[發明專利]一種寬范圍多波段熱光開關及其制作方法

有效

• 申請號: 202110198337.8
• 申請日: 2021-02-22
• 公開（公告）號: CN113009724B
• 公開（公告）日: 2023-09-08
• 發明（設計）人: 胡志家;田雙;杜文彧
• 申請（專利權）人: 安徽大學
• 主分類號: G02F1/13
• 分類號: G02F1/13;G02B6/02;G02B6/255
• 代理公司: 合肥正則元起專利代理事務所(普通合伙) 34160
• 代理人: 劉生昕

本發明公開了一種寬范圍多波段熱光開關及其制作方法，該方法利用大氣壓壓力及毛細作用將液晶全填充到光子晶體光纖中，然后用光纖切割刀把全填充的光子晶體光纖和單模光纖端面切割平整放在光纖熔接機上，將單模光纖與液晶全填充的光子晶體光纖熔接在一起。然后將液晶填充光子晶體光纖放在高精度數顯恒溫加熱臺上，將其兩端的單模光纖分別接在寬帶光源和光譜儀上。在液晶清亮溫度附近，液晶折射率會發生劇烈變化，進而引起光子帶隙移動。在光子帶隙和干涉共同作用下，透射光譜會發生劇烈移動，進而形成熱光開關S1,S2,S3和S4四個主要熱光開關。熱光開關不僅具有高的消光比，寬的控制范圍，還能同時控制兩個通信窗口波段。

技術領域

本發明涉及液晶全填充光子晶體光纖熱光開關領域，具體是一種基于液晶全填充光子晶體光纖寬范圍多波段熱光開關及其制作方法。

背景技術

近十幾年來，隨著光子晶體光纖技術的發展，在通信、傳感、檢測和光學器件方面都有著非常重要的地位。光子晶體光纖可根據其導光機理分為兩類：全內反射光子晶體光纖和帶隙光子晶體光纖。全內反射導光的光子晶體光纖纖芯是實心的二氧化硅，包層有著周期排布的空氣孔?？梢酝庾泳w光纖的這些孔狀結構填充不同的功能性材料改變其傳輸特性。例如可以填充氣體、液體和固體來改變其傳輸特性，并將其應用在光開關、光濾波器、旋轉器等光學器件以及在溫度和應力傳感等領域。

液晶具有高的熱光系數，且外界的溫度對液晶的折射率有很大的影響，因此液晶的熱光效應在熱光開關領域也有廣泛的應用。在2003年，T.Larsen等人報道了一種熱光開關是通過將高折射率液晶(TM216)填充到實芯光子晶體光纖包層的氣孔中，該器件通過0.4攝氏度的溫度變化可以在974納米處實現消光比為60分貝的開關效果。這是因為當溫度從26.4攝氏度升高到26.9攝氏度時，手性近晶相液晶變為手性向列相，而手性向列相液晶具有強散射，從而會使所有的傳輸帶隙消失了，進而可以在974納米處實現光的開關效果。藍相液晶和膽甾相液晶都可以在室溫下穩定存在，并且通過控制溫度可以實現兩種相態的相互轉換。此外，藍相液晶具有較弱散射，膽甾相液晶具很強的散射。Chunhong?Lee等人在2013年，利用液晶在藍相和膽甾相具有不同散射，從而使該熱光開關可以對1550納米處的波長實現消光比為10分貝的開關效果。孫兵等人在2015年將向列相液晶E7填充到光子晶體光纖中，高折射率的液晶將實芯光子晶體光纖的導光機理從全內反射導光轉為帶隙導光。然后在液晶清亮溫度附近，液晶從各向異性變為各向同性，液晶折射率會發生突然變化，從而會使光子液晶光纖的帶隙發生巨大移動，進而可以產生寬范圍的熱光開關。在2016年，Xiaoqi?Liu等人將液晶E7選擇性填充到實芯光子晶體光纖中，溫度的升高會引起液晶折射率改變，從而會引起光子帶隙的移動和帶隙的分裂，進而可以對1310納米和1550納米處的波長實現開關效果。但他們提出的熱光開關不能同時對兩個通信波段進行控制，而且開關的消光比并不是很高。

目前，這種寬范圍多波段高消光比的熱光開關還沒有報道過，且能同時控制兩個通信波段的熱光開關更是有著重要的意義。因此，本發明利用單模光纖與液晶填充光子晶體光纖熔接制備了一種全光纖熱光開關，有著寬范圍、多波段、高消光比和同時控制兩個通信波段等優點。這項發明對今后全光纖通信系統熱光開關有著重要意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種寬范圍多波段熱光開關及其制作方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案實現：

一種寬范圍多波段熱光開關，包括液晶填充光子晶體光纖，液晶填充光子晶體光纖的兩端分別連接有一個單模光纖的一端，其中一個單模光纖的另一端連接有寬帶光源，另一個單模光纖的另一端接有光譜儀；

液晶填充光子晶體光纖放在加熱臺上，當加熱臺溫度從60攝氏度升高到61攝氏度時，透射光譜由“帶阻”變為“帶通”，從而形成寬范圍多波段熱光開關；

所述液晶填充光子晶體光纖的制備方法為：