聚合物光波导器件压印工艺的仿真

摘要

与传统的由半导体材料和晶体材料加工而成的光波导器件相比，使用聚合物材料制备的光波导器件不仅具有良好的光热效应，其加工工艺---纳米压印技术相对简单，这为制备复杂光学器件提供了极大地便捷。
　　纳米压印是聚合物光波导器件制备中重要的加工工艺之一。目前，基于聚合物材料压印工艺的研究仍然处于实验制备阶段，实验人员通过多次制备实验试图得到最佳性能的波导器件。通常压印工艺是由环境因素和压印过程中压强与速度等诸多影响因素共同决定的，单纯的实验测试不仅耗费时间经济成本，而且也很难快速总结出器件制备中最佳工艺参变量。随着计算机仿真技术的广泛应用，很多工业制备上通过实验方式难以解决的问题得到了解决，并且计算机仿真节约经济成本而且简单易用。于是，为了降低压印实验中的时间与经济成本，针对于压印过程的仿真技术亟待研究。
　　本文设计并实现了聚合物光波导器件压印工艺的仿真方法，通过软件编程，搭建了仿真平台，并且成功对波导器件压印过程实现了可视化，预测了聚合物填充模具的最终结果。主要工作包括:
　　首先，仿真核心算法基于有限元分析理论，对每次的压印模型进行建模，使用有限元分析得到静态的动力学数据;进一步，通过处理分析数据，即可获得下一个静态模型的状态;如以上过程多次重复迭代，即实现了压印过程的动态模拟。
　　然后，基于以上的仿真方法，通过软件编程的方式搭建了仿真软件平台，在提供了分析过程的自动化手段的同时，给出了各个参变量的控制接口，设计了整个软件的架构，使用OpenGL等图形库实现了压印工艺的可视化。
　　最后，进行压印仿真实验，通过将仿真结果与流体流变规律进行对照，验证了仿真方法的可行性，并且给出了解决压印工艺中残留层问题的方法。
　　本文提出的仿真方法基于流体材料，给出了一种新式的动态仿真思路，这对于流体的运动学模拟是一种崭新的方法。将本文仿真方法进行拓展应用，可以解决更多的实际问题。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

第一节 聚合物光波导器件压印工艺研究意义

1．1．1 聚合物光波导器件概述

1．1．2 纳米压印工艺简介及其仿真研究意义

第二节 纳米压印仿真研究现状

第三节 论文主要研究内容

1．3．1 论文研究内容

1．3．2 论文章节安排

第二章 压印工艺的建模与仿真方法

第一节 聚合物光波导器件压印工艺流程

2．1．1 聚合物材料PSQ-Ls可压印特点简介

2．1．2 聚合物压印工艺流程简介及常见波导结构

第二节 纳米压印工艺建模与仿真

2．2．1 压印工艺变量分析

2．2．2 有限元仿真建模

2．2．3 压印建模及其静态分析

第三节 压印工艺的动态仿真

2．3．1 目标静态模型获取

2．3．2 静态模型迭代

第四节 本章小结

第三章 纳米压印仿真平台设计与实现

第一节 仿真平台概述

第二节 软件总体设计

3．2．1 仿真数据获取

3．2．2 软件可视化

第三节 软件模块算法流程

3．3．1 辅助Ansys分析模块

3．3．2 MFC控制台面板模块

3．3．3 OpenGL窗体绘制模块

3．3．4 OpenGL键盘控制模块

第四节 软件工作流程

第五节 本章小结

第四章 纳米压印仿真实验及应用

第一节 仿真方法验证

4．1．1 单槽填充仿真

4．1．2 多槽填充仿真

4．1．3 模具对照组仿真

4．1．4 波导微环双脊结构压印仿真

第二节 聚合物光波导器件工艺预测

第三节 Y型分束器仿真

第四节 本章小结

第五章 总结与展望

第一节 结论

第二节 展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果