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近年来，各种新技术新材料的出现促进了光开关特别是热光开关的发展。热光开关是通过热光效应来实现开关功能的。从热光开关目前的发展来看，既可以制造小型的光开关，如1×2光开关，也可以在晶片上集成若干个1×2光开关组成较大阵列。
热光开关的制作材料一般采用Si、SiO2和有机聚合物等材料，通过控制材料温度来达到改变材料折射率的目的，从而实现开关功能。相比于前面两种材料，有机聚合物材料具有价廉，工艺过程简单，串扰低等优点。此外，有机聚合物材料的热传导系数低，热光系数大，因此可以很大程度上降低有机聚合物热光波导器件的功耗。多年来的研究，使人们对有机聚合物材料的许多特性有了深入的了解，可以根据需要，提出相应的材料特性要求再进行合成。用于热光开关的有机聚合物材料要求分子在外界的作用下具有两种可以相互转换的稳定状态。偶氮液晶基元是一种可以在光或者热的作用下进行异构化作用的基团，可以通过引入偶氮基团达到这一要求。此外，要实现良好的光开关效应，有机聚合物材料还必须具备良好的非线性性能，这就要求材料具有良好的中心不对称性。在微观的尺度上，我们可以通过在偶氮液晶基元上引入推拉电子基团实现其中心不对称性;在宏观尺度上，可以通过引入手性单元来实现其中心不对称性。
本文采用重氮偶合反应设计合成了一系列偶氮苯生色分子，进一步制备偶氮聚氨酯类聚合物，并对合成的聚合物的结构进行了表征，测定了其熔点、旋光度、溶解性等物理性质，同时研究了聚合物的热稳定性、热光性能等。并对基于合成材料的低功耗热光开关进行了设计和模拟研究。
(1)分别采用重氮-偶合方法以及威廉姆逊(Williamson)合成法制备了含有偶氮液晶基元的生色团分子(NDPD)和含有联苯液晶基元的二醇4，4-双（β-羟基乙氧基）联苯(2BP)，再将生色分子NDPD与2BP、IPDI反应制备了含有偶氮液晶基元的螺旋液晶聚氨酯(HBPU)。通过红外、紫外以及核磁等方法对其结构进行表征。采用衰减全反射技术(ATR)测定了材料在不同波长和不同温度处的折射率(n)，得到热光系数(dn/dT)。通过Sellmeyer方程，研究了材料的色散性能。结果表明，合成的螺旋液晶聚氨酯(HBPU)具有较大的热光系数，为研制具有低功耗的热光开关提供了可能。
(2)制备了含有双偶氮液晶基元的螺旋液晶聚氨酯(HBBPU)。利用红外、紫外以及核磁等方法对单体和聚合物的结构进行了表征。依据ATR技术测得材料的折射率(n)，进而得到热光系数(dn/dT)。采用CCD数字成像器件研究了材料的传输损耗。通过Sellmeyer方程，研究了材料的色散性能。利用光束传播法(FD-BPM)结合有限元法对基于合成的螺旋联苯聚氨酯材料的Y型热光开关进行了模拟和分析。研究结果表明，与传统的热光开关相比较该热光开关的功耗和响应时间有很大的改进。
(3)制备了两种不同类型的含有偶氮液晶基元的新型联苯聚氨酯Azo BPU1和Azo BPU2。利用光谱学方法对其结构进行了表征。采用ATR技术测得材料的折射率(n)，得到热光系数(dn/dT)。此外还对材料的传输损耗以及色散性能进行了研究。结果表明，材料Azo BPU2相比于Azo BPU1具有更高的热光系数以及低的传输损耗。对基于这些材料热光效应的1×2 Y型和2×2 Mach-Zehnder型热光开关进行了设计和模拟。分析结果表明，所有热光开关的热功耗都低于1.0mw。相比于Y型的热光开关，基于同种材料的Mach-Zehnder型热光开关具有更快的响应时间。
(4)制备了两种不同类型的含有偶氮液晶基元的聚醚型聚氨酯Azo PU1和Azo PU2。采用ATR技术测定了材料的折射率(n)，得到热光系数(dn/dT)。采用CCD数字成像器件研究了材料的传输损耗。通过Sellmeyer方程，研究了材料的色散性能。结果表明，材料Azo PU2相比于Azo PU1具有更高的热光系数以及低的传输损耗。对基于这些材料热光效应的1×2 Y型和2×2Mach-Zehnder型热光开关进行了设计和模拟。分析结果表明，所有热光开关的热功耗都很低，相比于Y型的热光开关，基于同种材料的Mach-Zehnder型热光开关具有更快的响应时间。