[发明专利]PMMA/DR1聚合物改性薄膜的多针电晕极化场结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种多针电晕极化场结构，尤其是涉及一种针对PMMA/DR1聚合物改性薄膜的四针均匀分布电晕极化场结构。

背景技术

随着波导制备技术和半导体激光器技术的发展，以及在光通信和光计算机等新兴技术的推动下，有关介质波导中的非线性光学性能的研究受到越来越广泛的关注，近年来在理论和实践两个方面都已获得了相当大的进展。其中，极化聚合物材料具有非线性系数高、电容率低、易加工处理、与现有集成工艺相兼容等特点，因而在集成光学特别是光通信器件领域有着广阔的应用前景。极化聚合物以高分子骨架作为非线性光学分子的载体，在高压电场或光电场的极化下使非线性分子沿电场方向取向，产生宏观非中心对称结构，从而获得非线性光学性能。当今国内外学者广泛采用的极化方法主要有接触式电极极化、电晕极化、高压极化、光辅助电场极化和全光极化等几种，其中全光极化和电晕极化是目前比较成熟的极化手段。

电晕极化的基本原理是在针状电极或线状电极与底面电极间加上足够高的电压(一般为3～15kV，依距离、膜的厚度及其耐压性而定)，针与下电极并不直接接触，且通过改变两者之间距离可改变外加电场强度，而周围空气的离子化会导致电荷沉积在薄膜样品表面，造成很强的薄膜内部电场从而产生显著极化效应。

具体极化过程为：首先将薄膜加温至玻璃化转变温度附近，使生色团分子可以自由的转动，此时施加直流电场，使得分子偶极矩因外加电场作用而产生力矩转动，此力矩将使分子顺着外加电场的方向排列；然后，外加电场维持不移除而将薄膜降温，诱发出的电极化密度就会被冻结起来。

均匀大尺寸极化场可用多片电极组合得到，而片状电极同理可以用针状阵列近似或者针状平面阵列来替代的。有限厚度的单针电晕极化存在极化不均匀和极化范围有限的缺陷，而单电极的高与针宽对电晕极化场的影响十分有限。多片(针)结构能在均匀化电晕极化场的同时，降低极化电压；在极化电压不变的情况下，提高取向序参数，提高极化效率。有关多针的电晕极化场结构，特别是针对PMMA基聚合物薄膜极化的具体实施技术未见报道。

发明内容

本发明的目的在于针对PMMA/DR1聚合物改性薄膜的极化，极化对象为10wt％DR1(分散红1号)的PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)基主客体掺杂型聚合物改性薄膜，提供一种能在均匀化电晕极化场的同时降低极化电压，且在极化电压不变的情况下能够提高极化效率的PMMA/DR1聚合物改性薄膜的多针电晕极化场结构。

本发明设有4针电极排布，外围的两针电极对称放置在边缘，内层的两针电极对称放置于中心两边，外围针电极到内层针电极的距离为10～12mm；极化场中电极的电压为3～4kV，薄膜上的底电极接地，电位为0V；针电极与底电极之间的距离a采用目前电晕极化中普遍使用的10mm，a与底电极的尺寸b成1∶3～1∶4。

所述针电极的高度最好为20～30mm，针电极的横截面直径最好为1～2mm。

本发明利用有限差分法建立了电晕极化场模型，从而仿真分析不同针状电极排列的极化装置结构对电晕极化场的影响。最后还用针状阵列进行了相关的极化实验，验证最优化的四针电极结构，该结构能使电晕极化场的均匀系数最小，并得到最优化的针电极的排布。

与现有的单针电极结构相比，本发明为了达到同样的薄膜序参数Φ，四针电极结构在均匀化电晕场的同时大大降低了极化电压，减小了薄膜的损伤程度；在同样的极化电压下，在允许的范围内将极大提高薄膜序参数Φ，即薄膜的二阶非线性系数。研究表明，可应用于高速光波导器件和集成光路的极化聚合物薄膜波导，在降低极化条件的同时又能显著提高其极化效率并改善非线性光学性能，对于集成光学工程和应用有着重要的意义。

附图说明

图1为本发明实施例的结构组成示意图。

图2为四针电极电晕极化底电极附近场分布图(c＝12mm)。在图2中，横坐标为底电极长度b，纵坐标为归一化电场强度。

图3为四针电极电晕极化c变化时均匀系数k变化趋势图。在图3中，横坐标为外围电极与内层电极的间距c(mm)，纵坐标为最小均匀化系数K。

图4为最小均匀化系数与针电极结构关系图。在图4中，横坐标为电极个数n，纵坐标为最小均匀化系数K。

图5为针电极宽为1mm均匀系数k随L变化趋势图。在图5中，横坐标为针电极高度L(mm)，纵坐标为最小均匀化系数K。

图6为针电极高为20mm均匀系数k随针宽w变化趋势图。在图6中，横坐标为针电极横截面直径w(mm)，纵坐标为最小均匀化系数K。