Перспективы использования систем с жидкими кристаллами и полимерными волноводами в терагерцовом диапазоне для информационных технологий Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 532.783

Б.В. Поллер, В.М. Клементьев, С.И. Трашкеев, А.В. Бритвин, С.И. Коняев, Ю.Д. Коломников, Д.Е. Трушенко, С.Г. Орлов ИЛФ СО РАН, СГГА, Новосибирск

ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СИСТЕМ С ЖИДКИМИ КРИСТАЛЛАМИ И ПОЛИМЕРНЫМИ ВОЛНОВОДАМИ В ТЕРАГЕРЦОВОМ ДИАПАЗОНЕ ДЛЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

B.V. Poller, V.M. Clement’ev, S.I. Trashkeev, A.V. Britvin, S.I. Konyaev, Yu.D. Kolomnikov, D.E. Trushenko, S.G. Orlov

PERSPECTIVES OF USING OF LIQUID CRYSTALS SYSTEMS AND TGZ POLYMERIC WAVEGUIDES FOR INFORMATION TECHNOLOGIES

Терагерцовый диапазон в области 10 - 100 ТГц (30 - 300 мкм) представляет значительный интерес для построения различных информационных и диагностических систем. Элементная база для терагерцовых (ТГц) систем находится в стадии активного развития. Поэтому значительный интерес представляют генерирующие и волноводные структуры с использованием жидких кристаллов и полимерных волноводов.

Полимерные волноводы (планарные и волоконные) позволяют транспортировать ТГц сигналы в системе. При изменении размеров волноводов и при внесении в волновод наборов проводящих микрочастиц появляется возможность осуществлять также спектральные и фазовые преобразования ТГц сигналов.

Для полимеров типа ПММА, полиэтилен, акриловых смол, получены характеристики размещения проводящих

микрочастиц со средним размером 7 - 10 мкм на стадии изготовления полимерной пленки, толщиной до 1000 мкм и длиной до 0,1 м. За счет направленного введения микрочастиц в полимерные пленки, создаются зоны с изменяемым

коэффициентом преломления, влияющие на распространение и преобразование ТГц сигналов.

В ходе исследований были получены также полимерные волоконные и планарные волноводы с плавными изменениями размеров волноводов от сотен мкм до

Рис. 1. Фото полимерных волноводов с перетяжкой, слева круглый волновод из полистирола (300 - 12) мкм, справа плоский волновод из ПММА (1400x560 - 24) мкм

единиц мкм. Фотография образца планарного волновода с перетяжкой 1:100 представлена на рис. 1.

Совместно с ЗАО «СКБ» и ГП «Профиль» получены образцы композитов в виде пленок окиси титана, нанесенных на различные полимерные волноводы путем магнетронного напыления. Эти покрытия могут значительно улучшить эксплуатационные параметры полимерных волноводов.

Для исследования взаимодействия ТГц излучения с планарными оптическими волноводами исследовалась задача резонансного возбуждения в волноводе ТГц излучения за счет нелинейной генерации разностных частот (от инфракрасного источника накачки) жидкокристаллическим упорядоченным нанокомпозитом. Решение этой задачи позволит в перспективе создать параметрический, волноводный лазер ТГЦ диапазона с управляемыми характеристиками. В результате исследований в этой области была теоретически обоснована и впервые экспериментально зарегистрирована квадратичная нелинейность нематического жидкого кристалла, на 5-6 порядков выше, чем максимальная аналогичная величина, зарегистрированная для органического кристалла №? (К-(4-нитрофенил)-Ь-пролинол) [1]. Для наблюдения генерации разностных частот и подтверждения теоретических выводов о существовании в жидких кристаллах гигантской квадратичной нелинейности был поставлен предварительный эксперимент с использованием накачки аргоновым лазером, излучающим несколько частотных линий видимого диапазона. Генерируемые разностные частоты в этом случае попадали в инфракрасную область излучения ~ 10 мкм. На рис. 2 приведена поперечная картина полученного излучения, имеющая форму эллипса. На рис. 3 дано спектральное распределение того же излучения.

Рис. 2. Угловая зависимость вторичного излучения

Рис. 3. Спектр вторичного излучения.

Учитывая, что полимерные волноводы имеют достаточно большую апертуру, они могут оптимально стыковаться с ЖК нанокомпозитом,

одновременно осуществляя также функцию спектральной фильтрации ТГц сигналов. Изменяя параметры лазеров накачки, можно соответственно менять параметры генерируемого ТГц излучения, создавая основу для ппостроения миниатюрных анализаторов параметров окружающей среды. Данные элементы также перспективны для построения наземно-космических информационных систем [2].

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Трашкеев, С.И. Высокоэффективная генерация разностных частот нематическим жидким кристаллом / С.И. Трашкеев, В.М. Клементьев, Г.А. Поздняков // Квантовая электроника (в печати).

2. Развитие лазерных информационно-сенсорных систем с планарными волноводами и элементами микрооптики для наземно-космических телекоммуникаций и локальных сетей связи и контроля: докл. на IX междунар. конфер. «Проблемы функционирования информационных сетей» / С.Н. Багаев, Б.В. Поллер, А.В. Бритвин, С.М. Игнатович, В.В. Чесноков, А.Ф. Ярославцев. -Новосибирск, 2006. - С. 22-25.

© Б.В. Поллер, В.М. Клементьев, С.И. Трашкеев, А.В. Бритвин,

С.И. Коняев, Ю.Д. Коломников, Д.Е. Трушенко, С.Г. Орлов, 2008