由于微透鏡陣列在微光學(xué)系統(tǒng)中有著重要而廣泛的應(yīng)用，如可用于光信息處理、光計(jì)算、光互連、光數(shù)據(jù)傳輸、生成二維點(diǎn)光源，也可用于復(fù)印機(jī)、圖像掃描儀、傳真機(jī)、照相機(jī)，以及醫(yī)療衛(wèi)生器械中。此外，微透鏡陣列器件也實(shí)現(xiàn)了微型化和集成化，使得其具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，可廣泛用于通信、顯示和成像器件當(dāng)中。用于半導(dǎo)體激光器的橢圓形折射微透鏡陣列，能夠?qū)崿F(xiàn)激光器的聚焦與準(zhǔn)直，激光二極管(LD)的光束整形，它還可用于光纖、光學(xué)集成回路之間，實(shí)現(xiàn)光器件的有效耦合。在光纖通信中，橢圓形微透鏡將來自自由空間的光耦合進(jìn)光纖，并校準(zhǔn)從光纖出來的光。微透鏡陣列己經(jīng)在原子光學(xué)領(lǐng)域有所應(yīng)用，利用微透鏡陣列做成原子波導(dǎo)、分束器、馬赫一曾德爾干涉儀或利用其捕獲原子或者對中性原子進(jìn)行量子信息處理。因此對于微透鏡陣列使用材料，制作工藝和用途方面的研究十分必要。

制作工藝

微透鏡陣列作為一種重要的光學(xué)元件，具有體積小、重量輕、集成度高的特點(diǎn)，吸引了大量的目光。伴隨著半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展，光刻和微細(xì)加工技術(shù)的提高，自上世紀(jì)八十年代起，相繼出現(xiàn)了一系列嶄新的微透鏡陣列制作技術(shù)。由于透鏡陣列器件分為折射型微透鏡陣列和衍射型微透鏡陣列，它們在制作工藝也開發(fā)出不同的方法。

折射微透鏡的制作方法

由于折射微透鏡陣列器件在聚光、準(zhǔn)直、大面陣顯示、光效率增強(qiáng)、光計(jì)算、光互連及微型掃描等方面越來越廣泛的應(yīng)用，它的制作工藝和方法得到了日益深入的研究。已經(jīng)出現(xiàn)很多制備折射微透鏡陣列的方法，光刻膠熱回流方法、激光直寫方法、微噴打印法、溶膠一凝膠法、反應(yīng)離子刻蝕法、灰度掩模法、熱壓模成型法、光敏玻璃熱成型法刪等。下面主要介紹幾種主流的微透鏡陣列制作方法。

（1）光刻膠熱回流技術(shù)

光刻膠熱回流法(熔融光刻膠法)是Poporie于1988年提出的，整個工藝過程可以分為三步：一、對基板上的光刻膠在掩模的遮蔽下進(jìn)行曝光，曝光圖案呈圓形，矩形或正六邊形；二、對曝光后的光刻膠進(jìn)行顯影并清洗殘余物質(zhì)；三、放置于加熱平臺上，熱熔成型。由于這種方法具有工藝簡單，對材料和設(shè)備的要求較低，工藝參數(shù)穩(wěn)定且易于控制，復(fù)制容易等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地用于微透鏡陣列的制作當(dāng)中。

然而利用這種技術(shù)制作的微透鏡陣列也存在諸多缺點(diǎn)：一、由于光刻膠對于基板材料存在浸潤現(xiàn)象，當(dāng)光刻膠在熔融狀態(tài)時與基板的附著力是一定的，那么當(dāng)熔融光刻膠最終成型以后微透鏡球面輪廓與基板之間存在浸潤角，使微透鏡的邊緣存在一定的曲率，而中間部分下陷；二、一般情況下微透鏡陣列的填充因子不會超過80%，而且光刻膠在熔化后容易粘連，相鄰的熔融光刻膠一旦接觸后，不會形成透鏡的面形。由于填充因子不高，使入射的光不能充分利用，并且會引起背景噪聲；三、由于光刻膠本身的機(jī)械性能和化學(xué)性能比較差，光學(xué)性能也不高，不適于作為最終的微透鏡或其他微結(jié)構(gòu)的材料。

（2）激光直寫技術(shù)

由于激光直寫方法易于操作，并且具有制作的微光學(xué)元件尺寸小、精度高的優(yōu)點(diǎn)，其在微精細(xì)研究和加工領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。激光直寫技術(shù)利用強(qiáng)度可變的激光束對涂在基片表面的光刻膠進(jìn)行變劑量曝光，顯影后在光刻膠表面形成所需要的浮雕輪廓。激光直寫的最大優(yōu)點(diǎn)是器件定位后可一次寫出多個相位階數(shù)或連續(xù)相位的二元光學(xué)器件，從而避免了多次掩模套刻喪失的共軸精度。激光直寫制作微透鏡陣列的工藝過程可以分為三步：

使用CAD設(shè)計(jì)出微透鏡陣列的曝光結(jié)構(gòu)，并傳入激光直寫設(shè)備的系統(tǒng)當(dāng)中；將涂敷有光刻膠的基片放置于直寫平臺，對光刻膠進(jìn)行激光寫入；對曝光后的光刻膠進(jìn)行顯影并清洗殘余物質(zhì)，最后得到排列整齊，結(jié)構(gòu)均勻的微透鏡陣列結(jié)構(gòu)。激光直寫法適用于高精度單件和模型制作。使用激光直寫制作完成微透鏡陣列的原型以后，使用的是鑄模工藝方法中的電鑄技術(shù)將微透鏡轉(zhuǎn)化為金屬模型，用于大規(guī)模的生產(chǎn)。由于電鑄復(fù)制工藝能夠保證最終產(chǎn)品的形狀，因此能夠?qū)ξ⑼哥R陣列進(jìn)行大規(guī)模的生產(chǎn)。利用這些先進(jìn)的技術(shù)，重復(fù)制作出微單元結(jié)構(gòu)，從而制作高品質(zhì)低成本的微透鏡陣列元件。