Федеральное агентство по образованию 

ТОМСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ 

И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР) 

Кафедра сверхвысокочастотной и квантовой радиотехники (СВЧиКР) 
 

 
 
 
 

Электрически  управляемые оптические коммутационные элементы на основе неоднородных ФПМ-ЖК голографических дифракционных решеток пропускающего типа 

Пояснительная записка к курсовой работе по дисциплине

«Оптоэлектронные и квантовые приборы и устройства» 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 

Томск 2010

Реферат 

      Курсовая  работа 22 страницы, 6 рисунков, 9 источников.

      ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ И КВАНТОВЫЕ ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА, ОПТИЧЕСКИЕ КОММУТАЦИОННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ, ФПМ-ЖК, ГОЛОГРАФИЯ.

      Объектом  исследования являются оптический коммутационный элемент на основе неоднородной ФПМ-ЖК структуре.

     Целью работы является аналитический обзор ФПМ-ЖК, построение аналитической модели и конструктивной модели оптического коммутационного элемента на основе неоднородной ФПМ-ЖК структуре.

     В процессе работы был произведен аналитический обзор необходимо литературы, рассмотрены возможные материалы для изготовления оптического коммутационного элемента, построена аналитическая модель оптического коммутационного элемента и рассмотрено влияние различных параметров на него, рассмотрена конструктивная модель оптического коммутационного элемента.

      Результаты  работы могут быть использованы при создании оптического фильтра на основе  неоднородной ФПМ-ЖК пропускающего типа.

      Пояснительная записка к курсовой работе выполнена в текстовом редакторе Microsoft Word 2007. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Федеральное агентство по образованию

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ

УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ 

Кафедра сверхвысокочастотной и квантовой радиотехники 

"УТВЕРЖДАЮ"

Зав. кафедрой СВЧ и КР

_______ Шарангович С.Н.

______ февраля 2010 года 

ЗАДАНИЕ

На курсовую работу по дисциплине

" Оптоэлектронные и квантовые приборы" 

Студенту гр.157 Лисовскому А.В. 

1. Тема работы: Электрически управляемые оптические коммутационные элементы на основе неоднородных ФПМ-ЖК голографических дифракционных решеток пропускающего типа

2. Вопросы, подлежащие исследованию и проработке:

 2.1. Рассчитать оптические характеристики оптического коммутационного элемента на основе электрически управляемой неоднородной ФПМ-ЖК голографической дифракционной решетки пропускающего типа:

• составить математическую модель дифракции расходящихся световых пучков на неоднородной дифракционной решетки пропускающего типа;
• определить передаточные характеристики неоднородной дифракционной решетки пропускающего типа;
• определить дифракционную эффективность для s и p компонент взаимодействующей волны в зависимости от приложенного напряжения;
• определить селективные свойства ячейки по углу и длине волны.

 2.2. Исследовать влияние на дифракционные характеристики следующих параметров:

• степени амплитудной неоднородности дифракционной решетки;
• степени расходимости световых пучков,
• величины эффективного коэффициента связи;
• состояния поляризации световых пучков.

 2.3. Конструкторско-технологическая часть

• Рассмотреть возможные материалы для изготовления элемента;
• Рассмотреть конструктивную реализацию устройства

3. Исходные данные:

• показатель преломления полимерной составляющей: ;
• показатели преломления ЖК составляющей: , ;
• вклад ЖК в наложенной решетке , фракция ЖК ;
• среднее значение u = cos(θ₀) , среднеквадратичное отклонение u , среднее значение φ₀ , среднеквадратичное отклонение φ₀ ;
• угол падения волны θ_в = 10⁰, длина волны λ = 633 нм.

4. Состав пояснительной записки:

  4.1 Реферат.

  4.2 Лист задания

  4..3 Содержание.

  4.4 Введение. Постановка задачи.

  4.5 Аналитический   обзор литературы . Выбор метода  решения.

  4.6 Расчетно-аналитическая часть.

  4..7 Результаты численного  моделирования.

  4.8. Конструкторско-технологическая часть

  4.8 Интерпретация результатов и выводы по проделанной работе.

  4.9 Список использованной литературы.

5. Рекомендуемая литература:

  4.1. Sutherland R. L. Polarization and switching properties of holographic polymer-dispersed liquid-crystal gratings. I. Theoretical model / Sutherland R. L. // J. Opt. Soc. Am. B. 2002. Vol. 19, No. 12. - P. 2995.

  4.2. В.М. Шандаров. Основы физической и квантовой оптики. – Томск: Томск. гос. Ун-т систем упр. и радиоэлектроники, 2005. – 258 с.

  4.3 Фриман Р. Волоконно – оптические системы связи / Фриман Р. // -М.: Техносфера, 2003. -440 с. 

6. Перечень графического материала:

  5.1. Изображение оптического коммутационного элемента; 

7. Срок сдачи работы 25 мая 2010 г. 

Руководитель работы:       ___________ Шарангович С. Н.

21.02.2010 

Задание принял к исполнению: _________ Лисовский А.В

21.02.2010 
 
 

   Оглавление 

 

Введение

 

Одним из основных направлений современного научно-технического прогресса является развитие волоконно-оптических систем связи, обеспечивающих возможность передачи на значительные расстояния чрезвычайно большого объема информации с наивысшей скоростью. Хотя данные системы связи уже нашли самое широкое применение, проблема их совершенствования и развития остается по прежнему актуальной. Возможность передачи такого большого количества информации по волоконно-оптическим линиям связи связана с использованием технологии уплотнения по длине волны (WDM/DWDM), использующей селективные свойства оптических дифракционных структур (ДС). Поиск новых материалов, обеспечивающих долговременную стабильность, низкий уровень шумов и высокую фоточувствителыюсть, в последние годы существенно активизировался. Особенно большое внимание уделяется средам для голографической записи информации, таким как, фоторефрактивные кристаллы, фотополимерпые материалы (ФПМ), композиционные материалы на основе ФПМ с жидкокристаллической (ЖК) компонентой (ФПМ-ЖК), последние в свою очередь позволяют создать динамически управляемые селективные по длине волны оптические коммутаторы для оптических систем связи и обработки информации. 

Голографический метод создания дифракционных решеток  в указанных материалах является наиболее удобным. В настоящее время исследования голографической записи в ФПМ все больше переходят в плоскость применения, благодаря возможности создания в ФПМ-ЖК нано - размерных матриц, фотонных кристаллов и управляемых периодических дифракционных структур, которые находят обширные применения в области оптической связи и обработки информации. 

Перспективность ФПМ обусловлена высокой разрешающей  способностью стабильностью записи, высокой дифракционной эффективностью, возможностью управления селективными и дифракционными свойствами, относительной дешевизной материала. Основным преимуществом фотополимеров является то, что голограммы в них формируются в процессе записи и не нуждаются в дополнительной химической обработке. 

Целенаправленный  поиск фоточувствительных сред требует построения теоретических моделей оптической записи. В случае голографической записи эти построения связаны с решением задач о многоволновых взаимодействиях световых пучков в нелинейной среде. Для стационарных взаимодействий эти задачи уже 

рассмотрены в литературе в различных приближениях. Динамические модели записи построены лишь для некоторых частных случаев. 

Создание  теоретических моделей записи и  считывания в ФПМ периодических  дифракционных структур голографическими методами, позволит моделировать и оптимизировать характеристики данных структур и методики их получения. На данный момент именно голографический способ создания жидкокристаллических матриц с наноразмерами и фотонных кристаллов в фотополимерных средахмявляется перспективным и наиболее часто интенсивно исследуемым. Рассматриваемые вопросы являются важным этапом в создании оптических динамически управляемых структур с наноразмерами, востребованными в телекоммуникационных системах.[1] 

Целью данной курсовой работы является изучение основных характеристик неоднородных пропускающих голографических решеток в ФПМ-ЖК материалах для перестраиваемых оптических коммутационных элементов.

Для достижения цели необходимо решить следующие основные задачи:

     1. Рассчитать оптические характеристики оптического коммутационного элемента.

       2. Исследовать влияние характеристик  конструктивных параметров;

       3. Рассмотреть возможные материалы  для изготовления элемента и  конструктивную реализацию. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Аналитический  обзор голографических решеток в ФПМ.

1.   Обзор применений голографических решеток.

     Полимерные  материалы имеют огромный потенциал  в плане создания сверхсложных коммутационных цепей на плоской основе . Достоинствами  такого материала являются гибкий подход к разработке и потенциально низкая стоимость, в противоположность не полимерным системам [2]. Создание новых более подходящих полимерных материалов для волноводов и коммутаторов приведет к увеличению их использования в системах коммуникаций.

     Голограммы  могут быть использованы в качестве узкополосного фильтра для определенного диапазона углов падения и длин волн[3]. Эти фильтры могут иметь широкое применение в различных областях.

     Так же широко исследуются жидкокристаллические материалы на основе которых можно создать динамически управляемые оптические коммутаторы для оптических систем связи и обработки информации.