一种基于聚合物分散液晶材料的可调谐窄带通滤光片

摘要

一种基于聚合物分散液晶材料的可调谐窄带通滤光片，利用聚合物分散液晶材料电控折变特性和导模共振滤光片相结合构成可调谐窄带通滤光片；导模共振滤光片是在基底层向上依次有半导体透明导电膜ITO层和光栅层，在光栅层上涂一层PDLC预聚材料，固化得到PDLC层，在PDLC层上镀一层ITO层，得到可调谐导模共振滤光片；利用PDLC层上下形成的透明导电膜氧化铟锡ITO层，对其施加电压以驱动聚合物分散液晶PDLC材料；ITO层不仅作为对PDLC施加电场的电极层，还作为导模共振滤光片的波导层；聚合物分散液晶PDLC材料的折射率被用来调谐波长；采用外加电压调谐。本发明结构简单，具有高的峰值反射率和窄带光谱。

说明书

技术领域

本发明为一种光学滤光片器件，具体涉及到利用聚合物分散液晶材料的电控折变特性的一种可调谐窄带滤光片，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

可调谐系统在许多光学系统中具有重要的作用，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。可调谐系统通常包括声光调谐、电光调谐、机械调谐三种滤光系统。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，达到调谐滤光系统光谱特性的目的，主要缺点是调谐响应速度慢，结构复杂。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的可调谐系统，虽然具有结构紧凑，调谐响应速度快的特点，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电光调节工作过程要求施加高电压，限制了其应用范围。在先技术中，还存在一种滤光系统，基于液晶电控双折射的宽光谱窄带可调滤光片(参见中国发明专利“基于液晶电控双折射的宽光谱窄带可调滤光片”，专利申请号：200810059070.9)，此方法将液晶盒与偏振片组合，在一光路中依次放置若干偏振片和液晶盒构成可调滤光片，其中通过电控液晶双折射达到可调的目的，具有相当的优点，但是仍然存在一些本质不足，主要是所获得的光谱的带宽较宽且有旁带；制作时要保证偏振片与波片光轴成45°角，液晶盒与光轴平行，实施过程困难。

发明内容

为克服在先技术的不足，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，通过调节外加电场改变聚合物分散液晶材料折射率来调谐波长的可调谐窄带通滤光片。本发明的可调谐窄带通滤光片，是基于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谐窄带通滤光片。

一种基于聚合物分散液晶材料的可调谐窄带通滤光片，其特征在于：利用聚合物分散液晶PDLC材料电控折变特性和导模共振滤光片结构相结合构成可调谐窄带通滤光片；

A.所述的导模共振滤光片结构具体如下：在基底层上向上依次有半导体透明导电膜ITO层和光栅层，在光栅层上涂一层PDLC预聚材料，固化得到PDLC层，在PDLC层上镀一层ITO层，得到可调谐导模共振滤光片；

B.利用PDLC层上下形成的透明导电膜氧化铟锡(ITO)层，对其施加电压以驱动聚合物分散液晶PDLC材料；

C.所述的导模共振滤光片结构中ITO层不仅作为对PDLC施加电场的电极层，而且还作为导模共振滤光片的波导层；

D.所述的导模共振滤光片结构中的聚合物分散液晶PDLC材料的折射率被用来调谐波长；

E.所述的聚合物分散液晶PDLC材料的折射率是由外加电压来调谐。

所述的导模共振滤光片结构中的光栅层设置有高折射率区和低折射率区，高、低折射率材料分别为光刻胶和PDLC。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：利用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谐窄带滤光片，结构简单，具有高的峰值反射率和窄带光谱，快速调谐波长，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

图1是基于聚合物分散液晶材料的可调谐窄带通滤光片结构示意图；

图2是为发明的空气中0°入射角，TE偏振入射，不同电压时对应不同PDLC折射率时的可调谐滤光片的反射光谱特性曲线。

1、基底层，2、ITO膜层，3、光栅高折射率的光刻胶，4、光栅低折射的PDLC，5、PDLC膜层，6、ITO膜层。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明加以详细说明，以下实施例是对本发明的解释，是本发明的比较好的应用形式，而本发明并不局限于以下实施例。

一种基于聚合物分散液晶材料的可调谐窄带通滤光片，其结构示意图如图1所示。它包括基底层1，入射媒质7为空气；具体参数是：光栅周期460nm，占空比0.5，光栅槽深270nm，光栅高低折射率材料分别是光刻胶和PDLC，对应折射率分别为1.7和1.511/1.586(PDLC折射率随电压不同而改变)，ITO不仅作为电极层而且作为波导层，折射率为2.0。具体步骤如下：

1.用电子蒸发法在基底层1上镀上一层厚度为160nm的ITO层2。

2.用旋涂法在ITO层2上镀上一层厚度为270nm的光刻胶3并烘干。

3.在ITO层2上用光刻技术制作高低折射率材料为光刻胶和PDLC材料的光栅。

4.在光栅层上旋涂一层PDLC预聚材料，PDLC预聚材料在氩离子激光器照射下很快可以固化得到PDLC层5，厚度为325nm。

5.在PDLC层5上镀上一层ITO层6，厚度为160nm。

这样得到如图1所示的可调谐导模共振滤光片。

通过透明电极ITO层对可调谐导模共振滤光片结构中的PDLC施加不同的电压，可以改变PDLC的折射率，从而改变滤光片的波长达到可调谐滤光片的功能。图2是为发明的空气中0°入射角，TE偏振入射，不同电压时对应不同PDLC折射率时的可调谐滤光片的反射光谱特性曲线。本发明成功实现了一种基于聚合物分散液晶材料特性的可调谐窄带通滤光片。