專利名稱：一種窄帶通可調(diào)導(dǎo)模共振濾光片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型為一種光學(xué)濾光片器件，具體涉及到利用取向聚合物分散液晶材料的 電控折變特性的一種可調(diào)窄帶濾光片，在光學(xué)儀器、光學(xué)探測、光學(xué)測量及生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域 有應(yīng)用前景。
背景技術(shù)：
可調(diào)濾光器件在許多光學(xué)系統(tǒng)中起著重要作用，廣泛存在于光學(xué)儀器、光學(xué)探測、 光信息處理、光學(xué)測量及生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，通常包括聲光調(diào)節(jié)、電光調(diào)節(jié)、機(jī)械調(diào)節(jié)三種可 調(diào)濾光原理。聲光調(diào)節(jié)是利用各向異性晶體在聲光互作用下的反常布拉格衍射效應(yīng)制成可 調(diào)系統(tǒng)，雖然具有結(jié)構(gòu)緊湊，響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，但是價(jià)格昂貴、裝配精度要求高、通光口徑 小等不足。利用晶體的電光效應(yīng)進(jìn)行電光調(diào)節(jié)的濾光器件工作過程要求施加高電壓，限制 了其應(yīng)用范圍。機(jī)械調(diào)節(jié)方式是通過改變系統(tǒng)中器件的物理參數(shù)如厚度、夾角等，達(dá)到調(diào)節(jié) 濾光系統(tǒng)光譜特性的目的，主要缺點(diǎn)是響應(yīng)速度慢、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、耗能，如中國發(fā)明專利“相對(duì) 位置可獨(dú)立調(diào)整的通道通帶濾光片”(專利申請(qǐng)?zhí)?00410067052. 7)，與傳統(tǒng)的窄帶濾光片 和帶通濾光片不同，該專利采用了基于Fabry-Perot標(biāo)準(zhǔn)具的對(duì)稱結(jié)構(gòu)，通過改變?yōu)V光片 幾個(gè)中間層的厚度來實(shí)現(xiàn)對(duì)濾光片的調(diào)節(jié)，并且通道的調(diào)節(jié)是獨(dú)立的，調(diào)節(jié)一個(gè)通道不會(huì) 改變另一個(gè)通道的位置，具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)點(diǎn)，但是在該專利中對(duì)濾光片幾個(gè)中間層厚度調(diào)節(jié) 的過程是非常復(fù)雜的，而且響應(yīng)速度慢，耗能。
發(fā)明內(nèi)容發(fā)明目的為克服可調(diào)濾光片響應(yīng)速度慢、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不利于小型集成、耗能等缺 點(diǎn)，本實(shí)用新型提供了一種結(jié)構(gòu)簡單，具有高的峰值反射率和窄帶光譜，通過調(diào)節(jié)外加電壓 改變?nèi)∠蚓酆衔锓稚⒁壕Р牧蠈诱凵渎蕘碚{(diào)節(jié)波長的窄帶通可調(diào)濾光片。本實(shí)用新型所述 的可調(diào)導(dǎo)模共振濾光片是基于取向聚合物分散液晶材料和導(dǎo)模共振結(jié)構(gòu)而設(shè)計(jì)的一種全 新的可調(diào)導(dǎo)模共振濾光片，具有結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)施方便、峰值反射率高、波長調(diào)節(jié)范圍寬、窄帶 光譜、調(diào)節(jié)波長快速、利于小型集成等特點(diǎn)。技術(shù)方案一種窄帶通可調(diào)導(dǎo)模共振濾光片，它包括基底層，位于基底層上的半導(dǎo) 體透明導(dǎo)電膜氧化銦錫ITO薄膜，光柵層和取向PDLC層，基底層材料選用玻璃，入射媒質(zhì) 為空氣，ITO薄膜采用電子束蒸發(fā)，光柵層高、低折射率材料分別為光刻膠和取向PDLC材 料，其特征在于將具有電控折變特性的取向聚合物分散液晶(Polymer Dispersed Liquid Crystal =PDLC)材料應(yīng)用到導(dǎo)模共振濾光片中實(shí)現(xiàn)可調(diào)濾光片，通過外加控制電壓調(diào)節(jié)濾 光片中取向PDLC材料的折射率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)可調(diào)導(dǎo)模共振濾光片共振波長的調(diào)控。通過計(jì) 算機(jī)優(yōu)化，合理選取各層膜的厚度，并在兩透明電極ITO層上接上控制電壓，調(diào)節(jié)控制電壓 即可實(shí)現(xiàn)對(duì)可導(dǎo)模共振濾光片共振波長的調(diào)節(jié)。本實(shí)用新型中取向PDLC是預(yù)聚混合物在 取向電場作用下受光照發(fā)生光致聚合相分離固化后形成的材料，因?yàn)樵谥苽銹DLC膜層時(shí) 有取向電場存在，所以在無驅(qū)動(dòng)電壓控制時(shí)液晶指向矢也是平行膜層表面有序排列的，這樣就最大程度地利用了液晶的折射率各向異性，增大了 PDLC材料的折射率調(diào)控深度，使可調(diào)導(dǎo)模共振濾光片有較大的共振波長調(diào)節(jié)范圍。所述的一種基于取向聚合物分散液晶材料的可調(diào)導(dǎo)模共振濾光片，其特征在于所述的取向PDLC是PDLC預(yù)聚混合物在平行于光柵層表面的取向電場作用下受光照發(fā)生光 致聚合相分離固化后形成的材料，由于取向電場的存在，固化后在沒有電場的情況下取向 PDLC中液晶指向矢是平行于光柵層表面有序排列的。所述的可調(diào)導(dǎo)模共振濾光片最大程度地利用了液晶的折射率各向異性，增大了PDLC材料的折射率調(diào)控深度，從而增大了可調(diào)導(dǎo)模共振濾光片共振波長的調(diào)節(jié)范圍。所述的可調(diào)導(dǎo)模共振濾光片結(jié)構(gòu)中光柵層的低折射率區(qū)為取向聚合物分散液晶材料。所述的取向PDLC層上下形成透明導(dǎo)電膜氧化銦錫層(ITO)，能施加電壓使取向聚合物分散液晶材料產(chǎn)生電控折變效應(yīng)。所述的可調(diào)導(dǎo)模共振濾光片結(jié)構(gòu)中ITO層不僅作為對(duì)取向PDLC施加電壓的電極層，而且還作為導(dǎo)模共振濾光片的波導(dǎo)層。所述的可調(diào)導(dǎo)模共振濾光片結(jié)構(gòu)中取向聚合物分散液晶材料的折射率被用來調(diào)節(jié)波長。所述的取向聚合物分散液晶材料的折射率是由外加電壓來調(diào)節(jié)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是利用取向聚合物分散液晶材 料的電控折變特性和導(dǎo)模共振濾光片相結(jié)合制成的一種可調(diào)窄帶通濾光片，其結(jié)構(gòu)簡單， 具有高峰值反射率、寬共振波長調(diào)節(jié)范圍、窄帶光譜、調(diào)節(jié)共振波長快速及利于小型集成等 優(yōu)點(diǎn)，在光學(xué)儀器、光學(xué)探測、光學(xué)測量及生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有應(yīng)用前景。

圖1是基于取向聚合物分散液晶材料的可調(diào)導(dǎo)模共振濾光片結(jié)構(gòu)示意圖，圖中從 下到上依次為1是玻璃基底層、2是氧化銦錫(ITO)膜層2、3是光柵高折射率的光刻膠、4 是光柵低折射的取向PDLC，5是取向PDLC膜層、6是氧化銦錫(ITO)膜層、7是入射媒質(zhì)；圖2是為實(shí)用新型的空氣中0°入射角，TE偏振入射，不同控制電壓對(duì)應(yīng)不同取 向PDLC折射率時(shí)的可調(diào)導(dǎo)模共振濾光片的反射光譜特性曲線，圖中分別示出了折射率為 1. 5026、1. 5530及1. 6034時(shí)濾光片的反射光譜特性曲線。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型加以詳細(xì)說明，以下實(shí)施例是對(duì)本實(shí)用新型 的解釋，是本實(shí)用新型的比較好的應(yīng)用形式，而本實(shí)用新型并不局限于以下實(shí)施例。一種基于取向聚合物分散液晶材料的可調(diào)導(dǎo)模共振濾光片，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1 所示。所選用材料為取向PDLC，IT0，Si02，它包括石英基底層1、ΙΤ0導(dǎo)電電極層2、光柵層、 取向PDLC層5、ΙΤ0導(dǎo)電電極層6以及入射媒質(zhì)層7，入射媒質(zhì)層為空氣；具體參數(shù)是光柵 周期460nm，占空比0. 5，光柵槽深270nm，光柵高低折射率材料分別是光刻膠和取向PDLC， 對(duì)應(yīng)折射率分別為nH和nL, nH值為1. 7，nL值介于1. 5026到1. 6034之間，隨外加電壓的 改變而改變(取向PDLC折射率隨電壓不同而改變)，ITO不僅作為電極層而且作為波導(dǎo)層，折射率nl為2. 0，取向PDLC層厚度d3為325nm，折射率n3介于1. 5026到1. 6034之間，隨外加電壓的改變而改變(取向PDLC折射率隨電壓不同而改變)，具體步驟如下1.用電子蒸發(fā)法在石英基底層1上鍍上一層厚度dl為ieOnm的透明導(dǎo)電膜ITO 層2 ；2.用旋涂法在ITO層2上鍍上一層厚度d2為270nm的光刻膠并烘干；3.在光刻膠上用光刻技術(shù)將光柵層中用來填充取向PDLC材料的區(qū)域的光刻膠除 去，以便在此區(qū)域中填充PDLC預(yù)聚材料制作光柵層；4.采用旋涂法在光柵層上涂覆PDLC預(yù)聚材料，此涂覆過程不但將光柵層低折射 區(qū)域的PDLC預(yù)聚材料填充好，而且在光柵層表面上也形成一層PDLC預(yù)聚材料；5.將涂覆好的預(yù)聚材料(包括光柵層的PDLC預(yù)聚材料和取向PDLC層5的預(yù)聚材 料)置于方向平行于光柵層表面的電場當(dāng)中，同時(shí)用Ar+激光器514nm的光波照射，使預(yù)聚 材料發(fā)生光致聚合相分離形成取向PDLC材料，這樣取向PDLC層5和光柵層就制做好了，取 向PDLC層5厚度d3為325nm ；6.在取向PDLC層5上鍍上一層ITO層6，厚度dl為160nm。這樣得到如圖1所示的可調(diào)導(dǎo)模共振濾光片。通過透明電極ITO層對(duì)可調(diào)導(dǎo)模共振濾光片結(jié)構(gòu)中的取向PDLC施加驅(qū)動(dòng)控制電 壓，可以改變?nèi)∠騊DLC材料的折射率，從而改變?yōu)V光片的共振波長，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)模共振濾光片 共振波長的可調(diào)性。圖2為光波以0°入射角，TE偏振入射，不同電壓對(duì)應(yīng)不同取向PDLC 折射率時(shí)可調(diào)濾光片的反射光譜特性曲線。本實(shí)用新型成功實(shí)現(xiàn)了一種基于取向聚合物分 散液晶材料特性的可調(diào)導(dǎo)模共振濾光片。基于取向聚合物分散液晶材料的可調(diào)導(dǎo)模共振濾光片，它包括基底層，位于基底 層上的半導(dǎo)體透明導(dǎo)電膜氧化銦錫ITO層，光柵層和取向PDLC層疊加構(gòu)成，濾光片由半導(dǎo) 體透明導(dǎo)電膜ITO層，光柵層和取向PDLC層多層膜組成?；撞牧峡梢赃x用玻璃，入射媒 質(zhì)為空氣，ITO薄膜采用電子束蒸發(fā)。光柵層高低折射率材料分別為光刻膠和取向PDLC 材料。通過計(jì)算機(jī)優(yōu)化，合理選取各層膜的厚度，并在兩透明電極ITO層上接上控制電壓， 調(diào)節(jié)控制電壓即可實(shí)現(xiàn)對(duì)可導(dǎo)模共振濾光片共振波長的調(diào)節(jié)。本實(shí)用新型中取向PDLC是 預(yù)聚混合物在取向電場作用下受光照發(fā)生光致聚合相分離固化后形成的材料，因?yàn)樵谥苽?PDLC膜層時(shí)有取向電場存在，所以在無驅(qū)動(dòng)電壓控制時(shí)液晶指向矢也是平行膜層表面有序 排列的，這樣就最大程度地利用了液晶的折射率各向異性，增大了 PDLC材料的折射率調(diào)控 深度，使窄帶通可調(diào)濾光片有較大的共振波長調(diào)節(jié)范圍。所述的一種基于取向聚合物分散液晶材料的可調(diào)導(dǎo)模共振濾光片，其特征在于 所述的取向PDLC是PDLC預(yù)聚混合物在平行于光柵層表面的取向電場作用下受光照發(fā)生光 致聚合相分離固化后形成的材料，由于取向電場的存在，固化后在沒有電場的情況下取向 PDLC中液晶指向矢是平行于光柵層表面有序排列的。所述的可調(diào)導(dǎo)模共振濾光片最大程度地利用了液晶的折射率各向異性，增大了 PDLC材料的折射率調(diào)控深度，從而增大了可調(diào)導(dǎo)模共振濾光片共振波長的調(diào)節(jié)范圍。所述的可調(diào)導(dǎo)模共振濾光片結(jié)構(gòu)中光柵層的低折射率區(qū)為取向聚合物分散液晶 材料。所述的取向PDLC層上下形成透明導(dǎo)電膜氧化銦錫層(ITO)，能施加電壓使取向聚合物分散液晶材料產(chǎn)生電控折變效應(yīng)。所述的可調(diào)導(dǎo)模共振濾光片結(jié)構(gòu)中ITO層不僅作為對(duì)取向PDLC施加電壓的電極 層，而且還作為導(dǎo)模共振濾光片的波導(dǎo)層。所述的可調(diào)導(dǎo)模共振濾光片結(jié)構(gòu)中取向聚合 物分散液晶材料的折射率被用來調(diào) 節(jié)波長。所述的取向聚合物分散液晶材料的折射率是由外加電壓來調(diào)節(jié)。
權(quán)利要求一種窄帶通可調(diào)導(dǎo)模共振濾光片，它包括基底層，位于基底層上的半導(dǎo)體透明導(dǎo)電膜氧化銦錫ITO薄膜，光柵層和取向PDLC層，基底層材料選用玻璃，入射媒質(zhì)為空氣，ITO薄膜采用電子束蒸發(fā)，光柵層高、低折射率材料分別為光刻膠和取向PDLC材料，其特征在于將具有電控折變特性的取向聚合物分散液晶(Polymer Dispersed Liquid CrystalPDLC)材料應(yīng)用到導(dǎo)模共振濾光片中實(shí)現(xiàn)可調(diào)濾光片，通過外加控制電壓調(diào)節(jié)濾光片中取向PDLC材料的折射率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)可調(diào)導(dǎo)模共振濾光片共振波長的調(diào)控。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種窄帶通可調(diào)導(dǎo)模共振濾光片，其特征在于所述的取向 PDLC是PDLC預(yù)聚混合物在平行于光柵層表面的取向電場作用下受光照發(fā)生光致聚合相分 離固化后形成的材料，由于取向電場的存在，固化后在沒有電場的情況下取向PDLC中液晶 指向矢是平行于光柵層表面有序排列的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種窄帶通可調(diào)導(dǎo)模共振濾光片，其特征在于所述的可調(diào) 導(dǎo)模共振濾光片結(jié)構(gòu)中光柵層的低折射率區(qū)為取向聚合物分散液晶材料。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于取向聚合物分散液晶材料制作可調(diào)導(dǎo)模共振濾光片的方法，將具有電控折變特性的取向聚合物分散液晶(Polymer Dispersed Liquid CrystalPDLC)材料應(yīng)用到導(dǎo)模共振濾光片中實(shí)現(xiàn)可調(diào)濾光片，通過調(diào)節(jié)外加電壓改變?nèi)∠騊DLC材料折射率，從而達(dá)到調(diào)節(jié)濾光片共振波長的目的。由于光致固化相分離過程中取向電場的作用，取向PDLC材料中液晶指向矢平行于濾光片膜層表面有序排列，這樣可最大程度地利用了液晶的折射率各向異性，增大PDLC材料的折射率調(diào)控深度，故該可調(diào)導(dǎo)模共振濾光片可實(shí)現(xiàn)較大的共振波長調(diào)節(jié)范圍。本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)施方便、峰值反射率高、波長調(diào)節(jié)范圍寬、窄帶光譜、調(diào)節(jié)波長快速、利于小型集成等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用在光學(xué)儀器、光學(xué)探測、光學(xué)測量及生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G02F1/133GK201556006SQ20092018926
公開日2010年8月18日 申請(qǐng)日期2009年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月22日
發(fā)明者吳軍, 徐中輝, 方旺盛, 王 琦, 肖慶生, 邱鑫, 鐘陽萬 申請(qǐng)人:江西理工大學(xué)