[发明专利]一种基于取向聚合物分散液晶材料的可调导模共振滤光片

说明书

技术领域

本发明为一种光学滤光片器件，具体涉及到利用取向聚合物分散液晶(PolymerDispersed Liquid Crystal：PDLC)材料的电控折变特性的一种可调窄带滤光片，在光学仪器、光学探测、光学测量及生物医学等领域有应用前景。

背景技术

可调滤光器件在许多光学系统中起着重要作用，广泛存在于光学仪器、光学探测、光信息处理、光学测量及生物医学等领域，通常包括声光调节、电光调节、机械调节三种可调滤光原理。声光调节是利用各向异性晶体在声光互作用下的反常布拉格衍射效应制成可调系统，虽然具有结构紧凑，响应速度快的特点，但是价格昂贵、装配精度要求高、通光口径小等不足。利用晶体的电光效应进行电光调节的滤光器件工作过程要求施加高电压，限制了其应用范围。机械调节方式是通过改变系统中器件的物理参数如厚度、夹角等，达到调节滤光系统光谱特性的目的，主要缺点是响应速度慢、结构复杂、耗能，如中国发明专利“相对位置可独立调整的通道通带滤光片”(专利申请号：200410067052.7)，与传统的窄带滤光片和带通滤光片不同，该专利采用了基于Fabry-Perot标准具的对称结构，通过改变滤光片几个中间层的厚度来实现对滤光片的调节，并且通道的调节是独立的，调节一个通道不会改变另一个通道的位置，具有相当的优点，但是在该专利中对滤光片几个中间层厚度调节的过程是非常复杂的，而且响应速度慢，耗能。

发明内容

发明目的：为克服可调滤光片响应速度慢、结构复杂、不利于小型集成、耗能等缺点，本发明提供了一种结构简单，具有高的峰值反射率和窄带光谱，通过调节外加电压改变取向聚合物分散液晶材料层折射率来调节波长的窄带通可调滤光片。本发明所述的可调导模共振滤光片是基于取向聚合物分散液晶材料和导模共振结构而设计的一种全新的可调导模共振滤光片，具有结构简单、实施方便、峰值反射率高、波长调节范围宽、窄带光谱、调节波长快速、利于小型集成等特点。

技术方案：基于取向聚合物分散液晶材料的可调导模共振滤光片，它包括基底层，位于基底层上的半导体透明导电膜氧化铟锡ITO层，光栅层和取向PDLC层叠加构成，滤光片由半导体透明导电膜ITO层，光栅层和取向PDLC层多层膜组成。基底材料可以选用玻璃，入射媒质为空气，ITO薄膜采用电子束蒸发。光栅层高低折射率材料分别为光刻胶和取向PDLC材料。通过计算机优化，合理选取各层膜的厚度，并在两透明电极ITO层上接上控制电压，调节控制电压即可实现对可导模共振滤光片共振波长的调节。本发明中取向PDLC是预聚混合物在取向电场作用下受光照发生光致聚合相分离固化后形成的材料，因为在制备PDLC膜层时有取向电场存在，所以在无驱动电压控制时液晶指向矢也是平行膜层表面有序排列的，这样就最大程度地利用了液晶的折射率各向异性，增大了PDLC材料的折射率调控深度，使可调导模共振滤光片有较大的共振波长调节范围。

所述的一种基于取向聚合物分散液晶材料的可调导模共振滤光片，其特征在于：所述的取向PDLC是PDLC预聚混合物在平行于光栅层表面的取向电场作用下受光照发生光致聚合相分离固化后形成的材料，由于取向电场的存在，固化后在没有电场的情况下取向PDLC中液晶指向矢是平行于光栅层表面有序排列的。

所述的可调导模共振滤光片最大程度地利用了液晶的折射率各向异性，增大了PDLC材料的折射率调控深度，从而增大了可调导模共振滤光片共振波长的调节范围。

所述的可调导模共振滤光片结构中光栅层的低折射率区为取向聚合物分散液晶材料。

所述的取向PDLC层上下形成透明导电膜氧化铟锡层(ITO)，能施加电压使取向聚合物分散液晶材料产生电控折变效应。

所述的可调导模共振滤光片结构中ITO层不仅作为对取向PDLC施加电压的电极层，而且还作为导模共振滤光片的波导层。

所述的可调导模共振滤光片结构中取向聚合物分散液晶材料的折射率被用来调节波长。

所述的取向聚合物分散液晶材料的折射率是由外加电压来调节。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：利用取向聚合物分散液晶材料的电控折变特性和导模共振滤光片相结合制成的一种可调窄带通滤光片，其结构简单，具有高峰值反射率、宽共振波长调节范围、窄带光谱、调节共振波长快速及利于小型集成等优点，在光学仪器、光学探测、光学测量及生物医学等领域有应用前景。

附图说明