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1、專題綜述Review異形微透鏡陣列熱壓印制造方法研究劉偉(陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西西安710300)摘要：通過(guò)常用微透鏡制造方法比如熔融光刻膠法、反應(yīng)離子束刻蝕技術(shù)、微噴打印法、飛秒激光加工法、熱壓印法等的比較，認(rèn)為采用飛秒激光加工以及局部腐蝕的方法能夠加工各種形狀的微透鏡陣列，而且加工時(shí)間短，制造成本低，微透鏡最小特征尺寸可以達(dá)到30¨m以內(nèi)。將飛秒激光加工的微透鏡陣列作為模板，運(yùn)用熱壓印技術(shù)進(jìn)行復(fù)制，不僅能夠獲得質(zhì)量良好的微透鏡陣列，還能夠批量化生產(chǎn)以減小制造成本。關(guān)鍵詞：熔融光刻膠法；反應(yīng)離子束刻蝕技術(shù)；微噴打印法；
2、飛秒激光加工法；熱壓印法中圖分類號(hào)：TG249：TG494；文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A；文章編號(hào)：1006—9658(2016)03—0010—03DOI：10．396彩1．1ssn．1006—9658．2016．03．0030引言微透鏡陣列的光學(xué)性能和制造方法已經(jīng)有相關(guān)的研究。然而，在微透鏡排列和布置方面還有許多問(wèn)題值得研究。例如，不論微透鏡如何排列和布置，總會(huì)在相鄰微透鏡之間形成空隙，而這些空隙將會(huì)極大的影響出光強(qiáng)度和均勻度，因?yàn)閷?huì)有部分光落在這個(gè)空隙內(nèi)，而不會(huì)被微透鏡會(huì)聚，形成所謂的“盲區(qū)”【l。5】。在一些紅外成像和光纖傳輸應(yīng)用中
3、，“盲區(qū)”是不允許存在的。盲區(qū)將極大的影響信息傳輸?shù)臏?zhǔn)確程度和質(zhì)量，甚至?xí)斐蓸O大的誤差。另一方面，“盲區(qū)”的存在將影響照明燈和顯示器等設(shè)備的出光強(qiáng)度和均勻性，因?yàn)檎丈涞健懊^(qū)”的光并不能被利用。對(duì)于常規(guī)的微透鏡陣列結(jié)構(gòu)，微透鏡不論如何排列“盲區(qū)”總是不可避免的。我們可以通過(guò)改變微透鏡的結(jié)構(gòu)，如將透鏡底面由圓形設(shè)計(jì)成多邊形比如三角形、正四邊形或者正六邊形等，這種形狀的微透鏡按照不同的排列方式組合，其填充因子理論上能夠達(dá)到近乎100％，這就是異形微透鏡陣列【6】，這對(duì)“盲區(qū)”的變小有很大的實(shí)際指導(dǎo)意義【6’7]?；痦?xiàng)目；陜西國(guó)防
4、r業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院院級(jí)課題一4D打印成型創(chuàng)新技術(shù)探索(Gfy15一09)收稿日期：2015—12—10稿件編號(hào)：1512—1158作者簡(jiǎn)介：劉偉(1979一)，男，講師；主要從事機(jī)械制造、熔融沉積方面的基礎(chǔ)研究．1微透鏡陣列及其應(yīng)用現(xiàn)如今，科技越來(lái)越發(fā)達(dá)，微透鏡陣列中的折射型已成為新的研究方向，因?yàn)槠溆匈|(zhì)量輕、體積小等特點(diǎn)。而且折射型微透鏡陣列器件的作用越來(lái)越大，比如在shack．Hartmann波前傳感器【8]、人工復(fù)眼‘91、CcD¨01以及線性光學(xué)掃描系統(tǒng)?1中，其原理分別如圖1．a(chǎn)-d所示。疆斟c·到坪、f復(fù)眼(11)線性
5、光學(xué){__j捕系統(tǒng)。矧。。。，～■，coa吣sj旺封翟amlcroIensar『avcoanngs—什廣+—l苣習(xí)弭孓F3===當(dāng)m刪高eiave昂卜；：：己協(xié)。產(chǎn)。rs剄翻ecc呲。?！控叭芍晾趇一飛Hr薪ane圖1微透鏡陣列應(yīng)用從以上關(guān)于微透鏡結(jié)構(gòu)、應(yīng)用的研究情況來(lái)看，通過(guò)改變微透鏡陣列單元形狀，從而微透鏡陣列的排列特征得以改變，這樣微透鏡陣列的填充因子可以提高，微透鏡陣列的透光效果可以改善，微透鏡陣列的應(yīng)用范圍得到擴(kuò)大。10oFMT中國(guó)鑄造裝備與技術(shù)3／2016Review專題綜述2微透鏡陣列的制造方法早在20世紀(jì)初，人們
6、就開(kāi)始研制并利用微透鏡陣列的技術(shù)，提出了貓眼透鏡板技術(shù)””。但是，其制作技術(shù)在當(dāng)時(shí)很難達(dá)到較高的水平。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，相繼出現(xiàn)了多種制造微透鏡陣列的方法”21，比如微加工表面技術(shù)、熱壓成形法、光誘導(dǎo)交聯(lián)聚合、溶膠．凝膠法和微噴打印法、反應(yīng)離子刻蝕法、電子束刻蝕、激光刻蝕法、化學(xué)氣象沉積法等。下面將其中比較常用的方法分別加以介紹。(1)熔融光刻膠法熔融光刻膠法的特點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單，工藝參數(shù)穩(wěn)定，對(duì)材料、設(shè)備要求不高，容易復(fù)制，其工藝流程為(1)紫外曝光，要求光刻膠板在掩膜遮蔽下進(jìn)行；(2)顯影和清洗；(3)熱熔成型【l31。其工藝
7、過(guò)程如圖2所示?！啊簟啊粢磺?，。。_mmaskcv№dersEj‘iE，◆已竺圖2用熔融光刻熱熔法制備微透鏡陣列的工藝過(guò)程然而利用這種技術(shù)制備微透鏡陣列也有自身的局限性【l41，主要其本身的光學(xué)性能不好，不適于作為微透鏡結(jié)構(gòu)的材料【15。。(2)反應(yīng)離子束刻蝕技術(shù)反應(yīng)離子束蝕刻方法是采用離子轟擊濺射和化學(xué)反應(yīng)相結(jié)合的原理進(jìn)行的。其特點(diǎn)是在橫向上沒(méi)有擴(kuò)蝕現(xiàn)象。但是需要選擇合理地控制參數(shù)，刻蝕的表面質(zhì)量才能好¨61。(3)微噴打印法早在1833年，saVan發(fā)現(xiàn)從噴嘴中流出來(lái)的液體可以形成相同大小的液滴這一現(xiàn)象，并由LordRayI
8、eigh和Weber用數(shù)學(xué)方法描述出來(lái)。在20世紀(jì)50年代，HanseU觀察到了液滴，其實(shí)通過(guò)電機(jī)誘導(dǎo)壓力波產(chǎn)生的。該方法的特點(diǎn)成本較低，靈活性很強(qiáng)¨7]。(4)飛秒激光加工法飛秒是10。l5s。飛秒激光的脈沖寬度或者脈沖持續(xù)時(shí)間在飛秒量級(jí)，而傳統(tǒng)激光的脈沖寬度
