可紫外写入含氟聚碳酸酯波导材料的合成研究与器件制备

聚碳酸酯是传统的光学材料，通过加入含氟单体及改性单体合成出分子量可控且光敏化含氟聚碳酸酯即可作为光通讯用的光波导材料，这无疑是非常有意义的工作。线性的含有可光交联环氧基团的含氟聚碳酸酯和我们拥有自主知识产权的FSU-8材料掺杂可以得到可紫外写入的波导材料，同时可以解决单独使用FSU-8导致的交联密度大脆性较大的问题，还可以通过改变聚碳酸酯的合成单体组成及掺杂比，精确地调节材料的折射率和交联密度以及固化后材料的力学性能。用该混合材料制备光波导可以省略光刻胶掩膜和等离子刻蚀工序，简化了光波导器件的制备工艺，且制备出的光波导侧壁平坦散射损耗小，有利于提高器件的性能。.研究的重点是探索含氟碳酸酯的合成方法和分子量的控制方法以及分子量和显影精度的关系；研究聚合物组成以及掺杂比和折射率的关系；摸索该材料的紫外写入条件和显影条件，同时研制出适合该材料的显影液；为波导器件的制备及材料的应用提供理论依据。

聚碳酸酯是传统的光学材料，通过加入含氟单体及改性单体合成出分子量可控且光敏化含氟聚碳酸酯即可作为光通讯用的光波导材料，这无疑是非常有意义的工作。线性的含有可光交联环氧基团的含氟聚碳酸酯和我们拥有自主知识产权的FSU-8材料掺杂可以得到可紫外写入的波导材料，同时可以解决单独使用FSU-8导致的交联密度大脆性较大的问题，还可以通过改变聚碳酸酯的合成单体组成及掺杂比，精确地调节材料的折射率和交联密度以及固化后材料的力学性能。用该混合材料制备光波导可以省略光刻胶掩膜和等离子刻蚀工序，简化了光波导器件的制备工艺，且制备出的光波导侧壁平坦散射损耗小，有利于提高器件的性能。.主要研究内容包括：将含氟双酚A同三光气在有机溶剂的条件下，以吡啶为缚酸剂进行缩聚反应生成羟基封端的含氟聚碳酸酯材料，通过控制含氟双酚A与三光气的投料比来控制聚碳酸酯的分子量在3000-5000g/mol范围内，再将此种羟基封端的聚碳酸酯与环氧氯丙烷在氢氧化钠的催化下反应生成环氧封端的低分子量的含氟聚碳酸酯材料FBPA-PC EP。以NTFP2为例做成条形光波导对其进行表面粗糙度的测试和光学损耗的测试，其表面粗糙度仅为0.2-0.3nm (3×3μm)，其光学损耗仅为0.25dB/cm（1550nm波长处）（Polymer.2015）；将含氟双酚A与双酚Z在三光气的作用下共聚，然后再与环氧氯丙烷在氢氧化钠的作用下生成可交联的聚碳酸酯AF-Z-PC EP，以NFPR2为例不仅做成条形光波导对其进行表面粗糙度的测试和光学损耗的测试，其表面粗糙度仅为0.3-0.4nm (3×3μm)，其光学损耗仅为0.19dB/cm（1550nm波长处）（JMCC DOI: 10.1039/C5TC03657G）。我们还做成了MZI型光波导阵列，并加上电极制作成了热光开关，开关的响应时间为1.546ms和1.226ms，插入损耗为9.0dB，插入损耗为13dB，开关功率为15.5mW。