傅娜[1]2004年在《用于阵列式波导光栅聚合物的合成与表征》文中研究说明由于通讯事业的飞速发展，人们对高容量、高带宽、高速信息传输技术的要求越来越高。为了满足日益增长的需求，人们提出了全光网络这一有效解决办法。聚合物波导器件由于其优良的机械性能，热光和电光效应，对于实现全光网络十分有利，而且器件易于加工，制作费用低，所以引起人们的广泛关注。为了得到性能优异的聚合物光波导器件，聚合物必须满足以下几个要求：在以光纤网络为代表的光通讯产品中，聚合物光学材料在光纤的两个近红外低损耗传输窗口（波长1.33μm和1.55μm），光损耗小；聚合物具有一定的热稳定性，可以承受制作器件的熔结温度，并且在器件的使用过程中对于环境（如温度，湿度）变化，有一定的稳定性；具有尽可能低的双折射率，确保聚合物材料的光学同性；因为波导器件具有芯层，包层的叁明治结构，为了保证光信号只在芯层中传输，必须保证光信号在芯层发生全反射，所以聚合物的折射率必须可调，以满足芯层与包层的折射率差。我们合成了甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸环氧丙酯的共聚物，并运用该材料制作阵列式波导光栅. 我们合成的该共聚物，由于聚合物链段中含有环氧基团，所以可以通过热固化的方法使环氧进行开环交联，一方面增加了聚合物膜层的稳定性，同时避免线性聚甲基丙烯酸甲酯的层间互溶，为构造阵列示波导光栅结构，提供基本保障；另一方面使聚合物膜层最终形成叁维交联的网状结构，有效的避免基团在成膜过程中沿聚合物链段取向，从而有效的降低了材料
费旭[2]2008年在《聚合物光波导材料的合成、表征及应用》文中指出任何技术的创新都由相应领域材料学的快速发展来推动,光电信息通讯技术的发展正在广泛而深刻地影响着人们的生活和社会的进步。聚合物光电子器件由于其特殊的优势,已经成为近年来研究的热门课题。无论从材料的结构、性能,还是材料自身的成本和可加工性,有机聚合物光学材料都显示出了比无机材料更加优越的应用前景。对有机聚合物光波导材料的研究主要集中在提高热及化学稳定性,降低材料的吸收损耗等方面,而降低材料吸收损耗有效的方法是用氘原子、卤素原子等取代氢原子。本论文正是基于这一思路,从传统的聚合物材料出发,在提高稳定性基础上合成了新型可交联聚甲基丙烯酸甲酯,并以该共聚物为材料进行了在聚合物阵列式波导光栅制作工艺方面的探索研究;在此基础上又进一步通过引入含氟单体合成出了可交联的含氟苯乙烯和含氟聚酯,它们经固化交联提高了其玻璃化转变温度,增加了聚合物膜层的稳定性,避免了层间互溶,同时由于聚合物中的氢原子被氟原子取代,降低了材料在光通讯波段的吸收损耗。最后,我们从减少光波导器件的制作步骤、降低制作成本着手,合成了光损小、交联后稳定性高的含氟光刻胶材料,并且通过简单的紫外写入方法直接制备出了表面规整、侧壁陡直备光波导器件。
胡娟[3]2007年在《含氟聚酯和光刻胶波导材料的分子设计与性能研究》文中研究指明由于通讯事业的飞速发展,人们对高容量、高带宽、高速信息传输技术的要求越来越高。为了满足日益增长的需求,人们提出了全光网络这一有效解决办法。聚合物波导器件由于其优良的机械性能,热光和电光效应,对于实现全光网络十分有利,而且器件易于加工,制作费用低,所以引起人们的广泛关注。在论文中,我们利用分子设计的原理,通过含氟量由六氟双酚A、对苯二酰氯和含氟辛二醇叁元共聚合成新型高含氟的聚酯,并随之加入甲基丙稀酸羟乙酯,在端基引入可交联基团。聚酯有好的溶解性,高的玻璃化转变温度和好的热稳定性能。旋涂后可以得到很好的光学薄层,通过改变单体的进料比,在1550 nm处折射率在1.447~1.57之间可调。研究中,合成的这些有着高分子量和线形结构的高含氟量聚酯不仅在感光底层表现出好的化学阻抗,而且在光通信波长1.31μm和1.55μm有很小的光损耗。直接作为主体材料用于光通讯领域的光刻胶,可以大大缩减制作过程,制得具有规整结构的微图案,还可以满足有机聚合物光波导材料的特性要求。本文介绍了一种节约成本、制备方法简便、低光损的含氟光刻胶。这种新型光刻胶有着很好的溶解性,固化交联后具有较好的热稳定性。由于材料中氟原子取代了部分氢原子使其在近红外波段尤其是光的通讯窗口(1.31μm和1.55μm)的吸收较小,所以其在光波导材料方面有很好的应用前景。
费旭, 傅娜, 王耀, 胡娟, 崔占臣[4]2006年在《可交联聚甲基丙烯酸甲酯的合成、表征及在阵列式波导光栅中的应用》文中指出合成了含环氧基团的可交联的甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸环氧丙酯的共聚物[Poly(MMAcoGMA)],通过FTIR,NMR,GPC,DSC和AFM等技术对其进行了表征.结果表明,所合成的聚合物材料具有较好的成膜性;通过热固化使引入的环氧基团开环交联,该聚合物的玻璃化转变温度(Tg)比固化前提高了24K,同时有效地降低了聚合物的双折射率.用Poly(MMAcoGMA)作为包层材料,双酚A型环氧化合物作为高折射率材料,将其引入到包层材料中形成芯层材料的折射率在波长1.55μm处可调,其范围是1.483～1.588.采用旋涂、铝掩膜和氧反应离子刻蚀的方法(RIE)制得了阵列式光波导.测试结果表明,制作的波导在1.55μm处实现了光的单模传输,光损小于3.0dB/cm.
高鸿[5]2008年在《含氟聚酰亚胺光波导材料的合成及其性能研究》文中研究表明本论文从分子结构设计的角度出发,制备出一系列不同含氟量的二胺单体,以及一个更为新颖的含氟叁胺单体。利用所制备二胺单体和叁胺单体分别与市售二酐单体通过两步聚合反应方法合成一系列线性和超支化型聚酰亚胺材料,所合成的聚酰亚胺材料均具有较高的热稳定性和良好的溶解性。还可将不同二胺单体(含氟含氯)与二酐单体进行共聚反应来获得光波导材料所需的不同含氟量的线性聚酰亚胺材料。由叁胺单体可制备出结构更加新颖的、性能更加优异的光波导材料。而其调节含氟量的方法更为简单,既对超支化结构存在的大量可反应的封端基团进行封端修饰。从折射率、近红外吸收、双折射值变化等性质系统而全面地考察两种体系(线性和超支化)聚合物作为光波导材料的前景。在线性聚酰亚胺中,利用不同含氟二胺单体共聚实现了折光指数可控。此外,大侧基的引入有效地降低了材料的双折射值,比传统聚酰亚胺低。在超支化聚酰亚胺体系中,折光指数的调节是通过封端基团的调整来完成的。同时,超支化聚合物的独特各向同性性质更大幅度地降低了双折射值。两个系列的聚酰亚胺材料在通讯窗口处(1310和1550 nm)均具有较低的光吸收。在满足光波导材料对光学性质的要求后,还探索出了利用所合成的聚酰亚胺光波导材料制备光波导器件的工艺,进而得到一种阵列式波导光栅(AWG)。对波导器件进行通光实验,可以清楚地获得光斑,证明材料有良好的通光性。研究表明所制备的聚合物在光波导材料中将有良好的应用前景。
杨波[6]2012年在《SU-8强限制光波导及其器件研究》文中认为随着光纤通信技术和光传感技术的快速发展,集成光子器件特别是集成光滤波器由于其低成本、高集成度等特点引起了广泛的关注。在LiNbO3、SiO2、 Si、InP和聚合物等各类集成光学材料中,聚合物材料在降低器件成本、减小器件损耗等方面有着巨大的优势。对于任何材料的集成光子器件,减小器件尺寸、提高集成度是一个长期的发展方向。强限制光波导是实现小型化集成光子器件的最为有效的方法。本文基于SU-8聚合物材料,对脊形光波导和悬挂式光波导两种强限制光波导,以及基于SU-8脊形光波导的小型化阵列波导光栅和微环谐振器进行了深入的理论和实验研究。回顾了光波导基本理论和几种常用的数值计算方法。首先介绍了求解平板波导的解析方法和求解条形波导的近似方法。为了精确求解复杂波导及其器件问题,必须采用数值模拟方法。对有限差分方法、光束传播方法和时域有限差分方法等几种常用的数值计算方法进行了介绍。研究了SU-8脊形光波导这种新型强限制光波导的导波特性。通过对整个工艺过程的调试,成功制作了SU-8脊形光波导。实验得到具有不同波导宽度的SU-8脊形光波导的传输损耗为0.24～0.15dB/mm。并且,验证了这种波导可承受75μm的弯曲半径,因此SU-8脊形光波导具有提高器件集成度的巨大潜力。基于SU-8脊形光波导,本文研究了阵列波导光栅(AWG)和微环谐振器(MRR)两种典型的集成光滤波器。首先对基于SU-8脊形光波导的小型化阵列波导光栅进行了设计制作。由于所用波导的强限制特性,研制出的AWG尺寸仅为基于传统掩埋型SU-8波导的同类器件的1/40,从而大大提高了器件集成度。通过选取合适的波导尺寸,成功消除了AWG的偏振相关性,使TE和TM模式的信道中心波长重合。热光调谐研究表明,所研制的AWG滤波器具有调谐效率高、大范围可调等优势。另外我们还研究了基于SU-8脊形光波导的微环谐振器。采用耦合区波导的宽度进行局部减小的设计,研制出了小型化MRR,并对其光谱特性进行了表征。为了进一步增加光场限制,减小波导的弯曲半径,提高器件集成度,我们对SU-8脊形光波导进行了结构改进。通过将SU-8脊形光波导的Si02下包层腐蚀掉,获得了在侧向和纵向都为强限制型的悬空波导,其弯曲半径可以小至7gm,比相应的脊形光波导小一个数量级。为了实现这种超高集成度的悬空型光波导,研制出低损耗(<0.1dB)的支撑臂结构。基于这种悬空型光波导制作出微盘谐振器,获得了较大自由光谱范围和高消光比的响应特性。
李彤[7]2012年在《铒镱共掺有机聚合物平面光波导放大器的优化设计与制备》文中研究表明掺铒光波导放大器（Erbium Doped Waveguide Amplifier: EDWA）兼具掺铒光纤放大器（Erbium Doped Fiber Amplifier: EDFA）的偏振串扰无关性、低噪声指数等优点，及体积小型、结构紧凑的重要优势，可以与其他光波导器件集成在一起构成高效的集成光学系统。是继EDFA以后又一极具发展前途的光放大器。无机基质EDWA已经拥有了商用化的器件，但是工艺复杂周期长，设备昂贵，难以与其他光波导器件集成，EDWA的集成优势难以体现。有机基质EDWA具有价格低廉，制备工艺简单，折射率易调节，易于集成（尤其是与其他聚合物光波导器件集成）的优点，可以弥补无机EDWA的不足。但是其自身也存在着技术难题：无机稀土离子在有机体中的掺杂量和铒离子发光量子效率难以提高。本论针对两个主要技术难点，结合器件结构设计，对有机聚合物平面光波导放大器展开了一系列研究工作。主要内容与工作创新点如下：1.基于980nm泵浦下的Er-Yb共掺六能级跃迁模型，结合原子速率方程和前向泵浦下的光功率传输方程，使用重迭积分简化方法对器件进行增益特性的理论分析。采用Judd-Ofelt理论计算表征材料发光性能参数；采用基于插值的有限差分法，结合有效折射率法，用Matlab编程，更精确的分析波导模式特性，并获得模场分布。2.针对有机基质中Er荧光寿命短，发光量子效率较低这一问题，采用简单地共沉淀法合成油酸（Oleic acid:OA）修饰的LaF_3:Er, Yb纳米颗粒，采用有机改性前驱体基于sol-gel法制备有机无机杂化材料。对材料进行红外光谱分析、元素分析等一系列表征。纳米颗粒粒径约8nm，荧光寿命约100μs（La:Er:Yb=85:3:12），与有机无机杂化材料（Organic/Inorganic Hybrid Materials:OIHM）的5%失重温度都在300℃以上，OA-LaF_3:Er,Yb纳米颗粒以33wt.%比例掺杂OIHM，获得了平整的薄膜，用Judd-Ofelt理论计算其理论亚稳态能级寿命达到13.34ms。用自行搭建的近场光斑测试系统及增益测试系统，对该掺杂材料制作的嵌入式波导放大器进行测试。器件通光性良好，121mW泵浦光下，在2.9cm长的波导器件中，获得3.69dB（Ps=1mW）、3.89dB（Ps=0.5mW）和4.11dB（Ps=0.2mW）的相对增益，小信号光获得了较大增益；在一个1.9cm长的波导器件中，观察到：相对增益由抛光前的2.2dB提高到抛光后的3.2dB（Ps=1mw，Pp=188mW），抛光后泵浦效率提高。模拟计算铒镱共掺光波导放大器（Erbium-Ytterbium Co-Doped Waveguide Amplifier: EYCDWA）的增益特性。讨论了在确定的结构下Er3+离子掺杂浓度、重迭积分因子、信号光和泵浦光功率，波导长度及Er3+离子亚稳态能级寿命对增益的影响。3.为了优化器件结构，我们尝试对芯包层共同掺杂型（Core-cladding doped）波导放大器的增益特性进行分析，并将之与单芯层掺杂型（Core doped）波导放大器对比。获得结论：Core-cladding doped型波导在一定芯区厚度内，起到了提高增益的作用，但是泵浦效率较低；峰值浓度明显降低，易通过改变浓度来提升器件性能。根据材料特性和波导结构对芯包层的要求，选用具有紫外热光漂白效应的SU-8为基质材料，取高温热分解法制备的发光能力更强的OA-NaYF_4:Er,Yb纳米颗粒为掺杂剂。OA-NaYF_4:Er,Yb纳米颗粒粒径约为15nm，具有更好地无机晶格，上转换及下转换发光都更强，在SU-8中的掺杂量可以适当降低，从而确保SU-8的交联度。利用我们摸索的SU-8一般工艺条件与光漂白的工艺条件，制作了OA-NaYF_4:Er,Yb纳米颗粒掺杂SU-8的Core doped型及Core-claddingdoped型光波导，由于SU-8低损耗特性，获得良好通光效果。在1.5cm长的Coredoped型波导中获得相对增益2.08dB（Ps=1mW，Pp=170mW）。这种Core-claddingdoped型波导为提高波导放大器的增益特性提供思路。4.针对主客掺杂型材料分散能力及掺杂均匀性有限的问题，合成并表征了一种可以直接旋涂成膜的铒/镱共掺可溶性配合物Er_(1.2)Yb_(0.8)(PBa)_6(Phen)_2材料（PBa为4-戊基苯甲酸，Phen为一水合1,10-邻菲啰啉），Er含量提高到10.9wt.%（OA-LaF_3:Er, Yb掺杂OIHM中Er含量1.1wt.%）。其薄膜吸收光谱与一般主客掺杂薄膜形成鲜明对比，几乎没有基质材料的背景吸收，特征吸收峰非常清晰。粉末和薄膜的光致发光光谱的峰值都在1535nm处左右，荧光半高宽约80nm。可溶性配合物薄膜中稀土元素质量百分比高达18.4wt.%，由于存在阻碍干法气体刻蚀的问题，我们仍然采用嵌入式结构，制备嵌入式光波导放大器。在一个1.5cm长的SU-8包层波导中得到相对增益5.20dB (Ps=0.3mW，Pp=140mW)；一个2.2cm长的PMMA薄片表面的嵌入式波导中得到相对增益2.52dB (Ps=0.2mW，Pp=170mW)。针对与实验结合最紧密的四种不同上下包层组合结构及非理想刻蚀情况进行分析，结果表明：芯包折射率差大和折射率差小，可以得到大小相当的增益；折射率差大时，单模工艺难度大，但泵浦效率高；上下包层折射率差大且波导芯尺寸小时，光场向上包分散，增益下降，可考虑上包掺杂型；实验中常出现的侧向刻蚀情况会导致增益性能下降，应尽量避免。5.针对高芯区折射率波导分析中凸显出的增益与泵浦效率的竞争问题，引入低芯区折射率波导——狭缝波导。首先分析了狭缝波导的基本特性：狭缝波导的平均光强系数γ比一般的高折射率波导高出两个量级，设计中可不用考虑；狭缝波导对波长不敏感。讨论狭缝宽wS、Si侧壁宽wH及Si侧壁高h_Si对重迭积分因子Γ的影响关系，确定狭缝波导尺寸。建立1480nm泵浦下四能级跃迁模型，分析一般高折射率波导中，包括掺杂浓度、激发态吸收、合作上转换、信号光和泵浦光传输损耗、信号光和泵浦光功率、波导有效截面积以及重迭积分因子对该系统增益特性的影响，发现对于确定的材料参数，最佳泵浦强度Ip-sat近似为定值。于是可以由狭缝波导不同尺寸得到对应的最佳泵浦功率，从而计算对应最大增益；利用多层狭缝大幅度提高Γ，指出狭缝个数以3~4层为宜。本论文分别采用具有油酸修饰的纳米颗粒（OA-LaF_3:Er,Yb和OA-NaYF_4:Er,Yb）和Er/Yb共掺可溶性配合物制作了聚合物平面光波导放大器。综合无机纳米核良好的稀土发光环境，及可溶性配合物直接旋涂成膜的思路，有望探索出更具优势的有源材料，为制作出具有高净增益的聚合物光波导放大器奠定基础。
李艾泽[8]2005年在《含氟聚芳醚光波导材料的合成及其性能研究》文中认为利用3-叁氟甲基对苯二酚和[3,5-二(叁氟甲基)]对苯二酚与4,4′-二氯二苯砜进行亲核取代反应,合成了一系列含氟量不同的苯乙炔封端可自交联聚醚砜。所合成聚合物均具有一定分子量和较高的热稳定性。聚合物的折光指数可通过调节两种双酚单体比例进行微调;同时,大体积侧基的引入降低了聚合物的双折射;聚合物在光通讯波段(1.3 和1.55μm)均具有较低光损耗,增加聚合物中的含氟量还可进一步拓宽光通讯的透光区域。利用所合成的聚醚砜制作了一种光波导器件---阵列式波导光栅(AWG)。聚合物的最佳固化反应工艺通过对苯乙炔固化体系等温及非等温交联行为的研究进行确定;通过X 光电子能谱(XPS)探讨了不同的交联气氛(N2或air)对聚合物薄膜近红外光学吸收的影响。结果发现聚合物薄膜在空气中交联将引起近红外区的吸收损耗。为进一步降低聚合物的交联反应温度,合成了以五氟苯乙烯封端的高含氟量聚芳醚。聚合物可通过热交联和紫外光交联两种方式进行固化:热交联的起始交联温度在270 ℃,紫外光照射可进一步缩短交联反应时间。聚合物的双折射值随着曝光时间的延长而降低。
赵立军[9]2014年在《两种高折射率光学树脂单体的合成工艺研究》文中认为高折射率光学树脂正在逐步取代光学玻璃、光学晶体等传统光学材料，应用于眼镜镜片、光盘基材、光学透镜、建筑材料和棱镜等领域。随着人们对高性能光学树脂的要求越来越高，未来一段时间内高折射率光学树脂必然会成为人们研究的热点。本文在查阅相关文献的基础上，结合原料来源、产物的性能及合成的难易程度筛选出4,4'-二巯基二苯硫醚双甲基丙烯酸酯和4,4'-双甲基丙烯酰氧基二苯砜两种光学树脂单体的合成工艺研究作为本课题的研究内容。从反应温度、原料配比、阻聚剂的选择、溶剂的选择等方面研究了合成这两种光学树脂单体的工艺条件。将二苯硫醚用氯磺酸磺化后再用二氯亚砜磺酰氯化合成了4,4'-二磺酰氯二苯硫醚，然后用叁苯基膦还原，制得4,4'-二巯基二苯硫醚。再与α-甲基丙烯酰氯在低温相转移催化条件下反应合成4,4'-二巯基二苯硫醚双甲基丙烯酸酯。磺化和磺酰氯化反应是在无水条件下进行的，还原反应温度为80℃，酯化反应时应加入阻聚剂，可以减少甲基丙烯酰氯和产物的聚合。反应总收率57.2%。以苯酚和硫酸为原料，经磺化和脱水缩合后合成了4,4'-二羟基二苯砜。再与α-甲基丙烯酰氯在低温相转移催化条件下反应合成4,4'-双甲基丙烯酰氧基二苯砜。两步反应收率为67.1%。每步的收率均比文献值高或与其相差不多，但本课题所采用的合成方法原料成本低，操作简单，反应条件温和，适合工业化生产。以上相关化合物均使用GC、HPLC进行了定量分析，并利用IR、GC-MS、1HNMR等进行了结构表征。
姜伟[10]2008年在《含硫氟代可自交联聚酰亚胺光波导材料的合成及性能研究》文中研究说明本文用设计合成的单体2,2’-二叁氟甲基-4,4’-二胺基二苯基硫醚与等摩尔量的二酐单体进行反应。合成的新型聚酰亚胺在通常的溶剂中具有良好的溶解性。它们具有良好的热性能:玻璃化转变温度在221-275℃之间;5%热失重温度在531℃以上。这些含硫氟代聚酰亚胺在加热的情况下可以发生交联反应,交联的机理是硫-硫键交联。交联后的聚合物显示了更加良好的热稳定性;另外这些聚合物交联后在常见的溶剂中不溶解,这也解决了器件加工时的层间互溶问题。聚合物膜具有良好的光学透明性,另外它们在1310nm和1550nm处的光通讯窗口具有较小的吸收。通过控制聚合物中氟原子的含量我们可以控制聚合物的折光指数在1.5626-1.638之间。这些聚合物还具有较小的吸水率,约为0.8%左右。我们还利用所合成的聚合物进行波导器件的制作,制成多种波导器件例如山脊形波导、阵列式波导光栅(AWG)等,由红外摄像机可监测到波导的近场光斑。证明所合成聚合物可用作光波导材料。
参考文献：
[1]. 用于阵列式波导光栅聚合物的合成与表征[D]. 傅娜. 吉林大学. 2004
[2]. 聚合物光波导材料的合成、表征及应用[D]. 费旭. 吉林大学. 2008
[3]. 含氟聚酯和光刻胶波导材料的分子设计与性能研究[D]. 胡娟. 吉林大学. 2007
[4]. 可交联聚甲基丙烯酸甲酯的合成、表征及在阵列式波导光栅中的应用[J]. 费旭, 傅娜, 王耀, 胡娟, 崔占臣. 高等学校化学学报. 2006
[5]. 含氟聚酰亚胺光波导材料的合成及其性能研究[D]. 高鸿. 吉林大学. 2008
[6]. SU-8强限制光波导及其器件研究[D]. 杨波. 浙江大学. 2012
[7]. 铒镱共掺有机聚合物平面光波导放大器的优化设计与制备[D]. 李彤. 吉林大学. 2012
[8]. 含氟聚芳醚光波导材料的合成及其性能研究[D]. 李艾泽. 吉林大学. 2005
[9]. 两种高折射率光学树脂单体的合成工艺研究[D]. 赵立军. 青岛科技大学. 2014
[10]. 含硫氟代可自交联聚酰亚胺光波导材料的合成及性能研究[D]. 姜伟. 吉林大学. 2008