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基于激光直写法的高聚物微光学器件设计及制作

李书  
【摘要】:集成光学的概念是在上世纪70年代末期被提出来的,在这之后过去的几十年时间当中经历了飞速的发展。集成光学器件所拓展到的领域也涉及了很多方面,从最初的光通信行业到诸如生物医学、检测应用等等分支,已经成为现代通讯,医疗等领域的重要构成。随着需求量的不断攀升,如何通过改进集成光学器件的制作工艺来提高生产效率,降低制作成本等愈发成为研究的焦点。高聚物(po1ymer)以其独特的光学特性和低廉的成本出现在各研究机构的视野当中,随着利用其作为基本材料研究的流行,高聚物在微光器件的相关领域中占据了极为显著的地位。 本文正是基于这样一个大的背景趋势,针对以UV感光高聚物为材料的微光学器件展开研究工作,主要的内容分为两个方面: a).针对短距离光通信当中光学互连需求,设计并制作了一种基于高聚物的次级非对称分叉结构多模光功率分配器。 b).利用波导光学知识与测量检测原理相结合,设计制作了一种基于高聚物的四光束浊度传感单元。 在第一部分的研究当中,具体工作主要包含以下几点: 1.在传统分配器结构的基础上,舍弃原来的小角度直线型Y分叉,在结构设计当中创新性地采用全圆弧的新型分叉。 2.为了克服多模波导中光功率模式分布不确定的障碍,在分配器次级分叉的设计环节引入非对称因素从而实现多模光的均匀分配,利用光束传输法实现级联型功率分配器的设计,并总结出系列器件结构的几何经验公式。 3.组建激光直写平台,采用UV直写手段,利用UV固化型感光高聚物为基本材料制作出分配器样品,并以通光实验来检验所获得器件的实际功率分配效果。 对于第二部分的研究,开展了如下内容所示的工作: 1.基于四光束浊度测量原理,构建了利用条形波导来实现的浊度传感单元基本结构,通过光束传输法计算确定所需波导结构的参数。 2.采用激光直写法对设计的单元结构进行快速加工成型,获得相对微型化的传感器单元,并通过光束追迹法对实际获得的波导进行验证。 3.搭建测试系统,对实际的标准液进行测量,利用多层神经元算法对所获得的数据进行处理,实现系统的校准。 在文章最后部分,简要的展示了之前所涉及到的软光刻工艺光功率分配器设计和制作环节。 综上所述,本文的立意点在于使用容易获得的廉价材料,通过快速便捷的制作方式来获得有实际需求的集成化微光学器件结构。通过带有新意的设计理念及加工手段,本研究在提高生产效率,减低生产成本的方向上做出了努力。


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