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【信息技术】新兴交叉领域:光子学聚合物研究
醉卧青云 2015-12-07
导语

新兴交叉学科领域:光子学聚合物(Photonics Polymers)是由光子学与聚合物科学交叉而成的研究领域。


经典专著

领域概述:

光子学聚合物(Photonics Polymers)是由光子学与聚合物科学交叉而成的研究领域。对于这样一个新兴的交叉领域,首先需要注意的是:这里使用“光子学”(Photonics)名词而不是“光子的”(Photonic)形容词与“聚合物”这一名词来构成这一交叉领域的名称,用来突出与光子学进行交叉的特点。

发展回顾:

要想了解这一特点的内涵,就需要从聚合物材料的基本性质和发展过程说起。

作为可以从分子水平进行剪裁的人工合成材料,聚合物是近一百多年才发展起来的化学合成材料。

在聚合物科学的研究工作中,最基本的科学问题是结构与性能的关系。这里的结构通常分为一次结构(化学结构)、二次结构(链构象结构)和三次结构(凝聚态结构)。这些不同层次的结构都可以使用通过光化学方法进行构筑和使用光物理方法进行表征。

反过来,这些结构也给聚合物带来各种光化学和光物理性质,使得光与聚合物的相互作用成为一个研究内容极为丰富的交叉研究领域[1,2]。这些内容丰富的研究工作创造了光与聚合物相互作用的基本理论和实验技术,给进一步在光子学领域中应用聚合物材料奠定了基础。

自上世纪60年代以来,光子学开始了突飞猛进的发展时期,这一飞跃得以启动的原因在于激光[3]和光纤[4]的诞生,以及建立在这些技术之上的光纤通讯带来了互联网络的产生和普及,全然改变了人类的生活,使得人类社会开始进入信息化社会。

这一变化也影响着光与聚合物交叉领域的研究工作。最明显的结果是上述三个结构层次与光的作用已经不能满足光子器件发展的需要,一些更高层次结构正在慢慢出现在研究工作中,其中典型例子就是光纤波导结构条件下的光与聚合物的相互作用[5-7]。 这些结构的三维尺度处于光波长范围,是形成各种光子器件的必要组成部分。在将聚合物材料应用于光子器件之前,需要在认识清楚聚合物三个层次结构与光相互作用的基础上,还要充分了解这一波长尺度的器件结构与光的相互作用。

为了涵盖这样一种器件结构与光相互作用的丰富内容,光子学聚合物应运而生,形成了以聚合 物多层次结构(包括波导结构在内)与光相互作用为基础研究内容的、面向未来社会发展所需光子学器件的交叉研究领域。

光子学聚合物内涵的提出

同任何学科发展过程一样,光子学聚合物的相关研究工作也是先于概念的提出。就作者所熟悉的聚合物光纤工作来说,最早的有源聚合物光纤工作可以追溯到上世纪60年代[8]。研究结果表明:在波导的约束下,激光增益会随着光纤长度增加而增加。发展至今的50多年中,光子学聚合物的名词已经出现在国内外的相关研究领域的介绍。例如,美国Akron大学与空军联合建立实验中心,进行光子学聚合物领域的科学实验研究[9],,日本庆应大学在多年梯度折射率光纤研究的基础上,建立了光子学聚合物实验室[10]。在学术期刊中,相关研究工作也被整理成为专辑出版[11,12],而相关专著也正在出现[7]

在国内,相关研究工作很多,研究内容与国际上同步,而主题明确地讨论光子学聚合物内涵的工作可以追朔到2006年在北京香山举办的第287次香山科学会议[13]。这次名为“聚合物光子学”的学术讨论会由光子学和聚合物科学的研究人员共同参加,对光子学聚合物的内涵进行了初步探讨,明确了光子学聚合物在未来将随着“一系列技术的深入发展,形成我国具有自主知识产权的系列高新技术产品”[13]

参考文献

[1]Wolfram Schnabel, “Polymers and Light:Fundamentals and Technical Applications”, Wiley-VCH, Weiheim, 2007

[2]Norman S. Aline, “Photochemistry andPhotophysics of Polymer Materials”, John Wiley & Sons, New Jersey, 2010

[3] T.H. Maiman, “Stimulated opticalradiation in ruby”, Nature, 187, 493(1960)

[4]K.C. Kao, G.A. Hockham,“Dielectric-fibre surface waveguides for optical frequencies”, Proceedings ofthe IEE, 113(7), 1151(1966)

[5]Werner Daum, Jurgen Krauser, Peter E.Zamzow, Olaf Ziemann, “POF: Polymer Optical Fibers for Data Communication”,Springer, Berlin, 2002

[6]江源,邹宁宇,《聚合物光纤》,化学工业出版社,北京,2002

[7]Yasuhiro Koike, “Polymer Photonics:fundamentals and Applications”, Wiley-VCH Verlag GmbH, 2013

[8] N.E. Wolff, R.J. Pressley, “OpticalMaser Action in an Eu3+-containing Organic Matrix”, Appl. Phys. Lett., 2,153(1963)

[9]http://www.uakron.edu/about_ua/news_media/news_details.dot?newsId=9186&pageTitle=Research%20News%20Archives&crumbTitle=UA,%20Air%20Force%20Create%20Polymer%20Photonics%20Center

[10]http://www.jst.go.jp/erato/en/research_areas/completed/kfp_P.html

[11] L. Dalton, M. Canva, G.I. Stegeman, U.Gubler, C. Bosshard, Hong-Ku Shim, Jung-IL Jin, “Polymer for PhotonicsApplications I” in “Advanced in Polymer Science”, 158, Ed. Kwang-Sup Lee,Springer-Verlag GmbH, 2002

[12] F. Kajzar, Kwang-Sup Lee, Alex K-Y.Jen, B. Kippelen, N. Peyghambarian, Tzu-Chau Lin, Sung-Jae Chung, Kyoung-SooKim, et al., “Polymer for Photonics Applications II” in “Advanced in PolymerScience”, 161, Ed. Kwang-Sup Lee, Springer-Verlag GmbH, 2003

[13]http://www.xssc.ac.cn/ReadBrief.aspx?ItemID=438

本文作者,张其锦老师,引用地址:http://blog.sciencenet.cn/blog-2404-893934.html

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作者 醉卧青云

博士生

哈尔滨工业大学

活跃作者
  • 爱因斯坦 科研工作者 北京航空航天大学 博士
  • 梅西 本科生 北京工业大学 本科
  • 金陵 本科生 北京大学 本科


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