[發(fā)明專利]PMMA/DR1聚合物改性薄膜的多針電暈極化場結(jié)構(gòu)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010117403.6
• 申請日: 2010-02-26
• 公開（公告）號: CN101776831A
• 公開（公告）日: 2010-07-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周建華;黃李琳;王菁;游佰強(qiáng);熊兆賢;林偉峰;童朝健
• 申請（專利權(quán)）人: 廈門大學(xué)
• 主分類號: G02F1/35
• 分類號: G02F1/35;G02F1/365
• 代理公司: 廈門南強(qiáng)之路專利事務(wù)所 35200
• 代理人: 馬應(yīng)森

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種多針電暈極化場結(jié)構(gòu)，尤其是涉及一種針對PMMA/DR1聚合物改性薄膜的四針均勻分布電暈極化場結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

隨著波導(dǎo)制備技術(shù)和半導(dǎo)體激光器技術(shù)的發(fā)展，以及在光通信和光計算機(jī)等新興技術(shù)的推動下，有關(guān)介質(zhì)波導(dǎo)中的非線性光學(xué)性能的研究受到越來越廣泛的關(guān)注，近年來在理論和實踐兩個方面都已獲得了相當(dāng)大的進(jìn)展。其中，極化聚合物材料具有非線性系數(shù)高、電容率低、易加工處理、與現(xiàn)有集成工藝相兼容等特點，因而在集成光學(xué)特別是光通信器件領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。極化聚合物以高分子骨架作為非線性光學(xué)分子的載體，在高壓電場或光電場的極化下使非線性分子沿電場方向取向，產(chǎn)生宏觀非中心對稱結(jié)構(gòu)，從而獲得非線性光學(xué)性能。當(dāng)今國內(nèi)外學(xué)者廣泛采用的極化方法主要有接觸式電極極化、電暈極化、高壓極化、光輔助電場極化和全光極化等幾種，其中全光極化和電暈極化是目前比較成熟的極化手段。

電暈極化的基本原理是在針狀電極或線狀電極與底面電極間加上足夠高的電壓(一般為3～15kV，依距離、膜的厚度及其耐壓性而定)，針與下電極并不直接接觸，且通過改變兩者之間距離可改變外加電場強(qiáng)度，而周圍空氣的離子化會導(dǎo)致電荷沉積在薄膜樣品表面，造成很強(qiáng)的薄膜內(nèi)部電場從而產(chǎn)生顯著極化效應(yīng)。

具體極化過程為：首先將薄膜加溫至玻璃化轉(zhuǎn)變溫度附近，使生色團(tuán)分子可以自由的轉(zhuǎn)動，此時施加直流電場，使得分子偶極矩因外加電場作用而產(chǎn)生力矩轉(zhuǎn)動，此力矩將使分子順著外加電場的方向排列；然后，外加電場維持不移除而將薄膜降溫，誘發(fā)出的電極化密度就會被凍結(jié)起來。

均勻大尺寸極化場可用多片電極組合得到，而片狀電極同理可以用針狀陣列近似或者針狀平面陣列來替代的。有限厚度的單針電暈極化存在極化不均勻和極化范圍有限的缺陷，而單電極的高與針寬對電暈極化場的影響十分有限。多片(針)結(jié)構(gòu)能在均勻化電暈極化場的同時，降低極化電壓；在極化電壓不變的情況下，提高取向序參數(shù)，提高極化效率。有關(guān)多針的電暈極化場結(jié)構(gòu)，特別是針對PMMA基聚合物薄膜極化的具體實施技術(shù)未見報道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對PMMA/DR1聚合物改性薄膜的極化，極化對象為10wt％DR1(分散紅1號)的PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)基主客體摻雜型聚合物改性薄膜，提供一種能在均勻化電暈極化場的同時降低極化電壓，且在極化電壓不變的情況下能夠提高極化效率的PMMA/DR1聚合物改性薄膜的多針電暈極化場結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明設(shè)有4針電極排布，外圍的兩針電極對稱放置在邊緣，內(nèi)層的兩針電極對稱放置于中心兩邊，外圍針電極到內(nèi)層針電極的距離為10～12mm；極化場中電極的電壓為3～4kV，薄膜上的底電極接地，電位為0V；針電極與底電極之間的距離a采用目前電暈極化中普遍使用的10mm，a與底電極的尺寸b成1∶3～1∶4。

所述針電極的高度最好為20～30mm，針電極的橫截面直徑最好為1～2mm。

本發(fā)明利用有限差分法建立了電暈極化場模型，從而仿真分析不同針狀電極排列的極化裝置結(jié)構(gòu)對電暈極化場的影響。最后還用針狀陣列進(jìn)行了相關(guān)的極化實驗，驗證最優(yōu)化的四針電極結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)能使電暈極化場的均勻系數(shù)最小，并得到最優(yōu)化的針電極的排布。

與現(xiàn)有的單針電極結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明為了達(dá)到同樣的薄膜序參數(shù)Φ，四針電極結(jié)構(gòu)在均勻化電暈場的同時大大降低了極化電壓，減小了薄膜的損傷程度；在同樣的極化電壓下，在允許的范圍內(nèi)將極大提高薄膜序參數(shù)Φ，即薄膜的二階非線性系數(shù)。研究表明，可應(yīng)用于高速光波導(dǎo)器件和集成光路的極化聚合物薄膜波導(dǎo)，在降低極化條件的同時又能顯著提高其極化效率并改善非線性光學(xué)性能，對于集成光學(xué)工程和應(yīng)用有著重要的意義。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)組成示意圖。

圖2為四針電極電暈極化底電極附近場分布圖(c＝12mm)。在圖2中，橫坐標(biāo)為底電極長度b，縱坐標(biāo)為歸一化電場強(qiáng)度。

圖3為四針電極電暈極化c變化時均勻系數(shù)k變化趨勢圖。在圖3中，橫坐標(biāo)為外圍電極與內(nèi)層電極的間距c(mm)，縱坐標(biāo)為最小均勻化系數(shù)K。

圖4為最小均勻化系數(shù)與針電極結(jié)構(gòu)關(guān)系圖。在圖4中，橫坐標(biāo)為電極個數(shù)n，縱坐標(biāo)為最小均勻化系數(shù)K。

圖5為針電極寬為1mm均勻系數(shù)k隨L變化趨勢圖。在圖5中，橫坐標(biāo)為針電極高度L(mm)，縱坐標(biāo)為最小均勻化系數(shù)K。

圖6為針電極高為20mm均勻系數(shù)k隨針寬w變化趨勢圖。在圖6中，橫坐標(biāo)為針電極橫截面直徑w(mm)，縱坐標(biāo)為最小均勻化系數(shù)K。