CC BY
16
2008
Доклады БГУИР
М 5 (35)
УДК 532.783+548.0
ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОГО ГАШЕНИЯ ДЕФЕКТНЫХ МОД В МНОГОСЛОЙНЫХ ФОТОННЫХ КРИСТАЛЛАХ
В.Я. ЗЫРЯНОВ1'2, В .А. ГУНЯКОВ1'2, С.А. МЫСЛИВЕЦ1, В.Г. АРХИПКИН1'2, В.Ф. ШАБАНОВ1'2, Г.Н. КАМАЕВ3
1 Институт физики им. Л. В. Киренского, КНЦ СО РАН, Красноярск 660036, Россия 2Сибирский федеральный университет, Красноярск 660041, Россия 3Институт физики полупроводников СО РАН, Новосибирск 630090, Россия
Поступила в редакцию 12 марта 2008
Рассмотрен электрооптический эффект в мультислойном фотонном кристалле с жидкокристаллическим слоем, помещенный между скрещенными поляризаторами. Экспериментально продемонстрированы усиление и гашение проходящего излучения в зависимости от разности порядковых номеров интерферирующих дефектных мод.
Ключевые слова: фотонные кристаллы, жидкие кристаллы, дефектные моды, интерференция
Разработка новых методов управления оптическими свойствами фотоннокристалличе-ских (ФК) материалов необходима для развития элементной базы оптоэлектроники и нанофо-тоники [1,2]. Использование жидких кристаллов (ЖК) в качестве структурных элементов ФК особенно актуально из-за их высокой чувствительности к внешним воздействиям [3-5]. В данной работе рассматривается метод управления интенсивностью света, проходящего через муль-тислойный ФК с ЖК дефектообразующим слоем, помещенный между скрещенными поляризаторами.
При переориентации слоя нематика толщиной с1 за счет изменения его двулучепреломле-ния (пе - п„) возникает эффект фазовой модуляции света
1 = 10-5т22р-5т2т:(пе-по4 (1)
К
)
где 10 - интенсивность, а X - длина волны падающего на ЖК линейно поляризованного света. Угол между вектором поляризации падающего луча и исходным направлением нематического директора обычно выбирают Р = ±45°. С другой стороны, в спектре мультислойной ФК структуры с оптически одноосным дефектом образуется два набора ортогонально поляризованных дефектных мод, длины волн которых удовлетворяют условию
N й <2>
9
где целое число Ыео определяет порядковый номер дефектной моды для необыкновенной и обыкновенной волны, соответственно [2]. При спектральном совмещении Хе = Х0 дефектных мод возникает интерференция, результат которой определяется разностью их порядковых номеров - Если разность четная то, согласно (1), будет наблюдаться минимум проходящего излучения. В случае нечетности интенсивность проходящего света максимальна.
Для исследований использована экспериментальная ячейка-сэндвич, состоящая из двух идентичных диэлектрических зеркал, полученных напылением на подложку с 1ТО покрытием 6 слоев двуокиси циркония 2Ю2 и 5 слоев двуокиси кремния 8Ю2. Толщины слоев и показатели преломления гг02 - 0.055 мкм и 2.04, БЮг - 0.102 мкм и 1.45, соответственно. Зазор между зеркалами с! = 7.4 мкм заполнен планарно ориентированным нематиком 5ЦБ. К1ТО электродам прикладывалось переменное электрическое поле, обеспечивающее переориентацию директора в гомеотропное состояние. При этом показатель преломления е-волны изменяется от пц до пх. Тогда, согласно (2), е-компонента спектра дефектных мод смещается в коротковолновую часть спектра (рис. 1). Обыкновенная компонента спектра остается неизменной.
570
:0 • » о
8
О
1
4
5
2 3
и/и
с
Рис. 1. Спектральные положения поляризованных дефектных мод ФК с дефектным слоем нематика в зависимости от приложенного напряжения. Символы - е-волна, линии - о-волна; иС = 0.74 В.
570 580 590 600 X, пт
Рис. 2. Светопропускание ФК ячейки при интерференции 42-ой (Ш = 0.95 V, штриховая линия) и 41-ой (Ш = 1.23 V, сплошная линия) мод е-луча с 38-ой модой обыкновенной компоненты.
Спектральное совмещение поляризованных компонент дефектных мод дает возможность определить результат их интерференции (1), измеряя интенсивность излучения, проходящего через ФК ячейку. При этом ортогонально поляризованные дефектные моды с одинаковой длиной волны имеют различные порядковые номера (рис. 1). Так, например, при увеличении поля горизонтальную линию Х„ = 0.588 мкм, соответствующую 38-ой дефектной моде о-луча, поочередно пересекают дефектные моды е-луча с порядковыми номерами 42, 41, 40, 39.
На рис. 2 приведено светопропускание ФК ячейки при интерференции 42-ой и 41-ой мод необыкновенной волны с 38-ой модой обыкновенной компоненты, происходящей при воздействии электрического поля = 0.95 V и 1?2 = 1.23 V, соответственно. Как видно из рисунка, если разность порядковых номеров комбинируемых дефектных мод четная, то наблюдается интерференционное гашение проходящего излучения. И наоборот, если разность нечетная, то интенсивность интерферирующих компонент суммируется. Таким образом, на выходе из оптической системы при спектральном совмещении ортогонально поляризованных дефектных мод в зависимости от разности их порядкового номера может реализоваться как интерференционное усиление, так и гашение интенсивности излучения.
Работа выполнена при поддержке грантов: НШ-3818.2008.3; РНП-2.1.1.1814; РФФИ 0803-01007; № 8.1 и 2.10.2 РАН, № 33 СО РАН
ELECTROOPTICAL EFFECT OF INTERFERENCE QUENCHING OF DEFECT MODES IN MULTILAYER PHOTONIC CRYSTALS
V.YA. ZYRYANOV, V.A. GUNYAKOV, S.A. MYSLIVETS, V.G. ARKHIPKIN, V.F. SHABANOV, G.N. KAMAEV
Abstract
The electrooptical effect in multilayered photonic crystal with liquid crystal layer is considered when the photonic crystal is placed between two crossed polarizers. The increase and quenching of transmitted radiation is demonstrated experimentally depending on the difference of serial number of interfering defect modes.
Литература
1. Joannopoulos J.D., Meade R.D., and Winn J.N. Photonic Crystals: Molding the Flow of Light. Princeton, 1995.
2. Шабанов В. Ф., Ветров С.Я., Шабанов А.В. Оптика реальных фотонных кристаллов. Жидкокристаллические дефекты, неоднородности. Новосибирск: СО РАН, 2005.
3. ВетровСЯ., ШабановА.В. //ЖЭТФ. 2001. Т. 120. С.1126-1134.
4. Ozaki R., Matsui Т., Ozaki М„ Yoshino К. И Jpn. J. Appl. Phys. 2002. Vol. 41. P. L1482-L1484.
5. Архижин В.Г., Гуняков B.A. Мысливец C.A. и др. II ЖЭТФ. 2008. Т. 133. №2. С.447-459.
