非对称锚定面内开关液晶平板光波导的色散方程

查正桃; 张谦述; 温倩; 周琪; 张耀进; 张冲; 董帅; 蒋勇

doi:10.37188/CJLCD.2022-0091

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非对称锚定面内开关液晶平板光波导的色散方程

器件物理及器件制备 | 更新时间：2022-07-25

- 非对称锚定面内开关液晶平板光波导的色散方程
- Dispersion equation of asymmetric anchored in-plane switching liquid crystal slab optical waveguide
- 液晶与显示 2022年37卷第7期页码：832-839
- 作者机构：
  
  1.西华师范大学物理与天文学院，四川南充 637009
  2.西华师范大学电子信息工程学院，四川南充 637009
- 作者简介：
  
  [ "查正桃（1997—），男，四川自贡人，硕士研究生，2020年于西华师范大学获得学士学位，主要从事波导光学的理论与技术的研究。E-mail：zaktao@sina.cn" ]
  [ "张谦述（1974—），男，四川自贡人，博士，副教授，2010年于电子科技大学获得博士学位，主要从事光通信与集成光学、微波光子学、集成光波导器件的理论与技术等方面的研究。E-mail：jackyzhang@cwnu.edu.cn" ]
- 基金信息：
  
  四川省科技厅科研基金(2014JY0024);南充市科技局科研基金(19YFZJ0090);西华师范大学英才科研基金(17YC056)
- DOI：10.37188/CJLCD.2022-0091
  中图分类号： O753⁺.2;TN252
- 收稿日期：2022-03-21，
  
  修回日期：2022-03-31，
  
  纸质出版日期：2022-07-05
- 稿件说明：
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查正桃, 张谦述, 温倩, 等. 非对称锚定面内开关液晶平板光波导的色散方程[J]. 液晶与显示, 2022,37(7):832-839.

Zheng-tao ZHA, Qian-shu ZHANG, Qian WEN, et al. Dispersion equation of asymmetric anchored in-plane switching liquid crystal slab optical waveguide[J]. Chinese journal of liquid crystals and displays, 2022, 37(7): 832-839.
查正桃, 张谦述, 温倩, 等. 非对称锚定面内开关液晶平板光波导的色散方程[J]. 液晶与显示, 2022,37(7):832-839. DOI： 10.37188/CJLCD.2022-0091.

Zheng-tao ZHA, Qian-shu ZHANG, Qian WEN, et al. Dispersion equation of asymmetric anchored in-plane switching liquid crystal slab optical waveguide[J]. Chinese journal of liquid crystals and displays, 2022, 37(7): 832-839. DOI： 10.37188/CJLCD.2022-0091.

摘要

为了准确计算液晶光波导中的模式，推导出了非对称锚定面内开关平板液晶光波导中横电模式的色散方程。进行了模式的求解，并与仅适用于均匀各向同性材料的传统色散方程得出的结果进行了比较。结果显示，传统色散方程得出的每一个模式的有效折射率都比本文方程的求解结果更大，且该偏差随模式阶数的增加而变得更加严重。在本文的例子中，基模、阶模、2阶模对应的最大偏差分别占液晶双折射的7.8%，17.8%，26.3%，这表明液晶指向矢的渐变特性对有效折射率解有不容忽视的影响。因此，相较于传统色散方程的不足，本文提出的色散方程能更有效地分析液晶光波导中的模式。最后，通过与已有的数值结果进行比较验证了本文提出的色散方程的有效性与准确性。

Abstract

To calculate the modes in liquid crystal optical waveguides， we derive the dispersion equation of transverse electric （TE） mode in the asymmetrical anchoring in-plane switching nematic liquid crystal （IPS-NLC） slab optical waveguide by using the analytical thinking of the WKB method. The mode is solved and compared with the results obtained from the traditional dispersion equation. The results show that the effective refractive index of each mode obtained by the traditional dispersion equation is always greater than that calculated by our equation. The deviation between the effective refractive index is not only related to the applied voltage but also becomes more severe with the increase of the mode order. In the current example， the maximum deviations corresponding to the fundamental， first-order， and second-order modes account for 7.8%， 17.8%， and 26.3% of the liquid crystal’s birefringence， respectively. This result indicates that the gradient characteristic of the liquid crystal’s director has a non-negligible effect on calculating the effective refractive index. Consequently， the dispersion equation proposed by us can analyze the modes in the IPS-NLC optical waveguide more effectively than the traditional dispersion equation. Finally， the accuracy of the dispersion equation presented in this study is verified by comparing ours with the existing numerical results.

关键词

Keywords

references

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