提高6FBA-MMA梯度折射率系統(tǒng)折射率差值的研究.pdf

1、近年來,隨著光電系統(tǒng)、微型光學(xué)系統(tǒng)和光纖通信系統(tǒng)等領(lǐng)域的迅猛發(fā)展,梯度折射率(Gradient-Index,GRIN)材料作為一種新型的光學(xué)材料,它們可具有簡(jiǎn)單的幾何形狀,主要依靠介質(zhì)折射率的非均勻性實(shí)現(xiàn)各種光學(xué)功能。因其體積小、光路短、重量輕、性能優(yōu)越、易于生產(chǎn)、便于集成等優(yōu)點(diǎn),引起了人們對(duì)其研究和應(yīng)用的廣泛關(guān)注。采用無機(jī)材料研究開發(fā)的梯度折射率光學(xué)器件,已發(fā)展得比較成熟。相對(duì)于無機(jī)梯度折射率材料的研究,高分子梯度折射率材料的應(yīng)用研究

2、則較晚,特別是對(duì)含氟聚合物梯度折射率光學(xué)器件的研制應(yīng)用剛起步。
　　本工作系統(tǒng)地研究了含氟高分子梯度折射率系統(tǒng):甲基丙烯酸甲酯(MMA)-丙烯酸六氟丁酯(6FBA)共聚材料,對(duì)不同摩爾比值的兩單體混合液,選擇適合的工藝條件(共聚溫度60℃-70℃,引發(fā)劑過氧化苯甲酰0.1wt％-0.2wt％)進(jìn)行本體共聚反應(yīng),獲得各摩爾比值下的勻質(zhì)聚合物;并用最小偏向角法分別測(cè)量了由系列勻質(zhì)聚合物制作的三棱鏡的折射率。結(jié)果表明:該體系可在MMA與

3、6FBA兩單體廣泛的質(zhì)量配比下進(jìn)行共聚,形成透光性能很好的光學(xué)材料;勻質(zhì)聚合物的折射率與生成該聚合物的單體摩爾比值呈準(zhǔn)線性關(guān)系。研究了各摩爾比值勻質(zhì)聚合物的色散性能,在可見光區(qū)分別測(cè)得各試樣在汞燈黃、綠、紫譜線處的不同折射率值,計(jì)算了相應(yīng)科希色散公式的系數(shù)。在此基礎(chǔ)上,如采用多層、不同摩爾比值的薄層進(jìn)行分層疊加凝膠擴(kuò)散共聚反應(yīng),有望獲得折射率差值高達(dá)0.06-0.07左右的梯度折射率材料,比現(xiàn)有梯度折射率器件的折射率差值提高近一個(gè)數(shù)量級(jí)

4、,對(duì)于提高梯度折射率光學(xué)器件的光學(xué)性能具有積極的意義。最后分析了聚合物軸向梯度折射率平凸球面透鏡的像差特性,為下一步設(shè)計(jì)制作微小光學(xué)系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。
　　本論文的主要內(nèi)容如下:
　　第一章:概述了梯度折射率光學(xué)、梯度折射率材料的分類、微小光學(xué)和高分子梯度折射率材料,并對(duì)本課題研究目的及研究意義作了簡(jiǎn)要的闡述。
　　第二章:推導(dǎo)了軸向梯度折射率介質(zhì)的光學(xué)方程,介紹了軸向梯度折射率平板的光學(xué)特性,列舉了特殊軸向梯度折射率介

5、質(zhì)折射率分布函數(shù)。
　　第三章:對(duì)于含氟高分子梯度折射率系統(tǒng)(MMA-6FBA)共聚材料,將該系統(tǒng)中不同摩爾比值的MMA-6FBA共聚單體進(jìn)行本體共聚反應(yīng),已成功研制出不同摩爾比值均質(zhì)聚合物,并研究了反應(yīng)條件對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。用最小偏向角法分別測(cè)量了由該系列勻質(zhì)聚合物制作的三棱鏡的折射率,對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析和小結(jié)。
　　第四章:理論上計(jì)算了聚合物軸向梯度折射率平凸球面透鏡成像像差,并對(duì)這種梯度折射率透鏡與同等形狀的均勻介質(zhì)