Известия Саратовского университета.

Новая серия. Серия Физика

ISSN 1817-3020 (Print)
ISSN 2542-193X (Online)

Для цитирования:

Муламахавш А. Ф., Симоненко Г. В. Конструкция модулятора терагерцового излучения на основе эффекта многоволновой интерференции в слоистой структуре, состоящей из большого числа жидкокристаллических π-ячеек // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2025. Т. 25, вып. 4. С. 438-448. DOI: 10.18500/1817-3020-2025-25-4-438-448, EDN: NPDCQA

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Опубликована онлайн: 
28.11.2025
Полный текст в формате PDF(Ru):
скачать
(загрузок: 4)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Оптика и спектроскопия. Лазерная физика
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
535.361:610.849.19:618.723
DOI: 
10.18500/1817-3020-2025-25-4-438-448
EDN: 
NPDCQA

Конструкция модулятора терагерцового излучения на основе эффекта многоволновой интерференции в слоистой структуре, состоящей из большого числа жидкокристаллических π-ячеек

Авторы: 
Муламахавш Анфал Фадиль Ахмед, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Симоненко Георгий Валентинович, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Аннотация: 

На основе компьютерного моделирования предлагается оригинальная жидкокристаллическая конструкция модулятора ТГц излучения, состоящая из стопки расположенных друг за другом одинаковых «классических» π-ячеек. Принцип работы модулятора основан на явлении многоволновой интерференции, которая управляется электрическим полем. Матричным методом исследованы характеристики предлагаемого устройства – зависимости пропускания устройства от управляющего напряжения, контрастного отношения, величины пропускания модулятора при подаче на него максимального управляющего напряжения. Показано, что контрастное отношение модулятора падает с ростом длины волны модулируемого излучения, а пропускание модулятора в состоянии с максимальным значением управляющего напряжения такой зависимости не проявляет. Обнаружено, что десятичный логарифм контрастного отношения модулятора линейно зависит от числа элементарных π-ячеек, входящих в его конструкцию. Коэффициент наклона этой линейной функции убывает с ростом длины волны модулируемого излучения. Показано, что описанная конструкция жидкокристаллического модулятора ТГц излучения критична к технологическому разбросу в толщины элементарной жидкокристаллической ячейки. Однако величина этого разброса укладывается в простую технологию изготовления элементарных π-ячеек и не требует улучшения.

Ключевые слова: 
модулятор
жидкий кристалл
компьютерное моделирование
характеристики устройства
Список источников: 
  1. Zhou Le, Zhong T., Liu Yu., Yu T., Neyts K., Luo Zh., Wang H., Sun J., Zhou Ji., Shen Ya. When structured light encounters liquid crystals // Adv. Funct. Mater. 2024. Vol. 34. Art. 2404614 https://doi.org/10.1002/adfm.202404614
  2. Wang L., Wang Ya., Zong G., Hu W., Lu Ya. Liquid crystal based tunable terahertz metadevices // J. of Materiomics. 2025. Vol. 11, № 1. P. 10–16. https://doi.org/10.1016/j.jmat.2024.04.012
  3. Harter T., Fuellner C., Kemal J. N., Ummethala S., Steinmann J. L., Brosi M., Hesler J. L., Bruendermann E., Mueller A. S., Freude W., Randel S., Koos C. Generalized Kramers-Kronig receiver for coherent terahertz communications // Nature Photonics. 2020. Vol. 14, № 10. P. 601–606. https://doi.org/10.1038/s41566-020-0675-0
  4. Luomahaara J., Sipola H., Gronberg L., Mayra A., Aikio M., Timofeev A., Tappura K., Rautiainen A., Tamminen A., Vesterinen V., Leivo M., Gao F., Vasama H., Luukanen A., Hassel J. A passive, fully staring THz video camera based on kinetic inductance bolometer arrays // IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol. 2020. Vol. 11, iss. 1. P. 101–108. https://doi.org/10.1109/TTHZ.2020.3029949
  5. Mu T., Ye Y., Dai Z., Zhao R., Yang M., Ren X. Silver nanoparticles-integrated terahertz metasurface for enhancing sensor sensitivity // Optics Express. 2022. Vol. 30, iss. 23. P. 41101–41109. https://doi.org/10.1364/OE.472520
  6. Lin Q. W., Wong H., Huitema L., Crunteanu A. Coding metasurfaces with reconfiguration capabilities based on optical activation of phase-change materials for terahertz beam manipulations // Adv. Opt. Mater. 2022. Vol. 10, № 1. Art. 2101699. https://doi.org/10.1002/adom.202101699
  7. Mittleman D. M. Twenty years of terahertz imaging // Opt. Express. 2018. Vol. 26, iss. 8. P. 9417–9431. https://doi.org/10.1364/OE.26.009417
  8. Sun Q. S., He Y. Z., Liu K., Fan S. T., Parrott E. P. J., Pickwell-MacPherson E. Recent Advances in Terahertz Technology for Biomedical Applications // Quant. Imag. Med. Surg. 2017. Vol. 7, № 3. P. 345–355. https://doi.org/10.21037/qims.2017.06.02
  9. Alonso-del Pino M., Jung-Kubiak C., Reck T., Llombart N., Chattopadhyay G. Beam Scanning of Silicon Lens Antennas Using Integrated Piezomotors at Submillimeter Wavelengths // IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol. 2019. Vol. 9, iss. 1. P. 47–54. https://doi.org/10.1109/TTHZ.2018.2881930
  10. Yang Y., Gurbuz O. D., Rebeiz G. M. An eight-element 370– 410-GHz phased-array transmitter in 45-nm CMOS SOI with PeakEIRP of 8–8.5 dBm // IEEE Trans. Microwave Theory Technol. 2016. Vol. 64, iss. 12. P. 4241–4249. https://doi.org/10.1109/TMTT.2016.2613850
  11. Niu T., Withayachumnankul W., Ung B. S. Y., Menekse H., Bhaskaran M., Sriram S., Fumeaux C. Experimental demonstration of reflectarray antennas at terahertz frequencies // Opt. Express. 2013. Vol. 21, iss. 3. P. 2875–2889. https://doi.org/10.1364/OE.21.002875
  12. Fu X., Yang F., Liu C., Wu X., Cui T. J. Terahertz beam steering technologies: From phased arrays to field-programmable metasurfaces // Adv. Opt. Mater. 2020. Vol. 8, № 3. Art. 1900628. https://doi.org/10.1002/adom.201900628
  13. Oh-E M., Zheng D. Reversibly switching liquid crystals between three orthogonal orientation states for use in rapid-response THz phase shifters // Opt. Express. 2023. Vol. 31. P. 8632–8640. https://doi.org/10.1364/OE.484171
  14. Ji Y., Jiang X., Fan F., Zhao H., Cheng J., Wang X., Chang S. Active terahertz beam deflection based on a phase gradient metasurface with liquid crystal-enhanced cavity mode conversion // Opt. Express. 2023. Vol. 31. P. 1269–1281. https://doi.org/10.1364/OE.479856
  15. Беляев В. Жидкокристаллические устройства для модуляции терагерцового излучения // Электроника: наука, технология, бизнес. 2020. № 5. С. 96–98. https://doi.org/10.22184/1992-4178.2020.196.5.96.98
  16. Симоненко Г. В., Муламахавш А. Ф. А. Модуляция терагерцового излучения с помощью жидкокристаллических π-ячеек // Прикладная физика. 2024. № 3. С. 13–19. https://doi.org/10.51368/1996-0948-2024-3-13-19
  17. He Z., Gou F., Chen R., Yin K., Zhan T., Wu S.-T. Liquid crystal beam steering devices: Principles, recent advances, and future developments // Crystals. 2019. Vol. 9, iss. 6. P. 292–300. https://doi.org/10.3390/cryst9060292
  18. Симоненко Г. В. Компьютерное моделирование характеристик быстродействующих классических модуляторов на основе жидких кристаллов. Саратов : Издательство Саратовского университета, 2018. 136 с.
  19. Yakovlev D. A., Chigrinov V. G., Kwok H. S. Modeling and optimization of LCD optical performance. Chichester, Wiley, 2015. XXIII+554 p. https://doi.org/10.1002/9781118706749
  20. Муламахавш А. Ф. А., Симоненко Г. В. Оптические характеристики жидкокристаллических ячеек в терагерцовом диапазоне // Проблемы оптической физики и биофотоники. SFM-2024 / под ред. Г. В. Симоненко, В. В. Тучина. Саратов : Издательство «Саратовский источник», 2024. С. 71–79. https://doi.org/10.24412/cl-37275-2024-1-71-79
  21. Azzam R. M. A., Bashara N. M. Ellipsometry and polarized light. Amsterdam, North Holland, 1977. XVII+529 p.
  22. Mulamahawsh Anfal Fadhil Ahmed, Simonenko G. V. Dependence of the electromagnetic radiation transmission coefficient of liquid crystal π-cells in the Terahertz Range // J. of Optics and Photonics Research. 2025, P. 1–6. (online). URL: https://ojs.bonviewpress.com/index.php/JOPR/article/view/5210/1402 (дата обращения: 26.09.2025). https://doi.org/10.47852/bonviewJOPR52025210
  23. Chigrinov V. G., Simonenko G. V., Yakovlev D. A., Podjachev Yu. B. The optimization of LCD electrooptical behavior using MOUSE – LCD software // Mol. Cryst. Liq. Cryst. Sc. Techn. Section A. Mol. Cryst. Liq. Cryst. 2000. Vol. 351. P. 17–25. https://doi.org/10.1080/10587250008023248
  24. Park H., Parrott E. P. J., Fan Fan, Lim M., Han H., Chigrinov V. G., Pickwell-MacPherson E. Evaluating liquid crystal properties for use in terahertz devices // Opt. Express. 2012. Vol. 20, iss. 11. P. 11899–11905. https://doi.org/10.1364/OE.20.011899
  25. Li X., Tan N., Pivnenko M., Sibik J., Zeitler J. A., Chu D. Daping high-birefringence nematic liquid crystal for broadband THz applications // Liquid crystal. 2016. Vol. 43, № 7. P. 955–962. https://doi.org/10.1080/02678292.2016.1153732
  26. Курчаткин С. П. Поверхностные явления и структура термотропных жидких кристаллов в капиллярных объемах : дис. … д-ра хим. наук: 02.00.04 / Саратовский государственный университет. Саратов, 2001. 290 с.
  27. Сухариер А. С. Жидкокристаллические индикаторы. М. : Радио и связь, 1991. 256 с.
  28. Born M., Wolf E. Principles of optics: Electromagnetic theory of propagation, interference and diffraction of light. 7th (expanded) ed. Cambridge : Cambridge University Press, 1999. 985 p.
  29. Радивон А. В., Пауков М. И., Катыба Г. М., Рагинов Н. И., Черных А. В., Езерский А. С.,Циплакова Е. Г., Раков И. И., Арсенин А. В., Спектор И. Е., Зайцев К. И., Красников Д. В., Петров Н. В., Насибулин А. Г., Волков В. А., Бурданова М. Г. Пространственная модуляция терагерцового излучения при помощи генераторов оптических вихрей на основе тонких пленок одностенных углеродных нанотрубок // Оптика и спектроскопия. 2025. Т. 133, вып. 3. C. 303–307. https://doi.org/10.61011/OS.2025.03.60248.15-25
  30. Smolyanskaya O. A., Chernomyrdin N. V., Konovko A. A., Zaytsev K. I., Ozheredov I. A., Cherkasova O. P., Nazarov M. M., Guillet J.-P., Kozlov S. A., Kistenev Yu. V., Coutaz J.-L., Mounaix P., Vaks V. L., Son J.-H., Cheon H., Wallace V. P., Feldman Yu., Popov I., Yaroslavsky A. N., Shkurinov A. P., Tuchin V. V. Terahertz biophotonics as a tool for studies of dielectric and spectral properties of biological tissues and liquids // Progress in Quantum Electronics. 2018. Vol.62. P. 1–17. https://doi.org/10.1016/j.pquantelec.2018.10.001
  31. Гибин И. С., Котляр П. В. Приёмники излучения терагерцового диапазона (обзор) // Успехи прикладной физики. 2018. Т. 6, № 2. С. 117–129. EDN: UOIVWF
  32. 6G: The Next Horizon. From Connected People and Things to Connected Intelligence / eds. Tong W., Zhu P. Cambridge : Cambridge University Press, 2021. XVI+474 p. https://doi.org/10.1017/9781108989817
  33. Burdanova M. G., Katyba G. M., Kashtiban R., Komandin G. A., Butler-Caddle E., Staniforth M., Mkrtchyan A. A., Krasnikov D. V., Gladush Y. G., Sloan J., Nasibulin A. G., Lloyd-Hughes J. Ultrafast, high modulation depth terahertz modulators based on carbon nanotube thin films // Carbon. 2020. Vol. 4. P. 1–6. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2020.11.008
  34. Симоненко Г. В. Жидкокристаллический модулятор на базе π-ячейки для ТГц-измерений // Фотоника. 2025. Т. 19, вып. 5. С. 19–24. https://doi.org/10.22184/1993-7296.FRos.2025.19.5.378.388
Поступила в редакцию: 
11.07.2025
Принята к публикации: 
10.09.2025
Опубликована: 
28.11.2025
  • 97 просмотров