2. ИЗМЕРЕНИЯ СВЕТОПРОПУСКАНИЯ
Стандартная экспериментальная установка для исследования свойств распространения излучения в фотонно-кристаллическом волокне, легированном наночастицами золота, показана на рисунке 6. В качестве «хозяина» было использовано фотонно-кристаллическое волокно LMA-10 длиной ≈50 см, в котором только участок длиной ≈10 мм был заполнен «гостем» – ЖК, легированными наночастицами золота. Входной сигнал от широкополосного галогенного источника света Mikropack HL-2000 подавался в отверстие фотонно-кристаллического волокна. Анализ оптического выходного сигнала от фотонно-кристаллического волокна проводился с помощью волоконно-оптического спектрометра Ocean Optics USB4000, а температура фотонно-кристаллического волокна контролировалась устройством стабилизации температуры.
Жидкий кристалл 5CB характеризуется более высокими показателями преломления, чем показатели преломления кварцевого стекла, используемого для изготовления волокна LMA-10. В результате эффективный показатель преломления оболочки фотонно-кристаллического волокна выше, чем показатель преломления сердцевины волокна, поэтому в данном исследовании возможно только распространение излучения в фотонной запрещенной зоне. Это означает, что распространение излучения в сердцевине волокна возможно только при длине волны, соответствующей фотонным запрещенным зонам, образованным в оболочке.
Рисунок 6. Экспериментальная установка для исследования свойств распространения излучения в фотонно-кристаллическом волокне, легированном наночастицами золота
Рисунок 7. Фотонная запрещенная зона, наблюдаемая в фотонно-кристаллическом волокне LMA-10, заполненном чистым ЖК 5CB (сплошная линия) и наночастицами золота (Au), диспергированными в ЖК 5CB, в концентрации приблизительно 0,3 мас.% (пунктирная линия)
Результаты, представленные на рисунке 7, показывают механизм распространения света в фотонной запрещенной зоне, наблюдаемой в фотонно-кристаллическом волокне LMA-10, заполненном чистым ЖК 5CB (сплошная линия) и наночастицами золота (Au), диспергированными в кристаллах 5CB, в концентрации приблизительно 0,3 мас.% (пунктирная линия). Интересно, что фотонные запрещенные зоны не изменили своего положения, когда наночастицы золота были диспергированы в ЖК 5CB. Этот эффект подтверждает, что наночастицы золота не изменяют расположение молекул ЖК. Только амплитуда пиков значительно уменьшилась в результате поглощения суспензии наночастиц (рисунок 2 статьи).
3. НЕЛИНЕЙНЫЕ ПРОЦЕССЫ
Результаты регулирования температуры фотонных запрещенных зон в фотонно-кристаллическом волокне LMA-10, заполненном ЖК 5CB, показаны на рисунке 8. Анализируя тепловые характеристики этого фотонно-кристаллического волокна, можно качественно описать зависимость обычного показателя преломления no от температуры. Поскольку молекулы ЖК в фотонно-кристаллическом волокне ориентированы преимущественно вдоль оси волокна, положение фотонных запрещенных зон определяется значением no, и, следовательно, если значение no увеличивается по мере увеличения температуры, наблюдается красное смещение фотонных запрещенных зон.
Рисунок 8. Красное смещение фотонных запрещенных зон, наблюдаемое в волокне LMA-10, заполненном наночастицами золота, диспергированными в ЖК 5CB
Рисунок 9. Изменения в фотонных запрещенных зонах, наблюдаемые в волокне LMA-10, заполненном наночастицами золота, диспергированными в ЖК 5CB, под воздействием лазерного излучения на длине волны 543 нм
Если фотонно-кристаллическое волокно заполнено наночастицами золота, диспергированными в ЖК 5CB, фотонные запрещенные зоны становятся чувствительными к лазерному излучению с длиной волны 543 нм.
В данном эксперименте наночастицы, диспергированные в ЖК 5CB, за счет изменений температуры среды увеличивают нелинейно-оптический отклик и, как следствие, вносят изменения в фотонные запрещенные зоны (рисунок 9). Наночастицы золота в качестве дисперсных нанонагревателей, которые локально увеличивают показатели преломления ЖК за счет изменений температуры среды, могут вызывать красное смещение в наблюдаемой фотонной запрещенной зоне. В данном эксперименте только первые 4 мм фотонно-кристаллического волокна, освещенные лазерным излучением на длине волны 543 нм, вызывают красное смещение фотонных запрещенных зон. Согласно наблюдениям, оставшиеся 6 мм фотонно-кристаллического волокна не вызывали сдвига фотонных запрещенных зон, а только уменьшали интенсивность проходящего света.
Таким образом, была представлена новая комбинация наночастиц золота с мезогенными лигандами и ЖК, которая будет использоваться для инфильтрации фотонно-кристаллических волокон.
Компания INSCIENCE помогает своим заказчикам решать любые вопросы и потребности по поставке оборудования NKT Photonics на территории РФ
