分散红 1功能聚合物的热光性能与波导制备

分散红 1（Disperse Red 1，简称 DR1）为深红色结晶粉末，熔点160～162℃；几乎不溶于水，可溶于丙酮、甲苯、乙醇等有机溶剂，属于具有推拉电子结构的偶氮苯类化合物。该分子带有强推 - 拉电子基团，是经典非线性光学（NLO）生色团，紫外光照射下可发生顺反光致异构并伴随折射率变化，可借助光漂白工艺制备光波导，同时具备热光响应特性，能够掺杂或共价键合至聚酰亚胺、PMMA 等聚合物基体，用于制备热光、电光类聚合物光通信器件。其传统用途为分散染料，应用于聚酯纤维染色；在光电材料领域可用于聚合物光波导、热光开关、电光调制器、光存储及光致双折射材料。

应用研究

1、3,4'-二胺基二苯醚(3,4'-ODA),4,4'-(六氟异丙基)-苯二酸酐(6FDA)和分散红1(DR1)合成了有机聚合物聚酰亚胺;采用示差扫描量(DSC)、热失重分析(TGA)对该聚酰亚胺的热稳定性进行了表征。示差扫描量热法和热失重分析结果显示,该聚酰亚胺的玻璃化转变温度(Tg)为211℃,在5%的热失重温度为296℃,表明具有非常好的热稳定性。测定了材料在复合光和546nm单波长光照射下的折射率(n)和热光系数(dn/dT);通过热光系数的测量,计算了聚合物的介电常数(ε)、介电热光系数(dε/dT)、体积热膨胀系数β和(dβ/dT)值。本文制得的聚合物材料在复合光下的热光系数(dn/dT)值为-1.6071～-2.5643×10^-4℃^-1,体积热膨胀系数变化率(dβ/dT)为1.27～3.11×10^-7K^-1;在546nm单波长光照射下的热光系数(dn/dT)值为-3.3143×10^-4℃^-1,体积热膨胀系数变化率(dβ/dT)为5.45×10^-7K^-1,表明该聚合物在低驱动功率的新型数字热光开关、光通信器件等领域具有潜在的应用前景[1]。

2、把有机染料分散红1(DR1)掺杂于母体聚甲基丙烯酸甲酯粉末(PMMA)中,再溶解于甲苯溶液中。将溶液进行过滤以去除其中的杂质和大分子颗粒,减小散射,以便降低波导的传输损耗。将此溶液通过旋转涂布法制备在石英玻璃基底上,甲苯挥发后将样品放在100℃的烘箱内处理二小时,形成薄膜平面波导样品,膜厚约为3μm。对于制备好的PMMA/分散红 1平面波导,再用光漂白方法来制备出条形波导。由于聚合物薄膜在光漂白后折射率减小，因此曝光区应在波导区之外。在PMMA/分散红 1平面波导上垂直放置一个厚约15μm的刀片,如下图所示。用光强为60mW/cm²的紫外汞灯进行曝光,时间为48小时,光漂白形成的折射率差为0.03,最后制备出条形波导。这里不采用在聚合物薄膜上放置掩模的制备方法,主要是因为在光漂白过程中外界空气能够提供光化学反应必要的氧,这样可加快光漂白区折射率的变化。将此波导表面用去离子水清洗后,用旋转涂布法再制备一层PMMA/分散红 1膜,这样最后就形成了掩埋型条形波导[2]。

参考文献

[1]邱凤仙,曹国荣,杨冬亚,等. 基于高热稳定性有机聚合物PI/DR1热光性能的研究[J]. 红外与激光工程,2006,35(z5):155-160. DOI:10.3969/j.issn.1007-2276.2006.z5.033.

[2]贾振红. 聚合物PMMA/DR1条型单模光波导传输损耗的测量[J]. 激光杂志,2004,25(6):47-48. DOI:10.3969/j.issn.0253-2743.2004.06.019.