大面积高精度制造非球面微透镜阵列

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，因其独特的光学性质和广泛的应用，而受到学术界和工业界的关注。近年来，MLA逐渐涉足多种应用领域，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、光通信等诸多新兴应用。

然而，使用传统的MLA制造方法，如热回流焊，喷墨和自组装，很难直接用所需的排列和轮廓制造非球面微透镜阵列（AMLA），这决定了AMLA的光学性能。同时，自上而下书写引起的碎片、地形控制困难和工艺复杂性等缺点阻碍了这些方法的大规模商业化。

在《光：先进制造》杂志上发表的一篇新论文中，由武汉大学技术科学研究所先进光刻国家重点实验室桂成群教授领导的科研团队，通过单光束曝光DLWL证明了AMLA的制造和表征，可以满足光学性能的高要求。

为了控制轮廓，我们研究中采用了一种优化方法来减少AMLA轮廓与所需轮廓的偏差。平行和散射光源用于测试AMLA的不同光学性能，结果与我们的设计非常吻合。由于我们方法的高度灵活性，具有不同填充因子和离轴AMLA的AMLA也可以通过一步法光刻技术轻松制造。最后，利用上述技术制备了一种柔性薄膜自动立体显示器，展示了一种低成本提供柔性全息显示的新方法。

a. 离轴 MLA 的示意图。b. 制造的离轴MLA的三维形貌。c. 实验捕获的工作波长为635nm的聚焦点阵。d. 通过扫描电镜 e-f. SEM照片在MLA的部分视图中表征离轴MLA，填充因子为90.7%和100%。

与传统的MLA制造方法相比，这种先进的光刻技术在设计上具有很高的灵活性，可以显着提高许多基于MLA的功能器件的性能。这些科研人员总结了这种先进的光刻技术的优势和应用前景。

“我们展示的 AMLA 尺寸为30x30mm²可在8小时36分钟内制造，对应于超过100毫米的高速写入²/小时。事实上，我们可以制造面积大于500×500毫米的MLA。同时，通过三维光学接近校正（相对轮廓偏差低至0.28%）成功优化了制造的AMLA的轮廓，平均表面粗糙度低于6nm。”

他们补充说：“它具有许多应用前景，例如激光光束整形器和波前传感器。例如，为了实现自由曲面光束整形器，MLA内部的微透镜应不规则对齐（即聚焦的点阵列随机分布），这需要复杂的灰度掩模用于其他方法。使用具有高度制造自由度的激光直接写入光刻技术，我们可以直接制造离轴MLA以生成不发光的点阵列，而无需复杂的灰度掩模。”

科研人员说：“所提出的基于直接激光书写光刻的AMLA制造方法不仅可以降低制备复杂形貌MLA的难度，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设备的制备成本，例如内窥镜、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”。

相关链接：https://phys.org/news/2022-09-large-area-high-precision-fabrication-aspheric-micro-lens.html