專利名稱：：一種制備中空透射型法布里-珀羅腔濾波器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于聚合物薄膜器件
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及利用表面能改性制備中空透射型法布里-珀羅腔(F-P)濾波器的方法。
背景技術(shù)：
：為滿足現(xiàn)代光通訊、光信息處理等應(yīng)用領(lǐng)域的需要，光電子器件正朝著小型化、集成化的方向發(fā)展。國外幾家公司已經(jīng)推出了基于液晶電光效應(yīng)的可調(diào)諧濾波器，但由于響應(yīng)速度慢、溫度依賴性強(qiáng)和本身流動(dòng)的液晶介質(zhì)狀態(tài)，使其光譜調(diào)諧范圍窄，實(shí)際應(yīng)用十分有限。而無機(jī)材料鈮酸鋰因其電光效應(yīng)很小，達(dá)不到實(shí)際應(yīng)用的要求。聚合物材料是繼無機(jī)材料和有機(jī)小分子之后，被開發(fā)應(yīng)用于光電領(lǐng)域的新興材料，具有響應(yīng)速度快、透過波段寬、制備簡單、成本低廉，易于集成等不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。在材料的合成和器件的制備方面，聚合物不僅種類多，易于分子設(shè)計(jì)還可以通過各種途徑成膜，有很好的化學(xué)、力學(xué)性質(zhì)和熱穩(wěn)定性。因此，聚合物薄膜材料以其在加工、成膜、分子設(shè)計(jì)方面的優(yōu)越性，以及可以實(shí)現(xiàn)無基板且具有一定柔性，令其成為信息產(chǎn)業(yè)中非常有前途的功能材料。法布里-珀羅(F-P)腔型濾光器由兩個(gè)彼此平行的高反射鏡構(gòu)成，反射鏡之間保持一定間隔。當(dāng)光線入射FP腔后，在兩反射鏡之間多次反射形成多光束干涉現(xiàn)象。通過調(diào)節(jié)兩鏡面間的光學(xué)距離，特定波長的光被選擇通過腔體，而其他波段的光則被阻斷?？烧{(diào)諧法布里-珀羅腔(F-P)濾波器的工作原理是通過電場(chǎng)作用改變F-P腔的光程差nd(折射率和物理厚度的乘積)，來實(shí)現(xiàn)波長調(diào)諧的目的。非線性電光聚合物薄膜在電場(chǎng)作用下，折射率發(fā)生改變；而壓電聚合物薄膜具有電致伸縮作用，在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生應(yīng)變。前者具有工作電壓低、調(diào)制效果與場(chǎng)強(qiáng)成線性關(guān)系、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在調(diào)制范圍有限和無法避免的插入損耗等問題。尤其是在當(dāng)前近紅外、中紅外可調(diào)諧濾波器在軍事和高空探測(cè)等領(lǐng)域的需求，令空氣作為腔內(nèi)介質(zhì)的F-P腔濾波器的應(yīng)用更為重要。任何靠改變折射率來調(diào)制的器件都不可能做成中空式；而壓電材料在電場(chǎng)中厚度的改變卻可以只改變F-P腔的腔長，而不充當(dāng)腔內(nèi)介質(zhì)。(CN1456923A；US2002/0146567A1)相對(duì)于無機(jī)壓電材料，壓電聚合物的電致伸縮性能顯著得多[F.Xia,Z.Y.Cheng,H.S.Xu,H.F.Li,Q.Μ.Zhang,etal.Belfield.HighElectromechanicalResponsesinaPoly(vinylidenefluoride-trifluoroethylene-chlorofluoroethylene)Terpolymer,Adv.Mater.2002，14，21，1574-1577.]。目前研究最多，應(yīng)用最廣的是共聚物P(VDF-TrFE)、三元共聚物P(VDF-TrFE-CTFE)和P(VDF-TrFE-CFE)，有報(bào)道此類聚合物薄膜在電場(chǎng)方向的應(yīng)變最大可達(dá)到8%。無論介質(zhì)高反膜和薄膜電極都是通過真空鍍膜法制備，所以我們可以在工件架上配備掩膜，而掩膜根據(jù)所需要圖形設(shè)計(jì)。而溶液法成膜是聚合物的一大優(yōu)勢(shì)，可以在降低制備成本的同時(shí)又有利于大面積成膜。聚合物成膜方式很多，普遍應(yīng)用的為熱壓、澆鑄、流涎和旋涂，前兩種主要為毫米級(jí)以上的薄膜制備，而用于濾波器微米級(jí)以下的薄膜通過后兩種方式。而流涎和旋涂成膜工藝來說，如果在襯底上有凹凸不平的圖形，將對(duì)薄膜表面平整度影響極大。有報(bào)道基于PVDF類壓電聚合物的中空式的F-P腔是通過溶液將中間部分擦去(D.-Y.Jeong,Y.H.Ye,andQ.Μ.Zhang.ElectricaltunableFabry-Perotinterferometerusingapoly(vinylidenefluoride-trifluoroethylene-chlorofluoroethylene)terpolymer,App1.Phys.Lett.2004，85，21，4857-4859.),或者通過反應(yīng)離子刻蝕獲得所需要圖形。第一種方法由于擦拭過程中將使圖形邊緣薄膜損傷，不可能得到實(shí)際應(yīng)用，而采用反應(yīng)離子刻蝕的方法不但增加制備工藝，同時(shí)針對(duì)耐熱性能相對(duì)較差的聚合物薄膜也增加了刻蝕難度，所以容易造成聚合物薄膜的損傷，降低壓電性能。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種工藝簡單、不損傷聚合物薄膜層的制備中空透射型法布里_珀羅腔(F-P)濾波器的方法。一種制備中空透射型法布里_珀羅腔濾波器的方法，包括如下步驟1)在下基板的上表面依次形成下介質(zhì)高反膜層和中空的下薄膜電極層；所述的下介質(zhì)高反膜層和下薄膜電極層中至少一層的上表面經(jīng)過表面能改性，使下薄膜電極層的表面能高于下介質(zhì)高反膜層的表面能；2)將壓電聚合物選擇性地沉積在下薄膜電極層上，形成聚合物薄膜層；3)在聚合物薄膜層(101)上通過掩膜蒸鍍上薄膜電極層(102)，形成中空透射型法布里_珀羅腔濾波器下半部分；4)在上基板(107)上蒸鍍上介質(zhì)高反膜層(106)，形成中空透射型法布里-珀羅腔濾波器上半部分；5)將中空透射型法布里-珀羅腔濾波器下半部分的上薄膜電極層(102)與中空透射型法布里_珀羅腔濾波器上半部分的上介質(zhì)高反膜層(106)對(duì)準(zhǔn)、壓緊，并在薄膜電極層(102)與上介質(zhì)高反膜層(106)接觸面的外邊緣通過紫外曝光膠固定，形成中空透射型法布里_珀羅腔濾波器。其中步驟1)可以是如下的技術(shù)方案在下基板上蒸鍍形成下介質(zhì)高反膜層，對(duì)所述的下介質(zhì)高反膜層進(jìn)行表面能改性(降低下介質(zhì)高反膜層上表面的表面能)，在表面能改性后的下介質(zhì)高反膜層上蒸鍍形成下薄膜電極層。在表面能改性后的下介質(zhì)高反膜層上蒸鍍形成下薄膜電極層是通過掩膜板的遮掩來區(qū)分是否是需要形成薄膜電極層的圖形區(qū)域的。步驟1)也可以是如下的技術(shù)方案在下基板上蒸鍍依次形成下介質(zhì)高反膜層、下薄膜電極層，對(duì)所述的下薄膜電極層進(jìn)行表面能改性(增加薄膜電極層上表面的表面能)。在下介質(zhì)高反膜層上蒸鍍形成下薄膜電極層是通過掩膜板的遮掩來區(qū)分是否是需要形成薄膜電極層的圖形區(qū)域的。步驟1)還可以是如下的技術(shù)方案在下基板上蒸鍍形成下介質(zhì)高反膜層，對(duì)所述的下介質(zhì)高反膜層進(jìn)行表面能改性(降低下介質(zhì)高反膜層上表面的表面能)，在表面能改性后的下介質(zhì)高反膜層上蒸鍍形成下薄膜電極層，對(duì)所述的薄膜電極層進(jìn)行表面能改性(增加下薄膜電極層上表面的表面能)。在表面能改性后的下介質(zhì)高反膜層上蒸鍍形成下薄膜電極層是通過掩膜板的遮掩來區(qū)分是否是需要形成薄膜電極層的圖形區(qū)域的。所述的表面能改性的方法包括氧等離子體轟擊、溶劑處理、表面化學(xué)接枝、不同表面能物質(zhì)滲透等方法。步驟2)中將壓電聚合物選擇性地沉積在下薄膜電極層上是通過旋涂或流涎的方法。步驟3)在聚合物薄膜層上蒸渡形成上薄膜電極層，也通過掩膜板的遮掩來區(qū)分是否是需要形成上薄膜電極層的圖形區(qū)域的。所述的真空鍍膜技術(shù)包括熱蒸發(fā)、電子束蒸發(fā)、磁控濺射、離子輔助沉積等等。所述的壓電聚合物主要為聚偏氟乙烯(PVDF)系列的壓電聚合物，包括PVDF均聚物；偏氟乙烯和其他氟代乙烯的共聚物如P(VDF-TrFE)；偏氟乙烯和其他兩種氟代乙烯的三元共聚物如P(VDF-TrFE-CTFE)、P(VDF-TrFE-CFE)、P(VDF-TrFE-HFE)、P(VDF-TrFE-CDFE)等。其中CTFE為三氟氯乙烯、CFE為氟氯乙烯、HFE為六氟丙烯、⑶FE為雙氟氯乙烯。本發(fā)明利用表面能改性制備中空透射型法布里_珀羅腔濾波器的方法，是通過對(duì)所述的下介質(zhì)高反膜層和下薄膜電極層中至少一層的上表面經(jīng)過表面能改性，使下薄膜電極層的表面能高于下介質(zhì)高反膜層的表面能，由于相對(duì)于無機(jī)化合物和金屬，壓電聚合物的表面能本來就比較小，PVDF類壓電聚合物一般具有20-30mN/m的臨界表面張力，而且壓電聚合物分子鏈上的氟原子越多，表面能就越低，因此壓電聚合物很難附著在低表面能襯底上，當(dāng)下薄膜電極層的表面能高于下介質(zhì)高反膜層的表面能到一定程度時(shí)，壓電聚合物就會(huì)附著在下薄膜電極層的上表面而不附著在下介質(zhì)高反膜層的上表面，這樣在制備聚合物薄膜層的同時(shí)，就形成所需要的內(nèi)腔圖形。利用壓電聚合物這種特性，可制備中空透射型法布里_珀羅腔(F-P)濾波器，本方法工藝簡單易行，不損傷聚合物薄膜層，能較好地保證聚合物薄膜層的壓電特性。圖1為本發(fā)明所制備的F-P濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施例方式實(shí)施例1在一塊具有光學(xué)質(zhì)量的下基板105上，根據(jù)中心波長及反射率的要求，利用電子腔蒸鍍下介質(zhì)高反膜層104，在本例中下介質(zhì)高反膜層104選用折射率為2.18的TiO2和折射率為1.45的SiO2,結(jié)構(gòu)為(HL)~4，最外層薄膜為Si02。下薄膜電極層103在本實(shí)施例中選擇Al，SiO2的表面能和Al的表面能相近。在蒸鍍Al形成下薄膜電極層103前，先對(duì)下介質(zhì)高反膜層104進(jìn)行表面能處理，在本實(shí)施例中，我們采用在下介質(zhì)高反膜層104上預(yù)先涂布低表面能聚合物薄膜(其表面能一般要低于用于形成聚合物薄膜101的壓電聚合物的表面能，這樣在形成聚合物薄膜101時(shí)的選擇性沉積的效果會(huì)比較好)。在本實(shí)施例中，我們涂布聚二甲基硅氧烷(PDMS)，在80°C加熱2小時(shí)使其固化，厚度要大于100μm使其易于剝落。冷卻后小心剝下來，由于聚二甲基硅氧烷薄膜特性，會(huì)整塊剝落，但界面處，聚二甲基硅氧烷及單體會(huì)一定程度滲透到下介質(zhì)高反膜層104的表層。這種由分子熱運(yùn)動(dòng)帶來的滲透極薄，對(duì)下介質(zhì)高反膜層104的光學(xué)性能沒有任何影響，但可以顯著地改變下介質(zhì)高反膜層104的表面能。由于固體表面能的大小可通過特定溶液的接觸角定量加以比較，接觸角越大，固體表面能越小。金屬和無機(jī)介質(zhì)的表面能要高于有機(jī)聚合物材料。本實(shí)施例中各薄膜的去離子水接觸角數(shù)據(jù)見下表<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>通過上海梭倫信息科技有限公司研制的SL2008接觸角儀測(cè)量，改性前的下介質(zhì)高反膜層104的去離子水接觸角為80°，表面能改性后的下介質(zhì)高反膜層的去離子水接觸角增大到98°，表面能顯著降低，低于下薄膜電極層103(去離子水的接觸角為90°)的表面能。由于表面能越高，越容易被表面上的液體所潤濕，也就越容易被附著。因此，旋涂PVDF類壓電聚合物形成聚合物薄膜層101時(shí)，壓電聚合物會(huì)選擇性沉積在下薄膜電極層103上。聚合物薄膜101完美地復(fù)制了下薄膜電極層103的圖形，形成中空式的腔體。在聚合物薄膜層101上通過掩膜蒸鍍上薄膜電極層102，在上基板107上蒸鍍上介質(zhì)高反膜層106，上基板107的材料和下基板105相同，厚度要薄一些，上介質(zhì)高反膜層106的膜系與下介質(zhì)高反膜層104完全一致。將上薄膜電極層102與上介質(zhì)高反膜層106對(duì)準(zhǔn)、壓緊，并在薄膜電極層102與上介質(zhì)高反膜層106接觸面的外邊緣通過紫外曝光膠固定，形成中空透射型法布里-珀羅腔濾波器。實(shí)施例2在一塊具有光學(xué)質(zhì)量的下基板105上，根據(jù)中心波長及反射率的要求，利用電子腔蒸鍍下介質(zhì)高反膜層104，在本實(shí)施例中下介質(zhì)高反膜層104的最外層材料也為SiO2,下薄膜電極層103在本實(shí)施例中選擇ΙΤ0。下薄膜電極層103的制備是通過在下介質(zhì)高反膜層104上加掩膜板，利用磁控濺射真空鍍膜的，在鍍膜完畢，保留掩膜板，只對(duì)下薄膜電極層103進(jìn)行氧氣等離子體轟擊。處理的條件為23mPa氧氣流量為45ml/s，處理時(shí)間為10分鐘。氧氣等離子體轟擊可以有效降低ITO表面接觸角，改善表面上液體的潤濕性°參見(J.S.Kim,R.H.Friend,F.Cacialli.surfaceenergyandpolarityoftreatedindium-tin-oxideanodesforpolymerlight-emittingdiodesstudiedbycontact-anglemeasurements,J.Appl.Phys.，1999，86，2774-2778.)經(jīng)過處理后的下薄膜電極層103表面能高于下介質(zhì)高反膜層104，與實(shí)施例1相同，聚合物薄膜101選擇性地沉積在下薄膜電極層103上。在聚合物薄膜層101上通過掩膜蒸鍍上薄膜電極層102，在上基板107上蒸鍍上介質(zhì)高反膜層106，上基板107的材料和下基板105相同，厚度要薄一些，上介質(zhì)高反膜層106的膜系與下介質(zhì)高反膜層104完全一致。將上薄膜電極層102與上介質(zhì)高反膜層106對(duì)準(zhǔn)、壓緊，并在薄膜電極層102與上介質(zhì)高反膜層106接觸面的外邊緣通過紫外曝光膠固定，形成中空透射型法布里-珀羅腔濾波器。權(quán)利要求一種制備中空透射型法布里-珀羅腔濾波器的方法，其特征在于包括如下步驟1)在下基板(105)的上表面依次形成下介質(zhì)高反膜層(104)和中空的下薄膜電極層(103)；所述的下介質(zhì)高反膜層(104)和下薄膜電極層(103)中至少一層的上表面經(jīng)過表面能改性，使下薄膜電極層(103)的表面能高于下介質(zhì)高反膜層(104)的表面能；2)將壓電聚合物選擇性地沉積在下薄膜電極層(103)上，形成聚合物薄膜層(101)；3)在聚合物薄膜層(101)上通過掩膜蒸鍍上薄膜電極層(102)，形成中空透射型法布里-珀羅腔濾波器下半部分；4)在上基板(107)上蒸鍍上介質(zhì)高反膜層(106)，形成中空透射型法布里-珀羅腔濾波器上半部分；5)將中空透射型法布里-珀羅腔濾波器下半部分的上薄膜電極層(102)與中空透射型法布里-珀羅腔濾波器上半部分的上介質(zhì)高反膜層(106)對(duì)準(zhǔn)、壓緊，并在薄膜電極層(102)與上介質(zhì)高反膜層(106)接觸面的外邊緣通過紫外曝光膠固定，形成中空透射型法布里-珀羅腔濾波器。2.如權(quán)利要求1所述的制備中空透射型法布里_珀羅腔濾波器的方法，其特征在于步驟1)為在下基板(105)上蒸鍍形成下介質(zhì)高反膜層(104)，對(duì)所述的下介質(zhì)高反膜層(104)進(jìn)行表面能改性，在表面能改性后的下介質(zhì)高反膜層上蒸鍍形成下薄膜電極層(103)。3.如權(quán)利要求1所述的制備中空透射型法布里_珀羅腔濾波器的方法，其特征在于步驟1)為在下基板(105)上蒸渡依次形成下介質(zhì)高反膜層(104)、下薄膜電極層(103)，對(duì)所述的薄膜電極層(103)進(jìn)行表面能改性。4.如權(quán)利要求1所述的制備中空透射型法布里_珀羅腔濾波器的方法，其特征在于步驟1)為在下基板(105)上蒸鍍形成下介質(zhì)高反膜層(104)，對(duì)所述的下介質(zhì)高反膜層(104)進(jìn)行表面能改性，在表面能改性后的下介質(zhì)高反膜層(104)上蒸鍍形成下薄膜電極層(103)，對(duì)所述的下薄膜電極層(103)進(jìn)行表面能改性。5.如權(quán)利要求1所述的制備中空透射型法布里_珀羅腔濾波器的方法，其特征在于步驟2)中將壓電聚合物通過旋涂或流涎的方法選擇性地沉積在下薄膜電極層(103)上。全文摘要本發(fā)明公開了一種制備中空透射型法布里-珀羅腔濾波器的方法，包括如下步驟在下基板上依次形成下介質(zhì)高反膜層和中空的下薄膜電極層；下介質(zhì)高反膜層和下薄膜電極層中至少一層的上表面經(jīng)過表面能改性，使下薄膜電極層的表面能高于下介質(zhì)高反膜層的表面能；再將壓電聚合物選擇性地沉積在薄膜電極層上，形成聚合物薄膜層；在聚合物薄膜層上蒸鍍形成上薄膜電極層；在上薄膜電極層上依次覆蓋上介質(zhì)高反膜層和上基板。本發(fā)明利用壓電聚合物這種特性，可制備中空透射型法布里-珀羅腔(F-P)濾波器，制備聚合物薄膜層的同時(shí)，就形成所需要的內(nèi)腔圖形，方法工藝簡單易行，不損傷聚合物薄膜層，能較好地保證聚合物薄膜層的壓電特性。文檔編號(hào)G02F1/21GK101806961SQ20101010864公開日2010年8月18日申請(qǐng)日期2010年2月8日優(yōu)先權(quán)日2010年2月8日發(fā)明者劉旭,周可余,李國龍,甄紅宇申請(qǐng)人:浙江大學(xué)