非球面微透镜阵列的大面积高精度加工
非球面微透镜阵列的大面积高精度加工
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微透镜阵列（MLA）作为一种由二维微尺度透镜阵列组成的结构，由于其独特的光学特性和广泛的应用，引起了学术界和工业界的关注。近年来，MLA已逐步进入多种应用领域，如波前传感、虚拟现实/增强现实显示、光束整形、微/宽视角成像、光场相机、光通信等许多新兴应用领域。
然而，传统的MLA制作方法，如热回流、喷墨和自组装，很难直接制作出具有理想排列和轮廓的非球面微透镜阵列（AMLA），这决定了AMLA的光学性能。同时，自上而下书写所产生的碎片、地形控制困难和过程复杂等缺点阻碍了这些方法的大规模商业化。
在《Light:Advanced Manufacturing》杂志上发表的一篇新论文中，由武汉大学技术科学研究所高级光刻国家重点实验室Chengqun Gui教授带领的一个科学家团队及其同事通过单束曝光DLWL演示了AMLA的制备和表征，可以满足对光学性能的高要求。
制造的AMLA的光学性能。
为了控制轮廓，他们在研究中采用了一种优化方法，以减少AMLA轮廓与所需轮廓的偏差。利用平行光源和散射光源对AMLA的不同光学性能进行了测试，测试结果与设计相符。由于方法具有高度的灵活性，具有不同填充因子的AMLA和离轴AMLA也可以用一步光刻法轻松制作。最后，利用上述技术制备了具有柔性薄膜的自动立体显示器，为低成本提供柔性全息显示器提供了一种新的途径。
a、离轴MLA示意图。b、制造的离轴MLA的三维地形。c、实验捕获的聚焦光斑阵列的工作波长为635 nm。d、离轴MLA通过SEM.e-f、填充系数分别为90.7%和100%的MLA局部视图的SEM照片进行表征。来源：Shiyi Luan, Fei Peng,Guoxing Zheng, Chengqun Gui, Yi Song, and Sheng Liu
与传统的MLA制作方法相比，这种先进的光刻技术具有高度的设计灵活性，可以显著提高基于MLA的许多功能器件的性能。科学家们总结了这种先进光刻技术的优势和应用前景：
“我们表明，尺寸为30×30 mm2的AMLA可以在8小时36分钟内制造出来，对应于超过100 mm2/h的高速写入。事实上，我们可以制造面积大于500×500 mm2的MLA。同时，通过三维光学邻近校正（相对轮廓偏差降到0.28%），制造出来的AMLA的轮廓得到了成功优化表面粗糙度平均低于6nm。”
“它有很多应用前景，例如激光光束整形器和波前传感器。例如，要实现自由形式的光束整形器，MLA内的微透镜应该不规则地对齐（即聚焦光斑阵列是随机分布的），这需要其他方法使用复杂的灰度遮罩。使用具有高度制造自由度的激光直写光刻技术，我们可以直接制造离轴MLA，以生成不规则的光斑阵列，而无需复杂的灰度掩模。”他们补充道。
高速、大面积、高精度AMLA制造示意图。
“提出的基于直接激光写入光刻的AMLA制造方法不仅可以降低复杂形貌MLA的制备难度，而且非常适合工业化生产。这可以大大降低由微透镜组成的器件的制备成本，如内窥镜、红外探测器、全息显示器、光学耦合器等。因此，它将对医疗、救援、光通信、军事和许多其他相关领域产生重大影响。”科学家们说。
来源：High-speed, large-area and high-precision fabrication of aspheric micro-lens array based on 12-bit direct laser writing lithography, Light: Advanced Manufacturing (2022). DOI: 10.37188/lam.2022.047来源：Shiyi Luan, Fei Peng,Guoxing Zheng, Chengqun Gui, Yi Song, and Sheng Liu
