非接觸式熱壓印微透鏡陣列的研究.pdf

1、近年來(lái)隨著微光學(xué)的發(fā)展，微光學(xué)器件在許多的領(lǐng)域和應(yīng)用中扮演著越來(lái)越重要的角色，微透鏡陣列作為重要的微光學(xué)元件其中功不可沒(méi)。其所應(yīng)用的領(lǐng)域包括光學(xué)傳感，光通信，光互連，光纖耦合等方面。目前制作微透鏡陣列的方法有很多，其中熱壓印成型技術(shù)因其工藝參數(shù)易控制，且可大批量重復(fù)生產(chǎn)，成為各國(guó)學(xué)者競(jìng)相研究的課題，但其對(duì)模板精度要求極高，脫模困難，模具不易清洗，模板制作工藝復(fù)雜，成本高。為了降低熱壓印成型技術(shù)對(duì)模具的要求，本文提出了非接觸式熱壓印工藝制

2、作微透鏡陣列，采用了自主研制的熱壓印樣機(jī)與光刻工藝制作的通孔式不銹鋼模具在PMMA表面壓印出微透鏡陣列。并采用了通孔式模具使制作工藝不需要真空環(huán)境。
　　 本研究利用通孔式模具，以熱壓成型方式，制作具有球面的微結(jié)構(gòu)。建立了平凸式微透鏡結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型，分析了非接觸式熱壓印微透鏡結(jié)構(gòu)的原理，并建立了微透鏡的高度、曲率半徑、接觸角與壓印壓力等參數(shù)的關(guān)系，運(yùn)用Ansys 對(duì)熱壓印過(guò)程中聚合物材料的變形進(jìn)行了有限元分析。實(shí)驗(yàn)設(shè)備采用自制的

3、壓印樣機(jī)，設(shè)計(jì)了一種新型楔形補(bǔ)償模塊來(lái)保證模具與樣品的平行度。模具采用光刻工藝制作的不銹鋼通孔式模板。熱壓材料采用PMMA，因?yàn)槠渫腹饴屎谩r(jià)格便宜、材質(zhì)使用于熱壓方式制作微透鏡陣列。
　　 以不同的熱壓溫度、熱壓壓力及熱壓時(shí)間制作微透鏡，探討這些參數(shù)對(duì)微透鏡成型的影響。采用光學(xué)顯微鏡測(cè)量微透鏡結(jié)構(gòu)的高度，觀測(cè)微透鏡的焦距，計(jì)算出透鏡的曲率半徑和光圈數(shù)。本文以通孔式模具制作的微透鏡的光圈數(shù)（f/＃）為1.31，制程簡(jiǎn)易。