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电光聚合物材料具有非线性系数高、介电常数低、易加工处理、与现有的集成工艺相兼容等特点,因而在集成光学特别是光通信器件领域有着非常好的应用前景。电光聚合物材料可以用于制作光通信器件,如高速光开关、可调谐滤波器以及宽带光调制器等。本文主要对电光聚合物的电晕极化技术、电光系数的测量以及电光聚合物的非线性稳定性等进行详细的理论和实验研究。
本文首先介绍了聚合物特别是电光聚合物在光纤通信领域的应用,回顾、总结了电光聚合物的发展历史和研究现状。介绍了与电光效应相关的理论知识及研究成果,包括非线性光学极化率理论、电光效应及电光系数,电光系数和二阶非线性光学系数之间的关系、宏观和微观物理量之间的关系,电光效应的弛豫等。
电光聚合物材料通常是通过将生色团分子以一定的方式加入到非定性聚合物中而制备的。为了获得电光效应,材料必须通过一定的方式进行极化,使生色团取向一致并将其固定下来。目前,人们使用的极化技术有多种。电晕极化技术由于其简单性而得到了广泛的应用,本文对具有栅极偏压的电晕极化系统进行了详细的研究。研究了起晕电压与栅极偏压之间的关系,结果显示起晕电压与栅极偏压关系曲线中存在一个极小值。实验研究了栅极电压、栅极位置以及栅网大小对极化系统性能的影响并进行了分析。理论分析了该系统的电场分布。最后以一种侧链型电光聚合物PHSD作为研究对象,进行了电晕极化过程的实验研究。
我们提出了一种基于Mach-Zehnder光纤干涉仪的极化聚合物电光系数测量系统。对系统的原理和性能进行了分析,分析了干涉臂长差、插入损耗对系统性能的影响。提出了改善系统性能的方法,通过精确控制臂长差,合理选择耦合器的耦合系数可以提高系统性能,同时双透明电极结构的采用也有助于性能的改善。实验结果显示系统是可行的,具有较高的灵敏度。
我们对一类交联型电光聚合物进行了详细的研究。电光聚合物样品通过旋涂方法制各,并采用本文提出的带栅极电晕极化系统进行极化。对材料的DSC和TGA曲线进行了测量以确定极化方案。红外谱显示极化样品中已经发生交联反应。对极化样品的电光系数进行了测量并加以分析。结果显示样品具有较好的电光特性,电光系数最高可以达到1.72pm/V。测量显示样品的介电常数很小。通过介电驰豫分析研究了材料的非线性稳定性。结果显示材料的非线性驰豫过程可以用KWW方程来描述,驰豫时间随温度的变化遵循Arrhenius定律。