[发明专利]一种合成可紫外写入含氟含铒聚合物波导放大器材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种合成可紫外写入含氟含铒聚合物波导放大器材料的方法，属于聚合物近红外发光材料合成领域。

背景技术

掺铒光纤材料一直是近几年光纤通讯领域的研究热点，这是因为Er³⁺在受入射光激发后，能够提供光通信窗口波长1550nm的荧光发射，且能与β-二酮类、芳香环类、杂环类、带臂大环类或多酰胺型配体发生反应，生成一系列结构新颖、种类丰富的含铒有机配合物。而对于稀土铒有机配合物的应用，目前大多为将其掺杂于有机相(如聚合物)中，包括物理掺杂和原位聚合的方式。但这些方法会造成稀土配合物分散不均或在加工过程中出现团聚而导致荧光猝灭等现象。在配合物中引入活性基团，通过活性基团与可聚合单体进行共聚形成含有稀土配合物基团的高分子聚合物，可行之有效地解决这些难题。

聚合物作为光波导的基体材料的首要条件就是在通讯窗口(1310、1550nm)要有低的光损耗。吸收损耗和散射损耗是聚合物光波导材料的主要光损耗，在选取基质时应尽量降低这些因素的影响。如分子内的C-H键、O-H键和N-H键的振动会引起光在近红外通讯波段(1000-1700nm)的吸收损耗。因此，虽然常用的有机玻璃和透光塑料在可见光波段(400-750nm)范围内是良好的聚合物光学材料，但它们并不适用于光通讯波段。为了解决这一问题，现阶段可以采用的方法有：1)用卤原子或重原子取代氢原子，因为C-D和C-F键的伸缩振动波长比C-H键更大(即振动频率更小)，能使吸收向长波方向移动(即出现红移)，由此可减少近红外区域的吸收损耗；2)考虑到C-H键的泛频振动是出现吸收损耗的主因，故可调节聚合物长链的取代基比重来减小C-H键的泛频振动等。目前在近红外波段多用氟原子取代氢原子来降低材料在光通讯窗口的吸收光损耗，即具备低光损性质。

可直接紫外写入技术是将环氧树脂用于光刻纳米级图案和具有特定几何结构的聚合物光波导方面最有前途的技术。现阶段该技术大多用于微米、纳米级平版印刷和制造光电子器件等，最新研究表明该技术还可以用来制作聚合物光波导器件。此技术与传统工艺相比，无需蒸镀金属膜层及离子刻蚀等复制工序，减少工艺步骤的同时也降低了成本，是制作聚合物光波导放大器的有利方法。用此方法制作的聚合物光波导的微图案，不仅具有规整的结构特征，还具备聚合物基体材料的优点，如良好的热稳定性、成膜性，近红外发光特性，折射率可调等，其中条形几何结构的光波导图案具有陡直的侧壁和较低的表面粗糙度，能降低材料的散射光损耗，但未能解决在光通讯窗口(1310和1550nm处)存在较大吸收光损耗的问题。环氧树脂在紫外光辐照下能开环交联，因具有固化收缩率低、材料界面粘附性好、介电性能良好、尺寸稳定性好、热稳定性优、耐溶剂性好、机械强度高等优点，可利用直接紫外写入技术将带环氧基团的含铒聚合物制造成具有特定几何结构的聚合物光波导材料。含铒的聚合物光波导材料在兼具含铒有机配合物和环氧树脂的优点的基础上，要求在光通讯窗口处有低的吸收损耗，其中用重原子和卤素原子取代氢原子，是降低吸收损耗的有效方法。

发明内容

针对目前聚合物波导放大器主要以物理掺杂为主并且器件加工过程复杂的现状，本发明提供一种合成可紫外写入含氟含铒聚合物波导放大器材料的方法，该方法应采用含有烯烃双键和环氧基团的含氟活性单体,通过与含铒配合物、甲基丙烯酸环氧丙酯进行三元共聚制备出含氟含铒的聚合物近红外发光材料。

本发明采用的技术方案是：一种合成可紫外写入含氟含铒聚合物波导放大器材料的方法包括以下步骤：

步骤1、具有烯烃双键和环氧基团的含氟单体(FA)的合成

称量2-200g六氟双酚A溶于约20-2000mL的THF，倒入放置在冰浴里的三口烧瓶中，添加0.65-65g三乙胺，通氮气搅拌20-60min后，将0.53-53g丙稀酰氯溶于10-1000mLTHF并迅速滴加到上述溶液中，反应1-2h后撤离冰浴，在室温下继续反应12h；将反应液95℃下减压蒸馏，待除去反应体系中的四氢呋喃和三乙胺后，加入20-200g环氧氯丙烷，转移至50℃恒温水浴的三口烧瓶中，通氮气30-60min后，每隔0.5h添加NaOH，共计3-300g；然后升温至60℃，恒温反应6-12h以完成环化反应，得到粗产品，减压蒸馏除去剩余的环氧氯丙烷，70-80℃真空干燥12h；冷却至室温后，用无水乙醇溶解，静置2-6h；用有机滤膜过滤残留的盐分，常压蒸去乙醇，得到黄褐色透明黏稠液体，于40-50℃真空干燥2天，得到步骤1产物(FA)；

步骤2、含铒有机配合物(EDPM)的合成