GRIN聚合物微球用作平行光束至光纤的耦合器的耦合性能研究

论文摘要

梯度折射率(Gradient refractive index,GRIN)微球透镜是一类具有极简单几何形状的新型光学器件,主要依靠介质内特殊的非均匀折射率分布实现其各种光学功能。因其光学性能优越,且有体积小、光路短、重量轻、易于批量生产、便于集成等优点,在微小光学、集成光学、光通讯中有着诱人的应用前景,受到广泛地重视。 本工作从梯度折射率介质光学的基本理论出发对球对称GRIN微球透镜的光学性能进行了系统分析;选择两种适当单体,采用悬浮扩散共聚法制备出聚合物梯度折射率微球透镜;测量所得透镜的折射率分布曲线和其他光学参数。 在此基础上,对用各种不同参数的GRIN微球透镜以及均匀球的耦合性能进行了系统的理论分析,证明用GRIN微球透镜耦合性能比均匀球更优越。 本论文的主要内容如下: 第一章 简要介绍梯度折射率光学、高分子梯度折射率材料的发展历史与现状,及本工作的研究内容与意义。 第二章 阐述了一般GRIN球透镜的基础理论及球透镜的典型模型—Maxwell鱼眼微球透镜的各种光学性能,说明了此类透镜的优越性。 第三章 介绍了悬浮扩散共聚法制备GRIN微球透镜的工艺过程,及对所制备的聚合物球透镜的折射率分布、透过率、不圆度等光学参数进行的测量。对实验结果进行了分析,并对制备过程中工艺条件的改善提出了改进的建议。 第四章 根据球对称梯度折射率介质内光线传输的基本理论,对各种不同参数的Maxwell鱼眼微球透镜耦合效率进行了系统的计算。为便于比较,对不同折射率的均匀介质微球透镜的耦合效率也一并进行了计算,从理论上证明了GRIN球透镜在光纤耦合方面的的优越性。 第五章 根据球对称梯度折射率介质内光线传输的基本理论,对逆向梯度的Maxwell鱼眼微球透镜进行理论分析,推导出逆向Maxwell鱼眼微球透镜的焦距公式,并对它的耦合效率进行理论计算。 第六章 归纳全文,总结出梯度折射率聚合物微球透镜的优势和劣势,并

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 梯度折射率光学概述
• 1.2 高分子GRIN光学材料简介
• 1.3 本课题的研究内容及意义
• 第二章 球对称梯度折射率器件的光学性质
• 2.1 球对称梯度折射率分布介质的光学基础
• 2.2 Maxwell鱼眼介质的光学性质
• 2.3 Maxwell鱼眼微球透镜的光学性质
• 2.3.1 Maxwell鱼眼球透镜
• 2.3.2 Maxwell鱼眼球透镜的成像、像差及焦距
• 2.3.3 Maxwell鱼眼微球透镜的复合结构
• 第三章 梯度折射率微球透镜的制备与测量
• 3.1 梯度折射率微球透镜的制备
• 3.1.1 GRIN器件的制作方法简介
• 3.1.2 悬浮扩散共聚法制备高分子GRIN微球透镜
• 3.2 梯度折射率聚合物微球光学性能的测量
• 3.2.1 GRIN微球的基本参数测量
• 3.2.2 折射率分布的测量
• 第四章 微球透镜祸合性能的研究
• 4.1 均匀微球透镜的耦合性能
• 4.2 梯度折射率微球透镜的耦合性能
• 4.2.1 理论分析
• 4.2.2 计算结果
• 4.2.3 与均匀介质微球透镜的比较
• 第五章 逆梯度微球透镜祸合性能的研究
• 5.1 理论分析
• 5.2 计算结果
• 第六章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表学术论文目录