有机无机复合光波导的研究

论文摘要

21世纪是以高容量、宽带宽、高速度为特征的信息时代,而集成光学和光通讯以具有信息容量大、损耗低等特点得到了前所未有的飞速发展。光波导是集成光学和光通讯的基础元件,研制高性能低成本的新型光波导材料已成为当今材料的研究热点之一。而有机无机复合材料作为一种新型光波导材料,以其高灵活性、多功能性、可集成性和经济性等特点在光波导材料方面具有重要的应用价值。本文的主要工作是采用溶胶-凝胶技术制备PMMA包层膜和有机无机复合SiO2/ZrO2芯层膜,实现包芯层复合。本文结合溶胶-凝胶技术和浸渍提拉法,在硅基板和石英基板上制备出厚度达17μm、表面平整的PMMA包层膜,并采用光度法计算出其光照热处理前折射率约1.49,经光照热处理后其折射率最大变化到1.54,满足包层低折射率的要求;同时采用γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷（H2C=C（CH3）COO（CH2）3Si（OCH3）3,KH-570）对PMMA进行改性,可使折射率降低到1.47,这与常用包层材料SiO2的折射率1.46更为接近。利用溶胶-凝胶技术与化学修饰相结合的方法,配制了三种不同配比的稳定溶胶,通过比较选用综合性能较好的SiO2/ZrO2溶胶进行深入研究。在进一步研究过程中获得了紫外感光性良好的SiO2/ZrO2溶胶并制备出厚度可达2.02μm的凝胶膜,经光照和热处理后折射率在1.69～1.72之间,完全满足光波导芯层高折射率的要求。最后以膜厚为12.98μm的PMMA薄膜为包层,以膜厚为2.02μm的SiO2/ZrO2凝胶膜为芯层,在硅基片上实现了光波导包芯层的复合,并制备出条形复合波导结构;依据光波导理论分析表明:该波导结构能够实现多模数通光。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 光波导的概述
• 1.2.1 光波导传输原理及其分类
• 1.2.2 光波导的发展与应用
• 1.3 光波导材料的发展
• 1.3.1 无机光波导材料及器件的发展
• 1.3.2 有机聚合物光波导材料的发展与制备技术
• 1.3.3 有机无机复合光波导材料的发展与制备方法
• 1.3.4 小结
• 1.4 影响光波导材料的因素
• 1.5 论文的研究目的和意义
• 1.6 论文的主要研究内容
• 1.7 本课题的创新点
• 2 实验方法及设备介绍
• 2.1 实验技术路线
• 2.2 实验设备与测试仪器
• 2.2.1 溶胶及薄膜的制备设备
• 2.2.2 性能测试设备
• 2.2.3 微细图形制备设备
• 2.3 实验所需的主要试剂
• 3 PMMA薄膜的制备及相关测试
• 3.1 PMMA溶液与薄膜的制备
• 3.2 PMMA薄膜的相关测试
• 3.2.1 膜厚及粗糙度测试
• 3.2.2 红外光谱分析
• 3.2.3 透过率分析和折射率的计算
• 3.3 改性PMMA的研究
• 3.3.1 改性PMMA溶液的配制和薄膜制备
• 3.3.2 改性PMMA薄膜的透过率测试和折射率计算
• 3.4 小结
• 2/ZrO₂薄膜的制备及性能研究'>4 有机无机复合SiO₂/ZrO₂薄膜的制备及性能研究
• 4.1 溶胶的选择
• 4.1.1 三种不同溶胶与薄膜的制备
• 4.1.2 三种溶胶凝胶膜的紫外吸收峰和透过率的测试
• 4.1.3 热处理对三种凝胶膜的影响
• 2/ZrO₂凝胶膜感光性能研究'>4.2 SiO₂/ZrO₂凝胶膜感光性能研究
• 2/ZrO₂凝胶膜紫外和红外光谱分析'>4.2.1 SiO₂/ZrO₂凝胶膜紫外和红外光谱分析
• 2/ZrO₂凝胶膜感光性的影响'>4.2.2 热处理对SiO₂/ZrO₂凝胶膜感光性的影响
• 2/ZrO₂凝胶膜的作用分析'>4.3 KH-570对SiO₂/ZrO₂凝胶膜的作用分析
• 2/ZrO₂凝胶膜透过率和折射率的影响'>4.4 紫外光照和热处理对SiO₂/ZrO₂凝胶膜透过率和折射率的影响
• 2/ZrO₂凝胶膜的透过率分析'>4.4.1 紫外光照和热处理对SiO₂/ZrO₂凝胶膜的透过率分析
• 2/ZrO₂凝胶膜的折射率分析'>4.4.2 SiO₂/ZrO₂凝胶膜的折射率分析
• 2/ZrO₂凝胶膜的微细图形加工'>4.5 SiO₂/ZrO₂凝胶膜的微细图形加工
• 4.6 小结
• 5 条形复合光波导的制备与通光理论分析
• 5.1 条形复合光波导的制备
• 5.2 通光理论分析
• 5.3 小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 作者在硕士期间撰写和发表的论文