电场作用下的变焦非球面液滴微透镜

提出了一种制作变焦非球面液滴微透镜并在线检测其光学性能的新方法。在实时进行光学检测的条件下,选择光固化材料,利用电场作用操控液滴透镜的面形实现变焦,在检测到较好的透镜面形和聚焦状态时,采用紫外光固化技术使液滴透镜固化,可制作具有良好光学成像和聚焦性能的非球面微透镜。研制了紫外光固化非球面液滴微透镜制作平台及在线检测系统,实验观察并讨论了液滴透镜面形和聚焦光斑随电场作用的变化规律,成功实现了液滴透镜的变焦,并获得了良好的非球面面形和聚焦光斑,证明了用此方法制作高成像性能的非球面微透镜的可行性。     

非球面液滴微透镜固化控制和焦斑测量研究

利用电场改变液滴透镜的面形得到非球面,并实时检测其面形和焦斑图像,在适当的时候用紫外光固化液滴制作具有良好光学性能的非球面微透镜.比较了非球面液滴微透镜在固化前后面形、焦斑的变化和对透镜性能的影响,讨论了液滴透镜在固化过程中变形的机理和相应的解决方法.用分辨率50 nm的光斑探针扫描仪精确测量了固化后的非球面微透镜的聚焦光斑,测得了光斑轴向分布曲线和均方根直径3.384μm的聚焦光斑,经图像处理计算了透镜的点扩散函数和光学传递函数,评价了所制作的非球面微透镜的聚光和成像能力,并给出了透镜的实际成像图像,对于完善高品质非球面微透镜及其阵列的制作工艺具有重要意义.     

一种大F数微透镜阵列的制备方法

针对大F数(大于10)微透镜阵列难以制备的现状,提出了一种制备大F数微透镜阵列的方法.首先采用传统光刻胶热熔法及刻蚀技术制作出成形的微透镜阵列,再将一层具有较高粘滞系数的光刻胶均匀地涂覆在该微透镜阵列上,在光刻胶的粘滞作用以及烘烤过程中光刻胶自身表面张力的共同作用下,微透镜阵列的F数得到提高.采用该方法制备的二氧化硅微透镜阵列的F数达40,与传统大F数微透镜阵列的加工方法相比,该方法简便易行、制备的微透镜阵列面形良好,且只需调节光刻胶的粘滞系数,即可获得F数不同的微透镜阵列.     

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。     

快照式干涉成像光谱仪阶梯面形误差特性分析

快照式干涉成像光谱仪通过微透镜阵列多重成像与多级微反射镜相位调制的光场耦合,实现动态场景图像光谱的同时探测。多级微反射镜的基片加工精度及膜层表面应力会导致阶梯面产生弯曲形变,从而影响光谱与成像的质量。分析了多级微反射镜阶梯面弯曲形变的面形误差特性,建立了阶梯面形误差的光场传输模型。计算结果表明,不同的阶梯面形误差分布情况会引起各视场干涉像点阵列不同的强度改变,并导致复原光谱中出现不同的噪声分布特征。阶梯面形误差会在不同成像视场的复原光谱中引入相位误差,并对相干像点的强度分布进行调制。重建光谱误差随着两个多级微反射镜阶梯矢高绝对值的增加单调递增,通过该关系便可以由阶梯矢高实测值对系统性能进行评估,并为器件制作提供理论指导。     

一种新型微透镜阵列成象式投影光刻系统的研究

从理论和实验两方面入手,系统地研究了微透镜阵列的形成原理和制作工艺,分析了微透镜阵列的面形结构,得到了联系微透镜阵列矢高与制作工艺参量的经验公式.并且将四片微透镜阵列耦合,形成一个深紫外光刻的1:1成象的多孔径微小光刻系统.从几何光学理论出发,分析了这个光刻系统综合成象的特点,讨论了这种光刻系统的光学性能,并给出了实验测量方法.     

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。     

用于周向探测的均匀配光非球面柱透镜设计

针对周向探测系统对探测激光光束发散角大小和能量均匀分布的要求,提出了一种基于非球面柱透镜阵列的分区探测方案。探测系统光源为快轴准直的半导体激光器阵列,激光慢轴由非球面柱透镜阵列进行配光。提出了平行光线光源近似方法来简化复杂的高斯光束相关计算,并最终得到非球面曲线方程。应用上述方程确定的非球面柱透镜阵列,得到发散角可调且功率密度关于弧矢面平面角均匀分布的出射光束,均匀度可达98.64%。为减小光学系统公差的影响,设计了波浪型结构透镜阵列。通过误差分析可知:透镜材料的折射率误差只影响发散角的大小而不影响配光的均匀性;波浪型透镜阵列替代传统柱透镜阵列,避免了相邻透镜之间的楔形结构,减小了制造难度和制造误差;线光源长度与透镜周期对应,使得装配时透镜偏心和倾斜产生的公差影响减弱。     

Mirau相移干涉法测量微透镜阵列面形

基于Mirau相移干涉法，在实验室环境下对微透镜阵列的微表面形貌进行了轮廓测量.实验使用He-Ne激光器作为光源，干涉成像系统由Mirau干涉物镜和其他光学元件组成.在实验中使用压电陶瓷执行器作为相移器，通过5步相移法计算待测表面形貌.实验结果表明，基于Mirau相移干涉法对微透镜阵列面形的测量，水平分辨率达到1.1 μm，垂直测量准确度达到6.33 nm，垂直测量范围为5 μm.对于微透镜阵列的面形测量，通过将微透镜阵列划分为若干微小区域以保证局部面形最大高度小于5 μm，然后辅以精密平移机构进行若干次5步相移法测量局部面形，再利用相位重建所得的数据进行拼接和3D轮廓重建，最终得到整个微透镜阵列的精确微表面形貌.     

灰阶编码掩模制作微光学元件

提出一种基于改变灰阶编码掩模的单元形状和位置的掩模设计新方法,并根据成像过程中的非线性因素,用这种方法对掩模图形进行了预畸变校正,根据部分相干光成像理论和抗蚀剂曝光显影模型,模拟计算了这种灰阶编码掩模产生的空间光强分布和光刻胶上的浮雕结构,采用电子束曝光系统制作了这种掩模,并在光刻胶上获得具有连续面形的微透镜的阵列。     

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。     

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.     

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。     

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.     

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.     

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.