极化聚合物复合薄膜的光学与电光性能的研究

摘要

本文所研究的聚合物复合薄膜采用旋涂法制备，使用电晕极化法进行极化。研究工作主要包括以下内容： 一、搭建了准波导耦合实验装置，采用准波导耦合法测量了DR13/MMA薄膜的折射率。准波导耦合法只要求角度测量，方便而且精度高。但也有局限性，即它要求样品的折射率必须大于衬底的折射率，这对一些折射率低的样品来说难以达到。所制备的薄膜膜厚大约为1-2μm，厚度和折射率的误差分别为3.2x10<'-1>μm和1.5×10<'-3>。对于DR13/MMA薄膜来说，其折射率随着掺杂浓度的增加而增大，随着激光波长的增大而降低。 二、采用透射光谱法对无机/有机聚合物复合材料的光学特性进行了研究。采用溶胶凝胶法制备了具有较纯的钙钛矿四方相的PLT纳米晶(颗粒度大约40～50纳米)，将其与聚合物PMMA复合，制备了PLT/MMA复合薄膜。利用样品的透过率谱线计算了薄膜的折射率以及一系列的光学常数，包括吸收系数α、消光系数κ、损耗因子tanδ、复介电常数的实部ε<,r>和虚部ε”及膜厚d等。该方法实验过程比较简单，计算过程通过计算机来实现，免去了大量的手工计算，快速且准确。但此方法对样品质量要求比较高，薄膜必须均匀并且表面平行。 三、根据Okamura．等人提出的视频摄像技术，建立了一套测量光波导传输损耗的实验装置，包括一架数码相机和相应的图像数据处理软件以及棱镜耦合系统。采用该实验装置，准确地表征了聚合物复合薄膜的光传输特性。测量了三种掺杂浓度(10﹪、15﹪和20﹪wt)的DR13/PMMA薄膜的传输损耗，其值分别是1.5269、2.7601和3.6291dB/cm；PLT含量为5﹪、10﹪和15﹪wt的PLT/MMA薄膜样品，其传输损耗分别为1.986dB/cm、2.971dB，cm和3.752dB/cm。可以看出随着掺杂浓度的增大，样品的传输损耗也逐渐变大，由于DR13和PLT纳米晶的含量增大使得散射光增多，从而增加了薄膜的光传输损耗。这种方法排除了周围环境和激光光束的不稳定性对测量结果的影响，标尺的使用也保证了传输距离的准确测量。它的测量范围比较大，适合从0.5dB/vm到100dB/cm范围的测量。 四、推导了利用简单反射法测量线性电光系数γ<,33>的更精确的数学表达式，并用该方法研究了薄膜的电光特性。利用简单反射法测量三种不同掺杂浓度(10﹪、15﹪和20﹪wf)的DR13/PMMA复合薄膜的电光系数，具体在计算调制电场引起的s光和p光光程差和位相差的改变时，较为合理地处理了α<,s>与α<,s>两折射角的关系。简单反射法测量样品的线性电光系数，样品制备简单，不需要波导，特别适合于弱吸收的材料，但该方法的理论处理忽略了自然双折射，即认为n<,0>≈n<,e>，另外还认为γ<,33>≈3γ<,13>，这使得其应用存在一定的局限性。上述的这些薄膜宏观性能的测试表征手段的建立和完善，准确全面地表征了极化聚合物复合薄膜材料的性能参数，不仅可以对材料的设计和制备方法的改进进行指导，还可以为器件的设计和制作提供可靠的依据。

目录

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符号说明

第一章前言

§1.1研究极化聚合物复合薄膜及其性能的意义

§1.2极化聚合物复合材料的种类及研究概况

§1.3电光材料的选择

§1.3.1有机电光材料的选择

§1.3.2无机电光材料的选择

§1.4极化聚合物复合材料的发展和目前存在的问题

§1.4.1极化聚合物近来的发展

§1.4.2极化聚合物材料存在的主要问题

第二章聚合物复合薄膜的制备和极化

§2.1聚合物复合薄膜的制备

§2.2聚合物复合薄膜的极化

第三章聚合物复合薄膜光学特性的研究

§3.1折射率的测量

§3.1.1简介

§3.1.2准波导法实验原理

§3.1.3实验结果与分析

§3.2光传输损耗的测量

§3.2.1光传输损耗的定义

§3.2.2光传输损耗产生的原因

§3.2.3视频摄像法实验原理

§3.2.4实验结果与分析

第四章纳米晶聚合物复合薄膜光学特性的研究

§4.1 PLT/PMMA纳米晶及复合薄膜的制备

§4.1.1 PLT纳米晶的制备

§4.1.2 PLT纳米晶的相关分析

§4.1.3 PLT/PMMA纳米晶聚合物复合薄膜的制备

§4.2 PLT/PMMA纳米晶聚合物复合薄膜的光学参数

§4.2.1透射光谱法实验原理

§4.2.2实验结果与分析

§4.3 PLT/PMMA纳米晶聚合物复合薄膜传输损耗的测量

第五章聚合物复合薄膜线性电光系数的测量

§5.1简介

§5.2简单反射法实验原理

§5.3实验结果与分析

第六章结论

参考文献

致谢

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