一种通过利用具有紫外光敏特性的硅钛有机-无机复合材料来制备功能化条形波导的方法

摘要

一种通过利用具有紫外光敏特性的硅钛有机-无机复合材料来制备功能化条形波导的方法，利用改进溶胶-凝胶法、旋涂技术以及紫外-固化压印技术，结合低温有机-无机复合材料的制备技术，以有机改性硅酸盐为材料基础，掺入了光敏材料和具有三阶非线性特性的分散红13染料，制备出了具有紫外光敏特性和三阶非线性特性的硅钛有机-无机复合材料，通过后期的压印制得了功能化的条形波导。本发明制得的材料有良好的波导特性及三阶非线性特性，可作为光传输和全光开关的材料；光敏材料的加入使得图形化的器件制备变得简便、低成本且可重复性好，这种将材料与器件的制备结合在一起的制备方法在现代集成光学应用领域具有巨大的潜力。

主权项

一种具有紫外光敏特性的二氧化钛‑有机改性硅酸盐有机‑无机复合材料条形波导的制备方法，其特征在于：第一步：制备用于压印的具有条形波导图形的PDMS模板：首先，通过接触式光学光刻技术制备条形波导阵列结构母板；然后，将PDMS前驱物浇到条形光波导阵列母板上，直到PDMS模板固化后将其撕下，得到具有条形波导图形的PDMS模板；第二步：制备具有光敏特性掺分散红染料的有机‑无机复合材料：1)将1摩尔的γ‑(2，3环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、3.5～4.5摩尔的乙醇与4摩尔的去离子水混合，再向混合溶液中加入0.01摩尔的盐酸搅拌均匀后作为溶液A；2)将1摩尔的钛酸正四丁酯和3.8～4.2摩尔的乙酰丙酮混合并搅拌均匀后作为溶液B；3)将1摩尔的γ‑(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、2.8～3.2摩尔的异丙醇和3摩尔的去离子水混合，再向混合溶液中加入0.01摩尔的盐酸进行催化，搅拌均匀后作为溶液C；4)然后将溶液A、B、C按γ‑(2，3环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷∶钛酸正四丁酯∶γ‑(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷为40∶20∶40的摩尔比混合，并在室温下不断地搅拌，得到均匀含硅钛的低温有机‑无机复合基质母液；5)在有机‑无机复合基质母液中加入其质量分数0.1～2％的分散红13的小分子，并在室温下搅拌均匀从而得到掺有分散红13的溶胶；6)在使用前45分钟在溶胶中加入溶胶质量4％的光敏引发剂IRGACURE184(CIBA)，搅拌至均匀；7)利用旋转涂层工艺在转速为每分钟2000～3500转的情况下将得到的溶胶旋涂在二氧化硅基片上在其表面形成薄膜层；第三步：紫外‑固化压印过程：将制备好的具有条形波导图形的PDMS模板压制在二氧化硅基片的薄膜层表面，并用中心波长为365nm的紫外光源照射样品30分钟后将PDMS模板撕下，然后进行后热处理，即可得到与PDMS模板图形相反的掺分散红13的有机‑无机复合材料条形波导。