一种光驱动柔性可调光栅及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于衍射光学元件技术领域，特别涉及一种光驱动柔性可调光栅及其制备方法。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
【发明内容】
[0005]为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明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。
[0006]本发明是通过以下技术方案来实现:
[0007]本发明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。
[0008]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。
[0009]石墨烯-聚二甲基硅氧烷薄膜的厚度为5?15μπι;聚二甲基硅氧烷薄膜的厚度为5?15μπι0
[0010]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。
[0011]本发明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:
[0012]I)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；
[0013]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；
[0014]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。
[0015]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。
[0016]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。
[0017]柔性可调光栅通过螺栓固定在夹具上。
[0018]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。
[0019]与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果:
[0020]本发明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。
[0021]本发明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】
[0022]图1为本发明柔性可调光栅与光栅模板的结构示意图；
[0023]图2为本发明涉及的柔性可调光栅结构示意图；
[0024]图3为本发明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。
[0025]其中，I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】
[0026]下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
[0027]参见图2，本发明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。
[0028]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I，如图1所示。
[0029]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 808n