用梯度折射率聚合物微球制作表面漫射材料的研究

论文摘要

本工作研究的是具有梯度折射率(Gradient refractive index,GRIN)分布的聚合物微球在表面漫射材料上的应用。GRIN聚合物微球是一类新型光学器件,主要依靠介质特殊的非均匀折射率分布以实现各种光学功能。因其光学性能优越,且有体积小、光路短、重量轻、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,受到广泛地重视。 本文首先简要介绍了隐形技术的概念,以及目前隐形技术的一些基本情况,并指出视频隐形目前开发较少,而表面漫射是视频隐形的一种形式,分析了GRIN聚合物微球制作表面漫射材料的可能。进而选择两种合适的聚合物单体,利用悬浮扩散共聚的方法加工制备获得此类微球,并测得了所得微球的的折射率分布曲线和其他光学参数。在此基础上,根据球对称梯度折射率光学的基本理论,推导了其合适的工作条件,并进一步使用了光线追迹进行严格的计算,验证了理论推推导的正确性,明确了用其制作表面漫射材料能够达到的性能指标。 本论文的主要内容如下: 第一章和第二章 主要介绍了隐形材料的现状,表面漫射的概念,分析了均匀玻璃微球的漫射性能以及GRIN聚合物微球作表面漫射材料的可能。 第三章 对梯度折射率光学和高分子梯度折射率材料作了基本的介绍,重点介绍了球对称梯度折射率介质内部的基本理论。 第四章 介绍了应用悬浮扩散共聚法制备高分子GRIN微球的机理,并分析了对所制备的微球的折射率分布、透过率、不圆度等重要光学参数的测量。对试验结果进行了分析。 第五章 以Maxwell鱼眼透镜理论模型为对象,分析了用Maxwell鱼眼透镜制作漫射面材的漫射效果。接着根据梯度介质球内光线传输的理论,分析了提高梯度折射率微球漫射效果所需要的工作条件,并用光线追迹的方法进行了详细的计算和分析。从理论上证明了GRIN微球用作表面漫射材料具有的前景。 第六章 对全文进行总结,对本课题研究所取得的进展以及存在的问题进行了分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• §1.1 隐形材料的现状
• §1.1.1 雷达、红外隐形
• §1.1.2 光学隐形
• §1.2 本研究工作的意义
• 第二章 均匀玻璃微球的漫射效果
• 第三章 梯度折射率材料简介
• §3.1 梯度折射率光学概述
• §3.2 高分子GRIN光学材料简介
• §3.3 球对称GRIN分布介质的光学基础
• §3.3.1 球对称GRIN介质中光线的平面性
• §3.3.2 球对称GRIN介质中的沿光线不变量
• §3.3.3 球梯度介质中光线的弯曲方向
• §3.3.4 球对称介质中光线方程的解
• 第四章 GRIN微球的制备和测量
• §4.1 GRIN微球的制备
• §4.1.1 悬浮扩散共聚法
• §4.1.2 悬浮扩散共聚法的扩散过程
• §4.1.3 悬浮扩散共聚合单体体系的选择
• §4.1.4 悬浮扩散共聚法制备GRIN聚合物微球
• §4.2 GRIN微球光学性能的测量
• §4.2.1 透过率测量
• §4.2.2 球粒径、不圆度及表面张力的测试
• §4.2.3 折射率分布的测量
• 第五章 GRIN聚合物微球的漫射性能的研究
• §5.1 Maxwell鱼眼漫射效果的研究
• §5.1.1 麦克斯韦鱼眼微球表面漫射材料
• §5.1.2 麦克斯韦鱼眼微球内的光线轨迹
• §5.1.3 麦克斯韦鱼眼微球表面漫射材料光学性质的研究
• §5.1.4 计算结果与分析
• §5.2 梯度折射率聚合物漫射性能的研究
• §5.2.1 球梯度介质中的光线追迹
• §5.2.2 运用于表面漫射材料的光线追迹编程
• §5.2.3 计算结果及分析
• 第六章 小结
• 参考文献
• 致谢