一、主要制備技術(shù)路線

 

微透鏡陣列的制備方法可根據(jù)加工原理分為熱熔法、模壓法、直寫法等幾類。

 

光刻膠熱熔法是技術(shù)成熟度較高的一類工藝。其基本流程為：在襯底上涂覆光刻膠層，通過掩模曝光將陣列圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠上，顯影后形成光刻膠柱狀陣列，再加熱至光刻膠的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上，使光刻膠柱在表面張力作用下熔融成球冠狀微透鏡。熱熔法的優(yōu)勢在于工藝步驟相對簡單、參數(shù)易于控制、陣列均勻性較好，對設(shè)備和材料的要求較低。但受限于光刻膠的光學(xué)性能和熱穩(wěn)定性，該方法制備的微透鏡在數(shù)值孔徑和材料選擇上存在局限。

 

精密玻璃模壓成形是另一類重要工藝，尤其適用于非球面微透鏡陣列的批量制造。研究團(tuán)隊采用局部螺旋金剛石銑削方法加工碳化鎳合金模具，并通過模具輪廓補償設(shè)計來提高模壓成形精度。實驗結(jié)果表明，采用該方法制備的10×10非球面微透鏡陣列，面形誤差峰谷值可控制在220至380納米，表面粗糙度Ra可達(dá)7至10納米。模壓法適合大批量生產(chǎn)，但模具加工難度大、周期長。

 

超精密金剛石切削是直接加工微透鏡陣列的有效手段。通過單點金剛石刀具在工件表面銑削出微透鏡面形，可加工出復(fù)雜的非球面和自由曲面微透鏡陣列。該方法的加工精度高，但屬于串行加工，效率相對較低。

 

二、功能集成與應(yīng)用場景

 

微透鏡陣列正在從單一光學(xué)元件向多功能集成方向發(fā)展。形狀記憶微透鏡陣列能夠在不同形態(tài)間自由切換，當(dāng)陣列處于壓平狀態(tài)時，經(jīng)過再次加熱至轉(zhuǎn)變溫度可恢復(fù)為初始態(tài)，實現(xiàn)了微透鏡陣列的實時可變形功能。集成微透鏡陣列的銦鎵砷蓋格雪崩焦平面組件已在紅外探測領(lǐng)域得到驗證。

 

在光纖通信領(lǐng)域，光纖準(zhǔn)直非球面微透鏡陣列可用于提升光纖陣列的耦合效率。在顯示領(lǐng)域，微透鏡陣列用于光源均勻化，提升顯示屏幕在短距離內(nèi)的亮度與照度均勻性。但傳統(tǒng)規(guī)則周期性微透鏡陣列應(yīng)用于相干光源時易產(chǎn)生干涉條紋與光斑，這是當(dāng)前需要解決的技術(shù)難題。