Формирования микрооптических поверхностей на основе фотоотверждения мономерных композиций в ближнем поле световой волны тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

ООЬОО'4*0"

На правах рукопибя

Фокина Мария Ивановна

ФОРМИРОВАНИЯ МИКРООПТИЧЕСКИХ

ПОВЕРХНОСТЕЙ НА ОСНОВЕ ФОТООТВЕРЖДЕНИЯ МОНОМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИЙ В БЛИЖНЕМ ПОЛЕ СВЕТОВОЙ

ВОЛНЫ

Специальность: 01.04.05 - Оптика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

1 2 Я Н В 2С12

Санкт-Петербург 2012

005007464

Работа выполнена на кафедре Оптики Квантоворазмерных Систем в Санкт-Петербургском Национальном Исследовательском Университете Информационных Технологий, Механики и Оптики.

Научный руководитель: Денисгок Игорь Юрьевич,

доктор физико-математических наук

Официальные оппоненты: Никоноров Николай Валентинович,

доктор физико-математических наук, профессор

Защита состоится «7» февраля 2012 г. в 17 часов 10 минут на заседании диссертационного совета Д 212.227.02 при Санкт-Петербургском Национальном Исследовательском Университете Информационных Технологий, Механики и Мптики, расположенном по адресу: 197101, г. Санкт-Петербург, Кронверкский пр., д. 49, ауд. 285

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СПб НИУ ИТМО. Автореферат разослан 9 Л2. /-/

Отзывы и замечания по автореферату в двух экземплярах, заверенные печатью, просьба высылать по вышеуказанному адресу на имя ученого секретаря диссертационного совета.

Ученый секретарь

Шкурннов Александр Павлович,

кандидат физико-математических наук

Ведущая организация: ФГУП НПК Государственный

Оптический Институт им. С.И. Вавилова

диссертационного совета,

доктор физико-математических наук,

профессор

С.А. Козлов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Интенсивное развитие систем оптической связи в последние годы основано на появлении новых материалов и разработке технологий, сочетающих высокие оптические параметры с низкой ценой и возможностью массового тиражирования элементов на их основе. Низкая цена иногда является определяющим параметром при выборе материала для устройств массового применения.

Особенно впечатляющий прогресс наблюдается в области элементов фотоники. Так, полимерные интегрально-оптические микрочипы (микросхема на базе полимерных волноводов для обработки сигналов оптической саязи) по параметрам превосходят кристаллические элементы при цене ниже на два порядка. Однако, хотя достижения технологии последних лет являются несомненными, ряд вопросов остается нерешенным, так малоисследован вопрос формирования согласующих микролинз на торце оптоволокна методом самоорганизации фотополимера.

В данной работе проведены систематические исследования процессов формирования самоорганизованных структур на торце оптоволокна. Найдены и исследованы основные эффекты, определяющие процесс самоорганизации в поле световой волны. Определены условия, необходимые для получения оптимальных элементов, геометрическая форма которых обеспечивает оптимальную фокусировку излучения, выходящего из горца оптоволокна. Проведенные исследования позволили создать непротиворечивую эмпирическую гипотезу наблюдаемых процессов. Полученные образцы элементов сопряжения были протестированы и подтверждена их эффективность, в частности потери снега не превысили 5%. Результаты исследования использованы в практической деятельности, в частности при выполнении хоздоговоров и ОКР в НИУ ИТМО.

Наличие докладов на зарубежных конференциях, также как и известность автора в научных кругах, которая подтверждается множеством Интернет - ссылок на работы, также как и приглашения на конференции и в зарубежные Университеты подтверждает актуальность выполненных исследований.

Цель н задачи диссертационной работы

Целью работы является исследование эффектов самоорганизации фотополимеризующихся композиций, включая нанокомиозигы, в поле световой волны на торце оптоволокна с целью разработки научных основ технологии формирования элементов сопряжения оптоволокна.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:

1. Поиск и исследование основных физических эффектов, ответственных за самоорганизацию фотополимеризующегося материала с положительным знаком изменения показателя преломления при фотопревращениях в поле световой волны.

2. Проведение исследований кинетики процесса формирования самоорганизоваиного оптического элемента и выявление его связи с условиями эксперимента, такими как тип фотополимеризующейся композиции, наличие ингибирующих агентов, диффузионные процессы, распределение светового поля на торце оптоволокна.

3. Создание физических основ и разработка методов формирования оптимальных элементов сопряжения оптоволокна с заданной формой оптических поверхностей, а также исследование их характеристик в реальных условиях.

Объекты и методы исследования.

Объектами исследования являлось многомодовое оптоволокно с диаметром жилы 50 мкм и оптоволокно специального типа с диаметром центральной жилы 435 мкм. В последнем случае целью экспериментов было исследование кинетики процесса формирования микроэлемента путем съемки на видео с низкоапертурным объективом. В качестве фотополимеризующихся сред, в которых исследовались эффекты самоорганизации, были использованы 2-х и 3-х компонентные акрилатные композиции, а также нанокомпозиты, разработанные специально для данного исследования.

Методами исследований являлись оптическая микроскопия, микровидеосъемка, фотометрирование, а также методы исследования полимеров. Научная новизна работы:

1. Проведены детальные исследования процессов самофокусировки света в фотополимеризующейся композиции, определена их связь с составом, величиной поглощения фотоактиничного излучения, наличием и условиями диффузии кислорода, условиями диффузии фоторадикатов.

2. Впервые показано, что суперпозиция осцилляции наблюдаемых при самофокусировке света в фотополимере и профиля ослабления в результате введения фотоабсорбционного компонента приводит к возможности формирования сфероконического фокусирующего элемента в пределах от торца оптоволокна до первой пучности осцилляции, наблюдаемой при самофокусировке без фотоабсорбирующей добавки.

3. Показана возможность реализации метода «глубокой литографии» (deep lithography) при использовании низкоэнергетического ближнего УФ излучения с высокой начальной расходимостью, формирование вертикальных боковых поверхностей в котором реализуется в результате суперпозиции эффектов самофокусировки и ингибирующего влияния кислорода на процесс фотополимеризации.

4. Исследована взаимосвязь процессов формирования структур с эффектами диффузии, такими как диффузия кислорода, ингибирующего процесс фотополимеризации, и диффузия фоторадикалов, генерирующихся в области экспозиции.

Основные результаты, выносимые на защиту:

1. Экспериментальное подтверждение факта диффузии фоторадикалов из области экспонирования в окружающий объем, являющийся основным

процессом, определяющим эффект близости и самоорганизацию при соединении лвух оптических волноводов.

2. Объяснение образования еамоорганизованных оптических волноводов, как суперпозиции двух эффектов: самофокусировки света в среде с положительным знаком изменения показателя преломления при фотополимеризации и кнгибирующего влияния кислорода. Возможность формирования бесконечного цилиндра, конусов, сфероконических элементов, обусловленная суперпозицией двух вышеуказанных эффектов.

3. Способ получения еамоорганизованных согласующих микрооптических элементов, основанный на торможении процесса роста волновода при введении фотоабсорбера в фогонолимеризующуюся композицию, н результате чего происходит формирование сфероконического элемента в пределах первой пучности самоорганнюванного оптического волновода.

4. Путь преодоления критерия Редея в фотолито! рафии, основанный на фотохимических превращениях в наьокомпозишкшном материале, обладающем эффектами самоорганизации и обеспечивающем нелинейное преобразование излучения в точке фокуса.

Практическая ценность ¡мботы:

1. Разработаны научные основы технологии микрооптических сфероконических элементов, обеспечивающих сопряжение оптоволокна при незначительных потерях света.

2. Найден путь преодоления дифракционного предела в фотолитографии, основанный на использовании специальных материалов с эффектом самофокусировки, обеспечивающих получение элементов субволповых размеров.

3. Разработана технология глубокой литографии «deep lithography», основанная на использовании специального материала с эффектами самоорганизации и длинноволнового излучения, когда вертикальные боковые поверхности элементов образуются в результате суперпозиции эффектов самофокусировки света и ингибирующего действия кислорода, в том числе при исходной значительной расходимости пучка.

Апробация работы и публикации

Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались в рамках 23 докладов на 8 международных конференциях:

Международная конференция молодых ученых и специалистов «Оптика» С'анкт -- Петербург. Россия, 2005, 2009;

International Conference on "Electronic Processes in Organic Materials ([СЕРОМГ • Гурзуф, Украина 2006; Львов, Украина 2008; Ивано-Фронковск, 2010:

International Conference on lasers, Applications, and Technologies (ICONO/LAT ) -Минск. Белоруссия 2007;

International Conference «Functional Materials» (ICI-M) - Партенит, Украина 2007. Партенит, Украина 2009;

The millennium new materials seminar - Mikkeli, Finland, 2007; International Symposium on Molecular Marerials (MOLMAT) - Тулуза, Франция, 2008;

international Conference on Photonics, Devices and Systems, PHOTONICS PRAGUE - Прага, Чешская Республика, 2008;

Workshop on nanotechnology and nanoanalyties, Санкт-Петербург, 2009; трех Всероссийских межвузовских конференциях молодых ученых - Санкт-Петербург, 2005, 2007, 2008; двух Научно и учебно-методических конференциях СПбГУ ИТМО - Санкт-Петербург, 2007, 2008.

Диссертант отмечен двумя дипломами первой степени за лучшие доклады:

«Решетки микролннз на основе УФ-отверждаемых оптических композитов» на 2-й межвузовская конференция молодых ученых СПб, ИТМО, 2005;

Optical surface making by UV-curing of monomeric compositions in near field of coherent light source на 6,h International Conference on "E lectronic Processes in Organic Materials (1СЕРОМ-6)" Гурзуф, 2006,

Автор был приглашен профессором Isabelle Ledoux-Rak в 2007 году в Университет ENS de Cachan, где в ходе визита было проведено обсуждение экспериментальных результатов. Результаты данною исследования стали определяющими для создания микролазеров совместно с ENS de Cachan. Полное содержание диссертации обсуждалось на расширенном заседании кафедры «Оптики квантоворазмерных систем» СПбГУ ИТМО.

По теме диссертации опубликовано 19 печатных работ в Российских журналах ВАК, а также в зарубежных рецензируемых журналах, включая I монографию. Список работ приведен в конце автореферата. Личный вклад автора

Содержание диссертации и основные положения, выносимые на защиту, отражают персональный вклад автора. Автор участвовал в постановке целей и задач исследований, в разработке методики и проведении эксперимента, при анализе результатов и формировании выводов. Подготовка к публикациям результатов проводилась совместно с соавторами, причем вклад диссертанта был определяющим.

Практическая значимость н реализация результатов работы

Результаты диссертационной работы нашли применение в 14 грантах, контрактах и госконтрактах, по ГосОборонЗаказу, выполняемых коллективом кафедры ОКРС СПб ГУ ИТМО, в котором автор диссертации выполняла весь необходимый объем работ но исследованиям самоорганизации полимерных структур. Гак, можно отметить наиболее значительные гранты и контракты, в которых вклад автора был определяющим;

Грант Рособразование, РНП.2.1.1.1403, «Исследование процессов формирования микрооптических поверхностен в поде световой волны при фотоотверждении мономерных композиций», 2006 - 2008 гг (Диссертант ответственный исполнитель): Рособразование темплан, Проект 19072,

«Исследование закономерностей формирования размерных параметров микроструктур в светоотверждаемых материалах», 2009 - 2010г.; Грант Рособразовапие, РИМ 2.1.1.3937 «Исследования путей преодоления дифракционного предела в нано- фотолитографии на базе процессов самоор1анитции и нелинейного просветления напокомпозиционных фотополимерны.х систем» 2009-2011г.

Контракты: «Исследование и разработка защитных элементов на основе полимерных материалов», КИИ ГоЗнак, 2005; «Разработка DIP-технологии для получения цветоперемскных структур», ГоЗнак 2007; «Поиск технических путей создания элементов активных фазированных антенных решеток с оптическим распределением сигналов по раскрыву», шифр «Таганрог-ИТМО» НПО «Стрела» 2007 - 2008; Госконтракт, шифр «Досмотр - Д», заказчик в/ч 68240 2008 - 2009.

Автор является обладателем гранта РФФИ 07-02-08(60-3 «Участие в international Conference on Lasers, Applications, and Technologies (LAT 2007)», 2007 r.

Материалы диссертационной работы используются н учебном процессе кафедры Оптики Квантоворазмерных Систем СПбГ'У ИТМО при подготовке магистров по направлениям 200600.68 «Фотоннка и оптоинформатика», 200600.68.04 '(Интегрально-оптические элементы фотопики». Диссертант является соавтором грех учебно-методических пособии. Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и приложения. Материалы изложены на 126 страницах, включая 90 рисунков и 3 таблицы. Список литературы составляет 72 наименований. Благодарности

51 искренне благодарна моему руководителю - доктору физ.-мат. наук, профессору Денисюку И.К), за постоянную поддержку, ценные советы, полезные дискуссии, за создание атмосферы творческого контакта в семилетней совместной работе, начиная с 2004 года.

Пользуясь возможностью, хочу поблагодарить кандидата физ.-мат. наук Ю.Э. Бурункову за предоставление фотополимеризующихся материалов, используемых в работе, а так же за полезные совместные обсуждения. За полезные обсуждения, за дружескую поддержку и помощь - кандидата физ.-мат. наук Н.Д. Ворзобову.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и поставленные задачи.

Г.

i лава первая посвящена анализу современного состояния проолем использования полимерных материалов в оптике. Рассмотрены полимерные элементы современной микроэлектроники и микрооптики. Обрисованы проблемы согласования сегодняшних микрооптических моментов интегральных систем связи, таких как волокна различных апертур, пленарные волноводы и оптоволокно, лазерные диоды и оптические каналы связи. В обзоре приведены предлагаемые на сегодняшний день способы решения данных проблем, большинство из которых сходится к применению полимерной микрооптики. Наиболее перспективным способом создания данных микроэлементов является направленная фотополимеризация, являющаяся перспективным направлением гак же для создания планарных и трехмерных микроструктур. Во второй части первой главы даны общие представления о процессе направленной фотополимеризации, а так же описаны основные особенности данного процесса, такие как ингибируюшее действие кислорода, усадка полимера при отверждении и самофокусировка излучения в среде с положительным изменением показателя преломления.

В главе торой рассмотрены установки, на которых производилось создание различных полимерных микроэлементов и их анализ, а так же эксперименты, проясняющие отдельные эффекты процесса направленной полимеризации. В работе использовались две принципиальные схемы направленной полимеризации (рис. I и 2). Так же во второй главе даны необходимые сведения по составу используемых мономерных композиций и добавок (инициатор, красители, наночастицы). Основными требованиями к мономерным композициям являются - оптическая прозрачность, избирательная полимеризация от поверхности стекла (кварца), наличие границы полимер мономер при полимеризации, положительный знак изменения показателя преломления при полимеризации, небольшое поглощение падающего

Ф-----------------------------

Рис. 1. Принципиальная схема установки Рис. 2. Принципиальная схема создания направленной полимеризации на подложке торцево! о м икре иомен га

Третья глава посвящена описанию проведенных экспериментов. Условно все проведенные эксперименты можно разделить на четыре группы:

контрастная литография, полутоновая литография, формирование микроэлемента на торце оптического волокна в свободном объеме и формирование микроэлемента на торце оптического волокна в ограниченном объеме.

Процесс получения элементов методом контрастной литографии включает в себя несколько этапов: изготовление фотошаблона (контрастного); фотополимеризация слоя полимера ультрафиолетовым излучением через фотошаблон (толщина слоя менялась от 30 до 300 мкм. время экспозиции 5-40 секунд.); удаление неотвержденного материала путем промывания в нзопропиловом спирте; анализ элементов. Полученные зависимости высоты и ширины микроэлементов от экспозиции позволяют построить модель роста полимерного элемента (рис.3), а так же обращают внимание на наличие инкубационного периода полимеризации. Еще один интересный эффект -слияние элементов микроструктуры, происходящее в результате полимеризации под темными областями амплитудной маски, где свет отсутствует, в случае приближения друг к другу прозрачных окон в фотомаске. Данный эффект феноменологически подобен соответствующему эффекту близости, наблюдаемому в фоторезистах, но по природе отличен от него. Проведенные эксперименты показали связь данного эффекта с диффузионными процессами переноса фоторадикалов, а гак же возможность уменьшения негативного влияния диффузии фоторадикалов на проработку близкорасположенных элементов путем повышения вязкости исходной композиции, особенно посредством введения наночастиц.

Рис. 3. Модель роста элементов полимерных микроструктур. (I. 2 и 3 - стадии развития .микроэлемента). В первые моменты времени происходит формирование узког о элемента по центру экспонирующего пучка практически на всю высоту слоя, а далее происходит плавная достройка элемента в ширину

Для прояснения влияния диффузии кислорода, растворенною в мономере, на процесс формирования микроструктуры были проведены эксперименты в среде инертного газа - аргона. При прочих равных условиях видно (рис. 4.) что ингибирование кислородом процесса полимеризации, при наличии самофокусировки света в среде позволяет формировать микроэлементы с вертикальными границами. Увеличивая поглощение путем введения фотоактивной добавки можно добиться получения микроструктур сужающихся к подложке (рис.5).

фэтомаска

фор?.';< элемента е атмосфере *ислора

распределен излучений, элемента в аргона

Рис. Схема формирования

микроэлементов в атмосфере аргона и « атмосфере кислорода

Рис. 5. Иллюстрация "эффекта самофокусировки. Слепа линии, подложка сверху, справа восьмиугольники, подложка слева. На структурах хорошо видно сжатие в направлении оч фотошаблона к подложке

Полутоновая литография отличается использованием шаблона переменной плотности, а так же необходимостью деполимеризации элемента после промывания в изопропиловом спирте. На первый план в данных экспериментах выходят эффекты диффузии мономера и усадка вещества при полимеризации, что позволяет получать трехмерные элементы с заданным профилем, как ступенчатым, так и плавным (рис.6).

; I!

I 5 | V V »

фСгТ О!О30

10

,- л.

тс./Г".■»'■; !юлиме|:1-.!|1ци« ; юя

Рис. 6. Схема формообразования полимерных элементов по принципам полутоновой литографии совместно с эффектом усадки вещества (справа); микроэлементы, полученные данным способом: элемент со ступенчатым профилем, матрица микролинч на полимерной подложке, отдельно стоящий микролинзы (вверху)

! |роцесс формирования микроэлементов на торце оптического волокна в свободном объеме изучался в основном (для удобства наблюдения кинетики) на оптическом волноводе с диаметром оптической жилы 435 мкм. Торец оптического волновода иомещаеться в кювету с мономерной композицией, где под воздействием выходящего из волокна излучения (X = 337,5 мкм) формируется элемент, по завершении экспозиции торец промывается в изопропиловом спирте и полученная структура анализируется. Эксперименты показали, что благодаря эффекту самофокусировки излучения в среде с положительным изменением показателя преломления на горце оптического волновода может формироваться практически неограниченная волноводная цилиндрическая структура (рис. 7). Однако, управляя поглощением фотоактивного излучения (введение в композицию красителя), можно

Основные закономерности развития микроэлемента сохраняются при переходе к оптическому волокну с меньшим диаметром - 50 мкм.

Формирование микро-) клиентов в ограниченном объеме происходит по схеме, изображенной на рисунке 2: на вертикально закрепленный торец наносится капля мономерной композиции определенного размера, после проведения экспозиции излучением, выходящим из волновода, торец промывается в изопропиловом спирте. Основным волокном был выбран многомодовый одножильный световод длиной Зм, диаметр жилы и оболочки 50/125 мкм, соответственно, на концах волокна полированные коннекторы типа РС. Стадии формирования микроэлемента показаны на рисунке 10.

Рис. 10. Фотографии микроэлементов, полученных в ограниченном объеме, при постоянном размере капли и увеличении экспозиции от (а) к 0)

Видно, что на ранних стадиях формируется квазисферический линзовый элемент, который постепенно переходит в коническую структуру. Далее по мере увеличения экспозиции элемент приобретает копьеобразную форму, которая в итоге сглаживается до цилиндрической с округлым торцом. Следует отметить, что в связи с ингибировамием процесса кислородом воздуха, длина сформированного элемента всегда меньше исходного размера капли мономера.

В главе IV рассматриваются наблюдаемые эффекты, а так же модель процесса формирования микроструктуры. В первую очередь следует отметить, что, по сути, формирование микроструктур на торце оптического волновода и с использованием фотошаблона есть вариации одного и того же процесса, на который влияет несколько эффектов, проявляя себя в большей или меньшей

управлять формой микроэлемента, получая от конической структуры до квазисферической (рис. 8, 9). Следует отметить, что природа фотоактивной

Рис. 7. Фогофафия цилиндрической микроструктл ры. Время экспозиции 40 сек. Длина элемента около 3 мм

Рис 8. Квазисферический элемент. Концентрация Родамина Б 0,6 вес.%. Экспошиия 10 сек. Наш деления миры 0.2 мм

Рис. Ч. Микроэлементы: Кумарин ¡2(1 (0.05 вес. % '-■ 4 мин) - верхний; Родамин Б (0,1 вес. % 10 сек) нижний. Длина элементов около 1,5 мм

степени. Основными можно выделить: диффузию фоторадикалов (эффект близости), ингибирующее влияние кислорода воздуха, усадку вещества при полимеризации, самофокусировку излучения в среде с положительным изменением показателя преломления при полимеризации. Рассмотрим их.

Эффект «близости» хорошо иллюстрируется простым экспериментом с использованием контрастного фотошаблона. На рисунке 11 (а) хорошо видно образование «мостиков» при сближении областей экспонирования. Объяснение данного эффекта возможно с использованием теории диффузии фоторадикалов из области непосредственного экспонирования. При сближении двух областей экспонирования на линии их соединения возникает область повышенной концентрации диффундировавших фоторадикалов, что делает возможным полимеризацию под темными участками маски. Уменьшение же диффузии путем увеличения вязкости композиции (введение наночастиц 7,пО) приводит к уменьшению данного негативного эффекта, что подтверждается проведенными экспериментами (рис 11(6)).

а

0

Рис. 11. Образование «мостиков» при - ' сближении областей экспозиция. Диаметр

отверстия 50 мкм. (а) - композиция с большей вязкостью, (б) - композиция с ...... - " меньшей вязкостью

Получение волноводных структур, а так же планарных элементов с четкими вертикальными границами становиться возможным благодаря ингибирующему влиянию кислорода на процесс полимеризации. Первое влияние присутствия кислорода в мономерной композиции проявляется наличием инкубационного периода полимирезации. Другое важное влияние кислород оказывает на формирование вертикальных границ элементов. Так, показателен эксперимент, проводимый в атмосфере аргона - при прочих равных условиях мы видим четкие вертикальные границы при полимеризации на воздухе, и расширение в соответствии с расхождением излучения в среде аргона (рис. 12).

ч'.-Г .

Рис. 12. Формирование ^ ) мпкрополосков при прочих

. , ' ч' раинмх условиях в

атмосфере кислорода - (а), н \\ ••'■■'•. в атмосфере аргона (б).

< , . ■ . ' V ' Ширина полоска 50 мкм

>'' -О ■ &

Данный эффект может быть усилен при использовании добавки, которая поглощает фотоактивное излучение - красителя. Как показывалось выше, увеличивая поглощение в мономерной композиции, можно добиться сужения микроэлемента по ходу роста (рис.5, рис.9).

1аким ооразом, опираясь на рассмотренные эффекты, можно построить эмпирическую модель формирования микроэлемента на торце волокна (рис 13). Основными процессами являются самофокусировка света в среде с положительным знаком изменения показателя преломления при фотополимеризации и четкое ограничение области полимеризации под действием ингибирования кислородом. В результате самофокусировки образуются несколько пучностей, причем в случае введения красителя прогрессивно повышающееся ослабление света в результате поглощения не позволяет сформироваться волноводу длиной дальше первой пучности и образуется сфероконический микроэлемент. В случае протекания процесса в капле на торце оптоволокна эффект торможения достигается при приближении области фотополимеризации к границе раздела воздух/мономер с прогрессивным повышением концентрации кислорода, ингибирующего процесс, и ограничением роста микроэлемента.

область максимальном интенсивности

торец

опт ическсго

волокна

поглощение

фоюактиЕной

добавки

интенсивность ниже порога полимеризации, обусловленного ингибированием процесса растворенным кислородом

модуляция интенсивности излучения , по мере развития элемента - форма элемента

пот лощение, при котором полимеризация невозможна

¿И -

добавка с меньшим коэффициентом поглощения

добавка с большим коэффициентом поглощения

. элемент, ограниченный / экспозицией в отсутствии / фотоактивной добавки

\

¿пементы, образующиеся в присутствии фотоактивной добавки

Рис. КЗ.Схема формирования микроэлементов

Наличие столь большого количества эффектов, влияющих на процесс формирования микроэлемента, делает практически невозможным математический расчет процесса. Поэтому, численный расчет целесообразнее заменить полуэмпирическим. Если определить параметры создания элемента -фотополимеризующийся состав, ограниченный объем или свободный, то, зная зависимость размера структуры от времени экспозиции, можно получать элементы с хорошей повторяемостью. Конечно, при данном способе задания параметров необходимо выполнить ?. - 3 пробных изготовления

микроэлементов для получения оптимального результата. С другой стороны, данный метод расчета характерен и для многих других технических элементов, исследование которых проводилось многие годы.

Эффекты самоорганизации и самофокусировки, описанные выше, могут быть использованы для изменения формы и размера области фотополимеризации изначально соответствующей распределению светового ноля в заданной точке фокуса объектива. Основная идея данного подхода состоит в формировании самоорганизованного световедущего каната, начинающегося в точке фокуса, причем эффекты самоорганизации композиции в поле световой волны приводят к сужению канала менее критерия Релея и самоорганизованный канат формируется с нарушением законов геометрической оптики (с получением цилиндрической формы при конической форме распределения пучка). На рисунке 14 представлена принципиальная схема записи самоорганизованного канала в объеме фогополимеризующейся композиции, на врезке - полученные самоорганизованные цилиндры диаметром 1 мкм.

Рис. 14, Запись самоорганизованного канала в фотополимере в проекционной фотолитографии. (I) - форма светового пучка (минимум размера на поверхности). (2) фотонолимер, (3) самооргани тованный канал, формируемый с нарушением геометрической оптики, (4) стеклянная подложка. Врезка - экспериментально полученные микроцилинлры диаметром I мкм

В данном эксперименте получены микроцилиндры диаметром I мкм (позже были получены цилиндры диаметром 0.6 мкм). При длине волны Л = 355 нм и апертуре объектива А= 0,2 ожидаемый размер точки фокуса составляет:

d = Л/2Л --- 0,9 мкм.

Таким образом, в эксперименте получено прямое подтверждение формирования элемента с нарушением принципов классической оптики. Диаметр структуры меньше по сравнению с ожидаемым, а форма -цилиндрическая, а не коническая, как бы следовало из формы записывающего пучка.

Глава V посвящена анализу полученных элементов. Матрицы микролинз, полученные методом полутоновой литографии (рис.15), имеют разрешающую способность 200 лин/мм. Методы глубокой литографии позволяют получать различные защитные элементы - рисунок 16. Так же возможность получения высоких структур с вертикальными стенками и четкими формами открывает широкие перспективы создания микрорезанаторов микролазеров (рис.17). Мощность излучения созданного микрорезанатора на основе полимерной композиции с родамином Б, составила 0,8-Í мкВт, что

считается хорошем величиной практического его использования.

для микролазера и достаточной для

Рис

15.

мнкролиш

изображение

подтверждает

оптическое

микролит

Матрица

- Рис. 16. Цветопеременный элемент на основе полимерных цифры 9, микроструктур: микрофотография фрагмента структуры: ширина элемента - 15 мкм, высота - 75 мкм. к вид элемента при повороте качество на 90 градусов

Рис. 17. Фотография микрокуба со стороной 100 мкм и схема хода лучей в нем. Излучение пикосскундного лазера возбуждало люминесценцию к данном резонаторе. На рисунке приведен спектр полученного излучения при наилучшем соотношении углов ввода и выхода излучения. Поворот куба приводит к сдвигу линий излучения

Торцевые микроэлементы являются неплохими фокусирующими системами. На рисунке 18 отчетливо видно, что в цилиндрической части элемента потери практически отсутствуют, но пока сохраняются на месте сгыка в результате отражения. Проведенные исследования показывают наличие хорошего фокуса у получаемых элементов с концентрацией излучения до 95 % (рис.18).

Рис. 18. Торцевой микроэлемент (длина 220 мм) и его точка фокуса -на расстоянии 10 мкм. фокальное пятно 5 мкм. (диаметр волокна 50 мкм)

с элементом

при отсутствии элемента

В заключении обобщены результаты исследования, изложены его основные выводы:

Выполненная исследовательская работа позволяет систематизировать эффекты, имеющие место при формировании самоорганизованного микрооптического элемента при фотоиолимернзации композиции на торце оптоволокна.

Показано, что общий случай самофокусировки света в среде с положительным знаком изменения показателя преломления при фотополимеризации, заключающийся в формировании волновода, диаметр которого осциллирует в результате фокусировки/дефокусировки и может быть видоизменен внешними условиями. Введение абсорбирующих добавок приводит к прогрессирующему уменьшению интенсивности света по мере формирования длины элемента и, в конечном счете, к- формированию сфероконического элемента в пределах первой пучности самоорганиюванного волновода. Тем же методом можно получить и другие элементы - от сфероконических фокусаторов до сферических микролинз.

Исследования эффектов близости показали наличие ранее неизвестных процессов, вероятно связанных с диффузией фогорадикалов из области экспонирования. Результатом исследований стало создание в нашей лаборатории нанокомпозиционных материалов, не имеющих таких эффектов, на которых в последний год были записаны периодические структуры с периодом 0,3 мкм (размер элемента 100 нм) и одиночные цилиндры диаметром 0.5 мкм (субволновые структуры).

На основе проведенных экспериментов создана эмпирическая модель процесса, описывающая основные зависимости в их взаимосвязи. На базе данной модели выполнен эксперимент по созданию согласующих волноводпых элементов и измерены их характеристики. Показано, что полученные элементы фокусируют свет в точку диаметром около ¡/10 диаметра центральной жилы при потерях на рассеяние не более 5 %. Такие элементы имеют высокую практическую ценность и нашли применение при выполнении хоздоговорных проектов.

В приложении представлены результаты измерения лазерной прочности используемых полимерных составов. Величина порога разрушения для пленок толщиной 20 мкм находится на уровне 14-16 Дж/см2.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. М.И.Фокина, Решетки микролинз на основе УФ-отверждаемых оптических композитов с высокой лазерной прочностью для использования в системах управления мощными источниками излучения // Сборник трудов 2-й межвузовской конференции молодых ученых СПб, ИТМО, 2005; стр.12-13;

2. М.И.Фокина, И.Ю. Денисюк, Формирование решеток микролинз методом дозированной фотополимеризации УФ-отверждаемых оптических композитов // Оптический журнал. V 73, № 11 ноябрь 2006, стр. 90-96;

3. М. I. Fokina, Optical surface making by UV-curing of monomeric compositions in near field of coherent light source // Molecular Crystals V 468,2007, p. 33/[385]-42/[394];

4. A.C. Березкииа, М.И. Фокина, Влияние типа и концентрации красителя на формирование микроэлемента на торце оптического волокна // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. Вып. 38, 2007, стр. 12-16;

5. М. I. Fokina, J. Е. Burunkova, I. Y. Denisuk, Influence of Photoactive Additive on Growth of Polymer Microelements on the top of Optical Fiber // Proceedings of the SPIE, Volume 6732, pp. 673215 - 673219,2007;

6. И.Ю. Денисюк, Ю.Э. Бурункова, М.И. Фокина, Н.Д. Ворзобова, В.Г. Булгакова, Формирование микроструктур с высоким форматным отношением в результате самофокусировки света в фотополимерном нанокомпозите // Оптический журнал том 75 № 10, 2008, стр. 59-65;

7. М.И. Фокина, И.Ю. Денисюк, Ю.Э. Бурункова, Л.Н. Капорский. Формирование микроструктур на основе УФ отвергаемых акрилатов. // Оптический журнал том 75 № 10,2008, стр. 66-72;

8. I.Yu. Denisyuk, M.I. Fokina, N.D. Vorzobova, Yu.E. Burunkova, V.G. Bulgakova, Microelements with high aspect ratio prepared by self-focusing of the light at UV-curing// Mol. Cryst. Liq. Cryst., Vol. 497, 2008, pp. 228=[560]-235=[567];

9. M. I. Fokina, L. N. Kaporskiy, and I. Yu. Denisyuk Nature of Microelements Self Writing in Fiber Tips in UV-Curable Composites // Mol. Cryst. Liq. Cryst., Vol. 497,2008, pp. 236=[568]-240=[572];

10. M I. Fokina, N. O. Sobeshuk I. Y Denisyuk Polymeric microelement on the top of the fiber formation and optical loss in this element analysis // Natural Science, Vol.2, No.8,2010, pp. 868-872,

11. J.A. Burunkova, M.I. Foldna, I.Yu. Denisyuk, J. A. Gromova Influence of nanoaddition SI02 on self-organization in via UV-polymerization acrylate nanocomposites. "Electronic Processes In Organic Materials", (ICEPOM - 8) May 17 -22,2010, Ivano-Frankivsk, UkraineL'viv, Ukraine, Материалы конференции;

12. I.Yu. Denisyuk, N.D. Vorzobova, J.E. Burunkova, M.I. Fokina Self-organization of photopolimerizable nanocornposite in light field in micro- and nano-volumes . "Electronic Processes In Organic Materials", (ICEPOM - 8) May 17 - 22, 2010, Ivano-Frankivsk, UkraineL'viv, Ukraine, Материалы конференции;

13. I.Yu. Denisyuk, N.D. Vorzobova, J.E. Burunkova N.N., Arefieva, M.I. Fokina Self-organization effects in photopolimerizable nanocornposite H Mol. Cryst. Liq. Cryst., Vol. 536, Iss 1, 2011, pp. 233-241;

14. M.И. Фокина, Н.О. Собещук, И.Ю. Денисюк Исследование процессов формирования полимерного микроэлемента на торце оптического волокна в условиях значительного ингибирующего влияния кислорода на процесс фотополимеризации // Приборостроение, № 3,2011, с. 69-75;

15. Н.О. Собещук, И.Ю. Денисюк, МИ. Фокина Исследование эффективности работы полимерных: микроэлементов на торце оптического волокна, сформированных путем фотополимеризации в ограниченном объеме // Приборостроение, № 4, 2012;

16. И.Ю. Денисюк, М.И. Фокина, Ю.Э. Бурункова Учебное пособие Нанокомпозиты - новые материалы фотоники 124 стр., 2008 г., СПб ГУ ИТМО;

17. М.И. Фокина, И.Ю. Денисюк, Ю.Э. Бурункова Учебное пособие Полимеры в интегральной оптике -физика, технология и применение 88 стр., 2008 г, СПб ГУ ИТМО;

18. И.Ю.Денисюк, Л.Н.Аснис. М.И. Фокина Н.О. Собещук Применение элементов фотоники в специальной аппаратуре 105 стр., 2008, СПб ГУ ИТМО;

19. I. Denisyuk and M. Fokina (2010). A Review of High Nanoparticles Concentration Composites: Semiconductor and High Refractivc Index Materials, Nanocrystals, Yoshitake Masuda (Ed.), ISBN: 978-953-307-126-8, Sciyo, Available from

Тиражирование и брошюровка выполнены в учреждении «Университетские телекоммуникации» 197101, Санкт-Петербург, Саблинская ул., 14 Тел.(812)233 46 69. Объем 1,0 у.п.л. Тираж 100 экз.

61 12-1/432

Санкт-Петербургский Национальный Исследовательский Университет Информационных Технологий, Механики и Оптики

ФОРМИРОВАНИЯ МИКРООПТИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ НА ОСНОВЕ ФОТООТВЕРЖДЕНИЯ МОНОМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИЙ В БЛИЖНЕМ ПОЛЕ СВЕТОВОЙ

ВОЛНЫ

Фокина Мария Ивановна

Специальность: 01.04.05 - Оптика

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Научный руководитель Денисюк Игорь Юрьевич,

доктор физико-математических наук, профессор

Санкт-Петербург 2012

Введение...................................................................................................................3

Глава 1.....................................................................................................................12

Полимерные микроэлементы в технике..........................................................12

Фотополимеризация...........................................................................................27

Особенности фотополимеризации....................................................................36

Постановка задачи исследования........................................................................44

Глава II....................................................................................................................45

Экспериментальные установки.........................................................................45

Использованные материалы..............................................................................51

Глава III..................................................................................................................56

Направленная полимеризация с использованием фотошаблона...................56

Контрастная литография...................................................................................58

Полутоновая литография....................................................................................65

Фотополимеризация на торце волокна............................................................70

Формироеаие микроэлемента в свободном объеме..........................................71

Формирование микроэлемента в ограниченном объеме...................................78

Глава IV..................................................................................................................83

Обнаруженные закономерности и эффекты, обсуждение результатов и модель

процесса...............................................................................................................83

Самофокусировка света в среде с положительным знаком изменения

показателя преломления при фотополимеризации...........................................83

Эффект близости.................................................................................................85

Влияние ингибирующего действия кислорода на резкий край области

фотополимеризации.............................................................................................89

Возможность преодоления дифракционного предела в фотолитографии ... 91

Влияние усадки.......................................................................................................94

Теоретические основы и методы эмпирического расчета формирования

оптической микроструктуры.............................................................................96

Глава V.................................................................................................................100

Анализ и возможные применения полученных микроструктур.................100

Заключение..........................................................................................................114

Список литературы:.........................................................................................117

Приложение Лазерная прочность полимеров..................................................124

Введение

Современное развитие интегральной оптики, особенно аппаратуры телекоммуникации для гражданского применения, неразрывно связано с прогрессом в технике и технологии интегрально-оптических элементов и их

гр О V/

удешевлением. Так, развитие сотовой и, особенно, оптоволоконной связи, низкие цены на передачу больших массивов информации, сравнимые с ценами обычной проводной телефонной связи, были бы невозможны без создания новых оптических технологий и материалов. Оптоволоконные системы передачи, волоконные эрбиевые усилители сигнала и гибридные оптико-электронные схемы выборки адреса и коммутации - элементы, низкая цена которых определяется применением новых материалов и технологий, и в первую очередь, полимеров и элементов на их основе.

Основное требование современной техники этой области - наилучшее соотношение цена - качество. Такие эффективные и в то же время дешевые интегрально-оптические элементы реализуются на базе планарных полимерных волноводов, поскольку аналогичные элементы на базе ниобата лития имеют себестоимость на два порядка выше. Современные полимеры обеспечивают сочетание трех основных параметров: низкая цена материала, высокая производительность (технологии штамповки) и высокие технические параметры. Отсутствие высокотемпературных процессов получения изделий, характерных для кристаллических интегрально-оптических элементов, также приводит к упрощению и удешевлению технологии. Другое важное следствие низкотемпературных технологических процессов - возможность прямой интеграции полимерной интегральной оптики с электронными кремниевыми микросхемами путем формирования планарной полимерной интегрально-оптической структуры непосредственно на поверхности защитной пленки 8Юг 'кристалла электронной микросхемы. Пример такой интегрированной структуры - сверхбыстродействующего электрооптического модулятора -переключателя приведен на рисунке 1 [1].

Рис. 1. Иллюстрация интеграции электронной кремниевой микросхемы с полимерной интегрально-оптической структурой. В нижнем слое - кремниевая микросхема, на верхнюю поверхность которой нанесена планарная полимерная волноводная структура

В таблице 1 приведены основные полимерные материалы интегральной оптики и важнейшие их характеристики. [2] Таблица 1. Полимерные материалы и волноводные характеристики

Метод формирования Материал Волноводные потери и другие свойства

Штамповка Золь-гель полимеры 633 нм 0,5-2 дБ/см

ЕОБМА 1300 нм 0,3 дБ/см

Центрифугирование рвгт 834 нм 4,81 дБ/см

(планарное)

УФ - литография ПММА с красителем 632,8 нм 0,08 дБ/см

УФ - литография/ РР8(} 632,8 нм 0,16 дБ/см

Реактивное ионное Ап = 0,003

травление 0,19% двулучепреломление на 632,8 нм

РБСВ 1330 нм 0,25 дБ/см 1550 нм 0,2 дБ/см Тё ~ 400 °С

ВСВ 1330 нм 0,5 дБ/см 1550 нм< 1.5 дБ/см Т§> 350 °С

а-пммА 830 нм 0,02 дБ/см

Полисилоксан 1330 нм 0,17 дБ/см 1550 нм 0,43 дБ/см

Таблица 1. Продолжение

УФ - литография/ Плазменное травление Хлоро-фторированный полиимид 1550 нм < 0,4 дБ/см Ап = 0,01-0.02 на 1550 нм

Реактивное ионное травление/ Фотообесцвечивание ПММА-дисперсный красный 1330 нм 0,4 дБ/см Т§~250°С/131°С

УФ - литография/ Прямая лазерная запись акрилаты 1550 нм 0,24 дБ/см Дп < 2x10"5 на 1550 нм

Электронно-лучевая прямая запись Е№1 1550 нм 0,48 дБ/см (ТМ мода) 1330 нм 0,22 дБ/см (ТМ мода)

Все вышеуказанные технологические методы легко позволяют формировать одно- или многослойные структуры, расположенные в одной плоскости, на основе которых и выполняются схемы. В то же время трехмерные структуры важны для передачи сигнала (сопряжения) между оптоволокном и интегрально-оптическими элементами. Данная проблема является одной из наиболее существенных для дешевой полимерной интегральной оптики, однако полностью она не решена и до настоящего времени. Эта проблема создания трехмерных структур также актуальна для сопряжения оптоволокна с полупроводниковыми лазерами, имеющими планарную структуру светоизлучающей поверхности.

На сегодняшний день для передачи сигналов на большие расстояния используется одномодовое цилиндрическое оптоволокно, имеющее диаметр световедущей жилы 7 мкм, в то же время размеры микрополоскового световода - основного элемента полимерной интегральной оптики - составляют 2,5x5 мкм. Столь значительное несоответствие апертур не позволяет их соединять «в стык» без значительных потерь излучения. Та же проблема существует и при сопряжении полупроводниковых лазеров с оптоволокном - размер светоизлучающей площадки лазера составляет 0,6x10 - 20 мкм - что

существенно отличается от диаметра оптоволокна. Различны также и апертуры выходящего света.

Естественно, наиболее очевидный путь решения проблемы -использование согласующих микролинз традиционного типа. Однако, размеры сопрягаемых элементов в единицы микрометров, также как требование обеспечения массового производства элементов, полностью исключают применение микролинз в виде отдельных элементов с их последующей ручной юстировкой, поскольку такая операция не совместима с массовым производством и требованием низкой цены элементов.

В настоящее время проводятся многочисленные исследования в области разработки технологических процессов, обеспечивающих формирование согласующих микроэлементов на торце оптоволокна. Используются различные методы - как естественное формирование сферических поверхностей под действием сил поверхностного натяжения при плавлении либо торца оптоволокна, либо нанесенного на торец фоторезиста, так и прямые методы формирования микролинз на торце оптоволокна с использованием мощного электронного пучка для создания на торце оптоволокна структуры Френелевской линзы [3].

Наиболее многообещающими и эффективными на настоящий момент представляются полимерные технологии, поскольку обеспечивают получение как отдельных микролинз, так и массивов, а также формирование фиксаторов оптоволокна в одном технологическом процессе.

В качестве примера использования подобной технологии на рисунке 2 приведена типичная матрица микролинз для сопряжения волноводов [4]. Здесь матрица микролинз дополнена двумя решетками для фиксации оптоволокна, имеющими калиброванные отверстия, соответствующие диаметру волокна (125 мкм). Как решетки, так и матрица микролинз выполняются из полимера по одной технологии, обеспечивающей получение прецизионных микронных объемных структур. А поскольку как полимерный материал, так и

технологический процесс недороги, это открывает широкие возможности для изготовления элементов с низкой ценой.

Процессы создания элементной базы подобного типа в настоящее время интенсивно исследуются и выходят на уровень, обеспечивающий их применение в промышленности.

Методы, основанные на самоформировании и самосопряжении формируемых микролинз с оптоволокном, базируются на специфических физических эффектах, при которых излучение, выходящее из торца оптоволокна, формирует микроэлемент на его торце в результате фотополимеризации мономерной композиции в поле световой волны. При соответствующем прохождении процесса возможно получение необходимых микроэлементов, форма и расположение которых формируется выходящим из торца оптоволокна излучением и, следовательно, оказываются самосогласованными как с оптической осью оптоволокна, так и с апертурой выходящего из оптоволокна излучения.

Реализация данных методов основана на фотополимеризации мономерной композиции излучением, выходящим из торца оптоволокна. Метод самосогласования впервые был предложен в 1974 году в работе [5]. Позднее, исследования в этом направлении были продолжены [6]. Однако, сложность интерпретации наблюдаемых процессов, являющихся суперпозицией как оптических, так и химических эффектов, протекающих при

Рис. 2 Решетка микролинз для сопряжения волноводов

фотополимеризации композиции на торце оптоволокна, не позволила однозначно описать наблюдаемые процессы и выделить основные эффекты, ответственные за формирование микроэлемента. Также не была исследована кинетика процессов, что и не позволило использовать эти интересные методы на практике.

Целью данной работы является исследование эффектов самоорганизации фотополимеризующихся композиций, включая нанокомпозиты, в поле световой волны на торце оптоволокна с целью разработки научных основ технологии формирования элементов сопряжения оптоволокна.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие

задачи:

1. Поиск и исследование основных физических эффектов, ответственных за самоорганизацию фотополимеризующегося материала с положительным знаком изменения показателя преломления при фотопревращениях в поле световой волны.

2. Проведение исследований кинетики процесса формирования самоорганизованного оптического элемента и выявление его связи с условиями эксперимента, такими как тип фотополимеризующейся композиции, наличие ингибирующих агентов, диффузионные процессы, распределение светового поля на торце оптоволокна.

3. Создание физических основ и разработка методов формирования оптимальных элементов сопряжения оптоволокна с заданной формой оптических поверхностей, а также исследование их характеристик в реальных условиях.

Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались в рамках 23 докладов на 8 международных конференциях:

• Международная конференция молодых ученых и специалистов «Оптика» Санкт - Петербург, Россия, 2005, 2009;

• International Conference on "Electronic Processes in Organic Materials (1СЕРОМ)" - Гурзуф, Украина 2006; Львов, Украина 2008; Ивано-Фронковск, 2010;

• International Conference on Lasers, Applications, and Technologies (ICONO/LAT ) -Минск, Белоруссия 2007;

• International Conference «Functional Materials» (ICFM) - Партенит, Украина 2007, Партенит, Украина 2009;

• The millennium new materials seminar - Mikkeli, Finland, 2007;

• International Symposium on Molecular Marerials (MOLMAT) - Тулуза, Франция, 2008;

• International Conference on Photonics, Devices and Systems, PHOTONICS PRAGUE - Прага, Чешская Республика, 2008;

• Workshop on nanotechnology and nanoanalytics, Санкт-Петербург, 2009; трех Всероссийских межвузовских конференциях молодых ученых — Санкт-Петербург, 2005, 2007, 2008; двух Научно и учебно-методических конференциях СПбГУ ИТМО - Санкт-Петербург, 2007, 2008.

Диссертант отмечен двумя дипломами первой степени за лучшие доклады:

• «Решётки микролинз на основе УФ-отверждаемых оптических композитов» на 2-й межвузовская конференция молодых ученых СПб, ИТМО, 2005;

• Optical surface making by UV-curing of monomeric compositions in near field of coherent light source на 6th International Conference on "Electronic Processes in Organic Materials (1СЕРОМ-6)" Гурзуф, 2006,

Автор был приглашен профессором Isabelle Ledoux-Rak в 2007 году в Университет ENS de Cachan, где в ходе визита было проведено обсуждение экспериментальных результатов. Результаты данного исследования стали определяющими для создания микролазеров совместно с ENS de Cachan.

Полное содержание диссертации обсуждалось на расширенном заседании кафедры «Оптики квантоворазмерных систем» СПбГУ ИТМО.

По теме диссертации опубликовано 19 печатных работ из них 7 в Российских журналах ВАК, а также 8 в зарубежных рецензируемых журналах, включая 3 учебных пособия и 1 монографию. Список работ приведен в конце автореферата.

Результаты диссертационной работы нашли применение в 14 грантах, контрактах и госконтрактах, по ГосОборонЗаказу, выполняемых коллективом кафедры ОКРС СПб ГУ ИТМО, в котором автор диссертации выполняла весь необходимый объем работ по исследованиям самоорганизации полимерных структур. Так, можно отметить наиболее значительные гранты и контракты, в которых вклад автора был определяющим:

Грант Рособразование, РНП.2.1.1.1403, «Исследование процессов формирования микрооптических поверхностей в поле световой волны при фотоотверждении мономерных композиций», 2006 - 2008 гг (Диссертант ответственный исполнитель); Рособразование темплан, Проект 19072, «Исследование закономерностей формирования размерных параметров микроструктур в светоотверждаемых материалах», 2009 - 2010г.; Грант Рособразование, РПН 2.1.1.3937 «Исследования путей преодоления дифракционного предела в нано- фотолитографии на базе процессов самоорганизации и нелинейного просветления нанокомпозиционных фотополимерных систем» 2009-2011г.

Контракты: «Исследование и разработка защитных элементов на основе полимерных материалов», НИИ ГоЗнак, 2005; «Разработка 01Р-технологии для получения цветопеременных структур», ГоЗнак 2007; «Поиск технических путей создания элементов активных фазированных антенных решеток с оптическим распределением сигналов по раскрыву», шифр «Таганрог-ИТМО» НПО «Стрела» 2007 - 2008; Госконтракт, шифр «Досмотр - Д», заказчик в/ч 68240 2008 - 2009.

Автор является обладателем гранта РФФИ 07-02-08160-3 «Участие в International Conference on Lasers, Applications, and Technologies (LAT 2007)», 2007 r.

Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе кафедры Оптики Квантоворазмерных Систем СПбГУ ИТМО при подготовке магистров по направлениям 200600.68 «Фотоника и оптоинформатика», 200600.68.04 «Интегрально-оптические элементы фотоники». Диссертант является соавтором трех учебно-методических пособий.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и приложения. Материалы изложены на 128 страницах, включая 90 рисунков и 3 таблицы. Список литературы составляет 72 наименований.

Глава I

Полимерные микроэлементы в технике

Что же такое микроструктуры сегодня? Очень сложно представить сегодняшнюю жизнь без цифровых технологий, медицинских достижений и новейших промышленных разработок. А ведь большая часть сегодняшних инженерных разработок имеет приставку микро- или даже нано- : микрорезонаторы, микросенсоры, микроячеистые структуры и т.д. И если наномир на данный момент является своего рода фронтиром - передним краем науки, который пока еще только покоряют ученые-пионеры. То микромир уже достаточно давно освоен и в нем вовсю идет строительство.

Классический гироскоп Датчик движения Epson Гироскоп ST Microelectronics -Образца XIX века. XV-8000. LYPR540AH.

Рис. 1,1 Иллюстрация миниатюризации технических приборов на примере гироскопов

Микрон�