全聚合物波導(dǎo)微環(huán)無熱化設(shè)計及襯底制備研究.pdf

1、近年來聚合物以其成本低、折射率可控制、制備工藝簡單、柔性易集成等優(yōu)點，基于聚合物材料的集成光波導(dǎo)器件研究受到極大關(guān)注。其中聚合物波導(dǎo)微環(huán)在光學(xué)濾波、高靈敏光學(xué)生化傳感等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。聚合物波導(dǎo)微環(huán)的諧振波長極易受到環(huán)境溫度變化而發(fā)生漂移，因此消除溫度敏感性是聚合物波導(dǎo)微環(huán)實際應(yīng)用中必須解決的關(guān)鍵問題。本論文從聚合物波導(dǎo)微環(huán)溫度敏感性機(jī)理出發(fā)，研究基于聚合物襯底的全聚合物波導(dǎo)微環(huán)無熱化設(shè)計，開展聚合物襯底的材料優(yōu)化分析與制備工藝

2、研究，為實現(xiàn)聚合物波導(dǎo)微環(huán)功能器件的無熱化及其應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
　　論文首先對聚合物波導(dǎo)微環(huán)的溫度敏感性機(jī)理進(jìn)行研究分析，從波導(dǎo)微環(huán)的諧振方程出發(fā)，推導(dǎo)得出微環(huán)溫度敏感性的影響因素，分析獲得通過襯底熱膨脹效應(yīng)來抵消波導(dǎo)的熱光效應(yīng)，以此達(dá)到波導(dǎo)微環(huán)的無熱化。采用聚合物襯底代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硅襯底，通過襯底熱膨脹系數(shù)的優(yōu)化實現(xiàn)器件工作的溫度不敏感。對比多種聚合物材料的物理化學(xué)特性參數(shù)，優(yōu)化選擇SU-8與NOA61為“三明治”襯底的材料。

3、　　接下來對SU-82015與NOA61兩種聚合物材料的熱膨脹系數(shù)進(jìn)行測量分析。制備了SU-82015與NOA61的體材料，采用熱機(jī)械分析儀(TMA Q400)設(shè)備測量熱膨脹系數(shù)，分析得到，SU-82015的熱膨脹系數(shù)α=4.9995×10-5/K，NOA61的熱膨脹系數(shù)α=2.36187×10-4/K，為“三明治”襯底的各層厚度設(shè)計提供了依據(jù)。
　　然后對SU-8與NOA61兩種聚合物材料的成膜工藝進(jìn)行系統(tǒng)的實驗研究。重點研究旋

4、涂成膜的轉(zhuǎn)速及時間、固化的溫度及時間等工藝參數(shù)對成膜厚度的影響，通過優(yōu)化工藝參數(shù)，獲得了旋涂成膜的規(guī)律和膜厚可控工藝參數(shù)。SU-8的厚度相對于轉(zhuǎn)速的控制精度為0.30μm/50 rpm，相對于旋涂時間的控制精度為0.25μm/5 s;NOA61的厚度相對于轉(zhuǎn)速的控制精度為0.67μm/50 rpm，相對于旋涂時間的控制精度為0.50μm/5 s。同時對多層膜成膜工藝，包括SU-8、NOA61與波導(dǎo)材料PSQ的旋涂、固化及膜間粘連等工藝進(jìn)