周期的な液晶導波路微細構造

Aug 24, 2023

Scientific Reports volume 13、記事番号: 13896 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

分子が正確に制御された周期で周期パターンを形成する、液晶（LC）コアを備えた光導波路の作成を可能にするさまざまな方法が報告されています。 1 つ目は、高解像度の選択的照明による可逆的な光配向に基づいており、シリカ マイクロキャピラリー内の LC 分子の周期を制御できます。 2 番目の方法では、PDMS 内に形成された微細構造を利用し、LC コア導波路と、分子の周期的再配向に使用される特別に設計された一連の周期的微小電極の両方を取得できます。 両方の方法を使用して、パターン配列の周期を約 500 μm の範囲で制御し、それを 20 μm まで縮小することに成功しました。 私たちは、このような構造における導波現象を実験的に調べ、光ファイバグレーティング特有の透過スペクトルを取得しました。 実験条件で達成された結果は予想された結果と異なるため、観察された効果を説明するために追加の数値シミュレーションが実行されました。 最後に、1 マイクロメートル未満の周期で自然に生成された 3 次元周期性を特徴とするブルー相 LC の導波路が得られました。 このような構造では、一次バンドギャップを観察することができ、さらに、可視スペクトル範囲のほぼ全体でそれを熱的に調整することができました。

フォトニクスベースの技術は、20 世紀にエレクトロニクスがそうであったように、21 世紀に革命をもたらす大きな可能性を秘めています。 重要なレベルの小型化と統合を実現して、効率的な電力消費と同時に強化された機能を実現できます。

液晶 (LC) プレーナ導波路構造は、過去数十年にわたって研究され 1,2、調整可能なデバイスに適した統合構成のニーズに対処する新しいプラットフォームを形成しました。 LC における非常に高い電気光学応答と熱光学効果は、その高い複屈折と大きな誘電異方性と組み合わされて、導波路構造への応用において並外れた可能性をもたらします。 例えば、LC が浸透した微小毛細管などの閉じ込め構造では、円形コアと楕円形コアの両方の LC ファイバーにおける導波効果が報告されています 3。 楕円コア (4 × 18 µm) LC 円筒形導波路は、マルチモード単一偏波光ファイバの珍しい例であることが判明しました4。

フォトニック結晶ファイバー (PCF) に基づく別のタイプの LC 導波路構造は、LC 浸透 PCF としても知られるフォトニック液晶ファイバー (PLCF) 5、6、7、8 です。 PLCF は、「アクティブ」LC ゲスト材料が浸透した「パッシブ」PCF ホスト微細構造の組み合わせから恩恵を受ける高度な特殊ファイバーであり、さまざまな独自の特性を担っています。 PLCF は、ソリッドコア PCF の優れたガイド特性と、ファイバー クラッド内の LC フォトニック微細構造の魅力的な調整可能な特性を利用する、新しいクラスの光導波路を作成します。 LC 浸透 PCF は、PCF に新しいレベルの調整性を導入し、新しい伝播、スペクトル、熱光学、電気光学、および偏光特性の多様性により性能を向上させます。 温度や電場/磁場/光場に対する高い感度とは別に、マイクロホール内で異なる液晶分子配向「シナリオ」を使用することで、インデックスガイド機構またはフォトニックバンドギャップ伝播機構、およびそれらの間の可逆的なスイッチングを決定できます。 。

周期的な導波路構造は、フォトニクスの進化において重要な役割を果たしてきました。 横方向に周期的な構造（例えば、フォトニック結晶やフォトニック結晶ファイバー）に加えて、屈折率が伝播方向に沿って周期的に変化する導波路構造も重要である。 その影響は、回折格子結合、（ブラッグ）反射、偏光変換、偏向、第二高調波発生、周波数変調などを含むフォトニックデバイスの幅広い機能に及びます。 デバイスの多様性は、導波管の幾何学形状、周期性 (デューティ サイクルおよび屈折率変調/差によって表される)、結合効果、および導波モードを選択するさまざまな方法から生じます。