一种基于液晶光子晶体的可调谐滤波器.pdf

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1、第40卷第3期人工晶体学报Vol．40No．32011年6月JOURNALOFSYNTHETICCRYSTALSJune，2011一种基于液晶光子晶体的可调谐滤波器11111．2李文胜，黄海铭，付艳华，张琴，是度芳(1．湖北汽车工业学院理学系，十堰442002;2．华中科技大学物理系，武汉430074)摘要:在由高纯硅和5CB液晶组成的光子晶体中，掺杂一装有电极的5CB液晶层作为调制层，由此构成了一可调滤波器。利用传输矩阵法计算了其透射谱，结果表明:控制调制层上电压有无，使调制层的折射率发生变化，就可以实现透射峰中心的移动，从而达到滤波波长可调的目的。该滤波器的结构周期以6至

2、7为宜，且有一定的角度宽容性，特别适合小角度入射的情况。关键词:光子晶体;5CB液晶;滤波器;特征波长中图分类号:O734文献标识码:A文章编号:1000-985X(2011)03-0768-04ATunableFilterBasedonLiquid-CrystalPhotonicCrystal11111．2LIWen-sheng，HUANGHai-ming，FUYan-hua，ZHANGQin，SHIDu-fang(1．DepartmentofBasicScience，HubeiUniversityofAutomotiveTechnology，Shiyan442002，Ch

3、ina;2．DepartmentofPhysics，HuazhongUniversityofScienceandTechnology，Wuhan430074，China)(Received30December2010，accepted31March2011)Abstract:Thephotoniccrystalcomposedofhigh-puritysiliconand5CBliquid-crystal，modulatedbythe5CBliquidcrystallayerequippedwithelectrodes，whichconstituteaphotoniccrys

4、taltunablefilter．Transmissionspectrumwascalculatedbytransfermatrixmethod，theresultsindicatethatthecenterofthetransmissionpeakscanbemovedwhentherefractiveindexofthemodulationlayerwaschangedbycontrollingvoltageofthemodulationlayer，whichcanbeusedtoadjustthewavelengthofthefiltertunable．Thefilte

5、rcycleof6to7isappropriate，andthereisacertainangletolerance，thereforeitissuitableforthecaseofasmallincidentangle．Keywords:photoniccrystal;5CBliquid-crystal;filter;characteristicswavelength1引言［1］［2-4］自光子晶体的概念提出20多年来，其独特性质引起了人们的广泛关注。迄今为止，光子晶体的［5］研究已取得了突破性进展，理论和应用研究都取得了一系列研究成果，如光子晶体微腔和无阈值激光器、［6

6、］［7］［8］［9］［10］［11］光子晶体波导和光纤、双稳态和光开关、超棱镜和低损耗反射镜、光子晶体偏振器和滤波器等等。本文利用光子晶体的带隙特性，设计了一种基于液晶光子晶体的新型可调滤波器。该滤波器为高纯硅和5CB液晶组成的一维光子晶体结构，且其中有一层液晶安装有一对电极，控制电极间电压的有无，就可以改变上述滤波器的特征波长，从而实现可调滤波。收稿日期:2010-12-30;修订日期:2011-03-31基金项目:湖北省教育厅科研项目(B2011807)作者简介:李文胜(1955-)，男，湖北省人，副教授。E-mail:liwensheng200099@sina．com第

7、3期李文胜等:一种基于液晶光子晶体的可调谐滤波器7692结构模型和机理可调滤波器结构如图1所示。图中a是高纯硅、b和c都是5CB液晶，只是c层上、下两端分别装有一个电极。5CB(C5H11-C6H4-C6H4-CN)液晶在常温下为向列相，其光学性质与单轴晶体相同，因其在太赫［12］［13］兹波段的损耗很小可以忽略。已有实验表明，在25℃时，5CB液晶在太赫兹(μm级)波段的正常折射率为1．59～1．83，反常折射率率为1．74～2．04。当两电极间无电压时，b、c层都呈现正常折射率。根据各层传输矩阵的特