[发明专利]一种固态的聚合物光波导的制备方法

说明书

本发明属于全光纤器件技术领域，具体为一种固态的聚合物光波导的制备方法。本发明方法包括：配置光聚合物溶液；将两根玻璃光纤端面切平，通过三维调节平台对准，调节两根玻璃光纤的纵向端面间距；取一滴光聚合物溶液点在两根玻璃光纤端面间隔处，使两根玻璃光纤端面都浸入溶液之中；使用高功率固化光光源照射光纤末端聚合物溶液区域一段时间；在两根玻璃光纤之中同时通入诱导光，生长光聚合物微桥。本发明方法通过光聚合材料的自组织效应在玻璃光纤之间生长聚合物微桥，形成高效聚合物波导，可实现光纤之间的高效光耦合，制备的聚合物微桥包裹在固态聚合物介质中，具有极强的稳定性和抗拉性。

技术领域

本发明属于全光纤器件技术领域，具体涉及一种固态的聚合物光波导的制备方法。

背景技术

随着光网络系统的不断发展，微结构光波导作为高效的光传输介质受到了极大的关注。而新型有机聚合物光波导器件以其材料成本低、制备工艺简便等优势成为近年来集成光学领域的研究热点之一。聚合物光纤波导在光通信与光传感等领域有极大的应用潜能，并且通过特定的光学参数设置可以制造出多种光学元件，例如微透镜或光栅。

光聚合物短光纤生长的机理主要是由于光诱导的材料特性的改变，单体的聚合通常会提高材料的折射率。随着材料折射率的增加，光束将聚焦在高折射率的区域，而当从光纤波导中出射的光用于启动折射率增加的过程时，可以观察到光束的自聚焦现象。如果将两根光纤在光聚合溶液中对准并通光，生长的自聚焦聚合物波导将与光纤的纤芯对准，则光束可以自发地在两根光纤之间耦合，这种现象已经在之前的研究中被发现与证实。由于光波导的生长过程由光纤发出的光束来调控，聚合光波导生长方向将自动与纤芯对齐，从而大大简化了光纤耦合的对齐过程。

光致聚合物波导已经在多种光敏材料中得到证实。通常，光聚合物由单体、光敏染料和引发剂组成，可以通过选择光敏染料使其对特定的波长敏感。目前研究已经提出了多种低成本且高效的光敏聚合物材料。Sugawara等人提出了由丙烯酰胺单体、交联剂(N,N -亚甲基双丙烯酰胺)、光敏染料(亚甲基蓝)和三乙醇胺(TEA)或乙酰丙酮组成的液体光聚合溶液。Ecoffet 等人提出了由eosin Y(曙红 2', 4', 5', 7'-四溴荧光素二钠盐)，MDEA(甲基二乙醇胺)和PETIA (季戊四醇三丙烯酸酯)组成的光敏聚合物混合溶液。该试剂在450nm到550nm波段具有高灵敏度，而其他波长的光则不会对其材料特性造成影响。当特定波长的光照射液体制剂中，将激发单体的聚合反应，试剂由液态转为固态。除此之外，部分紫外胶也可以替代光聚合材料生长光聚合物波导。

与单向通光生长聚合光波导相比，双向通光聚合光波导过程更加灵活，且能更大限度地补偿两根光纤地对准偏差。Dorkenoo等人提出了双光子光聚合的方式来制作光纤之间的波导：通过双光子吸收过程在光聚合材料中创建三维微结构。然而，这种方法需要昂贵的飞秒激光光源和复杂的对准系统，此外，生长的光波导通常表现出高粗糙度，降低了光波导传输效率。在此基础上，S.Jradi等人报道了利用自组织效应在两个光纤之间制造聚合物波导。光同时通入两个反向传播的光纤（其末端同时浸入在一滴光聚合液体中），在这种情况下，两个聚合物波导从两个光纤末端生长，最后连接在一起，并进行自组织与自调控。然而，上述方法都需要复杂的三维对准系统来夹持两根光纤以减小对准损耗，在制备过程中还依赖精密调节架对准，且制备完成后只能放置在三维架上，系统体积庞大且无法方便移动。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种高性能、高效率的聚合物光波导的制备方法。

本发明提供的聚合物光波导的制备方法，是通过在两根相对的玻璃单模光纤中通入激发光，诱导光聚合物试剂折射率发生改变，并形成自组织波导，实现两根光纤的光束高效率耦合；因此，本发明也称为两根光纤的光束高效耦合方法，具体步骤如下：

步骤1：制备光聚合物溶液；

步骤2：将两根玻璃光纤端面切平，通过三维调节平台对准，调节两根玻璃光纤的纵向端面间距至50μm~500μm；