新型手性偶氮聚氨酯材料的合成及热光开关的研究

摘要

在光通信和全光网络高速发展的未来世界,光——具有传输速度快,信息容量高,抗干扰能力强等特点,已成为了未来信息世界的重要载体。光波导器件,作为光通信系统中重要的组成部分,伴随着光电子技术的发展,也得到了广泛深入的研究。近年来,随着对聚合物发光器件、电光调制器和热光开关等一系列相关器件的突破性进展,使得聚合物光电子器件在光电子领域中的应用前景越来越受到人们的关注。
　　 本文以对硝基苯胺、亚硝酸钠和S(-)-α-甲基苄胺等为原料,利用重氮一偶合反应,合成一种新型含手性碳原子偶氮聚氨酯材料,利用紫外可见光谱(UV-Vis)以及傅立叶变换红外光谱对材料的结构进行表征。同时对其溶解性、熔点、抗拉强度、硬度等性质进行测试;并通过X-5显微熔点测定仪(控温型)测定其熔点温度,结果显示该材料具有较高的熔点以及良好的热稳定性。
　　 其次,将合成的新型含手性偶氮聚氨酯材料均匀旋涂于石英波片表面制成薄膜波导,采用衰减全反射(ATR)技术,测定聚合物薄膜材料在不同波长、温度、入射光模式下相应的折射率,并通过计算得出材料相对于1550nm(通讯波段)处的折射率以及相应的热光系数(dn/dT=-11.23×10-4),结果表明,该材料相对于其他无机材料具有较大的热光系数;分别选取532nm、650nm、850nm三种入射光波长,运用衰减全反射(ATR)技术测得该聚合物材料的柯西色散系数并得到该材料的色散曲线;同时,改变入射光模式,测试了TE模式与TM模式下该新型含手性碳原子偶氮聚氨酯有机聚合物薄膜材料的折射率,结果显示当入射光模式改变时,材料具有明显的折射率变化(nTM＞nTE)。由上述实验结果可以看出,该新型含手性碳原子偶氮聚氨酯材料具有良好的热光、色散和二向色性,对研制新型数字热光开关具有较高的应用价值。
　　 最后,简要介绍了马赫曾德尔型数字热光开关的工作原理,运用该新型含手性碳原子偶氮聚氨酯有机聚合物材料,从光场传输与温度场的分布两个方面对马赫-曾德尔热光光开关进行了数值模拟,同时引入非对称马赫-曾德尔型开关结构,设计了在加热臂下方堆积条状硅脊和刻蚀凹糟两种结构,并对两种结构进行数值模拟,结果表明,当在加热臂下方刻蚀凹槽后,开关模型的响应时间明显短于加热臂下方堆积硅脊的情况,通过刻蚀凹槽之后,响应时间与传统马赫一曾德尔型相比提高了约20%。