[发明专利]一种宽范围多波段热光开关及其制作方法

说明书

本发明公开了一种宽范围多波段热光开关及其制作方法，该方法利用大气压压力及毛细作用将液晶全填充到光子晶体光纤中，然后用光纤切割刀把全填充的光子晶体光纤和单模光纤端面切割平整放在光纤熔接机上，将单模光纤与液晶全填充的光子晶体光纤熔接在一起。然后将液晶填充光子晶体光纤放在高精度数显恒温加热台上，将其两端的单模光纤分别接在宽带光源和光谱仪上。在液晶清亮温度附近，液晶折射率会发生剧烈变化，进而引起光子带隙移动。在光子带隙和干涉共同作用下，透射光谱会发生剧烈移动，进而形成热光开关S1,S2,S3和S4四个主要热光开关。热光开关不仅具有高的消光比，宽的控制范围，还能同时控制两个通信窗口波段。

技术领域

本发明涉及液晶全填充光子晶体光纤热光开关领域，具体是一种基于液晶全填充光子晶体光纤宽范围多波段热光开关及其制作方法。

背景技术

近十几年来，随着光子晶体光纤技术的发展，在通信、传感、检测和光学器件方面都有着非常重要的地位。光子晶体光纤可根据其导光机理分为两类：全内反射光子晶体光纤和带隙光子晶体光纤。全内反射导光的光子晶体光纤纤芯是实心的二氧化硅，包层有着周期排布的空气孔。可以往光子晶体光纤的这些孔状结构填充不同的功能性材料改变其传输特性。例如可以填充气体、液体和固体来改变其传输特性，并将其应用在光开关、光滤波器、旋转器等光学器件以及在温度和应力传感等领域。

液晶具有高的热光系数，且外界的温度对液晶的折射率有很大的影响，因此液晶的热光效应在热光开关领域也有广泛的应用。在2003年，T.Larsen等人报道了一种热光开关是通过将高折射率液晶(TM216)填充到实芯光子晶体光纤包层的气孔中，该器件通过0.4摄氏度的温度变化可以在974纳米处实现消光比为60分贝的开关效果。这是因为当温度从26.4摄氏度升高到26.9摄氏度时，手性近晶相液晶变为手性向列相，而手性向列相液晶具有强散射，从而会使所有的传输带隙消失了，进而可以在974纳米处实现光的开关效果。蓝相液晶和胆甾相液晶都可以在室温下稳定存在，并且通过控制温度可以实现两种相态的相互转换。此外，蓝相液晶具有较弱散射，胆甾相液晶具很强的散射。Chunhong Lee等人在2013年，利用液晶在蓝相和胆甾相具有不同散射，从而使该热光开关可以对1550纳米处的波长实现消光比为10分贝的开关效果。孙兵等人在2015年将向列相液晶E7填充到光子晶体光纤中，高折射率的液晶将实芯光子晶体光纤的导光机理从全内反射导光转为带隙导光。然后在液晶清亮温度附近，液晶从各向异性变为各向同性，液晶折射率会发生突然变化，从而会使光子液晶光纤的带隙发生巨大移动，进而可以产生宽范围的热光开关。在2016年，Xiaoqi Liu等人将液晶E7选择性填充到实芯光子晶体光纤中，温度的升高会引起液晶折射率改变，从而会引起光子带隙的移动和带隙的分裂，进而可以对1310纳米和1550纳米处的波长实现开关效果。但他们提出的热光开关不能同时对两个通信波段进行控制，而且开关的消光比并不是很高。

目前，这种宽范围多波段高消光比的热光开关还没有报道过，且能同时控制两个通信波段的热光开关更是有着重要的意义。因此，本发明利用单模光纤与液晶填充光子晶体光纤熔接制备了一种全光纤热光开关，有着宽范围、多波段、高消光比和同时控制两个通信波段等优点。这项发明对今后全光纤通信系统热光开关有着重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种宽范围多波段热光开关及其制作方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种宽范围多波段热光开关，包括液晶填充光子晶体光纤，液晶填充光子晶体光纤的两端分别连接有一个单模光纤的一端，其中一个单模光纤的另一端连接有宽带光源，另一个单模光纤的另一端接有光谱仪；

液晶填充光子晶体光纤放在加热台上，当加热台温度从60摄氏度升高到61摄氏度时，透射光谱由“带阻”变为“带通”，从而形成宽范围多波段热光开关；

所述液晶填充光子晶体光纤的制备方法为：