安泰高压放大器在光子晶体光纤耦合器件研究中的应用

发布时间：2025-5-9 11:06 发布者：aigtek01

　　实验名称：液晶填充的光子晶体光纤耦合器件及传感特性
　　研究方向：将一种向列型液晶填入到PCF最内圈的一个空气孔中制成一种PCF定向耦合结构，并且详细研究了该结构透射光谱对外部电场的响应及其相应的电光开关和电光调制特性。
　　测试设备：高压放大器、信号发生器、示波器、可调谐激光器、光电探测器等。
　　实验过程：

　　图1：（a）样品透射光谱随施加电压增加的变化,（b）耦合峰波长与施加电压的关系

　　实验时首先在导电玻璃上施加一个频率固定为1000Hz的正弦电压，并将这个正弦电压的有效值从0逐步增加到130Vrms，样品透射谱随施加电压增加的变化情况如图1（a）所示，这里选择监测1365nm处耦合峰的变化情况并将这个峰记为DipA，可以看到，在施加的电压达到60Vrms之前，样品的光谱基本不发生变化，当电压从60Vrms增加到80Vrms时，这个耦合峰的波长位置向长波方向飘移到接近1400nm，并且在实验中观察到这个过程为非线性的飘移，这归因于液晶折射率发生了不规则的轻微变化。通常液晶分子具有一个阈值电压用来克服表面锚定能和分子热运动行为，在施加的电压低于这个阈值电压时，PCF空气孔中液晶分子的排列随着施加电压的增大不发生变化或者开始产生轻微的不规则偏转，进而导致液晶折射率发生轻微的变化，最终反映到器件的光谱从最开始的没有变化到发生轻微的非线性飘移。
　　从图1（a）可以看到，通过施加不同有效值的正弦电压，可以控制液体填充的PCF中某个特定波长光的透过率，在施加合适的电压值并且器件耦合峰的深度足够时，甚至可以实现光的开启与完全关断，同时在实验中发现当电压施加到器件上时，样品透射光谱的变化没有明显延时，这使得本文所提出的器件可以用作一个全光纤的快速电光开关。
　　实验结果：
　　下面对器件的电光开关特性进行实验研究，实验中需要使用一台可调谐激光器输出单波长激光，利用单模光纤将激光器输出的光引入到液晶填充的PCF中，从PCF输出的光通过另一段单模光纤输入到一个光电探测器，光电探测器的输出端连接到一个示波器上。光电探测器接收样品输出的光并将光信号转化为电信号后在示波器上显示，实验中通过监测示波器中的波形研究器件的开关响应特性。仍旧使用上文中的信号发生器和高压放大器将电信号施加到ITO玻璃上对PCF样品进行电调制。首先使用可调谐激光器输出1550nm的单波长光，并测试在该波长光输入情况下本器件实现全光纤电光开关的最佳正弦电压大小和频率。接下来在信号发生器中使用频率为1kHz的不同电压有效值的正弦信号作为载波，并使用周期为0.4ms的方波信号作为调制波对载波进行振幅调制，调制深度为100%，这样实验中可获得一个间断的正弦电压信号从信号发生器输出，在经过高压放大器的放大后施加到ITO导电玻璃上，从而形成间断的空间电场作用到液晶填充的PCF上。

　　图2：（a）不同电压信号有效值和（b）不同电压信号频率下器件的开关响应

　　实验中施加到导电玻璃上的电压信号示意图和不同电压有效值下的器件开关响应如图2（a）所示，可以看出对于波长为1550nm的输入光，电压有效值在110Vrms时器件的开关比最好。随后研究电信号频率对器件开关特性的影响，在固定载波电压信号的有效值为110Vrms情况下，改变电压信号的频率（f）进行测试，同样使用周期为0.4ms的方波调制信号对其进行振幅调制，调制深度也为100%，这样获得一个间断的电压信号作用到ITO导电玻璃上，测试电压信号不同频率下器件的开关性能，图2（b）显示了所施加的电压信号示意图以及不同电压信号频率下器件的开关响应结果，从图中可以看到在1kHz时开关的效率最高。综上所述，对于所提出的器件，在输入光波长为1550nm时，使用有效值为110Vrms且频率为1kHz的电压信号可使器件获得最好的开关效果。
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