液晶无序光子晶体局域模与液晶活性无序介质光激发的特性及其调控性研究

无序介质引入光子晶体将产生光子局域模。无序介质结构分为完全无序介质结构、部分有序介质结构和光子晶体。调控光子局域模可以通过改变材料的电磁性质或改变材料的空间结构来实现。一是将液晶作为基元材料引入光子晶体，通过外加电场调控液晶的分子排列和光轴方向，从而调控液晶基光子晶体结构中的无序程度；通过研究液晶基光子晶体的电控光子局域模特性，实现光子局域模参数(如波长、线宽、强度等)的可调控。二是将活性无序介质光激发纳入无序光子晶体研究体系，选取掺有激光染料的液晶作为活性无序介质，建立这种活性无序介质系统的空间结构模型和激光染料的增益模型；应用时域有限差分、传输矩阵等方法研究其光激发特性及其调控性问题，寻找输出激光参数(如波长、线宽、强度、阈值等)的调控方式。

可调光子晶体是光子晶体领域的一个重要研究方向，无序介质光激发是多学科前沿交叉的研究热点。本项目提出将活性无序介质光激发问题纳入光子晶体研究体系进行研究。一是将液晶作为基元材料引入光子晶体，结合液晶材料本身的电磁性质与光子晶体的特性，通过电场调控液晶基光子晶体结构中的无序程度，研究了无序空气带隙型三角晶格光纤TM模的带隙、含一向列相苯乙炔型液晶缺陷层一维光子晶体的电场调控特性、含有一层填充不同液晶（分别为E7、5CB或BL-009）缺陷的一维光子晶体缺陷模的电场调控特性、含一层5CB液晶缺陷的一维液晶光子晶体缺陷模的温控特性，以及含一缺陷层一维液晶填充光子晶体缺陷模的电场和温度联合调控特性。结果表明： PBG-PCF中空气孔的位置和大小无序对于禁带的宽度和存在与否有很大的影响，而产生影响的大小取决于无序度的大小；缺陷模波长将随着入射光方向与电场方向间夹角θ在（00，900）内增大而向短长波方向移动，通过改变夹角可实现光开关的功能；温度对缺陷模波长的影响比垂直入射光与电场方向间夹角θ对缺陷模波长的影响更弱等。实现了光子局域模参数(如波长、线宽、强度等)的可调控。二是选取掺有激光染料的液晶作为活性无序介质，并将活性无序介质光激发纳入光子晶体研究体系，通过建立该系统介质结构模型和激光染料的增益模型，研究了具有液晶缺陷的一维光子晶体光发射的调控特性、含一缺陷层的一维液晶光子晶体的局域模及其光激发特性、含一缺陷层的增益型一维液晶光子晶体的局域模及其光激发特性，以及液晶染料填充一维光子晶体局域模的电场调控及其光激发特性。结果表明：缺陷模的波长越长，其品质因子越大，泵浦功率的阈值变得更小；改变外加电场和温度可以实现光子晶体缺陷模的可调控，不同缺陷模的品质因子随温度的变化呈一振荡曲线；激光染料泵浦后不改变局域模的位置，不同局域模对应不同的泵浦阈值，并且随着夹角θ的增大局域模对应的泵浦阈值将减小。找到了激发光波长、线宽、阈值和品质因子等的调控方式。