю.С. Скибина, В.И. Белоглазов и др Письма в ЖТФ, 2008. том 34, вып. 15. - с. 63 - 69.
2. Б. В. Поллер, В. М. Дементьев, Ю. Д. ^ломников, С. И. ^няев, С. И. Трашкеев, А. Б. Поллер, О. А. Ванда О характеристиках моделей терагерцовых полимерных фотоннокристаллических волноводов и нанокомпозитных жидкокристаллических преобразователей лазерных и тепловых излучений ГЕО-Сибирь-2011. Т. 5. Специализированное приборостроение, метрология, теплофизика, микротехника. Ч. 2: сб. матер. IV Междунар. научн. конгресса «ГЕО-Сибирь-2011», 19-29 апреля 2011 г., Новосибирск. - Новосибирск : СГГА.
3. 2011Bora Ung, Anna Mazhorova, Alexandre Dupuis, Mathieu Roze, and Maksim Skorobogatiy Polymer microstructured optical fibers for terahertz wave guiding Optics Express, Vol. 19, Issue 26, pp. B848-B861 (2011).
© Б.В. Поллер, В.М. Клементьев, А.В. Бритвин, Ю.Д. Коломников, А.Б. Поллер, 2012
