ITMO
en/ en

ISSN: 1023-5086

en/

ISSN: 1023-5086

Научно-технический

Оптический журнал

Полнотекстовый перевод журнала на английский язык издаётся Optica Publishing Group под названием “Journal of Optical Technology“

Подача статьи Подать статью
Больше информации Назад

DOI: 10.17586/1023-5086-2025-92-10-16-25

УДК: 535.417.22, 544.25

Спектральный сдвиг мод микрорезонатора с фотоуправляемым холестерическим дефектным слоем

Крахалев М.Н., Абдуллаев А.С., Зуев А.С., Гуняков В.А., Тимофеев И.В., Зырянов В.Я.

Полный текст на elibrary.ru

Ссылка для цитирования:

Крахалев М.Н., Абдуллаев А.С., Зуев А.С., Гуняков В.А., Тимофеев И.В., Зырянов В.Я. Спектральный сдвиг мод микрорезонатора с фотоуправляемым холестерическим дефектным слоем // Оптический журнал. 2025. Т. 92. № 10. С. 16–25. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-10-16-25

Krakhalev M.N., Abdullaev A.S., Zuev A.S., Gunyakov V.A., Timofeev I.V., Zyryanov V.Ya. Spectral shift of microresonator modes with a photo-controlled cholesteric defect layer [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2025. V. 92. № 10. P. 16–25. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-10-16-25

Ссылка на англоязычную версию:
-
Аннотация:

Предмет исследования. Исследуются микрорезонаторы Фабри–Перо с фоточувствительным холестериком в качестве дефектного слоя. Шаг спирали холестерика изменяется под действием ультрафиолетового или синего излучения. Для холестерика заданы планарно-тангенциальные граничные условия, позволяющие плавно изменять угол закрутки структуры. Цель работы. Установление закономерностей изменения поляризационных и спектральных характеристик мод микрорезонатора в зависимости от угла закрутки планарной структуры холестерика. Методы. Микрорезонаторы исследуются экспериментально и методом численного моделирования Берремана, обобщённого для случая анизотропной среды. Исследования выполнены для толщин полости микрорезонатора 3,63 мкм и 7,68 мкм. Основные результаты. Показано, что изменение угла закрутки холестерика позволяет с одинаковой эффективностью управлять re- и ro-модами микрорезонатора. С ростом угла закрутки re-моды смещаются в красную область спектра, в то время как ro-моды испытывают синий спектральный сдвиг. Величина спектрального сдвига мод ограничена явлением квазипересечения мод соседних серий, реализующимся в максимуме Гуч–Терри, где происходит смена типа мод с re- на ro- и обратно. Положение максимума Гуч–Терри смещается в красную область спектра с ростом угла закрутки холестерика, скорость смещения растёт с уменьшением толщины слоя жидкого кристалла и увеличением длины волны оптического излучения. Практическая значимость. Полученные результаты могут быть перспективны для разработки фотоуправляемых фотонных систем с улучшенными оптическими характеристиками.

Ключевые слова:

резонатор Фабри–Перо, холестерик, фотоуправление, закрутка ориентационной структуры, поляризация света

Благодарность:

исследование было выполнено при поддержке Российского научного фонда (РНФ), грант № 24-12-00236, https://rscf.ru/project/24-12-00236/

Коды OCIS: 230.5750, 160.3710, 160.5335

Список источников:
  1. Optical microcavities / Ed. Vahala K. Singapore: World Scientific, 2004. 502 p. https://doi.org/10.1142/5485
  2. Chen J., Song G., Cong S., Zhao Z. Resonant-cavity-enhanced electrochromic materials and devices // Adv. Mater. 2023. V. 35. Is. 47. P. 2300179. https://doi.org/10.1002/adma.202300179
  3. Patel J.S., Saifi M.A., Berreman D.W., Chinlon Lin, Andreadakis N., Lee S.D. Electrically tunable optical filter for infrared wavelength using liquid crystals in a Fabry–Perot étalon // Appl. Phys. Lett. 1990. V. 57. № 17. P. 1718–1720. https://doi.org/10.1063/1.104045
  4. Abuleil M., Abdulhalim I. Narrowband multispectral liquid crystal tunable filter // Optics Letters. 2016. V. 41. № 9. P. 1957–1960. https://doi.org/10.1364/OL.41.001957
  5. Ozaki R., Matsuhisa Y., Ozaki M., Yoshino K. Electrically tunable lasing based on defect mode in one-dimensional photonic crystal with conducting polymer and liquid crystal defect layer // Appl. Phys. Lett. 2004. V. 84. № 11. P. 1844–1846. https://doi.org/10.1063/1.1686891
  6. Blinov L. Structure and properties of liquid crystals // Topics in Applied Physics. Netherlands: Springer, 2010. 439 p.
  7. Yang D.K., Wu S.T. Fundamentals of liquid crystal devices. 2nd ed. Chichester: John Wiley & Sons, 2014. 592 p.
  8. Mansha S., Moitra P., Xu X., Mass T.W.W., Maruthiyodan V., Liang X., Li S.-Q., Paniagua-Domingues R., Kuznetsov A.I. High resolution multispectral spatial light modulators based on tunable Fabry–Perot nanocavities // Light: Sci. Appl. 2022. V. 11. P. 141. https://doi.org/10.1038/s41377-022-00832-6
  9. Ozaki R., Ozaki M., Yoshino K. Electrically rotatable polarizer using one-dimensional photonic crystal with a nematic liquid crystal defect layer // Crystals. 2015. V. 5. Is. 3. P. 394–404. https://doi.org/10.3390/cryst5030394
  10. Krasnov A.I., Pankin P.S., Buzin D.S., Romanenko G.A., Sutormin V.S., Zelenov F.V., Masyugin A.N., Volochaev M.N., Vetrov S.Ya., Timofeev I.V. Voltage-tunable Q factor in a photonic crystal microcavity // Opt. Lett. 2023. V. 48. Is. 7. P. 1666–1669. https://doi.org/10.1364/OL.479431
  11. Huang Y., Wu T.X., Wu S.-T. Simulations of liquid-crystal Fabry–Perot etalons by an improved 4×4 matrix method // J. Appl. Phys. 2003. V. 93. Is. 5. P. 2490–2495. https://doi.org/10.1063/1.1542652
  12. Zyryanov V.Ya., Myslivets S.A., Gunyakov V.A., Parshin A.M., Arkhipkin V.G., Shabanov V.F., Wei Lee. Magnetic-field tunable defect modes in a photonic-crystal/liquid crystal cell // Optics Express. 2010. V. 18. № 2. P. 1283–1288. https://doi.org/10.1364/OE.18.001283
  13. Jisha C.P., Alberucci A., Beeckman J., Nolte S. Self-trapping of light using the Pancharatnam–Berry phase // Phys. Rev. X. 2019. V. 9. Is. 2. P. 021051. https://doi.org/10.1103/PhysRevX.9.021051
  14. Timofeev I.V., Gunyakov V.A., Sutormin V.S., Myslivets S.A., Arkhipkin V.G., Vetrov S.Y., Lee W., Zyryanov V.Y. Geometric phase and o-mode blueshift in a chiral anisotropic medium inside a Fabry–Pérot cavity // Phys. Rev. E. 2015. V. 92. Is. 5. P. 052504. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.92.052504
  15. Zhuang Z., Patel J.S. Behavior of cholesteric liquid crystals in a Fabry–Pérot cavity // Opt. Lett. 1999. V. 24. Is. 23. P. 1759–1761. https://doi.org/10.1364/OL.24.001759
  16. Li Y., Wang M., White T.J., Bunning T.J., Li Q. Azoarenes with opposite chiral configurations: Light-driven reversible handedness inversion in self-organized helical superstructures // Angew. Chem. Int. Ed. 2013. V. 52. Is. 34. P. 8925–8929. http://doi.org/10.1002/anie.201303786
  17. Chen P., Ma L.-L., Hu W., Shen Z.-X., Bisoyi H.K., Wu S.-B., Ge S.-J., Li Q., Lu Y.-Q. Chirality invertible superstructure mediated active planar optics // Nat. Commun. 2019. V. 10. Is. 1. P. 2518. https://doi.org/10.1038/s41467-019-10538-w
  18. Abdullaev A.S., Kostikov D.A., Krakhalev M.N., Zyryanov V.Y. Complete light polarization control using a chiral-nematic cell with tangential-conical boundary conditions // Opt. Mat. 2023. V. 146. P. 114521. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2023.114521
  19. Hao L., Liang F., Jing H., Xiang Y., Salamon P., Eber N., Buka A., Kohout M., Chen J., Pei Y. Control of light polarization by optically induced-chirality in photosensitive nematic fluids // Opt. Express. 2024. V. 32. Is. 8. P. 13965–13977. https://doi.org/10.1364/OE.522820
  20. Ryabchun A., Bobrovsky A., Stumpe J., Shibaev V. Rotatable diffraction gratings based on cholesteric liquid crystals with phototunable helix pitch // Adv. Opt. Mat. 2015. V. 3. Is. 9. P. 1273–1279. https://doi.org/10.1002/adom.201500159
  21. Chepeleva D.S., Yakovleva A.S., Murauski A.A., Kukhta I.N., Muravsky A.A. Phototunable selective reflection of cholesteric liquid crystals // Doklady BGUIR. 2019. V. 7. Is. 125. P. 28–31. http://doi.org/10.35596/1729-7648-2019-125-7-28-31
  22. Gunyakov V.A., Timofeev I.V., Krakhalev M.N., Lee W., Zyryanov V.Y. Electric field-controlled transformation of the eigenmodes in a twisted-nematic Fabry–Pérot cavity // Scientific Reports. 2018. V. 8. Is. 1. P. 16869. https://doi.org/10.1038/s41598-018-35095-y
  23. Berreman D.W. Optics in stratified and anisotropic media: 4×4-matrix formulation // J. Opt. Soc. Am. 1972. V. 62. P. 502–510. https://doi.org/10.1364/JOSA.62.000502
  24. Malitson I.H. Interspecimen comparison of the refractive index of fused silica // J. Opt. Soc. Am. 1965. V. 55. Is. 10. P. 1205–1209. https://doi.org/10.1364/JOSA.55.001205
  25. Абдуллаев А.С., Крахалев М.Н., Зырянов В.Я. Фотоиндуцированная трансформация ориентационной структуры хирального нематика с планарно-коническим сцеплением // Жидк. крист. и их практич. использ. 2024. Т. 24. № 1. С. 90–95. https://doi.org/10.18083/LCAppl.2024.1.90
  • Abdullaev A.S., Krakhalev M.N., Zyryanov V.Y. Photoinduced transformation of the orientational structure of a chiral nematic under planar-conical anchoring // Liq. Cryst. and their Appl. 2024. V. 24. Is. 1. P. 90–95 (in Russ.). https://doi.org/10.18083/LCAppl.2024.1.90  
    1. Patel S., Silberberg Y. Anticrossing of polarization modes in liquid-crystal étalons // Opt. Lett. 1991. V. 16. Is. 13. P. 1049–1051. https://doi.org/10.1364/OL.16.001049
    2. Ohtera Y., Yoda H., Kawakami S. Analysis of twisted nematic liquid crystal Fabry–Pérot interferometer (TN-FPI) filter based on the coupled mode theory // Optical and Quantum Electronics. 2000. V. 32. P. 147–167. https://doi.org/10.1023/A:1007075429333