주기적인 액정 도파관 미세구조

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 13896(2023) 이 기사 인용

210 액세스

측정항목 세부정보

분자가 정밀하게 제어된 주기로 주기적인 패턴을 형성하는 액정(LC) 코어를 사용하여 광 도파관을 생성할 수 있는 다양한 방법이 보고되었습니다. 첫 번째는 고해상도 선택적 조명을 사용한 가역적 광배열을 기반으로 하며 실리카 미세 모세관 내부의 LC 분자 주기를 제어할 수 있습니다. 두 번째 방법은 PDMS에 형성된 미세 구조를 사용하여 LC 코어 도파관과 분자의 주기적인 재배향에 사용되는 특별히 설계된 주기적인 미세 전극 세트를 모두 얻을 수 있습니다. 두 가지 방법을 모두 사용하여 약 500μm 범위의 패턴 정렬 기간을 성공적으로 제어하고 이를 20μm만큼 작게 축소했습니다. 우리는 광섬유 격자에 전형적인 전송 스펙트럼을 얻기 위해 그러한 구조의 도파관 현상에 대한 실험적 연구를 수행했습니다. 실험 조건에서 얻은 결과가 예상한 결과와 다르기 때문에 관찰된 효과를 설명하기 위해 추가적인 수치 시뮬레이션을 수행했습니다. 마지막으로 우리는 1 마이크로미터보다 작은 주기를 갖는 자연적으로 생성된 3차원 주기성을 특징으로 하는 청색 위상 LC의 도파관을 얻었습니다. 이러한 구조에서 우리는 1차 밴드갭을 관찰할 수 있었고, 더욱이 가시광선 스펙트럼의 거의 전체 범위에서 열적으로 조정할 수 있었습니다.

포토닉스 기반 기술은 전자공학이 20세기에 그랬던 것처럼 21세기에도 혁명을 일으킬 엄청난 잠재력을 갖고 있습니다. 효율적인 전력 소비와 동시에 향상된 기능을 달성하기 위해 중요한 수준의 소형화 및 통합을 제공할 수 있습니다.

액정(LC) 평면 도파 구조는 지난 수십 년 동안 연구되어 조정 가능한 장치에 적합한 통합 구성의 필요성을 해결하는 새로운 플랫폼을 형성했습니다. 높은 복굴절 및 큰 유전 이방성과 결합된 LC의 매우 높은 전기 광학 반응 및 열 광학 효과는 도파 구조에 적용할 때 탁월한 잠재력을 제공합니다. 예를 들어 LC가 침투된 미세 모세관과 같은 제한된 구조에서 원형 및 타원형 코어 LC 섬유 모두의 도파 효과가 보고되었습니다3. 타원형 코어(4 × 18 µm) LC 원통형 도파관은 다중 모드 단일 편파 광섬유4의 특이한 예인 것으로 밝혀졌습니다.

광결정 섬유(PCF)를 기반으로 하는 또 다른 유형의 LC 도파관 구조는 LC 침투 PCF라고도 알려진 광액정 섬유(PLCF)5,6,7,8입니다. PLCF는 "활성" LC 게스트 재료가 침투된 "수동" PCF 호스트 미세 구조의 조합으로 이점을 얻고 다양한 고유 특성을 담당하는 고급 특수 섬유입니다. PLCF는 솔리드 코어 PCF의 탁월한 유도 특성과 섬유 클래딩의 LC 광자 미세 구조의 매력적인 조정 가능 특성을 활용하는 새로운 종류의 광 도파관을 만듭니다. LC 침투 PCF는 PCF에 새로운 수준의 조정 가능성을 도입하고 다양한 새로운 전파, 스펙트럼, 열 광학, 전기 광학 및 편광 특성으로 인해 성능을 향상시킵니다. 온도 및 전기/자기/광학 분야에 대한 높은 민감도 외에도 마이크로홀 내에서 다양한 액정 분자 방향 "시나리오"를 사용하면 인덱스 유도 또는 광자 밴드 갭 전파 메커니즘뿐만 아니라 이들 사이의 가역적 전환도 결정할 수 있습니다. .

주기적인 도파관 구조는 포토닉스의 발전에 중요한 역할을 해왔습니다. 가로 주기 구조(예: 광결정 및 광결정 섬유) 외에도 굴절률이 전파 방향을 따라 주기적으로 변하는 도파 구조도 중요합니다. 그 영향은 격자 결합, (브래그) 반사, 편광 변환, 편향, 2차 고조파 생성, 주파수 변조 등을 포함하여 광소자의 광범위한 기능으로 확장됩니다. 장치의 다양성은 도파관 기하학적 구조, 주기성(듀티 사이클 및 굴절률 변조/차이로 설명됨), 결합 효과 및 유도 모드를 선택할 수 있는 다양한 방식으로 인해 발생합니다.