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[资源] 有朋友是研究光学材料与器件的吗

Sample Text欢迎各位参加讨论研究光学材料与器件的问题
　　　目前，光通信器件向微型化、集成化方向发展。如何实现功能芯片同输入输出光线的耦合成为限制器件性能的“瓶颈”问题[1.2]，而且由于系统链路传输介质主要由光纤构成，所以这个问题将永远存在并且日益突出。现在耦合技术分两大类：一类是分立形式，如自聚焦透镜[3]；另一类为一体化式，即直接采用特殊工艺在光纤端面上制造透镜。文献[4,5]提出一种新型的光纤透镜，直接在热扩束（TEC）单模光纤上依次熔接无芯光纤和梯度折射率（GRIN）多模光纤，相当于一个微小准直器，外径只有125um，非常便于集成。梯度折射率透镜由于其体积小和特有的成像特性，在光通信领域发挥了重要作用[6,7]。我们所研制的重要内容为梯度折射率聚合物微球（Gradient refractive index ploymer micro-sphere lens）,它是梯度折射率光学和高分子梯度折射率（GRIN）材料学这两个领域的交叉结合[8]。迄今，国内外研制的GRIN光学器件折射率大多呈轴向或径向梯度分布（外形为平板或圆柱形），球向梯度分布（球对称梯度分布外形为球形）的光学器件尚不多见[9]。鉴于GRIN聚合物微球透镜的研制工作将对今后GRIN聚合物微球透镜的研究意义以及所研制的GRIN聚合物微球透镜制作新型光纤准直器的现实意义，作者就GRIN聚合物微球透镜的关键问题进行了系统的分析和综述。

2 梯度折射率光学概述
梯度折射率介质又称非均匀介质，变折射率介质或者渐变折射率介质[9]。指一种折射率不是常数，而是按一定规律变化的介质，因此英文称作Gradient index(GRIN)。近年来，光学领域以其一系列崭新成就而为世人所注目，其中之一就是得到迅速发展的梯度折射率光学。梯度折射率光学在材料制备、器件制作、性能测试的实验和理论研究，尤其是以远距离通信、信息传感、及以成像目的的研究方面显示了广阔的应用前景[10]。
在自然界中，早在公元100年，人们就已观察到“海市蜃楼”奇景。它就是由于大气层折射率的局部变化对地面景色产生折射出现的一种奇观。又如日出日落的太阳形状变化，人类眼睛晶状体就是梯度折射率变化的，折射率差约为0.015—0.049，这种梯度变化的材料和晶状体表面的非球面都极利于像差的校正。
1854年，英国著名物理学家麦克斯韦（Maxwell）提出了著名的Maxwell鱼眼介质模型[11]。他能把介质内部的点无像散地成像到其共轭点，人们称之为“绝对光学仪器”。
1905年，伍德（R.W.Wood）用明胶制成了折射率成轴对称分布的圆柱棒[12]。沿垂直与棒轴方向的切片对光有会聚和发散作用，这就是现在的径向梯度折射率透镜的雏形。
1944年，鲁尼博格（R.K.Luneburg）提出了一种能使无穷远的物点锐成像的球透镜模型。1954年之后，A.S.Gutmon,S.Pmorgan等人对Luneburg透镜模型思想给予扩大和发展，提出了广义Luneburg透镜理论在电磁波微波区域有实现的可能。以后被用作与设计光角雷达和扫描器的天线点。
20世纪60年代出现的流动气体透镜引起许多学者的兴趣[13]。这一时期的研究为梯度折射率光学的形成和发展奠定了重要的理论基础。
1979年首次梯度折射率光学会议在美国罗彻斯特召开，至今已召开十余次，使得梯度折射率光学在理论研究、系统设计、材料制造以及技术应用方面得到迅速发展[14]。美国《Applied optics》杂志已将其列为一个栏目，定期发表有关论文，交流也有力地推动了它的发展。
在我国，中国科学院西安光学精密机械研究所从1972年开始在我国著名光线专家龚祖同院士的指导下进行自聚焦透镜的研究。到1999年，利用离子交换法制作自聚焦透镜的技术已经相当完善了，该透镜的某些性能甚至超过日本的产品。20世纪90年代安徽大学物理系易佑民教授等人用悬浮扩散法开展了若干工作制作梯度折射率微球透镜，取得了积极成果。2002年刘德森等人采用平面掩膜光刻离子交换技术[15]研制出用于大功率激光二极管陈列光束整形的平面梯度折射率微柱透镜。理论方面，刘德森等编著的〈〈纤维光学〉〉、〈〈变折射率介质的物理基础〉〉，以及西安邮电学院乔亚夫1991年出版的〈〈梯度折射率光学〉〉等著作充分体现了梯度折射率光学在我国的蓬勃发展。
当今，DRIN光学理论仍在不断发展之中，它不仅为GRIN材料的制作和加工提供了折射率分布模型，而且也是光学设计和应用的理论基础，利用梯度折射率光学可减少光学系统组件，简化加工工艺，为科技工程师们提供了一条使光学系统向微型化、轻型化、易装配等方向发展的新途径。因而GRIN光学在光学仪器、弹载、星载、情报攫取、侦破以及通讯等方面的光学系统中具有广泛应用前景[16]。

3 高分子GRIN光学材料发展现况
随着梯度折射率光学的发展，选择光学材料的重要指标是高度透明性和折射率的可调性。显然，使用无机材料制作GRIN光学器件制造工艺较为复杂、成本较高，而且梯度深度和梯度差都较小，并且无机材料中用于形成折射率分布的某些金属离子具有毒性，很难避免对环境的污染。值得注意的是无机材料不能满足梯度光学对梯度材料性能参数的多样性要求。与此相比，高分子梯度折射率材料则有着许多无机材料所不具有的优点，如折射率差值大、梯度范围宽、色差较低、抗冲击性能好、重量轻、取材广泛、成本低、制作工艺简单[9]。又如常见的光学塑料的折射率范围1.3-1.7，在可见区光透过率达到90%以上,能满足光学设计的要求,因而引起人们很大的兴趣,并使之成为一个很活跃的研究领域。
高分子梯度折射率材料的种类与无机梯度折射率材料差不多,除了径向梯度折射率棒、梯度折射率光纤、轴向梯度材料、球面梯度折射率透镜和平板微透镜外,还有立体梯度折射率光波导元件和梯度折射率透镜陈列。其中球面梯度折射率微球透镜[17]，因其不存在斜光线，且线度小、焦距短、外形易加工、使用易调整，性能优于径向梯度折射率光学器件，在集成光学和微型光学系统中极具有应用前景。高分子GRIN光学材料经过多年的探索已发展了多种高分子GRIN材料的制作方法，如高分子盐离子交换法，扩散共聚法，光共聚法，悬浮扩散法，槽沉法[18]，共混高分子溶出法，单体挥发法，薄膜层合法，界面凝胶共聚法等。