液晶光子学第10章液晶光通信与太赫兹调控元件课件.pptx
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1、液晶光子学10.1.1 光通信器件背景及应用10.1.2 独立液晶光通信元件10.2.1 液晶太赫兹元件概述习题10.2.3 液晶太赫兹波片10.2.4 液晶太赫兹滤波器10.2.5 液晶可调太赫兹吸收器10.2.2 太赫兹相移器第十章液晶光通信与太赫兹调控元件of33210.1.1 光通信器件背景及应用of333第十章 液晶光通信与太赫兹调控元件光通信器件技术主要包括平面光路技术和自由空间技术,其中自由空间具有易升级、成本低、多通道处理能力强等优势。常用的两种自由空间技术包括微电机系统(Micro Electron-Mechanical System,MEMS)技术和液晶技术。相比而言,液晶
2、技术具有高稳定性、低能耗等优势。用于光通信领域的液晶光子学器件主要是可调谐无源器件,以期实现对光信号的控制和分配,如光开关、光衰减器、滤波器、反射器、光束转向器、偏振控制器、光分插复用器等。相比于采用传统电光晶体等材料的功能性器件,液晶光子学器件具有许多优势:功耗小、成本低、重量轻且不需要配备附属联动装置等。液晶光子元件的引入,为传统的光通信技术提供了更便捷的操控方案。10.1.2 独立液晶光通信元件of33410.2.1 液晶太赫兹元件概述习题10.2.3 液晶太赫兹波片10.2.4 液晶太赫兹滤波器10.2.5 液晶可调太赫兹吸收器10.2.2 太赫兹相移器第十章液晶光通信与太赫兹调控元件
3、10.1.1 光通信器件背景及应用10.1.2 独立液晶光通信元件of335第十章 液晶光通信与太赫兹调控元件图10.2 电场作用下液晶对光强的调制液晶的电控双折射(10.1)10.1.2 独立液晶光通信元件of336第十章 液晶光通信与太赫兹调控元件u液晶光开关按照工作媒介不同,光开关主要可分为自由空间型和波导型两类。前者依照工作原理又可分为微机电系统型(MEMS)和液晶型光开关;后者根据物理性质和所用材料的不同可分为热光开关、电光开关、声光开关、激子吸收开关等。图 10.3 一种液晶微滴光开关结构示意图10.1.2 独立液晶光通信元件of337第十章 液晶光通信与太赫兹调控元件u液晶光开关
4、图 10.4 对外加电场响应连续可调激光器(ANDO AQ4321D,=15201620 m)光源出射光经过单模光纤(SMF)和偏振控制器(FPC560,Thorlabs),在没有外加电场作用时,经过液晶盒样品的液晶微滴边缘后,出射光强由光功率计(ANDO AQ8201-21)探测。10.1.2 独立液晶光通信元件of338第十章 液晶光通信与太赫兹调控元件u液晶可调光衰减器光衰减器是一类在光纤通信网络中广泛使用的光无源器件,其作用是用来控制减少光纤通信网络中传输的光信号的强度。可调光衰减器的功能是降低光信号的强度,通常适用于密集波分复用系统等多通道系统。图 10.4 一种基于液晶微滴的可调光
5、衰减器10.1.2 独立液晶光通信元件of339第十章 液晶光通信与太赫兹调控元件u液晶可调光衰减器图 10.7 液晶光衰减器原理图图 10.6 液晶光衰减器光路图在亮态和暗态之间,器件的输出光功率可以通过对液晶盒施加不同大小的电压实现连续可控衰减,且该液晶器件对入射光具有偏振无依赖性。10.1.2 独立液晶光通信元件of3310第十章 液晶光通信与太赫兹调控元件u多通道光隔离器光隔离器也是一类在光纤通信网络中广泛使用的光无源器件。它能使信号光从正向通过而阻止回射光从反向通过,在光纤通信系统、激光器和光处理系统中有着广泛的应用。在这些系统中,光信号会在各个器件的端面产生反射,形成回射光。回射光
6、会降低各类器件(例如激光器或者放大器)的性能以及光信号的信噪比,因此需要光隔离器来隔离回射光,保护各类光学器件。图 10.8 液晶光隔离器工作原理图10.1.2 独立液晶光通信元件of3311第十章 液晶光通信与太赫兹调控元件u多通道光隔离器图 10.9通信波段双向多通道光隔离器的透过率图 10.10 0-2相位调节范围内透过率变化在整个通信波段(191196 THz),对于特定频率间隔的信号,消光比都能达到40dB以上并且各个通道的间隔恰好为100GHz。在此基础上,在整个光路设计中增加一个液晶盒,液晶对透射光相位的调制可以通过调节电压对光信号的透过率作出相应的调节。10.1.2 独立液晶光
7、通信元件of3312第十章 液晶光通信与太赫兹调控元件u波长阻隔器波长阻隔器是重构光分插复用器(ROADM)的核心器件之一,它可在波分复用系统的节点处对同一光纤中传输的不同波长的光信号进行解复用,然后对各个信号独立地进行导通、阻隔以及衰减控制。通过复用的方式,在该节点处还可以重新上载相同波长的信号,实现了光信号灵活的上下行。另外,通过衰减可以对各个通道的信号强度进行整平。图 10.11液晶波长阻隔器工作原理10.1.2 独立液晶光通信元件of3313第十章 液晶光通信与太赫兹调控元件u波长阻隔器图 10.12 波长阻隔器液晶模块原理图l 驱动电压小于阈值电压时,入射光原路返回耦合入光纤,呈导通
8、状态l 驱动电压达到饱和电压时,液晶不改变透射光的偏振态,呈隔离状态l 驱动电压位于两者之间时,部分入射光被隔离,呈衰减平整状态10.1.2 独立液晶光通信元件of331410.2.1 液晶太赫兹元件概述习题10.2.3 液晶太赫兹波片10.2.4 液晶太赫兹滤波器10.2.5 液晶可调太赫兹吸收器10.2.2 太赫兹相移器第十章液晶光通信与太赫兹调控元件10.1.1 光通信器件背景及应用10.2.1 液晶太赫兹元件概述第十章 液晶光通信与太赫兹调控元件of3315 Terahertzf:0.1 THz 10 THz 电子学 光子学:0.03 3 mm 微波 红外 成像 安检 无损检测 特征谱
9、(指纹识别),裂纹,空隙等结构缺陷 生物和医药应用 炸药和药品的探测与鉴定,化学和生物的危险评估 自由空间通讯 生产中的实时监测 独特性质&丰富应用 Nature Mater.2002,1(1):26-3310.2.1 液晶太赫兹元件概述of3316相对于THz源和THz探测器来说,THz调控器件的发展仍十分缓慢,特别是动态调控器件。太赫兹量子级联激光器GaAs超快太赫兹探测器液晶与THz结合宽波段双折射外场可调谐(电磁场、温度、光场)可与超材料集成液晶太赫兹器件-相移器-波片-滤波器-吸收器第十章 液晶光通信与太赫兹调控元件10.2.1 液晶太赫兹元件概述of3317液晶器件在THz波段的主
10、要问题及相应的解决方法:THz透明电极(现有的电极材料有石墨烯、PEDOT:PSS、ITO纳米晶须)利用动态相位累积的纯相位调制器件需要较大的液晶层厚度,对加场、响应带来不利影响(解决方法主要是开发大双折射液晶材料以及把液晶材料和超材料进行集成)大层厚的液晶不易取向好(解决方法是采用光控取向层,实现大盒厚取向(大于500 m)第十章 液晶光通信与太赫兹调控元件10.1.2 独立液晶光通信元件of331810.2.1 液晶太赫兹元件概述习题10.2.3 液晶太赫兹波片10.2.4 液晶太赫兹滤波器10.2.5 液晶可调太赫兹吸收器10.2.2 太赫兹相移器第十章液晶光通信与太赫兹调控元件10.1
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