專利名稱：一種微光學元件的復制方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種微光學元件的復制方法。
微光學元件是一種新型的光學器件，在航空航天、光互連、光通訊等領域中應用廣泛。隨著科技的發(fā)展，大批、廉價的微光學元件需求日益廣泛。
現(xiàn)有復制技術(shù)主要有以下幾種模壓全息技術(shù)、平面熱壓技術(shù)，需要性能優(yōu)良的設備，成本高，而且復制的微光學元件基片內(nèi)有殘余應力，質(zhì)量受到影響。
國際光學工程學會刊物《微光學》1992年第1751卷的文章“在硅基底上制作微光學元件的溶膠-凝膠技術(shù)”(Jean-Luc R.Noguès，R.Layne Howell，Miniature-Optics，“Fabrication of pure silica micro-optics by sol-gelprocessing”SPIE，Vol.1751，214)公開了一種復制微光學元件的溶膠-凝膠技術(shù)。但這種方法需要建立收縮模型，故存在工藝復雜、加工周期長等的缺陷。并且，在凝膠干燥的過程中由于收縮及毛細管應力等原因?qū)е履z開裂，因此用該方法制備的膜層很難超過1μm，經(jīng)過改性后得到的最厚無支撐膜僅為50μm，故用該方法復制的微光學元件尺寸受到限制。
美國光學工程學會刊物《光學工程》1998年37卷第6期的文章“一種簡單的微光學元件復制方法”(Philippe Nussbaum，Aline Husser，Ect.“Simpletechnique for replication of micro-optical”O(jiān)pt.Eng.37(6)1804-1807)提出了一種復制微光學元件的方法。這種方法的缺陷在于最后復制出的微光學元件只能與母板凸凹面形相同，同為正透鏡(凸面形透鏡，下同)，或同為負透鏡(凹面形透鏡，下同)，所以采用負性光刻膠材料制作母板時無法通過這種方法得到正透鏡元件。而負性光刻材料在微光學元件制作領域應用廣泛，采用負性光刻材料形成大深度面形好的負透鏡很有優(yōu)勢，因此該方法具有較大應用限制。
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種簡單、成本低、能批量制作廉價的微光學元件的復制方法。
本發(fā)明的目的可通過以下技術(shù)措施實現(xiàn)按下面的工藝流程進行微光學元件的復制①、針對不同的微透鏡參數(shù)選擇不同的材料(負性光刻材料或正性光刻材料)制作母板，母板是表面具有微透鏡列陣浮雕結(jié)構(gòu)的模型(正透鏡或負透鏡)；②、選擇圖形轉(zhuǎn)移材料(如光敏膠)進行母板復制，得到第一傳遞板(負透鏡或正透鏡)；③、選擇復制材料(如硅橡膠)對第一傳遞板進行復制，得到第二傳遞板(正透鏡或負透鏡)；④、通過傳遞板將所需圖形制作在光敏膠膜層上，完成微透鏡列陣的復制，得到需要的微光學元件(負透鏡或正透鏡)。
本發(fā)明的目的也可通過以下技術(shù)措施實現(xiàn)通過復制方法的工藝流程可以直接由母板得到復制件，也可由第一傳遞板得到復制件，還可由第二傳遞板得到復制件。
本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)有以下優(yōu)點本方法可采用負性光刻材料或正性光刻材料制作母板，通過一定的工藝流程，既可得到與母板凸凹面形一致的微光學元件，同為正透鏡，或同為負透鏡；也可得到與母板凸凹面形相反的微光學元件，被轉(zhuǎn)化為負透鏡，或被轉(zhuǎn)化為正透鏡，因此具有較大的靈活性。并且，由于本方法可通過負性光刻材料制作的負透鏡母板復制出正透鏡元件，而采用負性光刻材料形成大深度、面形好的負透鏡很有優(yōu)勢，因此本發(fā)明擴大了復制方法的適用范圍。
并且，本發(fā)明復制的微透鏡的子口徑從十幾微米到幾毫米、深度從幾百納米到幾百微米，尺寸范圍限制小。另外，由于選擇的復制材料相互間脫附性能好，因此復制出的微光學元件面形保真度高，表面粗糙度低，光學性能良好。而且利用本發(fā)明的方法復制微光學元件對母板影響小，中間過程產(chǎn)生的復制傳遞板如硅橡膠板、光敏膠板等可長時間保存及重復使用，故降低了微透鏡列陣的生產(chǎn)成本。因此本發(fā)明可用于大批量生產(chǎn)微光學元件。


圖1是本發(fā)明實施例一的工藝流程圖。
圖2是本發(fā)明實施例一制作的柱透鏡列陣的顯微照片。
圖3是本發(fā)明實施例二的工藝流程圖。
圖4是本發(fā)明實施例二制作的小孔徑微透鏡列陣的掃描電鏡照片。
圖5是本發(fā)明實施例三的工藝流程圖。
圖6是本發(fā)明實施例三母板表面輪廓。
圖7是本發(fā)明實施例三制作的復制件的表面輪廓。
圖8是根據(jù)微透鏡的設計參數(shù)得到的理想拋物面面形和實際元件面形的擬合曲線。
下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步說明。
本發(fā)明實施例一是制作較大孔徑柱透鏡列陣，其子孔徑為500μm，透鏡矢高70μm，焦距2500μm，列陣數(shù)26×1。
如圖1所示，實施例一的工藝流程如下1、制作母板根據(jù)實施例一制作的微透鏡參數(shù)，透鏡口徑較大、浮雕深度較深，選擇明膠制作母板。明膠是負性光刻材料，制作出的母板是負透鏡；2、制作第一傳遞板選擇光敏膠作為圖形轉(zhuǎn)移材料，對明膠母板進行復制，制作第一傳遞板，透鏡面形為正透鏡；3、制作第二傳遞板選擇硅橡膠作為復制材料對第一傳遞板進行復制，得到第二傳遞板，透鏡面形為負透鏡；4、制作柱透鏡列陣采用紫外光輻射，通過第二傳遞板將母板圖形轉(zhuǎn)移于光學基底上的光敏膠膜層，完成柱透鏡列陣的制作，得到復制的微光學元件。該復制件與母板面形相異，為正透鏡。圖2是實施例一制作的柱透鏡列陣的顯微照片。
本發(fā)明實施例二是制作小孔徑微透鏡列陣。子孔徑為17μm，橫向矢高1.1μm，對角線矢高2.2μm。
如圖3所示，實施例二的工藝流程如下1、制作母板根據(jù)所需制作的微透鏡參數(shù)，要求透鏡的口徑小、浮雕深度較淺，選擇正性光刻膠制作母板，母板是正透鏡；2、制作第一傳遞板選擇硅橡膠作為圖形轉(zhuǎn)移材料，對母板進行復制，制作第一傳遞板，為負透鏡；3、制作微透鏡列陣通過第一傳遞板轉(zhuǎn)移圖形于光敏膠膜層，完成微透鏡列陣的制作，得到復制出的微光學元件，該微光學元件與母板圖形相同，為正透鏡。圖4是本發(fā)明實施例二制作的小孔徑微透鏡列陣的掃描電鏡照片。
實施例三是制作中孔徑微透鏡列陣。子孔徑為250μm，位相深度14.5μm，焦距1000m，列陣數(shù)20×20，面形為拋物面形的微透鏡列陣。
如圖5所示，實施例三的工藝流程如下1、制作母板根據(jù)微透鏡列陣的參數(shù)選擇明膠制作母板，母板是負透鏡；2、制作微透鏡列陣用光敏膠對母板進行直接復制，得到復制件，完成微透鏡列陣的制作，得到微光學元件，該微光學元件與母板圖形相異，為正透鏡。
實施例三中母板位相深度為14.65μm，復制出的微光學元件位相深度為14.39μm。計算其圖形轉(zhuǎn)移效率為η=h1h0=14.3914.65=98.2%.]]>圖6和圖7分別表示實施例三的母板和復制件的表面輪廓；圖中，橫坐標表示微透鏡的口徑，縱坐標表示微透鏡的浮雕深度。圖8是根據(jù)微透鏡的設計參數(shù)得到的理想拋物面面形和實際元件面形的擬合曲線；圖中，橫坐標表示微透鏡的口徑，縱坐標表示微透鏡的浮雕深度，坐標單位為微米。
權(quán)利要求
1.一種微光學元件的復制方法，其特征在于按下面的工藝流程復制微光學元件①、針對不同的微透鏡參數(shù)選擇不同的材料(負性光刻材料或正性光刻材料)制作母板，母板是表面具有微透鏡列陣浮雕結(jié)構(gòu)的模型(正透鏡(凸面形透鏡，下同)或負透鏡(凹面形透鏡，下同)；②、選擇圖形轉(zhuǎn)移材料(如光敏膠)進行母板復制，得到第一傳遞板(負透鏡或正透鏡)；③、選擇復制材料(如硅橡膠)對第一傳遞板進行復制，得到第二傳遞板(正透鏡或負透鏡)；④、通過傳遞板將所需圖形制作在光敏膠膜層上，完成微透鏡列陣的復制，得到需要的微光學元件(負透鏡或正透鏡)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微光學元件的復制方法，其特征在于通過復制方法的工藝流程可以直接由母板得到復制件，也可由第一傳遞板得到復制件，還可由第二傳遞板得到復制件。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種微光學元件的復制方法，涉及微光學元件的復制技術(shù)。該方法采用正性光刻材料(或負性光刻材料)作母板，光敏膠、硅橡膠等材料為復制過程的中間傳遞板，可復制出與母板凸凹面形相同或相反的微光學元件，故具有較大的靈活性和適用范圍。本發(fā)明中間過程的傳遞板可長時間保存及重復使用，復制成本低，復制件的光學性能良好，單元尺寸不受限制，可用于大批量復制價廉的微光學元件。
文檔編號G02B3/00GK1428614SQ0113373
公開日2003年7月9日 申請日期2001年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月24日
發(fā)明者鄧啟凌, 杜春雷 申請人:中國科學院光電技術(shù)研究所