[发明专利]一种匹配性增强长链分子型聚合物光波导双折射性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及有机光电器件技术领域，尤其涉及一种匹配性增强长链分子型聚合物光波导双折射性的方法。

背景技术

相干光通信系统是面对未来众多通信新业务最有效的大容量、大带宽、高速率长途通信系统，也是数据率100Gb/s以上光网络的唯一解决方案。偏振态复用及解复用技术正是目前相干光通信系统中提高传输数率的关键技术之一,而这些技术的发展急待研发高性能、低成本的关键器件。这些关键器件包括偏振态合束器、偏振态分束器、偏振态旋转器、偏振态控制器等等，都需要采用双折射性大的光学材料制备。

聚合物材料也适合用于制备偏振态复用相干光通信系统所需的各类偏振控制器件。随着新有机材料的迅猛发展，基于聚合物材料的光子器件表现出令人注目的性能，特别是对聚合物材料进行氟化以C-F键替换C-H键可以大大减少振动吸收带来的损耗,大大提高聚合物材料在高温操作时的化学稳定性,并改进光学损伤阈值（L.Eldada,L.W.Shacklette,“Advances in polymer integrated optics,”IEEE J.Sel.Top.Quantum Electron.,vol.6,pp.54–68,2000.）。同时，聚合物材料的双折射性不仅可以通过改变聚合物分子结构得以改变，还可以基于聚合物材料的光学特性（如热光效应、电光效应），通过采用一定的外部热控、电控机制实现对聚合物材料的双折射性的调控。

首先，通过调整聚合物材料的分子结构可以增强材料的双折射性。在2009年，美国科学家们采用无源或电光聚合物材料设计了5种脊状或倒脊状的光波导偏振器，得到的偏振消光比大于50dB（M.Sanghadasa,P.R.Ashley,A.J.Guenthner,G.A.Lindsay,and M.D.Bramson,“Design and demonstration of polarizing polymer waveguides using birefringent polymers,”J.Lightwave Technol.,vol.27,pp.4667-4677,Nov.2009.）。在2011年，科学家们研究了在氟化聚合物光波导中实现偏振分光功能，通过修改有机分子结构，使聚合物分子形成具有共轭双键的长链分子结构，提高了氟化聚合物的极化能力（J.Kim,K.Kim,M.Oh,J.Seo,Y.Noh,and H.Lee,“Polarization splitting waveguide devices incorporating perfluorinated birefringent polymers,”J.Lightw.Technol.,vol.29,pp.1842–1846,Jun.2011.）。

除了调整材料分子结构，采用极化电场可以在电光聚合物材料中诱导双折射性,诸如在聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA:Poly(methyl methacrylate)）（M.-C.Oh,S.-S.Lee,S.-Y.Shin,W.-Y.Hwang,and J.-J.Kim,“Polymeric waveguide polarization splitter based on poling-induced birefringence,”Electron.Lett.,vol.32,pp.324–325,1996.）和聚酰亚胺（Polyimide）（M.-C.Oh,M.-H.Lee,and H.-J.Lee,“Polymeric waveguide polarization splitter with a buried birefringent polymer,”IEEE Photon.Technol.Lett.,vol.11,pp.1144–1146,Sep.1999.）中。其工作原理是诱导聚合物分子中的偶极子转向到电场方向，从而增加了沿极化方向偏振光的折射性。这些工作为诱导聚合物光波导双折射性提供了实践基础。

然而,如果采用电场极化法实施对聚合物材料双折射性的外部诱导，通常是采用垂直于薄膜平面的极化电场。这增加了垂直于薄膜平面偏振方向的波导折射性，降低了平行于薄膜平面偏振方向的波导折射性。这样诱导的双折射性和具有长链分子结构聚合物的双折射性往往是相反的,在基于聚合物光波导制备各类偏振态控制器件时，反而降低了聚合物光波导的双折射性，因此减弱甚至不能实现各类偏振态控制功能。

发明内容