[发明专利]一种制备中空透射型法布里-珀罗腔滤波器的方法

说明书

技术领域

本发明属于聚合物薄膜器件技术领域，特别涉及利用表面能改性制备中空透射型法布里-珀罗腔(F-P)滤波器的方法。

背景技术

为满足现代光通讯、光信息处理等应用领域的需要，光电子器件正朝着小型化、集成化的方向发展。国外几家公司已经推出了基于液晶电光效应的可调谐滤波器，但由于响应速度慢、温度依赖性强和本身流动的液晶介质状态，使其光谱调谐范围窄，实际应用十分有限。而无机材料铌酸锂因其电光效应很小，达不到实际应用的要求。

聚合物材料是继无机材料和有机小分子之后，被开发应用于光电领域的新兴材料，具有响应速度快、透过波段宽、制备简单、成本低廉，易于集成等不可比拟的优点。在材料的合成和器件的制备方面，聚合物不仅种类多，易于分子设计还可以通过各种途径成膜，有很好的化学、力学性质和热稳定性。因此，聚合物薄膜材料以其在加工、成膜、分子设计方面的优越性，以及可以实现无基板且具有一定柔性，令其成为信息产业中非常有前途的功能材料。

法布里-珀罗(F-P)腔型滤光器由两个彼此平行的高反射镜构成，反射镜之间保持一定间隔。当光线入射FP腔后，在两反射镜之间多次反射形成多光束干涉现象。通过调节两镜面间的光学距离，特定波长的光被选择通过腔体，而其他波段的光则被阻断。可调谐法布里-珀罗腔(F-P)滤波器的工作原理是通过电场作用改变F-P腔的光程差nd(折射率和物理厚度的乘积)，来实现波长调谐的目的。非线性电光聚合物薄膜在电场作用下，折射率发生改变；而压电聚合物薄膜具有电致伸缩作用，在电场作用下产生应变。前者具有工作电压低、调制效果与场强成线性关系、响应速度快等优点，但同时也存在调制范围有限和无法避免的插入损耗等问题。尤其是在当前近红外、中红外可调谐滤波器在军事和高空探测等领域的需求，令空气作为腔内介质的F-P腔滤波器的应用更为重要。任何靠改变折射率来调制的器件都不可能做成中空式；而压电材料在电场中厚度的改变却可以只改变F-P腔的腔长，而不充当腔内介质。(CN 1456923A；US 2002/0146567A1)

相对于无机压电材料，压电聚合物的电致伸缩性能显著得多[F.Xia，Z.Y.Cheng，H.S.Xu，H.F.Li，Q.M.Zhang，et al.Belfield.HighElectromechanical Responses in a Poly(vinylidenefluoride-trifluoroethylene-chlorofluoroethylene)Terpolymer，Adv.Mater.2002，14，21，1574-1577.]。目前研究最多，应用最广的是共聚物P(VDF-TrFE)、三元共聚物P(VDF-TrFE-CTFE)和P(VDF-TrFE-CFE)，有报道此类聚合物薄膜在电场方向的应变最大可达到8％。

无论介质高反膜和薄膜电极都是通过真空镀膜法制备，所以我们可以在工件架上配备掩膜，而掩膜根据所需要图形设计。而溶液法成膜是聚合物的一大优势，可以在降低制备成本的同时又有利于大面积成膜。聚合物成膜方式很多，普遍应用的为热压、浇铸、流涎和旋涂，前两种主要为毫米级以上的薄膜制备，而用于滤波器微米级以下的薄膜通过后两种方式。而流涎和旋涂成膜工艺来说，如果在衬底上有凹凸不平的图形，将对薄膜表面平整度影响极大。有报道基于PVDF类压电聚合物的中空式的F-P腔是通过溶液将中间部分擦去(D.-Y.Jeong，Y.H.Ye，and Q.M.Zhang.Electrical tunable Fabry-Perot interferometer using a poly(vinylidenefluoride-trifluoroethylene-chlorofluoroethylene)terpolymer，Appl.Phys.Lett.2004，85，21，4857-4859.)，或者通过反应离子刻蚀获得所需要图形。第一种方法由于擦拭过程中将使图形边缘薄膜损伤，不可能得到实际应用，而采用反应离子刻蚀的方法不但增加制备工艺，同时针对耐热性能相对较差的聚合物薄膜也增加了刻蚀难度，所以容易造成聚合物薄膜的损伤，降低压电性能。

发明内容

本发明提供一种工艺简单、不损伤聚合物薄膜层的制备中空透射型法布里-珀罗腔(F-P)滤波器的方法。

一种制备中空透射型法布里-珀罗腔滤波器的方法，包括如下步骤：

1)在下基板的上表面依次形成下介质高反膜层和中空的下薄膜电极层；