CN1331942C - 不饱和聚酯基非线性光学聚合物及f－p腔热交联极化方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种不饱和聚酯基非线性光学聚合物及F-P腔热交联极化方法。该聚合物以透明不饱和树脂聚酯、交联剂、引发剂和生色团小分子为原料按一定重量配比组合而成。其中，不饱和聚酯为由不饱和二元酸、饱和二元酸和二元醇合成的高透明度不饱和聚酯树脂。本发明所制得的材料适合于制作F-P腔型光器件。

Description

不饱和聚酯基非线性光学聚合物及F-P腔热交联极化方法

本发明属于高分子材料和光通信技术领域，具体涉及一种适用于制作Fabry-Perot(F-P)腔型光器件的不饱和聚酯基非线性光学聚合物及其F-P腔热交联极化技术。

非线性光学(NLO)聚合物经过了20多年的发展，已经取得了许多优秀的成果，如今对材料的研究已逐渐减少，但使用NLO聚合物制作全光器件的研究却方兴未艾。现在报道中出现了利用可调谐F-P腔制作光开关等无源光器件。这种光开关的制作过程中可以避免波导型光开关所需经历的覆层、光刻等复杂的工序，工艺简单，对材料的耐热性要求也可以大大降低。但在实践过程中人们也发现，若使用NLO聚合物溶液旋涂于ITO玻璃上，通过电晕极化后再压一片ITO玻璃组成F-P腔十分困难，并且不能控制F-P腔的厚度。而不饱和聚酯(UP)由于溶剂(苯乙烯)就是交联剂，在热固化交联过程中不需要排除溶剂，而且固化后的不饱和聚酯是交联体型结构，可以大大降低生色团的取向弛豫。利用UP的这一特性，本发明将生色团掺杂的UP注入已经制作好的F-P腔中，热预固化后进行F-P腔热交联极化。

本发明的目的在于提出一种适用于垂直F-P腔结构器件的具有一定电光效应的不饱和聚酯基非线性光学材料，并提出该聚合物F-P腔热交联极化的方法。

本发明提出的不饱和聚酯基非线性光学聚合物材料，其组份组成包括：

透明不饱和聚酯    50份(重量)

交联剂            40-60份(重量)

引发剂            0.4-0.6份(重量)

生色团小分子      0.5-3份(重量)

所述的透明不饱和聚酯是指由不饱和二元酸、饱和二元酸和饱和二元醇合成的高透明度不饱和聚酯树脂。

所述的交联剂是指与其它固态组分有良好相溶性，具有不饱和键可以与固态不饱和聚酯发生交联，交联后体系无液相存在的液态有机溶剂。

所述引发剂是指能引发自由基聚合反应的小分子。

所述的生色团小分子是指具有二阶超极化率、具有供电子基-共轭电子桥-吸电子基结构的有机小分子。

本发明的试件制作过程及极化步骤如下：

1.试件制作

(1)根据实际需要制作F-P腔，定位腔的位置，保证在110-120℃下腔的谐振峰基本不变化。

(2)按上述重量比，将生色团与不饱和树脂-交联剂溶液混合均匀，再加入相应重量比例的引发剂，并经0.22μm以下的过滤器过滤。

(3)将腔垂直放置，在腔的顶部滴加步骤(2)所述的溶液，使其借助重力自然流满全腔。也可升温至50-60℃加速流动。

(4)将整腔置于75-85℃条件下使UP预固化，预固化时间随生色团和引发剂的含量而定。

2.极化

将预固化后的F-P腔接入极化系统，环境温度保持75-85℃开始施加电压，控制电流小于2μA，大于0.5μA，然后逐渐升温至100±5℃，加电压至35-40V/μm(腔的厚度)。最后在保持电压条件下迅速冷却至室温。试样的制备和极化电路图如图1所示。

目前，在文献中只有将NLO-UP进行电晕极化和光交联的报道(Chen M.，et al.Macromolecules.24(1991)：5421-5428)，还没有类似本发明的利用F-P腔进行类平行板热交联极化的报道。本发明所制得的材料适合于制作F-P腔型光器件。

附图说明

图1为试样制备与极化电路示意图。

图2为r₃₃随时间衰减曲线。

具体实施方式

[实施例]

以下实施例是仅为更进一步具体说明本发明，在不违反本发明的主旨下，本发明应不限于以下实验例具体明示的内容。

实施例所用原料如下：

BS-109A型高透明不饱和聚酯树脂，常州华日新材有限公司产品，色泽＜60Hazen，粘度0.80-1.00Pa·S(25℃)。

引发剂过氧化二苯甲酰(BPO)，分析纯，上海化学试剂公司产品。

分散红1(DR1)，dye content 95％，Aldrich公司产品，使用前经重结晶纯化。

所用原料的配比如下：

BS-109A不饱和聚酯树脂    100份(重量)

BPO                      1份(重量)

DR1         5份(重量)

试件的制作：

将所用原料混合均匀，并经0.22μm的过滤器过滤，滴一滴于已制作好的垂直放置的腔厚为60μm的F-P腔上，待其流满全腔后，将整腔置于80℃烘箱中，使材料预固化1h，然后加电压2400V(DC)开始极化，极化时间为1h。

试件的性能测试：

电光系数r₃₃：采用Mach-Zehnder干涉方法测定电光系数。

该制件的r₃₃为9pm/V。整个F-P腔在透过峰值波长上的光传输损耗为5dB。

r₃₃随时间衰减曲线如图2所示。

Claims (4)

1、一种不饱和聚酯基非线性光学聚合物材料，其特征在于原料组分按重量份额计如下：

透明不饱和聚酯 50份

交联剂         40-60份

引发剂         0.4-0.6份

生色团小分子   0.5-3份

并由下述步骤制备获得；

(1)试件制作：

①根据实际需要制作F-P腔，在腔的四个角上分别用紫外光胶固定，保证在110-120℃下腔的谐振峰基本不变化；

②将用量重量比的生色团与不饱和树脂-交联剂溶液混合均匀，再加入相应重量比例的引发剂，并经0.22μm以下的过滤器过滤；

③将腔竖直放置，在腔的顶部下滴步骤②所述的溶液，使其借助重力自然流满全腔；。

④将整腔置于75-85℃条件下使UP预固化；

(2)极化：

将预固化后的F-P腔接入电路，环境温度保持75-85℃开始施加电压，控制电流小于2μA，大于0.5μA，然后逐渐升温至100±5℃，加电压，35-40V/μm，最后在保持电压条件下迅速冷却至室温；

其中：所述的透明不饱和聚酯为由不饱和二元酸、饱和二元酸和饱和二元醇合成的不饱和聚酯树脂；所述的交联剂为具有不饱和键可以与不饱和聚酯发生交联，交联后体系无液相存在的液态有机溶剂。

2、根据权利要求1所述的聚合物材料，其特征在于所述的引发剂为能引发自由基聚合反应的小分子。

3、根据权利要求1所述的聚合物材料，其特征在于生色团小分子为具有二阶超极化率、具有供电子基-共轭电子桥-吸电子基结构的有机小分子。

4、根据权利要求1所述的聚合物材料的F-P腔热交联极化方法，其特征在于步骤为：

(1)试件制作：

①根据实际需要制作F-P腔，在腔的四个角上分别用紫外光胶固定，保证在110-120℃下腔的谐振峰基本不变化；

②将用量重量比的生色团与不饱和树脂-交联剂溶液混合均匀，再加入相应重量比例的引发剂，并经0.22μm以下的过滤器过滤；

③将腔竖直放置，在腔的顶部下滴步骤②所述的溶液，使其借助重力自然流满全腔；。

④将整腔置于75-85℃条件下使UP预固化；

(2)极化：

将预固化后的F-P腔接入电路，环境温度保持75-85℃开始施加电压，控制电流小于2μA，大于0.5μA，然后逐渐升温至100±5℃，加电压，35-40V/μm，最后在保持电压条件下迅速冷却至室温。

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