ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. ISSN 1684-1719. 2020. № 4
Оглавление выпускаТекст статьи на английском языке (pdf)
DOI https://doi.org/10.30898/1684-1719.2020.4.3
УДК 535.13: 535.326: 535.36: 621.37
Нерегулярные жидкокристаллические волноводные структуры: анализ квази-стационарных флуктуаций, потерь мощности и статистических свойств нерегулярностей
А. А. Егоров 1,2, А. С. Айриян 3,4, Э. А. Айрян 3
1 Московское НТО радиотехники, электроники и связи им. А.С. Попова, 101000, Москва, Сретенский б-р, д. 2
2 Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, 119991, Москва, ул. Вавилова, д. 38
3 Объединенный институт ядерных исследований, 141980, Дубна, ул. Жолио-Кюри, 6
4 Национальная научная лаборатория им. А.И. Алиханяна, 0036, ул. Братьев Алиханян, 2
Статья поступила в редакцию 24 марта 2020 г.
Аннотация. Нерегулярные нематические жидкокристаллические волноводные структуры были исследованы численным моделированием и экспериментально. Зависимость коэффициента затухания (оптические потери) волноводных мод и эффективных размеров (радиусов корреляции) квазистационарных нерегулярностей жидкокристаллического слоя от линейной поляризации падающего лазерного излучения и наличия импульсно-периодического электрического поля были экспериментально обнаружены и исследованы. Получены оценки корреляционных радиусов квазистационарных нерегулярностей жидкокристаллического волновода. Наблюдаемое уменьшение коэффициента затухания волноводных мод и эффективных размеров нерегулярностей в жидкокристаллическом слое при включении внешнего электрического поля объясняется эффектом уменьшения радиусов корреляции флуктуаций локальной ориентации молекул жидкого кристалла. Экспериментальная функция спектральной плотности статистических квази-стационарных нерегулярностей нематического жидкого кристалла восстановлена и приведены соответствующие статистические параметры. Полученные результаты, несомненно, важны для дальнейшего исследования динамических процессов внутри нестационарных волноводных жидкокристаллических слоев, как с теоретической точки зрения для понимания кинетических процессов в жидких кристаллах, так и с практической, – при организации и проведении подходящих экспериментальных исследований.
Ключевые слова: волновод, планарная линза, лазерное излучение, жидкий кристалл, директор, флуктуации, нерегулярности, оптофлюидика, численное моделирование.
Abstract. Irregular nematic liquid crystal waveguide structures were investigated by the numeric simulation and experimentally. The dependence of attenuation coefficient (optical losses) of the waveguide modes and the effective sizes (correlation radii) of quasi-stationary irregularities of the liquid-crystal layer on the linear polarization of the incident laser radiation and the presence of pulse-periodic electric field were experimentally observed and investigated. An estimate is made of the correlation radii of liquid-crystal waveguide quasi-stationary irregularities. The observed decrease in the attenuation coefficient of the waveguide modes and the effective sizes of irregularities in the liquid-crystal layer, when the external electric field is switched on, explained by the effect of the decrease in the fluctuations correlation radii of the local orientation of the molecules of the liquid crystal. Experimental spectral density function of the statistical quasi-stationary nematic liquid crystal irregularities was restored and relevant statistical parameters are given. The obtained results are undoubtedly important for further research of dynamic processes inside non stationary waveguide liquid crystal layers, both from the theoretical point of view for understanding kinetic processes in the liquid crystals, and with practical, -- in the organization and carrying out suitable experimental researches.
Key words: waveguide, planar lens, laser radiation, liquid crystal, director, fluctuations, irregularities, optofluidics, numerical simulation.
5BЛитература
1. Блинов Л.М. Электро- и магнитооптика жидких кристаллов. М.: Наука, 1978.
2. Khoo I.C. Liquid Crystals. 2nd Edition. – NY: Wiley, 2007.
3. Ayriyan A.A., Ayrjan E.A., Egorov A.A., Hadjichristov G.B., Marinov Y.G., Maslyanitsyn I.A., Petrov A.G., Pribis J., Popova L., Shigorin V.D., Strigazzi A., Torgova S.I. Some Features of Second Harmonic Generation in the Nematic Liquid Crystal 5CB in the Pulsed-Periodic Electric Field // Physics of Wave Phenomena. 2016, Vol. 24. No. 4, pp. 259-267.
4. Ayriyan A.A., Ayrjan E.A., Egorov A.A., Dencheva-Zarkova M., Hadjichristov G.B., Marinov Y.G., Maslyanitsyn I.A., Petrov A.G., Popova L., Shigorin V.D., Strigazzi A., and Torgova S.I. Modeling of Static Electric Field Effect on Nematic Liquid Crystal Director Orientation in Side-Electrode Cell // EPJ Web of Conferences. 2018, Vol. 173, 03002.
5. Beeckman J., Yang T.-H., Nys I., George J.P., Lin T.-H., Neyts K. Multi-electrode tunable liquid crystal lenses with one lithography step // Optics Letters. 2018, Vol. 43, No. 2, pp. 271-274.
6. Egorov A.A., Shigorin V.D., Ayriyan A.S., Ayryan E.A. Study of the effect of pulsed-periodic electric field and linearly polarized laser radiation on the properties of liquid-crystal waveguide // Physics of Wave Phenomena. 2018, Vol. 26, No. 2, pp. 116-123.
7. Egorov A.A. Study and Analysis of Light Scattering Loss in Irregular Integrated Optical Waveguides // Physics of Wave Phenomena, 2019, Vol. 27, No. 3, pp. 217-228.
8. Egorov A.A. Use of waveguide light scattering for precision measurements of the statistic parameters of irregularities of integrated optical waveguide materials // Opt. Engineering. 2005, Vol. 44, No. 1. pp. 014601-1–014601-10.
9. Егоров А.А. Теоретический и численный анализ волноводного распространения и рассеяния собственных и несобственных мод нерегулярного интегрально-оптического волновода // Квантовая Электроника. 2012, Т. 42, № 4, С. 337-344.
10. Egorov A.A. Correct investigation of the statistic irregularities of integrated optical waveguides with the use of the waveguide light scattering // Laser Physics Letters. 2004, V. 1, No. 8, pp. 421-428.
11. Егоров А.А. Численное исследование характеристик лазерного излучения рассеянного в интегрально-оптическом волноводе с трехмерными неоднородностями // Оптика и спектроскопия. 2012, Т. 112, № 2, С. 317-328.
12. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. М. Наука, 1973.
13. Гудмен Дж. Введение в Фурье-оптику. М.: Мир, 1970.
14. Содха М.С., Гхатак А.К. Неоднородные оптические волноводы. М.: Связь. 1980.
15. Хансперджер Р. Интегральная оптика: Теория и технология. М.: Мир. 1985.
16. Маркузе Д. Оптические волноводы. М.: Мир, 1974.
17. Унгер Х.Г. Планарные и волоконные оптические волноводы. М.: Мир, 1980.
18. Снайдер А., Лав Дж. Теория оптических волноводов. М.: Радио и связь, 1987.
19. Ayryan E.A., Egorov A.A., Sevastianov L.A., Lovetskiy K.P., Sevastyanov A.L. Mathematical modeling of irregular integrated optical waveguides // Lecture Notes in Computer Science. 2012, Vol. 7125, pp. 136-147.
20. Falco A.Di., Kehr S.C., Leonhardt U. Luneburg lens in silicon photonics // Optics express. 2011, Vol. 19, No. 6, pp. 5156-5162.
21. Yong M. Optics and Lasers. Including Fibers and Optical Waveguides. Springer, 2001.
22. Liu J.-M. Photonic Devices. Cambridge: Cambridge University Press, 2005.
23. Tsang L., Kong J.A., Ding K.-H., Ao C.O. Scattering of Electromagnetic Waves: Numerical Simulations. NY: Wiley, 2001.
24. Ayriyan A.S., Ayrjan E.A., Egorov A.A., Maslyanitsyn I.A., Shigorin V.D. Numerical modeling of the static electric field effect on the director of the nematic liquid crystal director // Mathematical Models and Computer Simulations. 2018, Vol. 10, Issue 6, pp. 714-720.
25. Samarskii A.A. The theory of difference schemes. NY: Marcel Dekker, 2001.
Для цитирования:
Егоров А.А., Айриян А.С., Айрян Е.А. Нерегулярные жидкокристаллические волноводные структуры: анализ квази-стационарных флуктуаций, потерь мощности и статистических свойств нерегулярностей. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2020. № 4. Режим доступа: http://jre.cplire.ru/jre/apr20/3/text.pdf. DOI https://doi.org/10.30898/1684-1719.2020.4.3