采用一種優(yōu)化方法來減少AMLA輪廓與所需輪廓的偏差

微透鏡陣列（MLA）作為一種由二維微尺度透鏡陣列組成的結(jié)構(gòu)，因其獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)和廣泛的應(yīng)用，而受到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的關(guān)注。

近年來，MLA逐漸涉足多種應(yīng)用領(lǐng)域，如波前傳感、虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示、光束整形、微寬視角成像、光場相機(jī)、光通信等諸多新興應(yīng)用。

然而，使用傳統(tǒng)的MLA制造方法，如熱回流焊，噴墨和自組裝，很難直接用所需的排列和輪廓制造非球面微透鏡陣列（AMLA），這決定了AMLA的光學(xué)性能。同時(shí)，自上而下書寫引起的碎片、地形控制困難和工藝復(fù)雜性等缺點(diǎn)阻礙了這些方法的大規(guī)模商業(yè)化。

在《光：先進(jìn)制造》雜志上發(fā)表的一篇新論文中，由武漢大學(xué)技術(shù)科學(xué)研究所先進(jìn)光刻國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室桂成群教授領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)，通過單光束曝光DLWL證明了AMLA的制造和表征，可以滿足光學(xué)性能的高要求。



為了控制輪廓，我們研究中采用了一種優(yōu)化方法來減少AMLA輪廓與所需輪廓的偏差。平行和散射光源用于測試AMLA的不同光學(xué)性能，結(jié)果與我們的設(shè)計(jì)非常吻合。

由于我們方法的高度靈活性，具有不同填充因子和離軸AMLA的AMLA也可以通過一步法光刻技術(shù)輕松制造。

最后，利用上述技術(shù)制備了一種柔性薄膜自動立體顯示器，展示了一種低成本提供柔性全息顯示的新方法。

a. 離軸 MLA 的示意圖。b. 制造的離軸MLA的三維形貌。c. 實(shí)驗(yàn)捕獲的工作波長為635nm的聚焦點(diǎn)陣。d. 通過掃描電鏡 e-f. SEM照片在MLA的部分視圖中表征離軸MLA，填充因子為90.7%和100%。

與傳統(tǒng)的MLA制造方法相比，這種先進(jìn)的光刻技術(shù)在設(shè)計(jì)上具有很高的靈活性，可以顯著提高許多基于MLA的功能器件的性能。這些科研人員總結(jié)了這種先進(jìn)的光刻技術(shù)的優(yōu)勢和應(yīng)用前景。

“我們展示的AMLA尺寸為30x30mm2可在8小時(shí)36分鐘內(nèi)制造，對應(yīng)于超過100毫米的高速寫入2/小時(shí)。事實(shí)上，我們可以制造面積大于500×500毫米的MLA。同時(shí)，通過三維光學(xué)接近校正（相對輪廓偏差低至0.28%）成功優(yōu)化了制造的AMLA的輪廓，平均表面粗糙度低于6nm。”

他們補(bǔ)充說：“它具有許多應(yīng)用前景，例如激光光束整形器和波前傳感器。例如，為了實(shí)現(xiàn)自由曲面光束整形器，MLA內(nèi)部的微透鏡應(yīng)不規(guī)則對齊（即聚焦的點(diǎn)陣列隨機(jī)分布），這需要復(fù)雜的灰度掩模用于其他方法。使用具有高度制造自由度的激光直接寫入光刻技術(shù)，我們可以直接制造離軸MLA以生成不發(fā)光的點(diǎn)陣列，而無需復(fù)雜的灰度掩模。”

科研人員說：“所提出的基于直接激光書寫光刻的AMLA制造方法不僅可以降低制備復(fù)雜形貌MLA的難度，而且非常適合工業(yè)化生產(chǎn)。這可以大大降低由微透鏡組成的設(shè)備的制備成本，例如內(nèi)窺鏡、紅外探測器、全息顯示器、光學(xué)耦合器等。因此，它將對醫(yī)療、救援、光通信、軍事和許多其他相關(guān)領(lǐng)域產(chǎn)生重大影響”。

審核編輯：劉清