紫外衍射微透镜阵列的设计与制备

为了提高紫外焦平面阵列的填充因子,可以通过微透镜阵列与紫外焦平面阵列的集成,以改善紫外焦平面阵列的探测性能。根据标量衍射理论设计了用于日盲型紫外焦平面阵列的128×128衍射微透镜阵列,其工作中心波长为350nm,单元透镜F数为F/3.56。采用组合多层镀膜与剥离的工艺方法制备了128×128衍射微透镜阵列,对具体的工艺流程和制备误差进行了分析,测量了衍射微透镜阵列的光学性能。实验结果表明:衍射微透镜阵列的衍射效率为88%,与理论值95%有偏差,制备误差主要来自对准误差和线宽误差。紫外衍射微透镜阵列具有均匀的焦斑分布,与紫外焦平面阵列单片集成能较好地改善器件的整体性能。     

基于微透镜阵列匀束的激光二极管面阵抽运耦合系统分析

为了提升高功率固体激光器中激光二极管(LD)面阵抽运场性能,采用几何光学和数理统计分析的方法,建立了基于微透镜阵列匀束的LD面阵抽运耦合系统的数学与物理模型,对微透镜阵列参数与最终耦合输出抽运场参数之间的关系进行分析,明确了微透镜单元F数、微透镜通光单元数以及微透镜阵列空间周期参数的设计原则.经实验测试,优化设计完成的LD面阵抽运耦合系统光场不均匀度为7.9%,耦合效率为90.7%.     

微模塑法制备PMMA球面微透镜阵列

借助微透镜及其阵列的光学器件,采用软刻蚀技术中的微模型方法成功制备了聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的柱体及球面微透镜阵列,并对该微透镜阵列进行了光学显微和SEM分析．通过考察制备过程中的影响因素,探讨了减少阵列缺陷和提高光学性能的适宜参数．并对该透镜阵列的光学成像性能进行了初步研究．     

六角形孔径平面微透镜阵列的制作及基本特性研究

采用光刻离子交换工艺制作了六角形孔径平面微透镜阵列.离子交换后的变折射率区域有微小重叠,填充系数可达95%以上.对制作的六角形孔径平面微透镜进行了折射率分布、数值孔径和像差等光学特性测试,得到的六角形孔径平面微透镜阵列光学性能均匀,成像质量较好的结果.该透镜阵列的研制成功为制作高质量高填充系数透镜阵列及模拟生物复眼光学系统奠定了基础.     

用于并行激光直写的连续深浮雕衍射透镜阵列研究

研究了一种用于并行激光直写的连续深浮雕衍射透镜阵列方法.该方法采用连续浮雕衍射透镜阵列替换传统并行激光直写中的物镜阵列,在兼顾系统分辨力基础上,克服了波带片等衍射透镜阵列衍射效率低的缺点;同时因采用深浮雕结构优化环带宽度,可降低阵列的制作难度.针对并行激光直写系统阵列F/#小的特点,在建立连续深浮雕衍射透镜阵列非旁轴近似聚焦模型基础上,设计、制作和测试了波长为441.6 nm,F/#为7.5的连续深浮雕衍射透镜阵阵列.测试结果表明:该阵列的衍射效率优于70%,远高于波带片阵列的40%.     

用于并行激光直写的连续深浮雕衍射透镜阵列研究

研究了一种用于并行激光直写的连续深浮雕衍射透镜阵列方法.该方法采用连续浮雕衍射透镜阵列替换传统并行激光直写中的物镜阵列,在兼顾系统分辨力基础上,克服了波带片等衍射透镜阵列衍射效率低的缺点|同时因采用深浮雕结构优化环带宽度,可降低阵列的制作难度.针对并行激光直写系统阵列F/#小的特点,在建立连续深浮雕衍射透镜阵列非旁轴近似聚焦模型基础上,设计、制作和测试了波长为441.6 nm,F/#为7.5的连续深浮雕衍射透镜阵阵列.测试结果表明：该阵列的衍射效率优于70%,远高于波带片阵列的40%.     

红外微透镜阵列及其与MCT红外焦平面的集成

针对中短波碲镉汞（MCT）红外焦平面探测器的使用要求,设计了用于混合集成和单片集成且尺寸大小与探测器像元结构匹配的方形底折射微透镜阵列。采用热熔成形和（反应）离子柬刻蚀转移技术制作了多种红外材料微透镜,如Si、Ge、GaAs、蓝宝石以及红外玻璃（IRG-103和IRG-104）微透镜。针对混合集成和单片集成的不同要求,选用多种光刻胶如AZ6112和AZ6130等不同厚度的胶以及SUN-120P低熔点正型光刻胶,进行热熔和刻蚀实验,遴选分别适用于混合和单片集成的光刻胶。优化光刻胶和衬底材料的刻蚀速率比,得到高填充因子和合适光学参数的微透镜阵列。探究了SUN-120P低熔点正型光刻胶的特性和通过离子柬刻蚀转移视线实现零间距透镜的工艺。最后介绍了与MCT红外焦平面阵列器件的集成方式和工艺进展。     

用于红外焦平面的正方形孔径球面微透镜阵列研究

针对目前红外焦平面光敏阵列中存在的占空比小、光能利用率低的实际问题,展开了正方形孔径球面微透镜阵列制作及其与红外焦平面阵列集成应用的研究.本文从红外焦平面光敏阵列特点入手,对比分析了正方形孔径相比于传统圆形孔径微透镜阵列在光能利用上的优势.提出正方形孔径微透镜阵列激光直写变剂量曝光制作技术,建立光刻胶曝光数学模型和正方形球面微透镜面型函数,以此为基础,编制直写设备变剂量曝光控制软件;利用长春理工大的学复合坐标激光直写系统和等离子刻蚀机进行相关工艺实验,制作了阵列256×256、单元尺寸40×40μm2、球面半径60μm、单元间距1μm的红外石英微透镜阵列;并将其与相应阵列的碲-镉-汞红外光敏阵列进行集成.结果表明:微透镜的占空比达到95%,红外焦平面光能利用率从原来的60%提高到90%以上.由此得出结论:变剂量曝光制作微透镜技术是可行的,正方形孔径球面微透镜阵列代替圆形孔径微透镜阵列,对于提高红外探测器的灵敏度、信噪比、分辨率等性能具备明显优势.     

用于红外焦平面的正方形孔径球面微透镜阵列研究

针对目前红外焦平面光敏阵列中存在的占空比小、光能利用率低的实际问题,展开了正方形孔径球面微透镜阵列制作及其与红外焦平面阵列集成应用的研究.本文从红外焦平面光敏阵列特点入手,对比分析了正方形孔径相比于传统圆形孔径微透镜阵列在光能利用上的优势.提出正方形孔径微透镜阵列激光直写变剂量曝光制作技术,建立光刻胶曝光数学模型和正方形球面微透镜面型函数,以此为基础,编制直写设备变剂量曝光控制软件;利用长春理工大的学复合坐标激光直写系统和等离子刻蚀机进行相关工艺实验,制作了阵列256×256、单元尺寸40×40 μm²、球面半径60 μm、单元间距1 μm的红外石英微透镜阵列;并将其与相应阵列的碲-镉-汞红外光敏阵列进行集成.结果表明:微透镜的占空比达到95%,红外焦平面光能利用率从原来的60%提高到90% 以上.由此得出结论:变剂量曝光制作微透镜技术是可行的,正方形孔径球面微透镜阵列代替圆形孔径微透镜阵列,对于提高红外探测器的灵敏度、信噪比、分辨率等性能具备明显优势.     

精确控制大数值孔径微透镜列阵面形的显影阈值方法

提出了一种可对大矢高、非球面微透镜阵列面形进行精确控制的新方法。针对不同面形的微透镜阵列，该方法首先对光致抗蚀剂表面的曝光分布进行设计，然后，利用光致抗蚀剂显影过程中的阈值特性，对微透镜的面形实行控制。当抗蚀剂显影速率接近0时，即可获得设计的微透镜面形。该方法不仅大大提高了微透镜阵列矢高的加工范围，而且还减小了光刻材料显影特性对微透镜面形的影响，提高了微透镜阵列的面形控制精度，在实验中获得了矢高达114μm的微透镜阵列。最终实现了大浮雕深度、大数值孔径、非球面微列阵光学元件的面形控制。     

扩展微透镜数值孔径范围的阶梯光刻热熔法研究

在微透镜阵列的光刻热熔制作法中，临界角效应严重影响了微透镜的制作范围和面形质量。在对临界角效应定性研究的基础上，提出了用阶梯光刻熔法来扩展热熔型微透镜阵列的数值孔径范围。实验结果表明，采用这一方法制作的微透镜，其单元孔径范围扩展为５０￣９００μｍ，相对口径范围扩大到为Ｆ／１￣Ｆ／１０，并有效地改善了临界角效应对大孔径微透镜面形质量的影响。     

微透镜阵列反应离子束蚀刻传递研究

提出了一种微透镜阵列复制的新方法－反应离子束蚀刻法（ＲＩＢＥ）它在工作原理和参数控制等方面较传统的蚀刻方法有很大的先进性，能够实现蚀刻过程的精确控制，本文详细阐述了反应离子蚀刻过程中的蚀刻选择性的控制方法，通过对各种蚀刻参数的控制，最终实现了微透镜阵列在硅等红外材料上面形传递的深度蚀刻，口径φ１００μｍ的Ｆ／２微透镜阵列在硅基底上的传递精度达１：１．０３，无侧向钻蚀。     

凹折射微透镜阵列的离子束刻蚀制作

利用光刻热熔成形工艺及离子束刻蚀制作 12 8× 12 8元凹微透镜阵列。所制硅及石英凹微透镜的典型基本图形分别为凹球冠形、凹柱形和矩顶凹面形。分析了在光致抗蚀剂柱凹微透镜图形制作过程中的膜系匹配特性 ,与制作该种微透镜有关的光掩模版的主要结构参数 ,以及光致抗蚀剂掩模工艺参数的控制依据等。探讨了在凹微透镜器件制作基础上利用成膜工艺开展平面折射微透镜器件制作的问题。采用扫描电子显微镜 (SEM)和表面轮廓仪测试了所制石英凹微透镜阵列的表面微结构形貌。给出了所制石英凹微透镜阵列远场光学特性的测试结果。     

高质量光刻胶微小透镜阵列的制作

本文对光刻胶熔融法制作微小透镜阵列的机理进行了进一步深入的理论和实验研究,特别是提出和研究了非球面表面的形成问题。对微小透镜,特别是非球面形成过程的参数控制,例如对光刻胶小圆柱的高度、熔融光刻胶和基片的接触角的控制进行了较详细的讨论。我们制出了具有较好性能的微小透镜列阵,并给出了测量结果以及实物和成象照片。最后,给出了一种建议采用的实时控制高质量微小透镜列阵形成的装置方案。     

PtSi IRCCD器件用长焦距Si微透镜阵列的制作研究

为了改善PtSi IRCCD器件的红外响应特性,需要添加长焦距微透镜阵列进行焦平面集光,本文提出了一种新的方法—曲率补偿法用于长焦距微透镜阵列的制作.扫描电子显微镜(SEM)显示微透镜阵列为表面极为平缓的方底拱形阵列,表面探针测试结果显示用曲率补偿法制作的微透镜阵列表面光滑,单元重复性好,其焦距可达到685.51μm.微透镜阵列器件与PtSi IRCCD器件在红外显微镜下对准胶合,显著改善了IRCCD器件的光响应特性.     

Bach Fabrication of Microlens at the end of Optical Fiber using Self-photolithgraphy and Etching Techniques

This paper describes a simple batch process for fabrication of microlens and microlens array at the end of an optical fiber or an optical fiber bundle using self-photolithography and etching techniques. A photoresist micro-cylinder was exactly formed at the core of the fiber end by exposing an UV light from the other end of the fiber and conventional development, rinse processes. A photoresist microlens was formed by thermal reflowing of the fiber at 170°C for 1 h. A measurement of transmissivity showed that the fabricated photoresist microlens is applicable for a wavelength that is longer than 450 nm. Alternatively, a glass microlens was fabricated at the core of the fiber by dry etching with an SF₆ gas using the photoresist microlens as a mask. The focusing of the lensed fiber was confirmed and simulation work showed that the lensed fiber could focus the light with a beam spot of 2 μm, numerical aperture (NA) of 0.285 and a depth of focus of 16 μm.     

Fabrication of PDMS microlens array by digital maskless grayscale lithography and replica molding technique

This paper presents a facile and effective method to fabricate microlens array in polydimethylsiloxane (PDMS). The microlens array model is fabricated in photoresist via digital maskless grayscale lithography technique and the replica molding technique is used to fabricate PDMS microlens array. A convex PDMS microlens array with rectangular aperture and concave PDMS microlens array with hexagonal aperture are fabricated. The morphological characteristics of the microlens arrays are measured by microscope and 3D profiler. The results indicate that the profiles of the PDMS microlens arrays are clear and distinct. This method provides a simple and low-cost approach to prepare large area, concave or convex with arbitrary shape microlens array, which has potential application in many optoelectronic devices.     

Photoresist reflow method of microlens production Part I: Background and experiments

We present a two part study of melted microlens arrays. This first part concentrates on the production and measurement of microlens arrays while the second part examines attempts to model the microlens profiles. In this paper we first review some of the fabrication techniques used over the past twenty years to produce lens arrays. Some applications of microlens arrays are then discussed. Particular emphasis is placed on the photoresist reflow method of microlens production that was suggested by Popovic et al., as this was the method used to produce the microlens examined in this study. Lenses produced using this method can have large deviations from the spherical case, i.e. the profile that would be expected from a simple minimisation of the surface energy. These deviations have not been explained to date in the literature, however a number of possible causes for this deviation are given in this paper.Therefore the fundamental questions we wish to explore here are: (1) Why physically do dips occur? and (2) Can the resulting surface profile be predicted? Any model developed to quantitatively estimate the optical effects of surface shape will depend on the physical assumptions made regarding the surface formation mechanism. However as we shall indicate at this point only an informed guess regarding the relative importance of a number of possible mechanisms can be made.     

折射型微透镜列阵的光刻热熔法研究

研究了制作折射型微透镜列阵的一种新方法光刻胶热熔成形法，获得了２０×２０的折射型微透镜列阵，单元微透镜相对口径为Ｆ／２，单元透镜直径为９０μｍ，中心间隔１００μｍ，透镜的波像差小于１．３波长。本文详细阐述了光刻热熔法的基本原理及微透镜设计方法，并讨论了工艺参数对微透镜列阵质量的影响。