一种光驱动柔性可调光栅及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种光驱动柔性可调光栅及其制备方法，包括中间为聚二甲基硅氧烷薄膜，两端为石墨烯/聚二甲基硅氧烷薄膜，两侧固定在夹具上，栅格间距可随第一808nm近红外激光器和第二808nm近红外激光器照射石墨烯/聚二甲基硅氧烷薄膜的光强大小、照射时间等变化的柔性可调光栅。本发明专利技术中的柔性可调光栅在近红外激光器照射下，可以连续调节石墨烯/聚二甲基硅氧烷薄膜的伸缩变形从而改变光栅的间距，改变柔性可调光栅的工作波长，实现实时、全光型驱动调谐。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于衍射光学元件
，特别涉及一种光驱动柔性可调光栅及其制备方法。
技术介绍
普通光栅由于半导体加工工艺的需要，多使用硅、二氧化硅或其它氧化物、氮化硅或其它氮化物等无机材料制作，制成后的光栅在一般工作条件下，其栅距是固定的，只工作于特定波长范围。由于光栅本身无法改变工作波长，当需要对不同的光进行选择时，需要更换不同的光栅。与普通光栅不同，可调光栅可以通过改变周期来选择不同波长的光或将某一波长的光偏转不同的角度，在微型光谱仪、扫描仪、光通信等领域应用广泛。目前可调光栅的基本调谐方式有：机械调谐、电流调谐和温度调谐。机械调谐是利用平移台等设备沿光栅栅线的方向移动，实现可调光栅的周期调谐过程，对设备的要求很高，系统体积较大，不易挪动；电流调谐主要通过静电梳齿或者薄膜压电驱动光栅，改变其光栅周期，从而达到改变衍射光束方向的目的，但运用静电力式或者压电式来驱动可调光栅，其衍射角扫动范围只能局限于毫弧度，光栅周期改变量仅为几个纳米，所需模拟电压非常大，不能满足实际需要。温度调谐则主要通过电加热方法改变光栅材料的温度，当电源接通或切断时，光栅温度改变，光栅周期变化，但该方法中仍有电流或电压的输入，存在电路短路、放电等安全隐患，并不适用于易燃易爆气体的光谱监测。
技术实现思路
为了克服上述现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种光驱动柔性可调光栅及其制备方法，该可调光栅结构设计合理、简单易制备，在近红外激光器照射下，可以连续调节石墨烯/聚二甲基硅氧烷薄膜的伸缩变形从而改变光栅的间距，改变柔性可调光栅的工作波长，实现实时、全光型驱动调谐。本专利技术是通过以下技术方案来实现：本专利技术公开了一种光驱动柔性可调光栅，由聚二甲基硅氧烷薄膜和设置在聚二甲基硅氧烷薄膜两端的石墨烯-聚二甲基硅氧烷薄膜组成；在近红外激光器照射下，该柔性可调光栅的石墨烯-聚二甲基硅氧烷薄膜能够发生伸缩变形改变栅格间距。近红外激光器通过照射石墨烯-聚二甲基硅氧烷薄膜使所述柔性可调光栅的栅格间距发生变化。石墨烯-聚二甲基硅氧烷薄膜的厚度为5～15μm；聚二甲基硅氧烷薄膜的厚度为5～15μm。在该柔性可调光栅底部设有用于固定栅格间距的光栅模板。本专利技术还公开了一种光驱动柔性可调光栅的制备方法，包括以下步骤：1)根据所需光栅的工作波长，制备一个用于固定栅格间距的光栅模板；2)将聚二甲基硅氧烷涂覆在光栅模板上，再将石墨烯-聚二甲基硅氧烷涂覆在聚二甲基硅氧烷两侧，获得厚度一致的液态有机物；3)对步骤2)得到的液态有机物进行真空干燥，直至其固化后，剥离形成与光栅模板的栅格间距一致的柔性可调光栅，该柔性可调光栅中间为聚二甲基硅氧烷，两端为石墨烯-聚二甲基硅氧烷。制得柔性可调光栅后，还包括将柔性可调光栅固定在夹具上并预拉伸至所需长度的操作步骤。所述夹具采用聚乙烯制成，柔性可调光栅的栅格结构与夹具预拉伸方向呈平行角度或正交角度。柔性可调光栅通过螺栓固定在夹具上。所用聚二甲基硅氧烷，是将主剂与固化剂按所需比例配合而成，主剂为聚酯预聚合物，固化剂为带乙烯基侧链的预聚物及带乙烯基侧链的交联剂。光栅模板由单晶硅、氧化硅、氮化硅、氧化铝或碳化硅制成。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术公开了一种光驱动柔性可调光栅，由聚二甲基硅氧烷薄膜和设置在聚二甲基硅氧烷薄膜两端的石墨烯-聚二甲基硅氧烷薄膜组成；该柔性可调光栅结构能够通过控制近红外激光器的光照强度和照射时间改变光栅工作波长，光栅周期变化范围大，实现实时地全光型驱动调谐。本专利技术还公开了上述光驱动柔性可调光栅的制备方法，通过利用光驱动石墨烯/聚二甲基硅氧烷变形原理和聚二甲基硅氧烷薄膜弹性，制作和驱动柔性可调光栅，可调光栅调谐操作简单、便携，该方法操作简单，生产成本低，无需电流或电压的输入，光栅周期变化范围大，实现光栅周期的实时地全光型驱动调谐。附图说明图1为本专利技术柔性可调光栅与光栅模板的结构示意图；图2为本专利技术涉及的柔性可调光栅结构示意图；图3为本专利技术柔性可调谐光栅光驱动调谐的结构示意图；其中，(a)为第一808nm近红外激光器关闭，第二808nm近红外激光器关闭的状态；(b)为第一808nm近红外激光器打开，第二808nm近红外激光器打开的状态。其中，1为光栅模板；2为柔性可调光栅；3为聚二甲基硅氧烷薄膜；4为石墨烯-聚二甲基硅氧烷薄膜；5为第一808nm近红外激光器；6为第二808nm近红外激光器；7为夹具；8为螺栓。具体实施方式下面结合具体的实施例对本专利技术做进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。参见图2，本专利技术公开的一种光驱动柔性可调光栅，由聚二甲基硅氧烷薄膜3和设置在聚二甲基硅氧烷薄膜3两端的石墨烯-聚二甲基硅氧烷薄膜4组成；在近红外激光器照射下，该柔性可调光栅2的石墨烯-聚二甲基硅氧烷薄膜能够发生伸缩变形改变栅格间距。近红外激光器通过照射石墨烯-聚二甲基硅氧烷薄膜使所述柔性可调光栅2的栅格间距发生变化。在该柔性可调光栅2底部设有用于固定栅格间距的光栅模板1，如图1所示。如图3中(a)和(b)所示，涉及的柔性可调光栅，包括第一808nm近红外激光器5，第二808nm近红外激光器6，柔性可调光栅2固定在柔性可调光栅2两侧的夹具7上，并通过螺栓8拧紧，柔性可调光栅2中间为聚二甲基硅氧烷薄膜3，两侧为石墨烯-聚二甲基硅氧烷薄膜4，第一808nm近红外激光器5和第二808nm近红外激光器6分别照射在柔性可调光栅2两侧的石墨烯-聚二甲基硅氧烷薄膜4上，栅格间距可随第一808nm近红外激光器5和第二808nm近红外激光器6发出的光强大小、照射时间等变化，在光驱动作用下，第一808nm近红外激光器5和第二808nm近红外激光器6发出的光将使石墨烯-聚二甲基硅氧烷4发生收缩变形，改变柔性可调光栅在一维方向上的栅格间距，从而改变其中心工作波长，实现对柔性可调光栅工作波长的调谐。本发明光栅的工作波长可以在线性性范围内通过控制第一808nm近红外激光器和第二808nm近红外激光器的光照强度和照射时间实时地根据需要向长波长或短波长方向调谐，调谐的波长具有连续性和实时性。本专利技术涉及的制备方法，具体如下：如图1和图2所示：首先制备一个固定栅格的光栅模板1，根据所需的光栅工作波长，选择相应的光栅间距d1，然后在光栅模板1上形成光栅，光栅栅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光驱动柔性可调光栅，其特征在于，由聚二甲基硅氧烷薄膜(3)和设置在聚二甲基硅氧烷薄膜(3)两端的石墨烯‑聚二甲基硅氧烷薄膜(4)组成；在近红外激光器照射下，该柔性可调光栅(2)的石墨烯‑聚二甲基硅氧烷薄膜能够发生伸缩变形改变栅格间距。

【技术特征摘要】
1.一种光驱动柔性可调光栅，其特征在于，由聚二甲基硅氧烷薄膜(3)
和设置在聚二甲基硅氧烷薄膜(3)两端的石墨烯-聚二甲基硅氧烷薄膜(4)
组成；在近红外激光器照射下，该柔性可调光栅(2)的石墨烯-聚二甲基硅氧
烷薄膜能够发生伸缩变形改变栅格间距。
2.根据权利要求1所述的光驱动柔性可调光栅，其特征在于，近红外激
光器通过照射石墨烯-聚二甲基硅氧烷薄膜使所述柔性可调光栅(2)的栅格间
距发生变化。
3.根据权利要求1所述的光驱动柔性可调光栅，其特征在于，石墨烯-聚
二甲基硅氧烷薄膜的厚度为5～15μm；聚二甲基硅氧烷薄膜的厚度为5～15μm。
4.一种光驱动柔性可调光栅的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)根据所需光栅的工作波长，制备一个具有固定栅格间距的光栅模板(1)；
2)将聚二甲基硅氧烷涂覆在光栅模板(1)上，再将石墨烯-聚二甲基硅
氧烷涂覆在聚二甲基硅氧烷两侧，获得厚度一致的液态有机物；
3)对步骤2)得到的液态有机物进行真空干燥，直至其固化后，剥离形成
与光栅模板(1)的栅格间距...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾书海，王飞，唐振华，汪永林，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61