Actively tunable optical filters based on chalcogenide phase-change materials (PCMs) are an emerging technology with applications across chemical spectroscopy and thermal imaging. The refractive index of an embedded PCM thin film is modulated through an amorphous-to-crystalline phase transition induced through thermal stimulus. Performance metrics include transmittance, passband center wavelength (CWL), and bandwidth; ideally monitored during operation (in situ) or after a set number of tuning cycles to validate real-time operation. Measuring these aforementioned metrics in real-time is challenging. Fourier-transform infrared (IR) spectroscopy provides the gold-standard for performance characterization yet is expensive and inflexible—incorporating the PCM tuning mechanism is not straightforward, hence in situ electro-optical measurements are challenging. In this work, we implement an open-source MATLAB®-controlled real-time performance characterization system consisting of an inexpensive linear variable filter (LVF) and mid-wave IR camera, capable of switching the PCM-based filters while simultaneously recording in situ filter performance metrics and spectral filtering profile. These metrics are calculated through pixel intensity measurements and displayed on a custom-developed graphical user interface in real-time. The CWL is determined through spatial position of intensity maxima along the LVF’s longitudinal axis. Furthermore, plans are detailed for a future experimental system that further reduces cost, is compact, and utilizes a near-IR camera.

中文翻译：

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使用线性可变滤波器和 IR 相机进行宽视场 MWIR 成像的相变可调滤波器的自动实时光谱表征

基于硫属化物相变材料 (PCM) 的主动可调滤光片是一项新兴技术，可应用于化学光谱和热成像。嵌入的 PCM 薄膜的折射率通过热刺激引起的非晶到晶相转变进行调制。性能指标包括透射率、通带中心波长 (CWL) 和带宽；理想情况下，在操作期间（原位）或经过一定数量的调谐循环后进行监控，以验证实时操作。实时测量上述这些指标具有挑战性。傅里叶变换红外 (IR) 光谱为性能表征提供了黄金标准，但价格昂贵且不灵活——结合 PCM 调谐机制并不简单，因此原位光电测量具有挑战性。在这项工作中，我们实现了一个开源的 MATLAB® 控制的实时性能表征系统，该系统由廉价的线性可变滤波器 (LVF) 和中波红外摄像机组成，能够切换基于 PCM 的滤波器，同时进行原位记录过滤器性能指标和频谱过滤配置文件。这些指标是通过像素强度测量计算出来的，并实时显示在定制开发的图形用户界面上。CWL 通过强度最大值沿 LVF 纵轴的空间位置确定。此外，还详细介绍了未来实验系统的计划，该系统进一步降低成本、结构紧凑并使用近红外相机。我们实施了一个开源 MATLAB® 控制的实时性能表征系统，该系统由廉价的线性可变滤波器 (LVF) 和中波红外摄像机组成，能够切换基于 PCM 的滤波器，同时记录原位滤波器性能指标和光谱滤波配置文件。这些指标是通过像素强度测量计算出来的，并实时显示在定制开发的图形用户界面上。CWL 通过强度最大值沿 LVF 纵轴的空间位置确定。此外，还详细介绍了未来实验系统的计划，该系统进一步降低成本、结构紧凑并使用近红外相机。我们实施了一个开源 MATLAB® 控制的实时性能表征系统，该系统由廉价的线性可变滤波器 (LVF) 和中波红外摄像机组成，能够切换基于 PCM 的滤波器，同时记录原位滤波器性能指标和光谱滤波配置文件。这些指标是通过像素强度测量计算出来的，并实时显示在定制开发的图形用户界面上。CWL 通过强度最大值沿 LVF 纵轴的空间位置确定。此外，还详细介绍了未来实验系统的计划，该系统进一步降低成本、结构紧凑并使用近红外相机。能够切换基于 PCM 的滤波器，同时记录原位滤波器性能指标和光谱滤波配置文件。这些指标是通过像素强度测量计算出来的，并实时显示在定制开发的图形用户界面上。CWL 通过强度最大值沿 LVF 纵轴的空间位置确定。此外，还详细介绍了未来实验系统的计划，该系统进一步降低成本、结构紧凑并使用近红外相机。能够切换基于 PCM 的滤波器，同时记录原位滤波器性能指标和光谱滤波配置文件。这些指标是通过像素强度测量计算出来的，并实时显示在定制开发的图形用户界面上。CWL 通过强度最大值沿 LVF 纵轴的空间位置确定。此外，还详细介绍了未来实验系统的计划，该系统进一步降低成本、结构紧凑并使用近红外相机。