基于热膨胀的可控长焦距微透镜研究
发布时间：2020-11-06 19:18
微透镜是一种重要的光学元件,广泛应用于光学传感、成像等领域。其中具有长焦距的微透镜,在Shack-Hartmann空间波前传感器等很多应用中,起到不可或缺的作用,因此一直是近年来的研究热点。随着探测需求的不断提高,各类器件对制作技术的要求也越来越高,而已有的多种长焦距微透镜的制作方法可控性、一致性相对较差,焦距难以达到毫米量级,难以满足应用的需求,因此需要发展新的长焦距微透镜制作方法。针对这些问题,本文基于负性光刻胶的热回流和热膨胀,提出了一种新的长焦距微透镜制作工艺,实现了可控长焦距微透镜的制作。本文开展的主要工作包括:1.调研了目前长焦距微透镜的制作工艺,对工艺中存在的问题进行了研究。针对传统长焦距微透镜制作工艺中存在的缺点,基于负性光刻胶的热膨胀效应,提出了一种新的长焦距微透镜制作方法。对该方法的原理进行了理论分析,说明了本方法的优势、焦距的可控性和一致性等。基于本方法的制作原理,设计了相应的制作工艺流程,并选择了相应的工艺材料。2.为验证本方法的原理,分别通过实验测量、理论计算和有限元模拟,获得了不同热膨胀温度下微透镜的面形变化和相应的焦距。其中,对微透镜的实验测量采用了三种方式,分别通过台阶仪和光学显微镜获得了微透镜的表面轮廓信息,通过光学装置测量了微透镜的焦距。基于这些数据的分析和对比,验证了本文提出的基于热膨胀增长并控制微透镜焦距的理论。通过比较和分析不同热膨胀温度下,不同线宽、类型微透镜的焦距值,证明了本方法对不同微透镜均具有适用性。3.对不同线宽和制作温度下的微透镜焦距进行了测量,计算了焦距的相对偏差,证明了本方法制作的微透镜具有良好的一致性。并对微透镜的重要性能参数,如填充因子、数值孔径等进行研究,研究结果表明本方法可制作出高填充因子、高数值孔径的微透镜。总结本方法具有以下优点:1、本文制作的微透镜具有足够长的焦距,远长于传统方法中获得的焦距,因此可应用于波前传感器、激光系统和功能仿生学等领域。2、本方法具有很强的可控性,可以通过温度对微透镜的焦距进行控制,得到同一线宽下不同焦距的微透镜,满足不同应用的参数需求。3、本方法适用性强,可适用于不同尺寸、类型的微透镜,并且可用于制作高填充因子、高数值孔径的微透镜。
【学位单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH74
【部分图文】：
在成像方面，微透镜阵列由于在扫描时，感光表面不必移动，可以有效缩短??光学路径，减小系统尺寸，因此广泛应用于复印机成像系统和示波器镜头等近场??成像系统［３］。如图１．１所示，在数码相机中，使用半球基底上的微透镜阵列后，??可以获得更大的视野，对微小移动有更高的灵敏性，景深得到有效增大［４］，因此??微透镜阵列可以应用于监视设备、内窥镜检查工具和其他相关应用［５］。此外，微??透镜阵列还可以用于基于积分摄影的三维成像系统１６］。??＿购圓??＂￣￣（ａ）?（ｂ）??图１．１?（ａ）微透镜应用于数码相机；（ｂ）微透镜应用于复眼［４］。??７??
在光源器件中，有机发光二极管（ＯＬＥＤ）寿命长，能量效率高且环保，很??可能成为下一代光源。然而，ＯＬＥＤ通常输出耦合效率低，这成为了限制ＯＬＥＤ发??展的重要问题。如图１．２所示，将微透镜阵列应用于ＯＬＥＤ中，可以增强光的输??出，从而提高总体发射效率ｍ。目前，己经有研究表明，将ＯＬＥＤ与玻璃基底上??的六边形微透镜阵列结合，可以将输出耦合效率提高至少４０％［８１，与方形阵列的??半球形的微透镜结合，将ＯＬＥＤ的发光效率最大提高了?５６％Ｍ，与半球形的微透??镜阵列相结合，可以将发射效率提高到７０％［１Ｑ］。这表明了微透镜阵列在光源器??件中，具有非常重要的意义ｎｎ。??Ａｎｏｄｅ?ＪＬ??ＥＴＬ?卞??．汀?１?．．Ｔ１??ＨＴｔ??｜Ｃａｔｈｏｄｅ?｜??一人??图１．２应用微透镜阵列的ＯＬＥＤ图示［２］??自由空间的光互联系统，是微透镜较新的应用方向。自由空间光学系统非常??紧凑，但是微透镜由于体积和尺寸小，可以安装于每个光学通道中，提供容易对??齐的、并行高带宽光学互连。将具有高透光率的微透镜阵列应用于光互联系统
在光源器件中，有机发光二极管（ＯＬＥＤ）寿命长，能量效率高且环保，很??可能成为下一代光源。然而，ＯＬＥＤ通常输出耦合效率低，这成为了限制ＯＬＥＤ发??展的重要问题。如图１．２所示，将微透镜阵列应用于ＯＬＥＤ中，可以增强光的输??出，从而提高总体发射效率ｍ。目前，己经有研究表明，将ＯＬＥＤ与玻璃基底上??的六边形微透镜阵列结合，可以将输出耦合效率提高至少４０％［８１，与方形阵列的??半球形的微透镜结合，将ＯＬＥＤ的发光效率最大提高了?５６％Ｍ，与半球形的微透??镜阵列相结合，可以将发射效率提高到７０％［１Ｑ］。这表明了微透镜阵列在光源器??件中，具有非常重要的意义ｎｎ。??Ａｎｏｄｅ?ＪＬ??ＥＴＬ?卞??．汀?１?．．Ｔ１??ＨＴｔ??｜Ｃａｔｈｏｄｅ?｜??一人??图１．２应用微透镜阵列的ＯＬＥＤ图示［２］??自由空间的光互联系统，是微透镜较新的应用方向。自由空间光学系统非常??紧凑，但是微透镜由于体积和尺寸小，可以安装于每个光学通道中，提供容易对??齐的、并行高带宽光学互连。将具有高透光率的微透镜阵列应用于光互联系统
【参考文献】
本文编号：2873557
【学位单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH74
【部分图文】：
在成像方面，微透镜阵列由于在扫描时，感光表面不必移动，可以有效缩短??光学路径，减小系统尺寸，因此广泛应用于复印机成像系统和示波器镜头等近场??成像系统［３］。如图１．１所示，在数码相机中，使用半球基底上的微透镜阵列后，??可以获得更大的视野，对微小移动有更高的灵敏性，景深得到有效增大［４］，因此??微透镜阵列可以应用于监视设备、内窥镜检查工具和其他相关应用［５］。此外，微??透镜阵列还可以用于基于积分摄影的三维成像系统１６］。??＿购圓??＂￣￣（ａ）?（ｂ）??图１．１?（ａ）微透镜应用于数码相机；（ｂ）微透镜应用于复眼［４］。??７??
在光源器件中，有机发光二极管（ＯＬＥＤ）寿命长，能量效率高且环保，很??可能成为下一代光源。然而，ＯＬＥＤ通常输出耦合效率低，这成为了限制ＯＬＥＤ发??展的重要问题。如图１．２所示，将微透镜阵列应用于ＯＬＥＤ中，可以增强光的输??出，从而提高总体发射效率ｍ。目前，己经有研究表明，将ＯＬＥＤ与玻璃基底上??的六边形微透镜阵列结合，可以将输出耦合效率提高至少４０％［８１，与方形阵列的??半球形的微透镜结合，将ＯＬＥＤ的发光效率最大提高了?５６％Ｍ，与半球形的微透??镜阵列相结合，可以将发射效率提高到７０％［１Ｑ］。这表明了微透镜阵列在光源器??件中，具有非常重要的意义ｎｎ。??Ａｎｏｄｅ?ＪＬ??ＥＴＬ?卞??．汀?１?．．Ｔ１??ＨＴｔ??｜Ｃａｔｈｏｄｅ?｜??一人??图１．２应用微透镜阵列的ＯＬＥＤ图示［２］??自由空间的光互联系统，是微透镜较新的应用方向。自由空间光学系统非常??紧凑，但是微透镜由于体积和尺寸小，可以安装于每个光学通道中，提供容易对??齐的、并行高带宽光学互连。将具有高透光率的微透镜阵列应用于光互联系统
在光源器件中，有机发光二极管（ＯＬＥＤ）寿命长，能量效率高且环保，很??可能成为下一代光源。然而，ＯＬＥＤ通常输出耦合效率低，这成为了限制ＯＬＥＤ发??展的重要问题。如图１．２所示，将微透镜阵列应用于ＯＬＥＤ中，可以增强光的输??出，从而提高总体发射效率ｍ。目前，己经有研究表明，将ＯＬＥＤ与玻璃基底上??的六边形微透镜阵列结合，可以将输出耦合效率提高至少４０％［８１，与方形阵列的??半球形的微透镜结合，将ＯＬＥＤ的发光效率最大提高了?５６％Ｍ，与半球形的微透??镜阵列相结合，可以将发射效率提高到７０％［１Ｑ］。这表明了微透镜阵列在光源器??件中，具有非常重要的意义ｎｎ。??Ａｎｏｄｅ?ＪＬ??ＥＴＬ?卞??．汀?１?．．Ｔ１??ＨＴｔ??｜Ｃａｔｈｏｄｅ?｜??一人??图１．２应用微透镜阵列的ＯＬＥＤ图示［２］??自由空间的光互联系统，是微透镜较新的应用方向。自由空间光学系统非常??紧凑，但是微透镜由于体积和尺寸小，可以安装于每个光学通道中，提供容易对??齐的、并行高带宽光学互连。将具有高透光率的微透镜阵列应用于光互联系统
【参考文献】
相关期刊论文 前5条
1 甘代伟;;微透镜阵列制作技术研究[J];装备制造技术;2011年09期
2 张玉;刘德森;;六角形孔径平面微透镜阵列的制作及基本特性研究[J];光子学报;2008年08期
3 任智斌;朱丽思;曾皓;姜会林;;微透镜阵列的光刻胶热熔制作技术[J];长春理工大学学报;2006年04期
4 何苗,易新建,黄光,刘鲁勤;长焦距Si微透镜阵列的制作及点扩散函数测量[J];华中理工大学学报;2000年07期
5 罗风光，曹明翠，李洪谱，艾军，徐军，李再光;微透镜列阵的光敏热成形新方法[J];光电工程;1994年04期
相关博士学位论文 前1条
1 詹珍贤;非球面液滴微透镜及其阵列的制作和应用研究[D];中国科学技术大学;2010年
相关硕士学位论文 前1条
1 边锐;基于SU-8光刻胶的微透镜及阵列的研究[D];中国科学技术大学;2015年
本文编号：2873557
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