光學(xué)器件的小型化、集成化是現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)發(fā)展的重要趨勢。在微小光學(xué)器件中,陣列化折射成像微光學(xué)器件主要包括微透鏡陣列器件等,廣泛應(yīng)用于成像、計(jì)量、波束整形等領(lǐng)域。針對紅外波段成像、計(jì)量測量、激光加工等領(lǐng)域的特殊應(yīng)用需求,紅外波段工作的微透鏡陣列器件受到了廣泛重視,并得到迅速發(fā)展�？偨Y(jié)了紅外微透鏡陣列器件的發(fā)展及制備方法,包括使用不同材料、不同制造方法制備紅外微光學(xué)器件,以及紅外微透鏡陣列器件在紅外波段成像、計(jì)量、并行加工、光束勻化方面的應(yīng)用,分析了紅外微透鏡陣列器件及其制造方法存在的挑戰(zhàn)與機(jī)遇。 

【文章來源】：激光與光電子學(xué)進(jìn)展. 2020年07期 北大核心

【文章頁數(shù)】：16 頁

【部分圖文】：

超精密機(jī)械加工Si基紅外微透鏡陣列[40]。（a）裝備金剛石刀具的微加工系統(tǒng)；（b）制備的Si基微透鏡陣列表面形貌

基于飛秒激光誘導(dǎo)刻蝕的微納加工是一種高效成型方法[49]，首先用激光在紅外半導(dǎo)體材料表面高速誘導(dǎo)出微改性區(qū)點(diǎn)陣，該區(qū)域中材料晶格結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵的鍵角發(fā)生改變，物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)活性增強(qiáng)，與刻蝕劑作用時反應(yīng)速率會比未被激光輻照的區(qū)域高兩個數(shù)量級，使被輻照的區(qū)域在刻蝕時具有選擇性，從而實(shí)現(xiàn)材料的高效定向去除，形成優(yōu)質(zhì)的微光學(xué)面型。Pan等[56-57]利用飛秒激光誘導(dǎo)化學(xué)刻蝕法在Si襯底上制備了平凹微透鏡陣列器件，如圖3所示。將再生放大飛秒激光光源輸出的高斯飛秒脈沖（中心波長為800nm，脈沖寬度為120fs，重復(fù)頻率為1kHz）使用顯微物鏡（10×，數(shù)值孔徑NA=0.3）聚焦到Si襯底表面，激光單脈沖能量為20μJ，每個輻照點(diǎn)的脈沖數(shù)為50發(fā)，即每點(diǎn)激光沉積能量為1mJ，經(jīng)掃描依次曝光形成點(diǎn)陣。激光處理過的襯底用超聲依次在丙酮、乙醇、去離子水中清洗，然后使用HNA混合酸刻蝕劑（HF-40%,HNO3-69%和HAC-99%的質(zhì)量比為3∶12∶10）進(jìn)行化學(xué)刻蝕，其中HNO3可將Si氧化，HF可去除氧化生成的SiO2溶解，HAC為緩沖劑[58]。經(jīng)刻蝕、化學(xué)拋光可并行形成微尺度的光學(xué)表面。圖3 飛秒激光輔助濕法刻蝕法制備Si基微透鏡陣列流程圖[56]

圖2 Si基微透鏡/反射錐耦合器件[44]。（a）耦合陣列結(jié)構(gòu)的加工與集成原理；（b）微反射錐孔截面的掃描電鏡照片（SEM);(c）微透鏡陣列的掃描電鏡照片；（d）所制備器件形成的輸出焦點(diǎn)陣列；（e）單個匯聚焦點(diǎn)刻蝕中微凹面的形貌演化如圖4所示，初始HF溶解改性區(qū)，形成一個凹面結(jié)構(gòu)，隨后以此為中心不斷發(fā)生氧化和溶解。由于HNA刻蝕劑是一種各向同性刻蝕劑，最終會以加工作用點(diǎn)為中心形成球面拋光的光學(xué)面，經(jīng)測量凹面直徑為58μm，深度為12μm，計(jì)算獲得的球面曲率半徑為40μm。通過控制刻蝕時間，使微凹面邊緣相切，填充比可達(dá)78%。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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