Ukrainian Journal of Physical Optics 
Home page
 
 

Other articles 

in this issue
Thermal tuning of a thin-film optical filter based on porous silicon and liquid crystal
Tkachenko G.V., Shulika O.V.

Kharkov National University of Radio Electronics, Kharkov, Ukraine

download full version

Spectral characteristics of an interference optical filter based on a free-standing mesoporous silicon film containing nematic liquid crystal E7 are studied experimentally. The porous structure represents two distributed Bragg reflectors divided by a quarter-wave microcavity having a resonance near 1600 nm. Optical transmission spectra of the filter are measured in the temperature range from 27°C to 80°C. For the temperatures less than 62°C (a clearing point of the liquid crystal), we have observed continuous red shift of resonant wavelength of the microcavity in the range of 11 nm. The thermal dependence of the shift measured by us has sharply increasing slope near the clearing point. The resonant wavelength of the microcavity exhibits a slow linear decrease for the temperatures exceeding 62°C. We have also studied the spectra of the filter under local heating of the sample by a laser. Our results demonstrate that the laser beam with the power of 100 mW provides total tuning of the microcavity.

Keywords: porous silicon, microcavity, liquid crystal, thermal tuning, local laser heating

PACS: 42.25.Hz, 42.70.Df, 42.79.Ci 
UDC: 535.345.67, 532.783
Ukr. J. Phys. Opt. 11 260-268 
doi: 10.3116/16091833/11/4/260/2010
Received: 02.07.2010

Анотація. Експериментально досліджені спектральні характеристики інтерференційного оптичного фільтра, який базується на кремнієвих відокремлених, мезопористих плівках, що містять нематичний рідкий кристал E7. Пориста структура складається з двох розподілених брегівських відбивачів, розділених чверть хвильовим мікрорезонатором з резонансом в околі 1600 нм. Спектри пропускання фільтра досліджені в температурній області від 27°C до 80°C. Для температур нижчих від 62°C (температура просвітлення рідкого кристалу), спостерігалось неперервне червоне зміщення резонансної довжини хвилі в області 11 нм. Температурна залежність зміщення є різко зростаючою в околі точки просвітлення. Резонансна довжина хвилі проявляє повільне температурне зменшення для температур, що перевищують 62°C. В роботі також досліджувались спектральні характеристики фільтра при локальному нагріві зразка лазерним променем. Результати свідчать про те, що вплив лазерного променя з потужністю 100 мВт забезпечує повне перестроювання мікро резонатора.
REFERENCES
  1. Canham L. Properties of porous silicon. London: Inspec/IEE (1997). 
  2. Lorenzo E, Oton C J, Capuj N E, Ghulinyan M, Navarro-Urrios D, Gaburro Z and Pavesi L, 2005. Fabrication and optimization of rugate filters based on porous silicon. Phys. Stat. Solidi (c). 2: 3227–3231. doi: 10.1002/pssc.200461125
  3. Ghulinyan M, Oton C, Bonetti G, Gaburro Z and Pavesi L, 2003. Free standing porous silicon single and multiple optical cavities. J. Appl. Phys. 93: 9724–9729. doi:10.1063/1.1578170
  4. Weiss S, Ouyang H, Zhang J and Fauchet P, 2005. Electrical and thermal modulation of silicon photonic bandgap microcavities containing liquid crystals. Opt. Express. 13: 1090–1097. doi:10.1364/OPEX.13.001090PMid:19494976
  5. Moretti L, Rea I, Rotiroti L, Rendina I, Abbate G, Marino A and De Stefano L, 2006. Photonic band gaps analysis of Thue-Morse multilayers made of porous silicon. Opt. Express. 13: 6264–6272. doi:10.1364/OE.14.006264 PMid:19516799
  6. Ouyang H, Christophersen M, Viard R, Miller B and Fauchet P, 2005. Macroporous silicon microcavities for macromolecule detection. Adv. Functional Mater. 15: 1851–1859. doi:10.1002/adfm.200500218
  7. Tkachenko G, Tkachenko V, De Stefano L and Sukhoivanov I, 2009. Tunable NIR filter based on a free-standing porous silicon film containing nematic liquid crystal. J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 11: 105106. doi:10.1088/1464-4258/11/10/105106
  8. Tkachenko G, Tkachenko V, Abbate G, De Stefano L, Rea I and Sukhoivanov I. New developments in liquid crystals. Vukovar: In-Teh (2009). 
  9. Marino A, Abbate G, Tkachenko V, Rea I, De Stefano L and Giocondo M, 2007. Ellipsometric study of liquid crystal infiltrated porous silicon. Mol. Cryst. Liq. Cryst. 465: 359–370. doi:10.1080/15421400701206220
  10. Tkachenko G, 2010. Ellipsometric study of porous silicon and silica films infiltrated with nematic liquid crystal. Radiotekhnika. 160: 273–279. 
  11. Born M. and Wolf E. Principles of optics. New York: Cambridge University Press (1999). 
  12. Spanier J and Herman I, 2000. Use of hybrid phenomenological and statistical effective-medium theories of dielectric functions to model the infrared reflectance of porous SiC films. Phys. Rev. B. 61: 10437–10450. doi:10.1103/PhysRevB.61.10437
  13. Turner D, 1958. Electropolishing silicon in hydrofluoric acid solutions. J. Electrochem. Soc. 105: 402–408. doi:10.1149/1.2428873
  14. Li J, Wu S, Brugioni S, Meticci R and Faetti S, 2005. Infrared refractive indices of liquid crystals. J. Appl. Phys. 97: 073501. doi:10.1063/1.1877815
(c) Ukrainian Journal of Physical Optics