作为新一代的功能型材料,形状记忆聚合物能够通过多种驱动方式从临时形状回复到原始形状,具有良好的结构承载能力、回复变形能力、质量轻和成本低等优点,已被应用于从生物医学到航空航天等多个重要领域。近年来,形状记忆聚合物研究工作的广泛开展,极大地推动了智能变形结构的发展和一些关键器件结构的创新,如空间可展开结构、可变弯度机翼蒙皮结构和可调谐微纳光学器件等智能变形结构。但这些智能变形结构多集中于形状记忆聚合物宏观尺度的形状记忆回复特性研究。本文利用先进的光学传感技术对多尺度形状记忆聚合物固化制备过程及弯曲变形过程进行动态实时监测,得到其固化过程中材料内部温度及应变的变化历程,材料的热力学参数(玻璃化转变温度和热膨胀系数),形状记忆聚合物弯曲变形回复的实时状态和最终回复形状。根据研究结果与新兴的微纳加工技术研制具有表面微结构的形状记忆聚合物薄膜,通过测试和分析其形状记忆、光学和力学特性,将其应用于可调谐微光学薄膜器件的设计研制中,拓展了形状记忆聚合物在微光学等领域的应用范围,主要内容如下:首先,针对形状记忆聚合物材料在多种智能结构中的应用需求,利用光纤光栅作为传感单元对形状记忆聚合物材料在固化过程中的热力学性能进行了测试分析。根据光纤光栅的光谱变化情况对形状记忆聚合物样件的制备过程进行全程动态监测,分析树脂固化过程中的化学反应和流变行为。实验结果体现了树脂整个固化过程中的收缩反应、模量演变和粘弹特性等热力学性能的演变过程,同时获得了形状记忆聚合物材料的玻璃化转变温度及其固化后的热膨胀系数,为进一步研究形状记忆聚合物薄膜结构提供有效的材料性能支撑。其次,针对形状记忆聚合物在多种可展开变形结构的实际服役过程中弯曲变形特点,提出了展开变形过程中的弯曲变形假设。对于尺度相对较大的薄板结构,采用额外传感单元,基于传感器表面粘贴式和埋入式的应变传递理论,利用光纤光栅作为曲率角度传感器,通过以上两种形式对形状记忆聚合物薄板样件进行了大变形弯曲展开回复过程的监测研究。对于尺度相对较小的薄膜结构,将传感单元衍射光栅直接复刻于薄膜表面,利用薄膜弯曲变形时引起的光栅栅距的变化即衍射光斑的变化对其不同弯曲方向和弯曲角度实现了定性和定量的测量。弯曲变形监测结果可以得到形状记忆材料形状回复过程中的实时状态和最终回复形状,能够有效促进形状记忆聚合物薄膜在柔性弯曲可展开结构中的应用发展。此外,针对微光学领域对可调谐光学无源器件的需求,利用形状记忆聚合物表面微观结构的形状记忆特性,设计并研制了两种能够实现光学特性转换的薄膜结构。首先采用旋涂成膜或浇注成膜的工艺,制备了厚度可控的具有表面微结构的形状记忆聚合物薄膜样品,其薄膜表面初始状态精准复刻了硅基表面的微结构图案,可对透过光产生明显的衍射效应;其次采用纳米热压印技术,在预制备的光滑薄膜表面制备了具有微结构图案的薄膜样品,该薄膜表面初始状态为平滑表面,具有良好的光学透明度,临时固定态的表面具有微结构图案。同时采用多种性能测试手段对制备的薄膜表面微观形貌、静态力学性能、动态力学性能及其形状记忆特性进行系统研究与表征。最后,以表面为沟槽型微光栅结构的薄膜为研究对象,对其表面微结构的衍射光谱特性进行定性和定量分析,得出了薄膜透射衍射光的方向及强度的变化情况和薄膜表面微结构在热激励下的主动压缩变形回复行为对其透过光强及衍射光谱的影响,验证了薄膜结构可作为光学衰减器及光能量分束器等无源器件的可行性。基于形状记忆聚合物薄膜的表面微结构的力学压缩特性和光学衍射特性,优化设计了三种分束形式的薄膜结构作为可调谐薄膜光分束器,实现了将入射光束从一束到多束,从多束到一束,和从二维光束分布到一维光束分布的复杂方式转换的光分束功能。利用复杂的表面微结构设计,制备了表面微结构尺度达纳米量级的精密薄膜结构,实现了虚拟复杂计算机键盘结构的光学二元显示转换,为防伪技术、密码传递等网络安全及数字安全领域拓展了新的技术手段。