The researches related to the generation of graded index profile(GI-profile) in polymer have been developed from the methods fabricating graded index plastic optical fiber(GI-POF). The GI-POFs fabricated from conventional polymer, such as poly(methyl methacrylate) shows relatively high material dispersion caused by C-H vibration absoption compared with perfluorinated polymer. However, perfluorinated polymer can not apply existing methods for fabrication of GI-profile because the polymer is not polymerized by simple polymerization technique. As a result, dopant-extraction process was proposed as a method fabricating GI-profile in perfluorinated polymer in this thesis.
First, a poly(trifluoroethyl methacrylate)(PTFEMA) based polymer rod was polymerized with bromobenzene as dopant whose refractive index was higher than that of PTFEMA itself. This rod would show uniform refractive index throughout the whole rod. Then, the polymerized rod was exposed to the high pressure carbon dioxide. According as time passed, carbon dioxide diffused into the rod from the surface. After some time at arbitrary pressure and temperature, carbon dioxide was released. While carbon dioxide was treated and released, dopant was out-diffused by the difference of concentration and performed parabolic GI-profile because dopant of outer part inside the rod was easier to be out-diffused than that of inner part. The refractive index profile generated by this process was measured by Interference Pattern Analysis(IPA).
Second, the simple qualitative simulation related to the result if the process was possible or not, was performed. Consequently, generation of GI-profile by this process was theoretically demonstrated through the simulation.
본 논문에서는 고압의 이산화탄소를 이용한 도판트 확산에 의한 고분자 내에 굴절률 분포를 형성시키는 연구를 수행하였다. 고분자 물질에 경사형 굴절률 분포(GI-profile)를 가지도록 하는 연구는 경사형 플라스틱 광섬유(GI-POF)에 관한 연구를 중심으로 여러 방법들이 개발되었고 적용되어 왔다. 전통적으로 광섬유에 쓰이는 고분자(MMA계열)는 중합 방법이 용이하기 때문에 기존의 방법들을 적용해서 고분자 공중합체를 형성한다든지, 중합 중에 도판트를 사용하여 굴절률 조절에 이용하였다. 그러나, 기존의 광섬유는 고분자의 구조식에서 수소 원자에 기인한 빛의 흡수가 문제가 되기 때문에 이 수소 원자를 불소로 치환된 형태의 물질들을 이용하여 경사형 굴절률 분포를 형성하도록 연구 방향이 바뀌고 있다. 이러한 경우 즉, 완전 불소화된 고분자를 이용하여 경사형 굴절률 분포를 형성하도록 하는 경우는 고분자의 중합 방법이 까다롭기 때문에 기존의 방법들을 적용하기 힘들다. 따라서 고분자 모재를 중합한 후에 굴절률 분포를 형성하는 측면으로의 공정을 제시하였다.
우선, 수소 원자의 일부가 불소 원자로 치환된 형태인 Trifluoroethyl methacrylate(TFEMA) 단량체와 굴절률이 이보다 높은 Bromobenzene을 이용하여 일정한 굴절률을 갖는 모재를 제조하였다. 그리고 이 모재를 고압의 이산화탄소에 처리함으로써 내부에 있는 도판트들의 외부로의 확산을 유도하여 경사형 굴절률을 나타내도록 연구하였다.
이에 더하여, 이러한 공정의 가능성을 이론적으로 보이기 위해, 물리적 의미의 스케일을 갖는 변수들을 이용해서 정성적인 공정 모사를 시도하였다. 결과적으로, 도판트의 확산에 의한 굴절률 분포 형성이 가능함을 모사를 통해 증명하였다.
