电调红外波谱成像探测方法与谱器件关键技术研究

摘要

本文提出了一种新颖的电调红外谱成像探测方法，所发展的核心性级联谱器件基于电控液晶Fabry-Perot（LC-FP）干涉滤波原理，使光波谱线图的波峰随控制信号电压幅度的改变产生平移；对比了LC-FP器件较微机械与微光电Fabry-Perot（MEMS-FP）结构所存在的优势。一般而言，MEMS-FP结构需要通过机械平移，等待光极板移动到固定位置后才能输出所选择的波谱成份并完成成像探测，而LC-FP器件只需调节其外加信号电压就可以达到快速改变谱线图的目的，并具有高的结构稳定性。
　　基于电场作用下液晶分子的指向矢会发生明显偏转这一原理，当改变施加在LC-FP两基板上的信号电压时，FP腔内的液晶材料的折射率将是可调变的。所发展的混合集成器件特点是：电调红外谱成像器件主要由两个LC-FP器件级联而成，且两个独立FP器件的腔深不同。当分别对两个器件加载信号电压时，级联器件的输出光波谱线图可以呈单峰或多峰形态。
　　LC-FP器件由注入在FP腔内的液晶和依次镀有电极材料与高反膜的两个极板组成。由于所发展的器件工作在红外波段，铝电极材料在红外波段的反射率较高，我们将电极与高反膜合二为一用铝代替。由于谱器件本身需要得到高透过率的波谱，我们选择硒化锌作为器件的衬底材料。
　　我们基于标准半导体制作工艺，在制作单片器件和级联器件时采用制作步骤略有差别的工艺方法，得到中红外电控LC-FP器件。基于所搭建的光学测试平台，在不同的信号电压下观察发现图像亮度随电压的变化，其明暗程度发生相应改变，图像边缘轮廓也由清晰向模糊转变。实验表明，电压信号对液晶材料的折射率起到了明显的控制作用，单片与级联器件在中红外波段呈现谱选择效能。
　　我们对器件技术也进行了较详细的讨论和分析，给出了器件各组成部分的主要参数，包括关键性的基片与电极的透过率，以及器件制作与测试过程中所遇到的一些难点技术问题，指出了谱器件仍存在的问题和进一步完善器件的可行方法。

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1绪论

1.1 引言

1.2 国内外电控液晶技术发展近况

1.3 本论文的主要研究工作

2器件设计原理、结构与仿真

2.1器件设计原理

2.2 单片电控液晶器件结构及仿真

2.3 级联器件结构和仿真

2.4 本章小结

3器件的制作及测试

3.1 单片器件的制作及测试

3.2 单片可寻址器件的制作与测试

3.3 级联器件的制作及测试

3.4 谱成像测试

3.5 小结

4电可调器件技术研究

4.1 器件的衬底及电极

4.2 器件定向层相关技术研究

4.3 器件的测试技术

4.4 小结

5总结与展望

5.1 本文总结

5.2 存在的问题与展望

致谢

参考文献

附录1 硕士期间发表的论文

附录2 仿真程序