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聚合物光波导超精密模制技术研究

彭文强  
【摘要】:光波导作为集成光学的基本单元,也是全光网络传输的基础,光波导结构在现代光通信领域中具有十分重要的用途。有机聚合物以其介电常数小,电光和热光系数大,热损耗小,易于加工且可垂直集成等优点已成为制作集成光波导器件最具有前景的材料。本文把金刚石超精密切削技术与聚合物光波导器件微模具复制技术结合起来,提出了聚合物光波导的超精密模制工艺以实现光波导器件的快速大批量生产。主要研究内容如下: 1.依据光波导理论选择了适合模制工艺制作的光波导包层和芯层聚合物材料。根据光波导和光纤的耦合理论对聚合物光波导条进行了结构优化设计。提出了光波导条的超精密模制工艺具体实现流程。 2.针对梯形截面光波导分析比较困难提出了矩形光波导等效的微扰法,利用微扰法成功对梯形截面光波导进行了矩形截面等效。根据平板波导散射原理建立了矩形光波导的散射损耗理论模型。通过等效关系及散射理论模型确立了梯形截面光波导的散射损耗与表面粗糙度及尺寸精度之间的关系,为光波导微模具的制作及其模制工艺提供理论指导。 3.针对光波导微模具的金刚石飞切加工工艺,设计了微模具飞切加工刀具,确定了刀具具体的结构形式。通过正交实验分析了飞切加工工艺参数对光波导微模具表面质量的影响关系,确定了光波导微模具的最佳加工工艺参数。以光波导微结构的尺寸精度以及表面粗糙度为性能指标通过正交试验确定了最佳的注塑工艺参数。 4.为提高聚合物光波导端面质量,提出了一种基于磁流变的端面抛光方法。基于磁流变抛光工艺设计了一种端面抛光装置,获得了良好的端面抛光效果。 5.根据光纤-光波导耦合测试理论分析了各对准误差对测试损耗的影响关系。搭建了测试耦合五自由度微动平台,通光测试验证了制作聚合物光波导条具有良好的通光性能,从而验证微模具的金刚石飞切超精密加工的注塑模制工艺对聚合物光波导器件进行大批量快速制造的可行性以及有效性。


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