[发明专利]一种聚碳酸酯光波导材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚碳酸酯光波导材料及其制备方法，属于集成光学器件中聚合物材料的制备范畴，可应用于波导光学器件。

背景技术

随着光通信和集成光学研究的深入，光波导己经被广泛应用于各种光无源器件和集成光路中，各种光集成结构的研究都是围绕光波导展开。由于无机光波导存在着材料或技术方面无法解决的问题，人们开始了对聚合物薄膜光波导的研究。其主要原因是聚合物薄膜光波导具有比无机光波导更优秀的特性：1)损耗低，热稳定和可靠性高。搀杂氟原子可以有效减少在1550 nm处的光损耗，氟化聚合物损耗的最新报道是在1300 nm处为16 dB/km。氟化后聚合物的热稳定性也得到了提高，适于制造无源波导器件。2)带宽较宽。聚合物材料的带宽可达到350GHz的量级，聚合物波导器件的带宽可达113GHz。3)双折射率低，色散率小。聚合物材料的双折射率最低可以达到10^-5～10^-6，色散率可以达到10^-6nm^-1，能与SiO₂相媲美，比半导体或掺杂玻璃要低得多。4)高热光(TO)系数和低热传导率。聚合物的热光系数约为10^-4/℃，比无机玻璃大一个数量级，可用于热光开关、可调光衰减器(VOA)、阵列光波导光合物材栅(AWG)(包括可调AWG、热开关AWG)等。5)聚料兼容性好。可作为光传输介质或离子掺杂的母体，应用于高速电光(EO)调制和光学放大领域。6)柔韧、造价低廉，可加工性好。聚合物在高密度信息传输、垂直集成和3D集成、电脑内部光互联领域，具有玻璃纤维不可比拟的优势。

传统聚合物比如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)等作为有机聚合物光波导材料有着致命的缺点：稳定性差，波导损耗较氧化硅、铌酸锂要大。这些缺点使有机聚合物的实用化受到很大的限制。因而研制低成本且性能优良的聚合物薄膜，对于聚合物光波导及其器件的研究和实用化有着重要的理论和实践意义。所以人们在应用有机聚合物作为光波导材料时，根据宽带通信的不断发展，不断的进行改性。主要是通过两种方法进行改进：对传统的聚合物材料进行部分改性，合成新的聚合物；将无机纳米材料掺杂到聚合物中，使其既有聚合物的优良特性，又有无机物的性能。

芳香族聚碳酸酯是具有优良综合性能的工程塑料，其特点是，兼具透明性、优良的冲击强度、耐热性、耐寒性、尺寸稳定性和电绝缘性。从而，在工业、农业、高科技能领域，以及日常生活中获得广泛应用。纯2,2-二（4-羟基苯基）丙烷型（也称为双酚A）聚碳酸酯的玻璃化温度为145-150℃，脆化温度-100℃，最低使用温度为135℃，热变性温度为115-127℃。 

尽管聚碳酸酯具有良好的性能，但存在熔体粘度大、加工流动性差、成型困难、容易产生应力开裂、耐溶剂性差、易降解、抗疲劳性和耐磨性差等缺点，其性能有待进一步改进。填充改性是提高聚酯力学性能及热稳定性的重要手段。

在专利CN01803713.5中提到作为获得高存储密度的一个先决条件是所用的聚碳酸酯必须具有低折射指数。而这种聚碳酸酯以前在EP-A-691361中描述过，它也提到了高透光率在聚碳酸酯中的重要性。然而，它给出的在整个波长范围的积分量仅为＞85%。可是，该积分量没有提及在有价值的短波范围（390nm-450nm）中的透射性。另一个先决条件则是光学数据载体需要高纯度的聚碳酸酯，因为聚碳酸酯处于激光的光学辐射路径中而且存储在聚碳酸酯中的信息结构表现了微米或亚微米范围的数量级。此外，存在着甚至进一步提存信息机构的趋势，以创造更高的信息密度和然后使用更具有更短波长的激光。因此本发明的目的是合成一种在短波光线范围显示更高透射率的和低折射率的聚碳酸酯。

双酚A型聚碳酸酯的主要制备方法有：直接光气法、间接光气法[天然气与石油,19，34-37（2001）]、非光气法[国际化工信息，3,1-3（2004）]和开环聚合法等。