温度对不同孔形液晶光子晶体光纤的传输特性研究

摘要： 提出一种可填充E7型液晶的不同孔形光子晶体光纤。基于现有Comsol Muhiphysics软件对不同温度时的光子晶体光纤在同一波长传输特性的影响，从而实现温度变化对填充液晶的不同孔形光子晶体光纤的模场特性规律，得出基膜有效折射率、数值孔径随温度变化快的圆形空气孔是表现光子晶体光纤传输特性的最佳孔形。分析波导色散随入射波长变化的影响，为更好地调制光子晶体光纤器件提供理论依据。

关键词： COMSOL Muhiphysics； 液晶； 光子晶体光纤； 模场特性

中图分类号： TN253⁃34 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2013）06⁃0129⁃04

0 引 言

光子晶体光纤[1⁃2]（Photonic Crystal Fiber，PCF）是近年来出现的一种新型光纤，这种光纤通常是由单一介质构成，其微结构包层由在二维方向上紧密排列而在轴向结构不变的波长量级空气孔组成。作为二维光子晶体的一种波导，光子晶体光纤表现出以往传统光纤所不具备的性质，光子晶体光纤的性质与结构紧密相关，空气孔尺寸大小d、孔间距A、空气孔排布的形状、中心传光芯的尺寸直接决定了光子晶体光纤的传输性质。这些性质使光子晶体光纤的应用领域不断的扩大，越来越吸引了众多研究人员的兴趣。最近几年来，光子晶体光纤的制造技术、理论研究方法及其应用都取得了突破性的进展，这在很大程度上拓展了光子晶体光纤的应用范围。在使用高折射率的材料填充空气孔，可以适度调节光子晶体光纤的光学传输性质[3⁃5]。

液晶[6]的折射率对温度的变化比较灵敏，所以填充液晶的光子晶体光纤的光学特性就可以在这些外部条件的控制下加以调节[7]。本文填充的E7型液晶是热变型液晶中的向列型，国内外已有研究者对光子晶体光纤的包层空气孔填充向列型液晶的论文见报，主要有光子晶体光纤进行填充液晶后的温度调制和高敏感热开关特性[8⁃9]、色散特性和滤波特性[10]等。采用液体的毛细作用的方法把液晶填充不同孔型的实心光子晶体光纤的包层空气孔，在温度递增的情况下，可调光子晶体光纤的光学传输特性，并重点研究温度对不同孔形的光子晶体光纤中传输模式、数值孔径、有效折射率和色散的影响。

1 数值模拟

1.3 四种不同孔形有效折射率的温度特性

有效折射率作为光子晶体光纤的重要参量之一，与光子晶体的其他特性紧密相关。不同传输模式的常数相对于不同的折射率。为了得到每个传输常数所相对应的模式，把有效折射率定义如下：

2 结 语

利用COMSOL Muhiphysics数值模拟不同孔形的填充液晶的光子晶体光纤的传输特性。计算三角形，正方形，椭圆形，圆形的结构，保证入射波长为1.55×10⁃6 m的情况。比较在4个不同孔形下，光纤基膜有效折射率，有效模面积，数值孔径随着温度的变化关系。通过分析了圆形空气孔的光纤，在不同温度下光纤波导的情况，其中随着温度的变化，光纤基膜有效折射率、数值孔径变化快。这些特性为液晶光子晶体光纤温度传感器器件的设计和应用提供理论基础。

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