[發明專利]一種磁場可調的布拉格光纖太赫茲開關

無效

• 申請號: 201310069364.0
• 申請日: 2013-03-05
• 公開（公告）號: CN103149714A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 任廣軍;高欣
• 申請（專利權）人: 天津理工大學
• 主分類號: G02F1/13
• 分類號: G02F1/13;H01P1/10
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

（一）技術領域

本發明涉及一種液晶調制開關領域，特別是一種磁場可調的布拉格光纖太赫茲開關。

（二）技術背景

太赫茲波是指頻率在0.1THZ到10THZ之間、波長在0.03mm-3mm之間的電磁波。它在長波段與毫米波重疊，短波段與紅外線有重疊。THZ波所處的特殊位置使THZ技術成為連接電子學和光子學的橋梁，具有非常重要的學術和應用價值。由于太赫茲波在空間的耦合損耗很大，所以以開關為基礎的太赫茲器件是太赫茲波能否廣泛應用的關鍵。

低折射率的纖芯被折射率周期性變化的包層所圍繞的光纖都可以稱作布拉格光纖。纖芯不使用介質的結構稱為中空布拉格光纖。與其他傳輸太赫茲波的手段相比，如塑料光子晶體光纖、光子晶體波導、亞波長光纖、金屬線，中空布拉格光纖的損耗是最小。并且通過改變布拉格光纖纖芯、包層的折射率可以靈活的改變布拉格光纖的傳輸特性。

普通的光纖的材料為石英，而石英在太赫茲波傳輸中的損耗很大，所以普通的光纖難以作為太赫茲波導。后來人們研制出了作為太赫茲波導的聚四氟乙烯塑料光纖，將布拉格光纖拓展到了太赫茲波段。又相繼出現了用高濃度聚乙烯所制作的塑料布拉格光纖，用于太赫茲波段表現出了低損耗和相對低色散的特性。用于太赫茲波的布拉格光纖的結構參數在mm量級，相對于可見光或者紅外波段的光子晶體光纖更容易制備。

光子晶體對太赫茲開關可以比較有效的控制太赫茲波的傳輸。然而，這些功能性器件都有一個共同的缺點：無論是對自由空間的太赫茲波，還是對波導或光纖中的太赫茲波實現開關控制都需要將太赫茲波耦合進開關，而耦合的過程，必然會帶來較大的損耗，例如將太赫茲波耦合進光子晶體的損耗為1.2-5.8dB。

（三）發明內容

本發明目的是解決現有布拉格光纖太赫茲波開關存在較大損耗的問題，提供一種磁場可調的布拉格光纖太赫茲開關。本發明太赫茲開關可在用于傳輸的波導或光纖上直接實現開關功能，用它控制太赫茲波不存在耦合損耗。

本發明提供的磁場可調的布拉格光纖太赫茲開關包括包層和纖芯，所述包層采用高密度聚乙烯(HDPE)和向列相液晶E7交替排列，在填充液晶層的兩端用高阻硅封口，使液晶E7處于封閉腔內，中空的纖芯中放置銅絲，包層外周設置有螺線管。

本發明布拉格光纖開關中所述包層包括12組交替排列的高密度聚乙烯和向列向液晶E7。所述太赫茲開關工作于1THz,開關的結構參數是:長度為10cm，纖芯半徑為1548μm；高密度聚乙烯在太赫茲波段折射率為nH=1.5,每層厚度為2113μm；對于1THz的太赫茲波,液晶E7的折射率為n0=1.57和ne=1.76，每層液晶的厚度4016μm。高阻硅在太赫茲波段的折射率為3.418。

所述中空纖芯中放置的銅絲半徑為280μm，銅絲的電導率取σ=51998×107SΠm。

本發明的工作機理：

在未加磁場時，由于每層高密度聚乙烯的內外表面已經過表面錨泊處理，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E7中傳輸為o光，此時折射率與高密度聚乙烯相差較小，中空布拉格光纖的衍射損耗較大，開關處于關狀態。

當螺線管中有電流通過時，產生與光纖對稱軸平行的磁場，液晶取向變為平行于光纖對稱軸，太赫茲波在液晶E7中是e光，此時液晶E7的折射率與高密度聚乙烯相差較大，布拉格光纖的衍射損耗較小，開關處于開狀態。

銅絲用于選擇單模傳輸。外加磁場通過螺線管產生，方向與光纖對稱軸平行。

本發明的優點和有益效果：

1）傳輸的波導或光纖上直接實現開關功能，控制太赫茲波不存在耦合損耗。

2）最主要優點是易于和光纖耦合，有極高的消光比。

3）大孔徑的布拉格光纖制作工藝相對簡單且在其內灌注液晶比較容易。

（四）附圖說明

圖1是布拉格光纖太赫茲開關截面示意圖。

圖2是圖2的俯視圖。

圖3是未加磁場時液晶的取向（線段表示液晶取向）示意圖。

圖4是加與光纖對稱軸平行的磁場時液晶的取向（線段表示液晶取向）示意圖。

圖中：1.高密度聚乙烯、2.液晶E7、3.銅絲、4.高阻硅、5螺線管。

（五）具體實施方式

以下將通過實施例詳細描述本發明所提供的磁場可調的布拉格光纖太赫茲開關。但本領域的技術人員應該認識到，在權利要求的范圍內，可以做出形式上和細節上的多種變型。因此本發明絕不僅限于以下所述的實施例。

實施例1