Badania

Ciekłokrystaliczne światłowody fotoniczne (ang. PLCFs) stanowią nową klasę elementów optycznych, których unikatowe właściwości propagacyjne uzyskiwane są dzięki połączeniu wyjątkowych cech światłowodów fotonicznych i ciekłych kryształów. Zastosowanie ciekłych kryształów, jako materiału wypełniającego otwory światłowodów fotonicznych, jest szczególnie atrakcyjne ze względu na możliwość stosunkowo łatwego przestrajania ich właściwości optycznych przy pomocy pól termicznych, elektrycznych, magnetycznych, czy też optycznych.

Podstawowym celem projektu jest rozwinięcie badań nad nową klasą wysoce przestrajalnych elementów optoelektronicznych opartych na ciekłokrystalicznych światłowodach fotonicznych, uwzględniając przy tym ich właściwości nieliniowe. Podczas gdy nieliniowe zastosowania światłowodów fotonicznych są powszechnie znane (np. są one komercyjnie wykorzystywane do generacji superkontinuum), to nieliniowe zjawiska w ciekłokrystalicznych światłowodach fotonicznych pozostają nadal właściwie niezbadane. Z tego powodu, zaproponowany projekt ma na celu wypełnienie luki w prowadzonych działaniach badawczych (prowadzonych w Zakładzie Optyki i Fotoniki WF, PW) nad elementami optycznymi wykorzystującymi ciekłokrystaliczne światłowody fotoniczne, z uwagi na fakt, że ich charakterystyki i dynamiki były jak dotąd testowane wyłącznie z wykorzystaniem źródeł optycznych niskich mocy. Ponieważ badania nad praktycznym zastosowaniem elementów fotonicznych muszą uwzględniać nie tylko ich optymalizację, ale również testy działania w różnych warunkach, konieczna wydaje się weryfikacja wpływu nieliniowości optycznej na ich funkcjonalność. Zaplanowane działania zakładają pełną analizę teoretyczną (z wykorzystaniem metod numerycznych) jak również badania eksperymentalne, które pozwolą na oddzielenie efektów wywołanych nieliniowo, od tych, które mają miejsce jedynie dla niskich mocy optycznych. Pozwoli to ostatecznie na zwiększenie liczby potencjalnych zastosowań proponowanych elementów fotonicznych wytworzonych na bazie ciekłokrystalicznych światłowodów fotonicznych, z uwagi na wykorzystanie unikatowych nieliniowych właściwości ciekłych kryształów. A zatem, obok możliwości elektrycznego i termicznego wymuszania zmian właściwości optycznych ciekłego kryształu wypełniającego światłowód fotoniczny, rozważa się wykorzystanie w tym celu wiązek światła o dużej mocy. W ten sposób zmiana współczynnika załamania ciekłego kryształu może mieć miejsce na skutek działania różnych mechanizmów nieliniowości. Wywołane procesy nieliniowe (związane z działaniem nieliniowości reorientacyjnej, termicznej, czy elektronowej) wpływają znacząco na charakter propagacji światła w badanych ciekłokrystalicznych światłowodach fotonicznych, czego efektem może być zmiana mechanizmu propagacji, zmiana szerokości propagującej się wiązki (na skutek zjawiska samoogniskowania, czy też samorozogniskowania) czy też zmiana w widmie propagującego się światła.

Dodatkowo, planowane są badania nad przestrzenną lokalizacją światła w rozważanej strukturze fotonicznej, w tym również na możliwością wytworzenia dyskretnego solitonu przestrzennego. Ze wstępnej analizy teoretycznej wynika, że jego propagacja wymaga mocy optycznych rzędu pojedynczych mW. W planach są również badania nad nieliniowymi zjawiskami czaso-przestrzennymi, obserwowanych przy wykorzystaniu impulsowych źródeł światła dużej mocy.