采用密度泛函理论与分子动力学对聚甲基丙烯酸甲酯双折射性的理论计算

双折射性是各种光学材料的重要性能之一,具有高双折射率的光学材料在诸多研究及工业领域的应用越来越广泛.然而,作为常用的光学薄膜及光波导材料之一的聚合物材料的双折射性通常却很弱,只能通过实验对其双折射率进行大致的表征,缺乏对其双折射率的系统性理论计算,从而限制了提高聚合物双折射性的研究.本文建立了从聚合物的单体分子结构到多分子链的系统性的双折射率理论计算方法,并借助此方法研究了导致聚合物弱双折射性的限制因素.以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为研究对象,运用密度泛函理论研究了其本征双折射率,这里的本征双折射率是指分子链完全取向时其单体单元的双折射率.计算结果表明其本征双折射率高达0.0738左右,并且通过计算给出了PMMA单体单元的平均双折射率色散曲线.采用分子动力学方法研究了该聚合物(包含20个分子链)的材料双折射率.理论计算结果表明,尽管该聚合物具有较大的本征双折射率,但是由于聚合物中分子链取向度极低,聚合物材料最终表现出来的双折射率只有0.00052.本文建立的研究方法及研究结果为研究增强聚合物材料双折射性提供了理论依据.

消除嵌入半波片的阵列波导光栅残留偏振敏感性的研究

提出在阵列波导光栅(AWG)中采用光学非对称平板波导,以消除嵌入半波片的阵列波导光栅中残留偏振敏感性的解决方案。利用传输函数分析在阵列波导中间插入半波片的偏振模式转换过程;以工艺误差使半波片位置不能居中的情形为实例,利用材料的热光效应,调节输入、输出平板波导的双折射率,形成光学非对称平板波导,从而消除了残留的偏振敏感性。针对聚合物材料AWG的模拟结果显示,当输入、输出平板波导的温度差为24°C时,已可消除32.43 pm的残留偏振敏感性。进一步研究发现,当输入与输出平板波导温度改变量相等但符号相反时,能够很好地避免因温度改变而引起的中心波长漂移。该方法具有结构简单、温控可调等优点,而且还可弥补其他因素造成的因嵌入半波片产生的残留偏振敏感性。