悬浮扩散共聚法制备大粒径球对称梯度折射率微球

论文摘要

梯度折射率(Gradient index,GRIN)透镜及其阵列是一类新型光学器件,具有简单的几何形状,主要依靠介质特殊的非均匀折射率分布以实现其各种光学功能。因其有体积小、光路短、重量轻、性能优越、易于批量生产、便于集成等优点,在微小光学、集成光学、光通讯中有着诱人的应用前景,现已受到广泛地重视。本工作从梯度折射率介质光学的基本理论出发,对球对称GRIN微球透镜的光学性能进行了系统的分析;研究了用球对称GRIN微球制作回归反射材料的可能;进而选择两种聚合物单体,采用悬浮扩散共聚法,研究制备了较大粒径的聚合物梯度折射率微球透镜。 本论文主要内容如下: 第一章:概述了梯度折射率光学、微小光学、高分子GRIN材料的发展历史与研究现状,并对本课题研究的内容以及研究的必要性作了简要的阐述。 第二章:阐述了一般GRIN球透镜的基础理论及球透镜的典型模型—Maxwell鱼眼微球透镜的各种光学性能,说明了此类透镜的优越性。 第三章:介绍了回归反射的概念、回归反射材料的现状;研究了用麦克斯韦鱼眼微球制作回归反射材料的可能,并与传统的均匀折射率玻璃微球回归反射材料的性能作了比较,得出将麦克斯韦鱼眼微球用作回归反射材料不仅可以大幅度降低原先对材料折射率的过高要求,还可明显提高回归反射的效率的结论。 第四章:介绍应用悬浮扩散共聚法制备高分子GRIN透镜的机理。论述了应用悬浮扩散共聚法制备高分子GRIN透镜的过程和工艺的实现。最后,重点介绍如何优化工艺条件以制备大粒径高分子GRIN透镜。 第五章:归纳全文,对本课题研究所取得的成绩、存在的问题和下一步要做的工作做一总结和展望。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 引言
• 1.1 梯度折射率光学概述
• 1.2 微小光学的发展概述
• 1.3 高分子GRIN光学材料简介
• 1.4 本课题的研究内容及意义
• 第二章 球对称梯度折射率器件的光学性质
• 2.1 球对称梯度折射率分布介质的光学基础
• 2.1.1 球对称GRIN介质中光线的平面性
• 2.1.2 球对称GRIN介质中的沿光线不变量
• 2.1.3 球梯度介质中光线的弯曲方向
• 2.1.4 球对称介质中光线方程的解
• 2.2 Maxwell鱼眼介质的光学性质
• 2.3 球梯度折射率器件的光学性质
• 2.3.1 Maxwen鱼眼球透镜
• 2.3.2 Maxwen鱼眼球透镜的成像、像差及焦距
• 2.3.3 Maxwell鱼眼微球透镜的复合结构
• 第三章 麦克斯韦鱼眼微球回归反射材料的研究
• 3.1 回归反射简介
• 3.1.1 回归反射研究现状
• 3.1.2 回归反射研究意义
• 3.2 均匀折射率玻璃微球回归反射材料的性能
• 3.3 一种理想的梯度折射率回归反射结构模型
• 3.3.1 Luneburg透镜中光线轨迹的理论推导
• 3.3.2 Luneburg透镜回归反射性能的评价
• 3.4 麦克斯韦鱼眼微球回归反射材料
• 3.5 小结
• 第四章 梯度折射率微球的制备
• 4.1 制作方法简介
• 4.2 离子交换扩散理论及工艺实现
• 4.2.1 扩散理论
• 4.2.2 离子交换工艺
• 4.3 悬浮扩散共聚法制备GRIN球透镜
• 4.3.1 悬浮扩散共聚法的选用
• 4.3.2 影响聚合物颗粒大小、形态的主要因素分析
• 4.4 悬浮聚合制备高分子GRIN微球工艺条件的改进
• 4.4.1 条件的改进
• 4.4.2 悬浮聚合制备PMMA小球
• 4.4.3 悬浮扩散共聚法制备大粒径球对称梯度折射率微球
• 4.4 干涉图样分析
• 第五章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表学术论文目录