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第十届全国塑料光纤聚合物光子学会议

第十届全国塑料光纤聚合物光子学会议

  • 召开年：2014
  • 召开地：南京
  • 出版时间： 2014-10-23

主办单位：中国光学学会

会议文集：第十届全国塑料光纤聚合物光子学会议论文集

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  • 摘要：加速度计是惯性导航、惯性制导和控制检测设备的重要测试元件，广泛应用于航空、航海和自动控制等领域。加速度信号的测量通常是利用惯性原理，通过感知惯性力所产生的位移或者应变而测得相应的加速度。目前，加速度的传感原理可分为以下几类:电容式、压电式、压阻式、磁阻式、光电式等。相对于基于电磁原理的加速度计，利用光学原理设计的加速度计具有显著的优势，例如，抗电磁干扰、电绝缘、响应快、高灵敏度、耐腐蚀等。常规的光学加速度计采用光纤和分立的光学元件作为信号的载体，因而体积通常会比较大。随着集成光学技术的发展，基于微光机电系统的加速度计由于具有低成本、高集成度、体小质轻等优势而得到了越来越广泛的研究。本文展示了一种基于非对称结构马赫-曾德尔干涉(MZI)的柔性集成光学加速度计(MZIA)。该非对称MZI器件带有一个悬臂梁，且波导及衬底采用聚合物材料，从而实现器件的弹性特性。当所测量的加速度给柔性悬壁梁上施加惯性力时，MZI结构的长臂波导上将产生应力。由于光弹效应及波导物理延伸的作用，长臂波导中光的传输相位随着悬臂梁的弯曲而偏移。通过检测MZ干涉的输出光强，提取出所测量的加速度信号。本文研究了器件灵敏度与结构参数的关系，并制作了样品。此传感器结构简单，因而适合大规模生产。
  • 摘要：有机聚合物由于具有可塑性强、易加工、成本低、环境友好、兼容于柔性基底和重量轻等众多优点而广泛用于制备柔性光伏器件.然而与传统半导体光伏器件相比,有机聚合物存在着吸收率低下,光电转换效率不高等缺陷,严重阻碍了柔性有机光伏器件的发展.贵金属纳米材料具有显著的局域场增强和强散射特性,集成于柔性有机光伏器件可改善对太阳光的陷光效果,提高器件的整体光电性能.本文制备了具有独特光学增强特性的星状金纳米颗粒,研究了纳米星的光学特性和形貌特征.通过集成于柔性有机光伏器件的空穴缓冲层中,不同密度星状金纳米颗粒在不同程度上提高了光伏器件对入射光的吸收率,显著提高了柔性光伏器件的光电转换效率.rn 木文针对柔性聚合物光伏器件光电转换效率不高的问题，提出了利用金纳米星作为陷光结构的解决方案。探讨了金纳米星结构的制备技术，以及表征手段。最后通过在光伏器件空穴缓冲层中掺入金纳米星的方式制备了不同分布密度，具有表面等离子激元陷光效果的光伏器件。测试表明通过这种陷光技术可使器件光电转换效率相对提高17.2%。与此同时，本文还探讨了金纳米星掺入密度对光伏器件光电性能的影响。通过数据分析，基于金纳米星的增效光伏器件具有一最优纳米材料分布密度，在最优分布密度下，光电流可相对提高22.1%。
  • 摘要：不同高分子材料的共混是制备高性能高分子材料简单而方便的方法，然而大多数高分子共混物都是热力学不相容体系，因而所得合金材料通常形成多相结构，且相区尺寸大、相界面弱。这种高分子合金难以表现出优异物理性能。因此，高分子合金的研究主要集中于减小相区尺寸和增强两相的界面。目前，人们可以利用各种增容手段比较容易的制备出具有微米或亚微米相区尺寸的高分子合金(通常称为微米合金)，但制备具有纳米尺寸(小于100nm)相区的聚合物合金仍是高分子加工界的一个难题。本文将系统报告三种制备高分子纳米合金的方法:高剪切加工技术(由大而小)、反应诱导相分离(由小而大)以及反应性共混，并介绍高分子纳米合金和普通微米合金在性能上的不同。rn 高剪切加工技术(由大而小)：利用“剪切导致相容”的原理，成功开发了高剪切成型加工技术，并制备了多种结构特别、性能优异的纳米高分子合金。例如，当剪切速率高于2250sec-1时，聚碳酸酷(PC)和聚甲基丙烯酸甲酷(PMMA)能够形成性能优异的透明PC/PMMA高分子材料，该材料具有纳米分散结构，且韧性和延展性优于PMMA，而表面硬度优于PC，折光指数界于PC和PMMA之间，有望在显示器触摸屏中得到应用。再如，利用高剪切加工技术实现尼龙11在聚偏氟乙烯中的纳米分散，尼龙11的微区尺寸大约40纳米且微区大小分布均匀，所制备的纳米合金不仅力学性能优异，且压电性能比简单共混得到的微米共混物有显著提高。所以这些纳米合金在制备时，无需加入任何增容剂，实现了聚合物共混体系的清洁增容。rn 反应诱导相分离(自小而大)：利用相容性高分子共混物的反应诱导相分离控制共混物的形态结构，实现对高分子结构的调控获得聚合物纳米合金。在环氧树脂/丙烯酸酷橡胶共混物添加不同含量的固化剂，调控材料固化速率，可以获得具有纳米丙烯酸酷橡胶颗粒分散在环氧树脂的高性能材料，有望用于半导体粘接膜。rn 反应性共混：利用聚合物熔融共混过程中，聚合物基团间的化学反应，就地生成接枝聚合物并发生为相分离也是制备聚合物纳米合金的有效方法。成功制备了聚乳酸的纳米合金，该合金不但保持了聚乳酸的透明性(可见光波长区域，lmn。厚片的透光率大于80%)，而且纳米橡胶粒子起到很好的增韧效果，尤为重要的是，分散在聚乳酸中的纳米橡胶粒子是聚乳酸优异的成核剂，其成核效果至比常用的滑石粉还好。从而同时解决了聚乳酸脆性、结晶速度慢、改性后透明性丧失等诸多弱点，为聚乳酸材料的规模应用铺平了道路。
  • 摘要：阵列波导光栅(AWG:Arrayed Waveguide Grating)以其独特的优点广泛应用于光纤通信系统,然而材料及波导的双折射性会引起输出光信号产生很大的偏振相关频移(PDFS:Polarization Dependent Frequency Shift),严重影响了AWG的性能,因此消除AWG的偏振敏感性显得必不可少.本文首先采用在AWG阵列波导中间插入半波片的偏振模式转换法,利用半波片的主轴和波导表面成45°角,实现TM和TE偏振态的反转,从而降低AWG偏振敏感性;实验结果表明此方法使AWG的PDFS减小到50pm.本文还利用双折射率与阵列波导宽度的关系,适当调节AWG阵列波导宽度的偏振补偿的方法降低偏振敏感性;模拟结果表明此方法使AWG的PDFS小于0.1pm,而在波导宽度的制备工艺容差为0.1um时,AWG的PDFS小于±2pm.
  • 摘要：石墨烯是由碳原子通过sp2杂化构成的单原子层蜂窝状二维网格结构，具有优异的电学、光学、热学和力学性能;贵金属纳米粒子和氧化锌纳米棒具有优异的光学、传感和催化性能;通过石墨烯与贵金属纳米粒子或氧化锌纳米棒复合有望利用其协同效应进一步增强复合材料的综合光学、传感和催化等性能。本文采用化学气相沉积和氧化还原的方法制备出了高质量的二维和三维石墨烯;采用化学还原和水热法分别制备了金、银纳米粒子和氧化锌纳米棒:进而通过电泳沉积和还原反应制备出了石墨烯基贵金属纳米粒子以及氧化锌纳米棒复合材料，探讨了其在传感、催化以及光学等方面的应用可行性。
  • 摘要：平面光波导器件以其体积小、易于大规模生产、成本低等优点,成为无源光通信器件的发展方向.光通信领域的不断发展,对平板波导芯片的需求不断增加,激光技术的应用简化了光电子器件的传统制作工艺.本文研究激光加工技术在聚合物平面光波导芯片上的应用.主要可分为三方面:制作微流控通道;制作聚合物光波导;芯片端面解理.在此基础上,研究了激光刻蚀的槽的理想条件:速度10mm/s,功率0.5W.rn 光波导(optical waveguide)由光透明介质构成的传输光频电磁波的导行结构。光波导的传输原理是在不同折射率的介质分界面上，电磁波的全反射现象使光波局限在波导及其周围有限区域内传播。光波导是光学系统小型化、集成化、固体化需求下的产物。rn 传统制作光波导器件的方法有:光刻、刻蚀(RIE, ICP)、压印等，高效、快速的制作工艺成为了新时代的需求。激光写入技术具有高精度，高效率，工艺简单，成本低等优点。rn 光波导与微流控集成技术是未来研究的热点。微流控传感芯片是一种微型化的系统，它以微流体通道为主要组成部分，通过在微通道内注入的液体进行感知环境中一些参数的变化，从而使微通道内液体的特征参数发生变化，达到感知环境变化的目的。迄今为止，越来越多的行业开始应用微流控芯片，进一步研究加工微流控芯片的技术，将会对越来越多的行业产生深远的影响。本论文研究了用CO2激光直写法加工聚合物微流控芯片的工艺过程。rn 同时分析了芯片端面的处理方法，对于聚合物PMMA基片，使用激光切割，可以简单方便的操控解理位置，以及聚合物PMMA基片的切割形状。
  • 摘要：介绍了塑料光纤国内外相关的标准、专利、技术文献,以及汇源公司的新产品光模块、光纤和蓝光传输系统.rn 塑料光纤自诞生到现在己经经历了四十余年时间，目前塑料光纤已经进入到了各行各业中发挥作用，包括短距离网络通信领域、工业控制领域、消费电子领域、交通工具领域、光纤传感领域、物联网领域、医疗军土领域、装饰照明领域等。现对塑料光纤行业内的相关技术资料进行了统计，以供业内人十参考。rn 本文统计了塑料光纤行业所涉及的标准、专利、技术文献情况，供业内人士参考，另外介绍了四川汇源塑料光纤有限公司的新产品:650nm工业控制用光模块与现有产品的参数对比，短波长损耗低于650nm波长的CF光纤以及塑料光纤蓝光传输系统。
  • 摘要：随着石墨烯等二维材料研究的深入，其零维结构也引起更多关注，零维的量子点结构具有更强的量子限域以及边缘效应，从而具有新颖的物理特性及应用。与其他半导体量子点相比，二硫化铝(MoS2)量子点由于不包含重金属，毒性较低，且制备方法简单，能够应用在催化、生物标记等领域。更为重要的是，由于这种量子点具有波长可调谐的发光性质，与聚合物掺杂后有望实现新型的柔性发光显示器件。rn 本论文提出利用液相超声法制备了新型的MoS2半导体量子点溶液，并用透射电子显微镜对其进行了形貌表征。通过统计量子点尺寸，得到量子点平均尺寸为3.25nm。加入适量的NaOH后，量子点的尺寸变大，平均尺寸为3.75nm，且结晶度变好，溶液的荧光强度显著增强。分别测试了其吸收光谱和光致荧光光谱，发现吸收光谱中层状结构的特征峰消失，表明制备出了量子点溶液。荧光光谱表明合成的量子点具有波长可调谐效应，随着激发波长的不同，发射波长会发生相应改变。为了实现基于这种量子点的柔性发光器件，探索了其掺杂在聚苯乙烯材料中的特性，结果表明，掺杂在聚苯乙烯材料的量子点溶液能够经过旋涂形成均匀柔性薄膜，并能够自动脱落。通过进一步提高量子产率及量子点的稳定性，这种新型量子点在聚合物光子器件中将具有重要的应用前景。
  • 摘要：本文发展了一种简化的二维手性平面波展开法.在相同的光纤结构和尺寸下,与三维手性平面波展开法相比,应用相同的平面波波数这个方法可以节省计算机资源,还可以节省时间将近一个数量级,或者相同的计算机配置可以应用更多的平面波波数已使计算精度更高.为了定量比较简化平面波展开法的精确性,本文展示了该算法在导模有效折射率和偏振方面的模拟能力,结果与三维手性平面波展开法的计算结果吻合很好.rn 光子晶体光纤又叫微结构光纤，由于具有可裁剪的双折射、非线性、色散等传统光纤不具有的特性，在过去的二十多年里人们进行了广泛的理论和实验研究。光子晶体光纤可以分为两类。第一类是折射率导引型，通常由某些周期性或者准周期性点阵围绕的中心缺陷区域组成，像阶跃光纤一样通过类全内反射方式把光限制光纤芯中。第二类是基于带隙效应的光纤，它是由微结构的周期性引起的，在某个波长范围内，光可被限制在某个区域传输，如在低折射率的芯中，该区域可以是空气孔，称之为带隙光纤。rn 运用平面波展开法计算空芯手性光子晶体光纤导模，其结果与三维平面波展开法计算的结果高度一致。简化的平面波展开法可以节省计算时间近一个数量级;占用计算机内存为原来的4/9。可以推断在相同配置的计算机上计算时，由于可以使用更多的平面波波数，因此计算精度会更高。通过比较文献中常规平面波展开法的研究，可以推断这个简化的本征方程不仅可以计算手性光子晶体光纤导模和包层的空间填充模的有效折射率，还可以计算非手性性光子晶体光纤导模和包层的空间填充模的有效折射率。还可以进一步把此方法的本征方程处理成本征频率ko的本征方程应用到手性光子晶体的带隙结构分析中。
  • 摘要：本文通过理论模拟和计算对基于NaYF4:Yb3+,Er3+纳米晶的聚合物波导放大器在0.54μm处的增益特性进行了研究.所采用的芯层材料是NaYF4:20％Yb3+,10％Er3+纳米粒子掺杂的SU-8 2005聚合物.通过记录和分析纳米粒子的吸收光谱和荧光光谱,利用Judd-Ofelt理论计算出了Judd-Ofelt参数:Ω2=6.302×10-20cm2,Ω4=0.69×10-20cm2,Ω6=7.572×10-20cm2.之后结合原子速率方程与传输方程模拟了波导放大器在0.54μm处的增益特性.得到的增益曲线具有饱和效应,当波导长度为5cm,Er3+离子浓度5×1025m-3时获得的最大增益为3.3dB.rn 掺饵光纤放大器(EDFA)在长距离光通信系统中占有重要地位，由于Er3+的能级4I13/2→4I15/2的跃迁所对应的波长(1.53μm)恰好与光纤低损耗窗口相匹配。然而相比于EDFA，掺饵光波导放大器(EDWA)具有尺寸小并且利于与其他光学器件集成的优势。近年来，可见光通信技术发展迅速。与目前使用的无线局域网相比，可见光通信系统可利用室内照明设备代替无线局域网基站发射信号，其通信速度可达每秒数十兆至数百兆。它还可以为城市车辆的移动导航及定位提供一种全新的方法。在这样一个短距离光通信系统中，光波导放大器必不可少。近年来，对可见光光纤放大器已有一些报道。与无机EDWA相比，以聚合物材料为基质的EDWA具有工艺简单、成本低廉、易于与其他器件集成等优点，具有很好的发展前景。然而，由于Er3+离子是无机离子，在聚合物中的溶解度较低。为了解决这个问题，合成了一种NaYF4:Yb3+,Er3+纳米粒子掺杂到SU-8 2005聚合物基质中作为波导的芯层材料。本文对基于NaYF4:Yb3+,Er3+纳米粒子掺杂的聚合物EDWA在0.54μm处的增益特性进行了模拟分析，讨论了Er3+离子掺杂浓度，重叠积分因子和信号光功率对增益的影响，模拟结果表明，通过优化参数可以在波导中实现对0.54μm波长的光放大作用。
  • 摘要：对ICPCVD(感应耦合等离子气相沉积)设备功能进行了分析,利用该设备在低温(20℃)下进行了工艺实验,通过对功率、压力、流量等关键参数与二氧化硅淀积速率和折射率的关系分析,对淀积条件与淀积速率折射率的影响给出了说明,获得了低温下淀积二氧化硅薄膜的工艺条件.并对该工艺条件的应用前景进行了分析对比,指出该工艺可以应用于低温剥离工艺和有机聚合物光路以及MEMS电路制造中对低温和损伤的要求.rn 等离子淀积过程是一个复杂的物理和化学反应过程，相比于PECVD(等离子增强气相沉积)法需要在300℃才能获得优异的二氧化硅薄膜，本文通过对ICPCVD设备和上艺的研究，获得了在低温(20℃)下淀积二氧化硅的工艺条件，并对工艺条件进行了压力、功率、硅烷流量方面的优化，为敏感器件和低温聚合物器件的工艺制备提供了一种选择。
  • 摘要：介绍了一种基于双环结构的可调谐环形光波导谐振腔.通过理论分析,揭示了双环谐振腔中所存在的模式竞争特性,并讨论了该种谐振模式竞争对谐振腔频率色散特性的影响,分析了谐振腔传输特性与器件结构参数之间的关系.结合聚合物波导材料特性,讨论了该结构谐振腔在光传感和光通信领域的应用前景.讨论了谐振模式竞争效应在光学谐振腔设计中的普适性和先进性.rn 本文研究了一种双环结构的环形光波导谐振腔的谐振特性，并对该结构在频率色散和谐振能量分布与其结构参数之间的关系展开了讨论。该双环结构具有显著的窄带滤波特性，且可通过结构的优化设计，充分发挥其相位敏感特性，并降低波导损耗对其谐振特性的影响。这种基本的波导谐振腔结构，在光传感和光通信领域具有广泛的应用前景:结合聚合物柔性材料特性，可利用该结构研制出高灵敏度的光波导加速度计;结合电光材料，可研制出高灵敏度的强度调制器;结合纳米光波导结构，同样可发挥这种双环谐振腔的特点，研制成高度集成化的纳米光波导调制器。从谐振机制的角度分析，这种复杂谐振腔中存在的谐振模式竟争效应是其具备丰富谐振特性的主要原因。由此归纳出:多个谐振模式在复杂谐振腔中的竞争行为是光学谐振腔中普遍存在的一种效应，这种效应为人们研制具有丰富谐振特性的光学谐振器件提供了新的设计思路，值得进一步探索研究。
  • 摘要：有机聚合物太阳能电池(Organic Solar Cell,OSC)作为新一代光伏器件，以工艺简便、低能耗、低成本、大面积制备等独特的优势，在近年来受到研究者的广泛关注。然而OSC如今的发展却遭遇瓶颈:光伏材料载流子的低迁移率迫使OSC的活性层厚度需要尽可能减小以满足光生载流子有效收集的要求，而较薄的吸收层则会导致OSC光吸收损失严重及器件性能的下降。于是如何在满足载流子有效收集的前提下增强OSC的光吸收率成为目前的研究热点.rn 金属表面等离子体(surface plasmon，是目前纳米光子学中最引人注目的应用研究方向;借助于金属纳米结构，它可以将电磁场高度局域在纳米尺度的范围之内，使得光近场区域场强得到大幅度的提高;利用局域表面等离子体(LSP)的场局域作用，可以将发散的电磁能量高度汇聚在金属纳米结构的近场区域。基于这一特性，本文借助有限元法，建立了金属纳米颗粒增效的有机聚合物太阳能电池结构结构模型，系统研究了球形、立方体金属纳米颗粒对OSC光吸收因素的影响。首先对金属纳米颗粒引入OSC不同功能层中(活性层和缓冲层)的效果进行对比并深入分析，确定金属纳米颗粒在OSC中的引入位置:其次探讨球形、立方体金属纳米颗粒引入所在功能层中的LSP规律，结合理论模型，建立金属纳米颗粒结构参量(尺寸、阵列周期)的优化设计方法。rn 结果表明，金属纳米颗粒置于有机聚合物太阳能电池活动层中的吸收增强高于其在缓冲层的增强，金属纳米颗粒位于不同功能层激发LSPR的局域场分布;在活动层中引入金属纳米颗粒时,立方体金属纳米颗粒对有机聚合物太阳能电池的增强效果高于球形金属纳米颗粒:金属纳米颗粒阵列通过增加光子入射，可以提高光电材料的吸收效率;局域表面等离子体效应使得光场强度局域增大，一方面可以激发更多的电子空穴对分离，提高电子空穴对的分离率，另一方面，还能够伸得分离的电子空穴获得更大的能量，复合变得相对困难，到达电池电极的到达率得到提高。
  • 摘要：随着光通信技术和微波光子技术的发展，电光调制器作为光通信网络以及微波光子链路中的关键器件，高性能的电光调制器对系统整体性能的提高起着至关重要的作用。目前，实现电光调制器的材料主要有无机晶体材料如妮酸铿、半导体材料以及有机聚合物材料三类。其中，有机聚合物材料与其他两类材料相比，具有介电常数低、易于实现微波与光波的相速匹配进而实现宽带调制，电光系数高、降低调制器半波电压，加工工艺简单、成本低，易于与其他光电子器件集成等优点，因此，对基于聚合物电光材料的电光调制器的研究成为近些年来的研究热点，国内外对聚合物电光调制器的研究也取得了很大的进步。2007年，美国南加州大学Song团队采用有机聚合物材料设计了谐振腔结构的电光调制器，该调制器采用环形波导和行波电极，利用多光束干涉效应大幅的提高了调制性能，调制带宽可达到165GHZ.2008年，德国卡尔斯鲁尔大学Brosi提出一种结合光子晶体结构的新型电光调制器，这种电光调制器结合了高性能的聚合物电光材料以及光子晶体的慢光特性，其性能较传统电光调制器有显著提高，响应带宽达到78GHZ,驱动电压小于1V.rn 聚氨醋酞亚胺(PUI)电光材料具有良好的成膜性和热稳定性，玻璃化温度为196~208℃之间，其折射率在1.597~1.651之间可调，在波长1550nm处传输损耗在0.7~0.9dB/cm之间，电光系数在30~70pm/N之间，是一种优良的聚合物光波导电光材料。因此本文采用聚氨酷酸亚胺(PUI)电光材料作为芯层材料，采用SU8作为波导下包层材料，聚酞亚胺材料作为波导的上包层材料，优化设计了倒脊型聚合物光波导，以此为基础设计制备了MZI型电光调制器以及Y分支电光相位调制器，并对其进行了电光响应特性的测试，验证了这两种电光调制器的调制特性，如图1所示。不仅证明了聚氨酷酸亚胺电光波导材料优良的性能，同时也为今后更高性能电光调制器的设计提供了参考。
  • 摘要：本文研究了不同热光电极位置下聚合物波导布拉格光栅的调制特性,通过优化热光电极热光调制效率提高了1.24倍.为改善波导布拉格光栅芯层受热不均匀的情况,本文进一步提出了在波导布拉格光栅两侧构建空气沟槽的方案,使波导芯层的温度不均匀度小于l℃,而且在双波导通道的结构中,空气沟槽的构建可有效地降低相邻波导通道间的串扰,模拟结果得到通道间串扰由-35dB降低到-67dB.rn 在集成光学领域内，波导布拉格光栅广泛应用于光通信器件和集成光电回路中作为反射结构可以制作滤波器、调制器、激光器的反射镜、波长转换器等各种性能优越的光子器件，基于波导布拉格光栅的器件具有尺寸小、能耗低、响应快、调制深度高等诸多优点，因此具有广阔的应用前景，而波导布拉格光栅的可调节性和低串扰性是衡量器件性能优劣的重要指标。rn 许多材料可以用来制备波导布拉格光栅，其中聚合物材料是实现混合集成光器件的首选之一。聚合物材料与传统的无机材料相比，除了其价格低廉、制作简单外，更重要的是它具有较高的热光系数及较低热传导率。因此聚合物材料可以有效地降低在调制布拉格光栅时所需的功耗，并且随着波导结构的优化，热光调谐的功耗可将进一步降低。rn 本文对聚合物波导布拉格光栅结构进行了优化设计，提出了在基于聚合物波导光栅结构两侧设置空气沟槽的方案。研究分析了在不同位置的热光电极作用下，有无空气沟槽时波导布拉格光栅的温度变化分布及对通道间串扰的影响。仿真结果表明优化后结构的热光电极结构一方面可显著提高热光调制效率，另一方面可有效降低散射光对相邻通道波导的串扰。
  • 摘要：随着微控制器在汽车控制领域上的广泛应用，汽车电子化程度越来越高。按单位面积算，高级轿车内的多媒体设备远远超过了家庭。欧美日等发达国家为了适应车载通信及娱乐功能方面的社会需求，采用了越来越多的电子装备，并由塑料光纤(POF)构成汽车光网络，以满足不断提升的传输速率要求。塑料光纤车载系统，可以提供高达400Mbps的带宽，远远高于传统汽车网络。成为汽车制造商和供应商越来越受推崇的一种网络架构。rn 塑料光纤车载系统可以通过一条塑料光纤将厂‘播、音响、电视、显示屏，DVD、游戏控制台、MP3、导航系统以及车内办公等所有的设备连接起来，在高速率下，没有电噪声没有干扰，有效地利用一个简单的界面运载选择和控制一个复杂的网络。rn 目前我国生产的各种车辆内部，数据传输使用的介质主要是铜缆，数据传输速度一旦超过SOOKbps，其EMC问题将成为设计的主要障碍。在汽车中使用塑料光纤，可以彻底解决高速传输时的电磁千扰问题，并且轻量化。rn 物理层基于塑料光纤(POF)的总线系统在汽车应用中特别有优势，与相应的电系统相比有许多优点:POF光缆重量轻;以低成本获得高数据传输速率;抗EMI噪声干扰且传输安全性强;无光纤间串扰;完全电绝缘，无接地回路;操作/连接容易，系统成本低。
  • 摘要：本文设计并制作了一种基于Mach-Zehnder interferometer(MZI)结构的低功耗聚合物热光可变光衰减器(VOA).聚合物材料具有低热导系数和高热光系数的优点,可以有效降低热光器件的功耗.在Si衬底上,采用聚甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸环氧丙酯的共聚物P(MMA-GMA)作为波导的上/下包层,SU-8 2005紫外固化胶作为波导芯层,设计了VOA器件结构,并对光场和热场进行了模拟,采用传统半导体工艺完成了VOA器件的制备,器件的测试结果表明,在1550nm工作波长下,VOA器件的插入损耗为16dB,器件衰减达到20dB时的驱动功率仅为6.95mW,在1520～1580nm波长范围内光谱的变化为±2.5dB.rn 本文设计并制作了一种基于MZI结构的聚合物热光VOA器件。使用SU-8 2005和P(MMA-GMA)两种聚合物材料，采用ICP刻蚀的方法，制作出脊型波导结构，使光场很好的限制在了波导芯层。对制作的VOA器件进行了测试分析，在1550nm工作波长下，当器件的最大衰减为20dB时，器件的驱动功率仅为6.95mW。在1520nm-1580nm波长范围内VOA器件的衰减变化仅为±2.5dB。本文采用聚合物材料设计并制备的MZI结构的VOA器件可实现20dB的衰减，有效地降低了器件的功耗，并具有较好的波长稳定性，这种低功耗的聚合物VOA器件在光通信网络中将具有很好的应用前景。
  • 摘要：长周期表面等离子体波导(LRSPP)调制器/开关中,金属需同时传输光信号和电信号.为确定金属薄膜中不连续性结构对LRSPP波导光损耗的影响,本文采用硅作为衬底,聚合物作为包层,通过紫外光刻和湿法腐蚀工艺制备了具有不同间隙宽度和长度的对称型LRSPP波导.通过单模光纤激发等离子波,在1550nm波长下对波导光插入损耗的测试结果表明,当LRSPP波导间隙宽度小于10μm时,波导结构的不连续性对3μm宽LRSPP波导光插入损耗无明显影响.上述结果对有源LRSPP波导的设计与制备具有一定的参考价值.
  • 摘要：本文采用自主合成的新型有机-无机复合材料,通过金电极的热场诱导作用在二氧化硅/复合材料导光层构上,直接形成光波导功率衰减器.实验中对复合材料的热稳定性进行了表征,分析了折射率随温度的变化趋势,并在1550nm输入信号光下对器件的光学性能进行了测试.驱动电压5V,驱动功率50mW,获得芯片的消光比约为6dB.此技术适用于功能集成化光子器件的开发,在光学片上光互连领域具有很好的应用前景.rn 本文使用实验室自主配置的复合材料制备了一种热诱导复合材料光功率衰减器件，实现了电信号对光信号的控制，器件性能良好，成本低廉，工艺简单，在精密微调测试系统上利用光纤直接祸合的方法对器件进行了测试，设定测试波长为1550nm，器件的消光比是6dB。这种热诱导复合材料光功率衰减器件在对于热光开关大规模器件的集成，乃至传感方向上都有着良好的应用前景。
  • 摘要：光波导环形谐振腔由直波导、环形波导及祸合器构成。环形谐振腔对输入光波长具有一定的选择性，且谐振波长对温度、应变具有强烈的敏感性，己广泛应用于光信号处理器件及高精度温度传感器和压力、位移及其它传感器。光波导环形谐振腔的制备材料目前主要包括Si,SiO2、聚合物及其它材料等。与其它材料相比，聚合物材料光波导环形谐振腔具有易大批量制备、低成本、容易实现热光调控或电光调控等独特优势，具有广泛的应用前景及重要的科研价值。然而，不同的应用领域对环形谐振腔的结构尺寸也有不同的要求。为了满足不同的功能需求，就需要研制出不同尺寸的聚合物环形谐振腔。本文在目前直径为微米或毫米级聚合物光波导环形谐振腔的基础上研制了直径为厘米级的高性能聚合物光波导环形谐振腔，具有重要的意义与应用价值。rn 本文首先介绍了厘米级聚合物环形谐振腔的制备工艺并制备出了直径为厘米级的聚合物环形谐振腔。然后，搭建了测试平台并对谐振腔分别进行了632.8nm及1549.9~1550.1nm波段的通光测试。测试结果显示:红光可以在制备出的聚合物环形谐振腔内实现整周传输。
  • 摘要：本文利用有机材料PMMA基片作为衬底,研制了一种全聚合物热光波导开关阵列器件.在1550nm输入信号光下对器件进行测试.器件的消光比约为15dB,开关时间在毫秒量级.该器件具有性价比高,加工工艺简便等优点,易于实现芯片之间的集成化互连,在大规模集成光网络中具有广阔的应用前景.rn 采用光纤作为传输媒介的光通信技术是满足当前飞速增长的通讯和数据传输的必要手段。热光开关作为光纤通信系统的关键器件之一，在光信息处理过程中起着至关重要的作用。热光开关的原理是当波导温度变化时，波导的有效折射率发生变化。通常将器件设计成M-Z干涉计、多模干涉、定向藕合以及数字光开关等波导结构，使光相位的变化转变成光振幅的变化，从而实现光开关功能。rn 目前大部分制备热光波导开关器件仍然采用硅/二氧化硅等无机材料作为衬底，而采用聚合物衬底制备的全聚合物器件与无机硅基器件相比，具有如下优势:聚合物基片造价非常低廉，能大幅度降低器件生产成本;有机衬底与聚合物波导的热光系数相近，可以有效地抑制器件的温度敏感性，同时降低波导的偏振相关损耗;全聚合物器件兼容性好，在结构上和功能上更易于实现集成，在塑料光纤通信领域具有十分广阔的应用前景。rn 本文结合传统的硅基聚合物波导器件的制备工艺，研制了一种全聚合物热光波导开关阵列器件，采用新型加载型波导结构，将电极层制备在波导芯层的下面，这样更有利于降低功耗，并在精密微调测试系统上利用光纤直接祸合的方法对器件进行了测试，设定测试波长为1550nm，器件的消光比是15dB，开关时间在毫秒量级。该器件具有制备成本低廉、工艺过程简单、具有良好的柔性和可塑性等优势，可广泛用于大规模集成光网络，也可以将该结构与其它器件相结合，实现集成型的芯片。
  • 摘要：本文分别报道了基于定向耦合器及长周期光栅的聚合物平面光波导模式转换器的设计及制作.理论分析表明采用定向耦合器结构可实现光纤模式LP01与LP11a的相互转换,而采用长周期光栅结构则可实现LP01模与LP11b模的相互转换.利用选定的聚合物材料分别设计并制作了相应的器件.其中基于长周期光栅结构的初步实验结果表明在1544nm附近已实现了高达99％的转换效率,而基于定向耦合器的初步实验结果也已实现了至少大于90％的转换效率.

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