本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)了一種匹配性增強(qiáng)長(zhǎng)鏈分子型聚合物光波導(dǎo)雙折射性的方法，在長(zhǎng)鏈分子型聚合物光波導(dǎo)側(cè)壁深度蝕刻出一定坡度的空氣溝槽，制備金屬電極形成與波導(dǎo)襯底平面平行的極化電場(chǎng)，通過(guò)極化誘導(dǎo)，增強(qiáng)長(zhǎng)鏈分子型聚合物光波導(dǎo)的雙折射性，并實(shí)現(xiàn)與長(zhǎng)鏈分子型聚合物材料的本征雙折射性匹配。其中所述的光波導(dǎo)為長(zhǎng)鏈分子型聚合物材料，制備的金屬電極采用金、銀或其它金屬。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)誘導(dǎo)的波導(dǎo)雙折射性與長(zhǎng)鏈分子型聚合物材料的雙折射性匹配，可以顯著提高采用電場(chǎng)極化法對(duì)長(zhǎng)鏈分子型聚合物材料雙折射性的誘導(dǎo)效率。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)涉及有機(jī)光電器件
，尤其涉及。
技術(shù)介紹
相干光通信系統(tǒng)是面對(duì)未來(lái)眾多通信新業(yè)務(wù)最有效的大容量、大帶寬、高速率長(zhǎng)途通信系統(tǒng)，也是數(shù)據(jù)率100Gb/S以上光網(wǎng)絡(luò)的唯一解決方案。偏振態(tài)復(fù)用及解復(fù)用技術(shù)正是目前相干光通信系統(tǒng)中提高傳輸數(shù)率的關(guān)鍵技術(shù)之一，而這些技術(shù)的發(fā)展急待研發(fā)高性能、低成本的關(guān)鍵器件。這些關(guān)鍵器件包括偏振態(tài)合束器、偏振態(tài)分束器、偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)器、偏振態(tài)控制器等等，都需要采用雙折射性大的光學(xué)材料制備。聚合物材料也適合用于制備偏振態(tài)復(fù)用相干光通信系統(tǒng)所需的各類(lèi)偏振控制器件。隨著新有機(jī)材料的迅猛發(fā)展，基于聚合物材料的光子器件表現(xiàn)出令人注目的性能，特別是對(duì)聚合物材料進(jìn)行氟化以C-F鍵替換C-H鍵可以大大減少振動(dòng)吸收帶來(lái)的損耗，大大提高聚合物材料在高溫操作時(shí)的化學(xué)穩(wěn)定性，并改進(jìn)光學(xué)損傷閾值(L.Eldada, L.ff.Shacklette, “Advances in polymer integrated optics, ” IEEE J.Sel.Top.QuantumElectron.，vol.6，pp.54 - 68，2000.)。同時(shí)，聚合物材料的雙折射性不僅可以通過(guò)改變聚合物分子結(jié)構(gòu)得以改變，還可以基于聚合物材料的光學(xué)特性(如熱光效應(yīng)、電光效應(yīng))，通過(guò)采用一定的外部熱控、電控機(jī)制實(shí)現(xiàn)對(duì)聚合物材料的雙折射性的調(diào)控。首先，通過(guò)調(diào)整聚合物材料的分子結(jié)構(gòu)可以增強(qiáng)材料的雙折射性。在2009年，美國(guó)科學(xué)家們采用無(wú)源或電光聚合物材料設(shè)計(jì)了 5種脊?fàn)罨虻辜範(fàn)畹墓獠▽?dǎo)偏振器，得到的偏振消光比大于 50dB (M.Sanghadasa, P.R.Ashley, A.J.Guenthner, G.A.Lindsay, andM.D.Bramson, “Design and demonstration of polarizing polymer waveguides usingbirefringent polymers, ” J.Lightwave Technol., vol.27, pp.4667-4677, Nov.2009.X在2011年，科學(xué)家們研究了在氟化聚合物光波導(dǎo)中實(shí)現(xiàn)偏振分光功能，通過(guò)修改有機(jī)分子結(jié)構(gòu)，使聚合物分子形成具有共軛雙鍵的長(zhǎng)鏈分子結(jié)構(gòu)，提高了氟化聚合物的極化能 (J.Kim, K.Kim, M.0h, J.Seo, Y.Noh, and H.Lee, “Polarization splitting waveguidedevices incorporating perf Iuorinated birefringent polymers,，，J.Lightw.Technol., vol.29, pp.1842 - 1846, Jun.2011.)。除了調(diào)整材料分子結(jié)構(gòu)，采用極化電場(chǎng)可以在電光聚合物材料中誘導(dǎo)雙折射性，諸如在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA:Poly (methyl methacrylate) )(M._C.0h, S.-S.Lee, S._Y.Shin, ff.-Y.Hwang, and J.-J.Kim, “Polymeric waveguide polarization splitter basedon pol ing-1nduced birefringence,，’Electron.Lett., vol.32, pp.324 - 325, 1996.)和聚酸亞胺(Polyimide) (M.-C.0h, Μ.-H.Lee, and H.-J.Lee, “Polymeric waveguidepolarization splitter with a buried birefringent polymer,，’IEEE Photon.Technol.Lett., vol.11, pp.1144 - 1146, Sep.1999.)中。其工作原理是誘導(dǎo)聚合物分子中的偶極子轉(zhuǎn)向到電場(chǎng)方向，從而增加了沿極化方向偏振光的折射性。這些工作為誘導(dǎo)聚合物光波導(dǎo)雙折射性提供了實(shí)踐基礎(chǔ)。然而，如果采用電場(chǎng)極化法實(shí)施對(duì)聚合物材料雙折射性的外部誘導(dǎo)，通常是采用垂直于薄膜平面的極化電場(chǎng)。這增加了垂直于薄膜平面偏振方向的波導(dǎo)折射性，降低了平行于薄膜平面偏振方向的波導(dǎo)折射性。這樣誘導(dǎo)的雙折射性和具有長(zhǎng)鏈分子結(jié)構(gòu)聚合物的雙折射性往往是相反的，在基于聚合物光波導(dǎo)制備各類(lèi)偏振態(tài)控制器件時(shí)，反而降低了聚合物光波導(dǎo)的雙折射性，因此減弱甚至不能實(shí)現(xiàn)各類(lèi)偏振態(tài)控制功能。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本專(zhuān)利技術(shù)提供一種增強(qiáng)長(zhǎng)鏈分子型聚合物材料雙折射性的匹配誘導(dǎo)方法。利用本專(zhuān)利技術(shù)，可以顯著提高采用電場(chǎng)極化法對(duì)長(zhǎng)鏈分子型聚合物材料雙折射性的誘導(dǎo)效率。本專(zhuān)利技術(shù)采用的技術(shù)方案如下:，其步驟如下:步驟1:制備長(zhǎng)鏈分子型聚合物光波導(dǎo)步驟2:在長(zhǎng)鏈分子型聚合物光波導(dǎo)側(cè)壁蝕刻出空氣溝槽，該空氣溝槽側(cè)壁具有坡度；步驟3:在長(zhǎng)鏈分子型聚合物光波導(dǎo)側(cè)壁空氣溝槽的溝槽面上制備誘導(dǎo)極化金屬電極:(I)在長(zhǎng)鏈分子型聚合物光波導(dǎo)側(cè)壁的空氣溝槽上蒸鍍、濺射或電鍍金屬，形成金屬電極以構(gòu)建與光波導(dǎo)襯底平面平行的極化電場(chǎng)；(2)對(duì)長(zhǎng)鏈分子型聚合物波導(dǎo)進(jìn)行極化誘導(dǎo)，增強(qiáng)長(zhǎng)鏈分子型聚合物光波導(dǎo)雙折射性。所述步驟I的長(zhǎng)鏈分子型聚合物為聚甲基丙烯酸甲酯、氟化丙烯酸酯、聚氰酸酯、環(huán)氧基紫外負(fù)型光刻膠、帶有發(fā)色團(tuán)的電光聚合物中任一種。所述步驟I的長(zhǎng)鏈分子型聚合物為采用紫外光化學(xué)法交聯(lián)而成的長(zhǎng)鏈分子結(jié)構(gòu)型聚合物。所述步驟2的空氣溝槽深度為從光波導(dǎo)上包層到光波導(dǎo)襯底面，溝槽寬度應(yīng)大于波導(dǎo)寬度，離波導(dǎo)距離為波導(dǎo)寬度的2倍以上，溝槽坡度為15°?75°。所述步驟I制備長(zhǎng)鏈聚合物光波導(dǎo)的方法為反應(yīng)離子刻蝕法、感應(yīng)耦合等離子體刻蝕法、納米壓印技術(shù)中的任一種。所述步驟2蝕刻空氣溝槽的方法為與反應(yīng)離子刻蝕法、感應(yīng)耦合等離子體刻蝕法結(jié)合的灰階光掩膜刻蝕法。所述步驟3中的金屬電極層的厚度為200?500nm。本專(zhuān)利技術(shù)提供的，通過(guò)在波導(dǎo)側(cè)壁深度蝕刻出一定坡度的空氣溝槽，制備金屬電極構(gòu)建與波導(dǎo)襯底平面平行的極化電場(chǎng)，進(jìn)行極化誘導(dǎo)，增強(qiáng)聚合物光波導(dǎo)的雙折射性，并實(shí)現(xiàn)與聚合物材料的本征雙折射性匹配，因此可以顯著提高采用電場(chǎng)極化法對(duì)聚合物材料雙折射性的誘導(dǎo)效率?！靖綀D說(shuō)明】圖1無(wú)極化時(shí)聚合物薄膜中的長(zhǎng)鏈分子排列。圖2極化后聚合物薄膜中的長(zhǎng)鏈分子排列。圖3無(wú)極化電極的聚合物光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)示意圖。圖4本專(zhuān)利技術(shù)提供的在聚合物光波導(dǎo)中制備匹配誘導(dǎo)電極的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5本專(zhuān)利技術(shù)提供的帶有匹配誘導(dǎo)電極的聚合物光波導(dǎo)的剖面圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明:1、聚合物長(zhǎng)鏈分子2、襯底3、聚合物薄膜橫截面4、聚合物薄膜側(cè)面5、聚合物薄膜側(cè)面的誘導(dǎo)極化電極 6、誘導(dǎo)極化電場(chǎng) 7、光波導(dǎo)襯底 8、光波導(dǎo)下包層9、光波導(dǎo)芯層10、光波導(dǎo)上包層11、空氣溝槽12、誘導(dǎo)極化電極13、誘導(dǎo)極化電場(chǎng)二14、空氣溝槽與光波導(dǎo)芯的間距15、溝槽坡度【具體實(shí)施方式】本專(zhuān)利技術(shù)提出的用于增強(qiáng)長(zhǎng)鏈分子型聚合物材料雙折射性的匹配誘導(dǎo)方法，是在長(zhǎng)鏈型聚合物光波導(dǎo)側(cè)壁深度蝕刻出具有一定坡度的空氣溝槽，制備金屬電極形成與波導(dǎo)平面襯底平行的極化電場(chǎng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)聚合物材料本征雙折射性的增強(qiáng)匹配誘導(dǎo)，下面結(jié)合附圖對(duì)本專(zhuān)利技術(shù)進(jìn)行具體描述:作為本專(zhuān)利技術(shù)專(zhuān)利的實(shí)本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種匹配性增強(qiáng)長(zhǎng)鏈分子型聚合物光波導(dǎo)雙折射性的方法，其步驟如下：步驟1：制備長(zhǎng)鏈分子型聚合物光波導(dǎo)；步驟2：在長(zhǎng)鏈分子型聚合物光波導(dǎo)側(cè)壁蝕刻出空氣溝槽，該空氣溝槽側(cè)壁具有坡度；步驟3：在長(zhǎng)鏈分子型聚合物光波導(dǎo)側(cè)壁空氣溝槽的溝槽面上制備誘導(dǎo)極化金屬電極：（1）在長(zhǎng)鏈分子型聚合物光波導(dǎo)側(cè)壁的空氣溝槽上蒸鍍、濺射或電鍍金屬，形成金屬電極以構(gòu)建與光波導(dǎo)襯底平面平行的極化電場(chǎng)；（2）對(duì)長(zhǎng)鏈分子型聚合物波導(dǎo)進(jìn)行極化誘導(dǎo)，增強(qiáng)長(zhǎng)鏈分子型聚合物光波導(dǎo)雙折射性。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種匹配性增強(qiáng)長(zhǎng)鏈分子型聚合物光波導(dǎo)雙折射性的方法，其步驟如下: 步驟1:制備長(zhǎng)鏈分子型聚合物光波導(dǎo)； 步驟2:在長(zhǎng)鏈分子型聚合物光波導(dǎo)側(cè)壁蝕刻出空氣溝槽，該空氣溝槽側(cè)壁具有坡度； 步驟3:在長(zhǎng)鏈分子型聚合物光波導(dǎo)側(cè)壁空氣溝槽的溝槽面上制備誘導(dǎo)極化金屬電極: (1)在長(zhǎng)鏈分子型聚合物光波導(dǎo)側(cè)壁的空氣溝槽上蒸鍍、濺射或電鍍金屬，形成金屬電極以構(gòu)建與光波導(dǎo)襯底平面平行的極化電場(chǎng)； (2)對(duì)長(zhǎng)鏈分子型聚合物波導(dǎo)進(jìn)行極化誘導(dǎo)，增強(qiáng)長(zhǎng)鏈分子型聚合物光波導(dǎo)雙折射性。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種匹配性增強(qiáng)長(zhǎng)鏈分子型聚合物光波導(dǎo)雙折射性的方法，所述步驟I的長(zhǎng)鏈分子型聚合物為聚甲基丙烯酸甲酯、氟化丙烯酸酯、聚氰酸酯、環(huán)氧基紫外負(fù)型光刻膠、帶有發(fā)色團(tuán)的電光聚合物中任一種。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種匹配性增強(qiáng)長(zhǎng)鏈分子型聚合物光波導(dǎo)雙折射性的方法，所述步驟I...
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王瑾，付旭，趙新彥，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：南京郵電大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：江蘇;32
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