ВВЕДЕНИЕ …………………………………………………………………………….…... 8
Актуальность темы ………………………………………………………………………... 10
Цели и конкретные задачи диссертационной работы …………………………………... 11
Степень разработанности темы …………………………………………………………... 12
Научная новизна …………………………………………………………………………… 13
Положения, выносимые на защиту ………………………………………………………. 14
Научная значимость ……………………………………………………………………….. 16
Практическая значимость …………………………………………………………………. 16
Методы исследований. Достоверность полученных результатов ……………………. 17
Публикации ………………………………………………………………………………… 18
Апробация работы ………………………………………………………………………… 18
Личный вклад автора ……………………………………………………………………… 19
Объем и структура работы ………………………………………………………………... 20
Краткое содержание диссертации ………………………………………………………... 20
ГЛАВА 1. Интегральная оптика на основе фторсодержащих полимерных
материалов: исторический экскурс и современное состояние …………………………
23
1.1. Свойства фторсодержащих полимерных материалов ……………………………… 24
1.1.1. Высокая оптическая прозрачность фторполимеров в телекоммуникационных
диапазонах длин волн ……………………………………………………………………...
25
1.1.2. Низкий показатель преломления и малая материальная дисперсия
фторполимеров ……………………………………………………………………………..
31
1.1.3. Высокая химическая и термическая стабильность фторсодержащих полимеров 32
1.2. Типы фторсодержащих полимерных материалов, используемых для создания
устройств интегральной оптики …………………………………………………………..
32
1.2.1. Частично фторированные акриловые мономеры и полимеры …………………... 33
1.2.2. Частично фторированные полимеры других типов ………………………………. 37
1.2.3. Полностью фторированные полимеры ……………………………......................... 38
3
1.3. Технологии создания полимерных волноводов для интегральной оптики ……...... 39
1.3.1. Резистивная УФ фотолитография ………………………………………………….. 40
1.3.2. Безрезистивная фотолитография …………………………………………………... 41
1.3.3. Двухфотонная фотолитография …………………………………………………… 42
1.3.4. Изготовление полимерных волноводов методом штамповки …………………… 43
1.3.5. Изготовление полимерных волноводов методом лазерной абляции ……………. 44
1.3.6. Формирование полимерных волноводов методом 3D печати …………………… 46
1.3.7. Формирование полимерных волноводов с градиентным профилем показателя
преломления методом инжекции ………………………………………………………….
47
1.4. Разработка и создание полимерных интегрально – оптических устройств ………. 48
1.5. Оптические шины передачи данных на печатных платах на основе массивов
полимерных волноводов …………………………………………………………………...
49
1.6. Мировые промышленные компании и университеты, проводящие исследования
в области фторполимерной интегральной оптики ……………………………………….
55
Заключение к Главе 1 ……………………………………………………………………… 57
ГЛАВА 2. Новые оптические материалы для фотоники на основе аморфных
перфторированных полимеров, полученных при сверхвысоком давлении. Синтез и
исследование оптических свойств ………………………………………………………..
59
2.1. Синтез аморфных перфторированных гомо- и сополимеров диоксоланов и
виниловых эфиров при сверхвысоком давлении без использования инициаторов …...
60
2.1.1. Синтез аморфных сополимеров перфтор-2,2-диметил-1,3-диоксолана и
перфтор-н-пропилвинилового эфира ……………………………………………………..
62
2.1.2. Синтез аморфных сополимеров перфтор-2-метил-2-этил-1,3-диоксолана и
перфтор-5-метил-3,6-диоксанон-1-ена ……………………………………………………
71
2.1.3. Синтез аморфных сополимеров перфтор-2-метил-2-этил-1,3-диоксолана и
перфтор-н-пропилвинилового эфира …………………………………………………….
78
2.1.4. Синтез аморфных гомо- и сополимеров перфторизопропилвинилового эфира и
перфтор-2,2-диметил-1,3-диоксолана …………………………………………………….
81
2.1.5. Синтез аморфных сополимеров перфтор-(2-циклопентил)-этилвинилового 83
4
эфира и перфтор-2,2-диметил-1,3-диоксолана …………………………………………...
2.1.6. Сополимеры перфтор-2,2-диметил-1,3-диоксолана и перфторнонилвинилового
эфира ………………………………………………………………………………………..
87
2.2. Увеличение оптической прозрачности аморфных перфторполимеров,
полученных при сверхвысоком давлении, путем фтордекарбоксилирования с
использованием дифторида ксенона ……………………………………………………...
93
Заключение к Главе 2 ……………………………………………………………………… 96
ГЛАВА 3. Лазерные методы создания волноводных элементов интегрально –
оптических устройств с использованием фторсодержащих полимерных материалов ..
98
3.1. Формирование полимерных волноводов из фторсодержащих акриловых
мономеров с использованием контактной УФ фотолитографии ……………………….
98
3.1.1. Формирование массивов многомодовых полимерных волноводов на печатной
плате с использованием контактной УФ фотолитографии ……………………………..
102
3.1.2. Создание базовых полимерных элементов интегрально-оптических устройств
методом УФ фотолитографии ……………………………………………………………..
103
3.1.3. Формирование массивов полимерных волноводов с высокой степенью
интеграции под действием актинического излучения с длиной волны 250 - 280 нм .....
105
3.2. Формирование фторполимерных волноводов методом прямого лазерного
рисования …………………………………………………………………………………...
105
3.3. Формирование оптических волноводов из -фторакриловых мономеров под
действием жесткого УФ излучения без использования фотоинициаторов ………….....
107
3.3.1. Свойства -фторакрилатов, обладающих высокой степенью фторирования …... 108
3.3.2. Изготовление форполимеров из -фторакрилатов и их характеризация ……….. 109
3.3.3. Инициирование реакции радикальной полимеризации -фторакрилатов под
действием жесткого УФ излучения с длиной волны 250 - 260 нм ……………………..
111
3.3.4. Формирование полимерных волноводов из фторсодержащих α-фторакрилатов
методом УФ фотолитографии без использования инициаторов ………………………
113
3.4. Формирование волноводов в электрооптических полимерах с внедренными
фторсодержащими хромофорами методом лазерного фотоосветления ………………..
115
3.4.1. Изменение оптических свойств полимерных электрооптических композитов в 116
5
процессе освещения излучением видимого диапазона …………………………………
3.4.2. Лазерное формирование канальных волноводов в световедущих пленках из
полимеров с внедренными хромофорами (система «guest-host») ……………………..
120
3.4.3. Лазерное формирование канальных волноводов в световедущих пленках из
электрооптических полимеров с ковалентно присоединенными хромофорами в
боковой цепи (система «side-chain») …………………………………………………….
122
3.5. Лазерное рисование субмикронных брэгговских решеток в одномодовых
полимерных волноводах ………………………………………………………………….
126
Заключение к Главе 3 …………………………………………………………………….. 133
ГЛАВА 4. Разработка и создание интегрально-оптических устройств с
использованием фторсодержащих полимерных материалов …………………………..
136
4.1. Плавно перестраиваемый аттенюатор для диапазона длин волн вблизи 1550 нм
на основе одномодового кварцевого волокна с боковой полировкой и
фторполимерного покровного слоя ……………………………………………………...
136
4.2. Волноводные частотно-селективные фильтры и мультиплексоры –
демультиплексоры для волоконно - оптических линий связи с многоволновым
уплотнением каналов ……………………………………………………………………..
139
4.2.1. Узкополосные оптические фильтры с близкой к прямоугольной формой
полосы пропускания и линейной фазовой характеристикой на основе
бигармонических брэгговских решеток с фазовыми сдвигами ………………………..
141
4.2.2. Оптические мультиплексоры – демультиплексоры на основе бигармонических
брэгговских решеток ……………………………………………………………………….
143
4.2.3. Прохождение пикосекундных оптических импульсов через бигармоническую
решетку. Оптические линии задержки …………………………………………………..
145
4.3. Высокоскоростные оптические шины передачи данных на печатных платах для
микропроцессорных вычислительных систем …………………………………………..
150
4.3.1. Мировые разработки по созданию полимерных оптических межсоединений на
печатных платах ……………………………………………………………………………
151
4.3.2. Создание высокоскоростной оптической шины на печатной плате с
использованием фторсодержащих акрилатов …………………………………………...
153
4.3.3. Формирование оптических волноводов в нескольких слоях печатной платы … 156
6
4.3.4. Формирование массивов полимерных волноводов на гибких пластиковых
подложках ………………………………………………………………………………….
157
Заключение к Главе 4 ……………………………………………………………………… 158
ГЛАВА 5. Исследование оптических свойств объемных и тонкопленочных
фторполимеров методами спектроскопической рефрактометрии и призменного
возбуждения волноводных мод …………………………………………….......................
160
5.1. Спектроскопический рефрактометр для измерения показателя преломления и
дисперсии объемных полимерных материалов в телекоммуникационных диапазонах
спектра вблизи 850, 1300 и 1550 нм ………………………………………........................
161
5.1.1. Создание спектроскопического рефрактометра для УФ, видимого и ближнего
ИК диапазонов длин волн на основе рефрактометра Аббе ИРФ-454Б2М ……………
162
5.1.2. Измерение показателя преломления фторсодержащих акриловых мономеров в
видимом и дата-коммуникационном диапазоне длин волн вблизи 850 нм ……………
166
5.1.3. Измерение показателя преломления фторсодержащих акриловых мономеров в
телекоммуникационных диапазонах длин волн вблизи 1300 и 1550 нм ……………….
168
5.2. Измерение показателя преломления, коэффициента экстинкции и толщины
световедущих пленок с использованием призменного устройства связи ……………...
171
5.2.1. Возбуждение волноводных мод в тонкопленочной световедущей структуре ТЕ
поляризованным Гауссовым световым пучком с помощью призмы связи.
Теоретическое рассмотрение ……………………………………………………………..
173
5.2.2. Измерение коэффициента экстинкции световедущих диэлектрических пленок
методом призмы в геометрии нарушенного полного внутреннего отражения с учетом
толщины зазора между призмой и пленкой ……..........................................................….
182
5.2.3. Исследование оптических свойств неоднородных по толщине световедущих
пленок ……………………………………………………………………………………...
187
5.2.4. Анализ оптических свойств многослойных тонкопленочных структур с
использованием призменного устройства связи ………………………………………..
195
5.2.5. Создание спектроскопического призменного устройства связи ……………….. 199
Заключение к Главе 5 …………………………………………………………………….. 203
Приложение к Главе 5 ……………………………………………………………………. 205
7
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ……………………………………..…………………………………….. 206
БЛАГОДАРНОСТИ ………………………………………………………………………. 209
Литература.............................................................................................................................. 211
Список использованных сокращений ……………………………………………………. 245
Список использованных терминов ……………………………………………………….. 246
Список использованных обозначений ………………………………………………….... 248
