微笔直写条形聚酰亚胺光波导的研究

摘要

光波导是光器件的最基本结构单元，因此对光波导理论、波导材料的合成和波导的制备工艺开展研究具有十分重要的意义。氟化聚酰亚胺因其损耗低、折射率可调、热稳定性与机械性能好而被广泛用于制作条形光波导材料。本文利用含氟二胺和二酐合成了含氟聚酰亚胺光波导材料，并通过微笔直写工艺制备出了条形光波导。
　　 采用有限折射率法对条形波导进行了理论分析，利用BPM（光束传播方法）方法模拟了光能量的分布，计算出当波导下包层厚度大于3.5μm时，能有效的约束光的传输。由于微笔直写具有效率高、工艺简单、可以一次成型等优点，选择它作为条形光波导的制作工艺。
　　 通过“两步法”，利用含氟二胺与二酐，合成出了氟化聚酰亚胺材料，并对其相关性能进行了分析与表征。DSC和TGA分析表明，其玻璃化温度大约为380℃，起始分解温度大于480℃；通过改变含氟量，其折射率可以在1.521～1.672之间调节。将其中间产物聚酰胺酸配制成浓度为0.2g/ml的溶液，通过称重量的方法可以较定量地确定溶液的黏度。
　　 直写出了条形光波导，并对其形貌进行了分析。实验表明，直写施加气压（P）、微笔的平移速度（V）和微笔头到基板的高度（H）等工艺参数对波导形貌有较大影响。当聚酰胺酸与其配制的溶液抽黏后的质量比为4和3.7时，分别在V=4mm/s、P=9KPa、H=18μm和V=3mm/s、P=11KPa、H=20μm时，热固化后能得到宽高比分别约为11和5且形貌良好的条形波导。