新型聚合物薄膜可调谐红外滤波器的研究

作为成像光谱仪核心部分-色散分光元件，可调谐滤波器的研究一直是热点也是难点,尤其针对宇宙探测和军事制导的红外工作波段,大口径、高透过和宽调谐范围是最需要解决的问题。而本项目利用聚合物大面积成膜的优势；采用以空气为介质的中空透射型F-P腔结构,获得高透过率；基于铁电聚合物薄膜P(VDF-TrFE-CTFE)显著电致伸缩效应及游标卡尺型级联器件获得大的调谐范围。在我们前期工作中，基于薄膜的高应变，新型反射型F-P腔中对680 nm谐振波的调谐范围超过200 nm。在此基础上，通过分子设计、成膜条件和后处理工艺研究对不同配比聚合物的薄膜进行晶相调控，在器件中实现聚合物薄膜在电场中的大应变。针对3-5μm的中红外工作波段，利用多个F-P腔透射峰位置的相互匹配，实现全光谱范围内连续可调的窄带滤波。本项目着重于聚合物薄膜与传统光学薄膜的兼容性研究，为下一代的光谱检测提供理论依据和技术支持。

作为成像光谱仪核心部分—色散分光元件，可调谐滤波器的研究一直是热点也是难点,尤其针对宇宙探测和军事制导的红外工作波段,大口径、高透过和宽调谐范围是最需要解决的问题。本项目利用聚合物大面积成膜的优势；采用以空气为介质的中空透射型法布里-珀罗干涉仪(F-P)腔结构,获得高透过率；基于铁电聚合物薄膜P(VDF-TrFE-CTFE)显著电致伸缩效应及游标卡尺型级联器件获得大的调谐范围。在课题进行中，我们并不局限于铁电聚合物薄膜，我们同时尝试了其他可电致动功能薄膜， 其中有普遍用于机器人肌肉的聚丙烯酸脂薄膜。由于玻璃在红外波段有很大的吸收，而聚对苯二甲酸乙二酯（PET）在6微米µm以内具有较高的透过率，在PET上镀银电极，既可以作为高反镜又可以作为电极，驱动中间的功能层。利用1微米厚的聚丙烯酸脂做F-P腔的间隔层，薄膜制备中留出通光口，来降低材料的吸收而造成的损耗。聚丙烯酸脂薄膜在电场中表现为整个表面积全方位的形变，当夹在两个平行的高反镜中，形变会受到约束。但还表现为比其他功能薄膜较高的形变，在400 V/µm时，聚丙烯酸脂可以达到10 %厚度方向的应变，在2-6微米波长范围内，F-P腔谐振透过峰的位移达到200纳米。