В статье представлены и описаны система и расчет волноводных каналов, определение показателя преломления, представлен процесс фотополимеризации.
Ключевые слова:фотополимерно-жидкокристаллические композиции, дифракционная структура, оптическое излучение, голографическая структура, волновод.
В последнее время все больше внимание уделяется средам для голографической записи, таким как, фоторефрактивные кристаллы, фотополимерные материалы (ФПМ), фотополимерные материалы с жидкокристаллической (ЖК) компонентой (ФПМ-ЖК). Помимо указанных достоинств перспективность ФПМ-ЖК также обусловлена высокой разрешающей способностью, высокой дифракционной эффективностью, возможностью управления селективными и дифракционными свойствами, относительной дешевизной материала, отсутствием необходимости дополнительной химической обработки голограмм после записи.
Используя пропускающие голографические дифракционные структуры, сформированные в ФПМ-ЖК, возможно создать широкополосные динамически управляемые электрическим полем устройства для оптических систем связи. Наиболее распространенным методом формирования дифракционных структур в ФПМ-ЖК является голографический способ.
Исходя этого, можно говорить о возможности формирования системы волноводных каналов голографическим методом в композиционных ФПМ-ЖК материалах и возможности распространения оптического излучения в них. На рисунке 1 схематично изображена такая система волноводных каналов.
Рис. 1. Система волноводных каналов, сформированных голографическим методом в ФПМ-ЖК
На основе этого было рассчитано пространственное распределение показателя преломления голографически сформированной структуры с учетом амплитуд первых двух пространственных гармоник, для угла формирования 4 градуса (рисунок 2). Данный угол падения записывающих пучков обеспечивает формирование системы волноводных каналов с шириной канала 9 мкм., что соответствует диаметру сердцевины стандартного телекоммуникационного волокна. Выражение (1) определяет ширину сформированного волноводного канала.
|
|
(1) |
где 
— ширина сформированного волноводного канала, 
— длина волны формирующего излучения (633 нм.), 
— угол Брэгга, 
(рисунок 2).
Рис. 2. Пространственное распределение показателя преломления голографически сформированной структуры
Далее необходимо провести расчет изменения показателя преломления при воздействии внешнего электрического поля. Изменение показателя преломления в волноводном канале определяется взаимной ориентацией «капсул» НЖК 
и вектора электрической напряженности внешнего поля E, а также величиной напряженности внешнего поля. 
— напряженность электрического поля, которую необходимо приложить, для выполнения ориентационного перехода из E⊥ в E||.
На рисунке 3 графически представлен процесс фотополимеризации протекающий в ФПМ-ЖК, при голографическом формировании, из которого видно, что по окончании этого процесса (рисунок 3c), в следствии диффузии молекул фотополимера (P) и молекул жидких кристаллов (L), образуется периодичная структура с различными значениями показателя преломления.
Рис. 3. Диффузия молекул полимера и жидкого кристалла при голографическом методе формирования
Таким образом можно говорить о том, что показатель преломления «сердцевины» волноводного канала будет равен показателю преломления НЖК, а показатель преломления «оболочки» будет соответствовать показателю преломления полимера, что проиллюстрировано на рисунке 2.
Литература:
- Довольнов Е. А., Миргород В. Г., Пен Е. Ф., Шарангович С. Н., Шелковников В. В. Импульсная запись пропускающих и отражающих голографических дифракционных решеток в поглощающих фотополимерах. Численное моделирование и эксперимент // Известия вузов. Физика. — 2007.
- Сонин А. С. Введение в физику жидких кристаллов. Москва: Наука. Главная редакция физико-математической литературы — 1983.
- Серебрякова В. С. Интегральная оптика: учеб. пособие // В. С. Серебрякова, В. Ф. Пашин, Е. В. Стригалев — СПб — 2012.
