一种CO2激光快速加工玻璃微透镜的方法

提出了一种新的制造微透镜的制作方法。该方法基于CO2激光与玻璃材料的热透镜效应, 在玻璃基片上制作微透镜阵列, 是一种低成本、高效率的制备玻璃微透镜阵列的方法。采用CO2激光照射在模板上, 模板上通光部分为圆孔阵列, 利用金属孔阵模板进行选择性投影扫描加工, 通过实验数据分析, 合理的控制离焦距离, 激光功率和辐照时间,可以制造微透镜阵列。最后用共聚焦显微镜及光纤探针扫描仪对微透镜的轮廓及聚焦光斑进行了检测, 样品的轮廓曲线较为平滑、对称, 且具有较好的聚光能力, 证实了该方法的可行性与可靠性。     

飞秒脉冲激光空间光场调控的微透镜阵列制备技术进展

作为最基本的微光学元件,微透镜在多个领域都有非常广泛的潜在应用,然而常见的面向透明硬脆材料微透镜的制备方法效率低下,且对作业环境的要求较高,极大地限制了透明硬脆材料微透镜阵列的大面积制备。空间光调制器作为一种对光场进行调制的设备,可以方便地实现多焦点或者结构化的光场,在光通讯、激光加工等领域具有重要的应用潜力。本文介绍了利用飞秒激光烧蚀结合湿法刻蚀制备硬脆材料微透镜阵列的基本方法,并系统地分析了影响所制备微透镜形貌的关键因素。通过在加工过程中对聚焦光斑的数量和位置进行精细调控,极大地提高了透明硬脆材料微透镜阵列的加工效率,且可以在加工过程中动态地调整飞秒激光烧蚀改性的形貌,从而实现不同尺寸微透镜阵列的高速制备,展现了空间光场调制技术在微光子集成芯片加工领域的应用前景。     

硅微透镜阵列的制备工艺

开发了一种和MEMS工艺兼容的基于硅微加工技术的简易硅微透镜阵列制造技术。利用光刻胶热熔法和等离子体刻蚀法相结合的方法,实现了在硅晶圆上制作不同尺寸的硅微透镜阵列的工艺过程。实验中,对透镜制作过程中的热熔工艺、刻蚀工艺进行了深入的研究。最终确定了最优的工艺参数,制备了孔径在20~90μm、表面质量高的硅微透镜阵列。     

128×128硅衍射微透镜阵列的设计与制备

通过考虑互相关联的光学和工艺参数 ,设计了 3～ 5μm红外 12 8× 12 8硅衍射微透镜阵列。阵列中微透镜的孔径为 10 0μm,透镜 F数为 f / 1.5,微透镜阵列的中心距为 10 0μm。采用多次光刻和离子束刻蚀技术在硅衬底表面制备衍射微透镜阵列。对实际的工艺过程和制备方法进行了讨论 ,对制备出的 12 8× 12 8硅衍射微透镜阵列的光学性能和表面浮雕结构进行了测量。     

128×128PtSi红外焦平耐用硅衍射微镜阵列的设计与制备

通过考虑互相关联的光学和工艺参数,设计了3～5μm红外128×128硅衍射微透镜阵列.阵列中微透镜的孔径为50μm,透镜F数为f/2.5,微透镜阵列的中心距为50μm.采用多次光刻和离子束刻蚀技术在硅衬底表面制备衍射微透镜阵列.对实际的工艺过程和制备方法进行了讨论,对制备出的128×128硅衍射微透镜阵列的光学性能和表面浮雕结构进行了测量.     

128×128 PtSi红外焦平面用硅衍射微透镜阵列的设计与制备

通过考虑互相关联的光学和工艺参数,设计了3～5μm红外128×128硅衍射微透镜阵列.阵列中微透镜的孔径为50μm,透镜F数为f/2.5,微透镜阵列的中心距为50μm.采用多次光刻和离子束刻蚀技术在硅衬底表面制备衍射微透镜阵列.对实际的工艺过程和制备方法进行了讨论,对制备出的128×128硅衍射微透镜阵列的光学性能和表面浮雕结构进行了测量.     

倒装GaN基发光二极管阵列微透镜的粗化技术

通过模拟计算,分析了阵列微透镜粗化对倒装结构GaN基LED提取效率的影响.并采用感应耦合等离子(ICP)干法刻蚀技术在蓝宝石表面制备阵列微透镜,实现倒装结构GaN基LED出光面粗化.测试结果表明,相对于普通倒装结构,阵列微透镜表面粗化可以使LED提取效率提高约50%,测试结果与模拟计算值相符合.     

倒装GaN基发光二极管阵列微透镜的粗化技术

通过模拟计算,分析了阵列微透镜粗化对倒装结构GaN基LED提取效率的影响.并采用感应耦合等离子(ICP)干法刻蚀技术在蓝宝石表面制备阵列微透镜,实现倒装结构GaN基LED出光面粗化.测试结果表明,相对于普通倒装结构,阵列微透镜表面粗化可以使LED提取效率提高约50%,测试结果与模拟计算值相符合.     

玻璃材料激光加工技术的研究进展

玻璃材料因其优良、独特的理化性能在半导体、微流控芯片、微机电系统、光通讯及光存储等新兴领域有广泛的应用。激光技术作为一种新型非接触加工方法,可以对玻璃材料表面或其内部进行高精度、高效率的微加工,在玻璃材料加工领域展现出巨大潜力。归纳了激光刻蚀、激光打孔、激光焊接及激光制备功能结构4种典型的激光加工玻璃工艺的基本原理及关键问题,指出了玻璃材料激光加工的最新研究进展、工艺水平及应用现状,其中激光刻蚀包括了激光直写刻蚀、激光诱导等离子体刻蚀与激光背部湿法刻蚀; 激光打孔包括了远红外CO₂激光打孔、超快激光打孔及改进的打孔方法;激光焊接玻璃工艺包括远红外CO₂激光焊接、纳秒激光焊接、超快激光焊接,以及激光制备表面和内部3维功能结构。同时总结了4类激光加工玻璃工艺的优缺点,分析了目前的瓶颈问题。在此基础上,对激光加工玻璃材料的发展前景进行总结和展望。     

一种新型聚合物微透镜阵列的制造技术

提出了一种利用软模压印制备微透镜阵列的技术.采用传统的光刻胶热熔方法制备微透镜阵列母板,利用复制模具的方法在聚二甲基硅氧烷(PDMS)上得到一个和母板表面图形相反的模具,最后通过压印的方法把PDMS模具上的图形转移到涂有紫外固化胶的玻璃基片上,待紫外胶完全固化后可得到和母板一致的微透镜阵列.经过测试微透镜阵列的焦点图像和表面形貌可发现最后制备的微透镜阵列表面形貌均匀、聚焦性能良好、光忖强均匀.     

硅基非球面柱面微透镜阵列制备方法

非球面柱面微透镜是一种重要的微光学元件,具有激光准直、聚焦、匀化等功能,在激光通信、光纤传感、激光雷达测距、激光泵浦等系统中具有广泛的应用。为了减小光电系统的体积、提升光纤性能,增大透镜数值孔径是一种常用的解决方案。提出采用折射率更大的硅作为低折射率石英基底的替代材料,使得微透镜在相同体积下数值孔径大幅提升,同时可以降低加工量从而提升制备效率。针对传统石英微透镜的制备方法不再适用硅基微透镜的问题,提出基于掩模移动曝光方法制备光刻胶非球面图案,使用多次涂胶和循环曝光方法,分别解决厚胶涂覆均匀性差及曝光掩模痕迹明显等问题,最终利用等离子体刻蚀技术进行图案转移传递,从而实现微透镜的制备。以数值孔径2.9的硅基非球面柱面透镜阵列为例开展实际制备工艺实验,所制备的微透镜列阵面型精度PV为0.766 μm,表面粗糙度Ra为3.4 nm,表面光洁与设计值符合较好,验证了制备方法的可行性。该方法有望促进非球面柱面微透镜列阵在紧凑化红外光电系统中的大规模应用。     

高填充因子微透镜阵列的快速制备及特性分析

微透镜阵列是一种被广泛应用于光信息处理、光传感、光计算、光通信和高灵敏度成像等领域的精密光学元器件之一。通过一些先进的制造技术已经可以制造出不同几何形状、轮廓和光学特性的微透镜阵列。然而,由于三维微制造工艺的难度,使得高填充因子微透镜阵列中的微透镜很难实现紧密排列。提出了一种快速、低成本的微流体操纵技术,用于制备高填充因子微透镜阵列,且对其制备工艺进行了初步的演示。这种易于操作的制造技术适用于微透镜阵列的大批量生产,极大地提高了生产效率。通过预先制备出的三种不同尺寸(微柱直径分别为300、500、700 μm)的微柱,实现了与其对应不同形状和尺寸的微透镜阵列的制备,并搭建了一套光学成像系统以对这些微透镜阵列进行成像性能的评估。主要对微透镜阵列的焦距、成像精度和每个微透镜阵列中各个微透镜子单元成像的均一性进行测试,利用所提出的微流体操控技术制备的微透镜阵列具有良好的成像性能,有望能够被应用到三维成像、光均匀化等诸多应用中。     

Rapid Engraving of Artificial Compound Eyes from Curved Sapphire Substrate

With high thermal and mechanical stability, glass artificial compound eyes have great potential applications in wide field‐of‐view (FOV) imaging and fast detection. However, the rapid fabrication of large‐area, high integration, uniform, and well‐designed three‐dimensional (3D) glass compound eyes is still a great challenge. Here, a dry‐etching‐assisted femtosecond laser machining (DE‐FsLM) technology is proposed for fabrication of cm‐sized concave compound eye from a curved sapphire substrate, with which the fabrication efficiency can be improved by over two orders of magnitude compared with direct laser ablation. With high hardness and thermal stabilities, the sapphire concave compound eyes can be used as high‐temperature and hard‐casting templates for the replication of convex compound eyes on K9 glass. The replicated cm²‐size all‐glass compound eye consists of a spherical macrolens (1 cm diameter and 2.3 mm height) and over 190 000 close‐packed ommatidia (≈20 µm diameter and 1.5 µm height). The compound eyes exhibit excellent optical properties with wide FOV (up to 90°) imaging and focusing. These results indicate that the DE‐FsLM and casting replication technology will open new opportunities in micro‐/nanofabrication of hard materials.     

Rapid fabrication of ultraviolet-cured polymer microlens arrays by soft roller stamping process

This paper reports an innovative technique for rapid fabrication of ultraviolet-cured polymer microlens arrays based on soft roller stamping process. In this method, a soft roller with microlens array cavity is made by casting a pre-polymer of polydimethylsiloxane (PDMS) in a plastic master of microlens array. The plastic master is prepared using gas-assisted hot embossing of polycarbonate (PC) film over a silicon mold with micro-holes array. The microlens array cavity on the soft roller is filled with liquid UV curable polymer first. The roller rolls and stamps over the traveling transparent substrate. The microlens array pattern is formed. At the same time, the pattern on the substrate is cured by the UV light radiation while traveling through the rolling zone.In this study, a roller stamping facility with UV exposure capacity has been designed, constructed and tested. The replication quality, surface roughness and optical property of the replicated microlens arrays are measured, analyzed and proved satisfactory. This study demonstrates the potential of soft roller stamping for continuous rapid mass production.     

液晶微透镜阵列在波前传感领域的应用概述

液晶微透镜阵列是利用液晶的电控双折射特性和微电子工艺制作的微光学元件,具有焦距可调、工作电压低甚至阵列数目、透镜孔径以及形状可调的优点,应用于哈特曼波前探测技术时可以有效提升哈特曼波前传感的动态探测能力,显示出良好的竞争力。简要概述了哈特曼波前传感技术和液晶微透镜阵列制作技术的发展、现状,对不同类型的液晶微透镜阵列制作技术的优缺点进行了分析,并着重介绍了基于液晶空间光调制器的微透镜阵列在波前探测领域的应用。     

光学胶膜液体可变焦微透镜阵列

微透镜阵列在光束匀化、波前测量、集成成像等领域有广泛应用。设计了一种基于光学胶膜(Optically Clear Adhesive, OCA)的液体可变焦微透镜阵列。采用矩形排列的硅微孔阵列控制单个透镜的孔径和排布,并以OCA光学胶膜和去离子水作为微透镜阵列的塑形材料。通过调整微流体腔内液体注入的体积实现对透镜焦距从1.46~10.44 mm的调整。依据聚焦与成像实验证实了微透镜阵列具有良好的均匀性。最后,将该微透镜阵列应用于激光光束匀化整形,通过一对微透镜阵列实现了光束匀化整形。进一步通过固定一对微透镜阵列的间距实现匀化光斑尺寸在7.2~8.4 mm内可调,为匀化光斑尺寸可调提供了新思路。     

激光化学气相沉积石墨烯聚焦光斑测量研究

激光化学气相沉积(Laser Chemical Vapor Deposition,LCVD)石墨烯制备受聚焦光斑影响很大。实时检测光斑,可实现石墨烯LCVD法可控制备。设计聚焦光斑测量光学系统,提出一种基于圆拟合的改进算法检测光斑中心和半径,计算、标定光斑面积。该方法在圆拟合基础上加入了二值化、形态学处理及连通性判别等预处理方法。实验表明,该方法测得圆心位置与真值误差平均为5.58 pixel,光斑面积与真值误差平均为1.93×10-9 m2,优于传统的重心法和霍夫检测法,具有较快的计算速度和检测精度,可实现LCVD法制备石墨烯实验中聚焦光斑的非接触式测量,且对其他激光加工工艺的质量控制有借鉴意义。     

Fabrication of electrically controllable microlens array using liquid crystals

Electrically controllable liquid-crystal (LC) microlens arrays have been fabricated using the process of anisotropic phase separation of the LC from its solution in a ultraviolet curable prepolymer. The focal length of nematic LC-based microlens arrays can be changed in milliseconds with an applied electric field. The ferroelectric LC microlens array exhibits the memory effect and modulates the transmitted light within a few microseconds, i.e., /spl sim/1000 times faster than the nematic LC-based microlens. Having no internal substructures to scatter light, these devices offer high efficiency and high light throughput that is different from polymer-dispersed devices.     

905nm InGaAs脉冲激光二极管驱动电流特性分析与测试

为了实现高功率905nm InGaAs脉冲激光二极管激光脉冲宽度和峰值功率可调,采用现场可编辑门阵列产生触发脉冲、集成模块EL7104C作为金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）驱动、以MOSFET为核心开关器件控制高压模块和储能电容之间充放电的方法,设计了脉冲激光二极管驱动电路,对驱动电流特性进行了理论分析和实验验证,取得了不同电容和高压条件下的电流脉宽和峰值数据,分析了具体变化关系,并以此进行了光谱和功率-电流特性测试。结果表明,影响驱动电流脉宽和峰值电流的关键因素是电容大小和充电高压,脉冲激光二极管驱动电流峰值在0A~40A、脉宽20ns~100ns时可控调节,脉冲激光二极管最大峰值功率输出可达40W,实现了脉冲式半导体激光器输出功率和脉冲宽度的可控调节。该设计与分析对近红外高功率脉冲激光器的可控驱动设计具有一定的实用参考意义。