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)、微型光學系統(tǒng)和光纖通信系統(tǒng)等領域的迅猛發(fā)展,梯度折射率(Gradient-Index,GRIN)材料作為一種新型的光學材料,它們可具有簡單的幾何形狀,主要依靠介質折射率的非均勻性實現(xiàn)各種光學功能。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,引起了人們對其研究和應用的廣泛關注。采用無機材料研究開發(fā)的梯度折射率光學器件,已發(fā)展得比較成熟。相對于無機梯度折射率材料的研究,高分子梯度折射率材料的應用研究

2、則較晚,特別是對含氟聚合物梯度折射率光學器件的研制應用剛起步。
　　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％)進行本體共聚反應,獲得各摩爾比值下的勻質聚合物;并用最小偏向角法分別測量了由系列勻質聚合物制作的三棱鏡的折射率。結果表明:該體系可在MMA與

3、6FBA兩單體廣泛的質量配比下進行共聚,形成透光性能很好的光學材料;勻質聚合物的折射率與生成該聚合物的單體摩爾比值呈準線性關系。研究了各摩爾比值勻質聚合物的色散性能,在可見光區(qū)分別測得各試樣在汞燈黃、綠、紫譜線處的不同折射率值,計算了相應科希色散公式的系數(shù)。在此基礎上,如采用多層、不同摩爾比值的薄層進行分層疊加凝膠擴散共聚反應,有望獲得折射率差值高達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數(shù)量級

4、,對于提高梯度折射率光學器件的光學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,為下一步設計制作微小光學系統(tǒng)奠定了基礎。
　　本論文的主要內容如下:
　　第一章:概述了梯度折射率光學、梯度折射率材料的分類、微小光學和高分子梯度折射率材料,并對本課題研究目的及研究意義作了簡要的闡述。
　　第二章:推導了軸向梯度折射率介質的光學方程,介紹了軸向梯度折射率平板的光學特性,列舉了特殊軸向梯度折射率介

5、質折射率分布函數(shù)。
　　第三章:對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共聚單體進行本體共聚反應,已成功研制出不同摩爾比值均質聚合物,并研究了反應條件對試驗結果的影響。用最小偏向角法分別測量了由該系列勻質聚合物制作的三棱鏡的折射率,對試驗結果進行了分析和小結。
　　第四章:理論上計算了聚合物軸向梯度折射率平凸球面透鏡成像像差,并對這種梯度折射率透鏡與同等形狀的均勻介質