微透鏡是一種重要的光學(xué)元件,廣泛應(yīng)用于光學(xué)傳感、成像等領(lǐng)域。其中具有長焦距的微透鏡,在Shack-Hartmann空間波前傳感器等很多應(yīng)用中,起到不可或缺的作用,因此一直是近年來的研究熱點。隨著探測需求的不斷提高,各類器件對制作技術(shù)的要求也越來越高,而已有的多種長焦距微透鏡的制作方法可控性、一致性相對較差,焦距難以達(dá)到毫米量級,難以滿足應(yīng)用的需求,因此需要發(fā)展新的長焦距微透鏡制作方法。針對這些問題,本文基于負(fù)性光刻膠的熱回流和熱膨脹,提出了一種新的長焦距微透鏡制作工藝,實現(xiàn)了可控長焦距微透鏡的制作。本文開展的主要工作包括:1.調(diào)研了目前長焦距微透鏡的制作工藝,對工藝中存在的問題進(jìn)行了研究。針對傳統(tǒng)長焦距微透鏡制作工藝中存在的缺點,基于負(fù)性光刻膠的熱膨脹效應(yīng),提出了一種新的長焦距微透鏡制作方法。對該方法的原理進(jìn)行了理論分析,說明了本方法的優(yōu)勢、焦距的可控性和一致性等�；诒痉椒ǖ闹谱髟�,設(shè)計了相應(yīng)的制作工藝流程,并選擇了相應(yīng)的工藝材料。2.為驗證本方法的原理,分別通過實驗測量、理論計算和有限元模擬,獲得了不同熱膨脹溫度下微透鏡的面形變化和相應(yīng)的焦距。其中,對微透鏡的實驗測量采用了三種方式,分別通過臺階儀和光學(xué)顯微鏡獲得了微透鏡的表面輪廓信息,通過光學(xué)裝置測量了微透鏡的焦距�；谶@些數(shù)據(jù)的分析和對比,驗證了本文提出的基于熱膨脹增長并控制微透鏡焦距的理論。通過比較和分析不同熱膨脹溫度下,不同線寬、類型微透鏡的焦距值,證明了本方法對不同微透鏡均具有適用性。3.對不同線寬和制作溫度下的微透鏡焦距進(jìn)行了測量,計算了焦距的相對偏差,證明了本方法制作的微透鏡具有良好的一致性。并對微透鏡的重要性能參數(shù),如填充因子、數(shù)值孔徑等進(jìn)行研究,研究結(jié)果表明本方法可制作出高填充因子、高數(shù)值孔徑的微透鏡�？偨Y(jié)本方法具有以下優(yōu)點:1、本文制作的微透鏡具有足夠長的焦距,遠(yuǎn)長于傳統(tǒng)方法中獲得的焦距,因此可應(yīng)用于波前傳感器、激光系統(tǒng)和功能仿生學(xué)等領(lǐng)域。2、本方法具有很強的可控性,可以通過溫度對微透鏡的焦距進(jìn)行控制,得到同一線寬下不同焦距的微透鏡,滿足不同應(yīng)用的參數(shù)需求。3、本方法適用性強,可適用于不同尺寸、類型的微透鏡,并且可用于制作高填充因子、高數(shù)值孔徑的微透鏡。
【學(xué)位單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TH74
【部分圖文】：

在成像方面，微透鏡陣列由于在掃描時，感光表面不必移動，可以有效縮短??光學(xué)路徑，減小系統(tǒng)尺寸，因此廣泛應(yīng)用于復(fù)印機成像系統(tǒng)和示波器鏡頭等近場??成像系統(tǒng)［３］。如圖１．１所示，在數(shù)碼相機中，使用半球基底上的微透鏡陣列后，??可以獲得更大的視野，對微小移動有更高的靈敏性，景深得到有效增大［４］，因此??微透鏡陣列可以應(yīng)用于監(jiān)視設(shè)備、內(nèi)窺鏡檢查工具和其他相關(guān)應(yīng)用［５］。此外，微??透鏡陣列還可以用于基于積分?jǐn)z影的三維成像系統(tǒng)１６］。??＿購圓??＂￣￣（ａ）?（ｂ）??圖１．１?（ａ）微透鏡應(yīng)用于數(shù)碼相機；（ｂ）微透鏡應(yīng)用于復(fù)眼［４］。??７??

在光源器件中，有機發(fā)光二極管（ＯＬＥＤ）壽命長，能量效率高且環(huán)保，很??可能成為下一代光源。然而，ＯＬＥＤ通常輸出耦合效率低，這成為了限制ＯＬＥＤ發(fā)??展的重要問題。如圖１．２所示，將微透鏡陣列應(yīng)用于ＯＬＥＤ中，可以增強光的輸??出，從而提高總體發(fā)射效率ｍ。目前，己經(jīng)有研究表明，將ＯＬＥＤ與玻璃基底上??的六邊形微透鏡陣列結(jié)合，可以將輸出耦合效率提高至少４０％［８１，與方形陣列的??半球形的微透鏡結(jié)合，將ＯＬＥＤ的發(fā)光效率最大提高了?５６％Ｍ，與半球形的微透??鏡陣列相結(jié)合，可以將發(fā)射效率提高到７０％［１Ｑ］。這表明了微透鏡陣列在光源器??件中，具有非常重要的意義ｎｎ。??Ａｎｏｄｅ?ＪＬ??ＥＴＬ?卞??．汀?１?．．Ｔ１??ＨＴｔ??｜Ｃａｔｈｏｄｅ?｜??一人??圖１．２應(yīng)用微透鏡陣列的ＯＬＥＤ圖示［２］??自由空間的光互聯(lián)系統(tǒng)，是微透鏡較新的應(yīng)用方向。自由空間光學(xué)系統(tǒng)非常??緊湊，但是微透鏡由于體積和尺寸小，可以安裝于每個光學(xué)通道中，提供容易對??齊的、并行高帶寬光學(xué)互連。將具有高透光率的微透鏡陣列應(yīng)用于光互聯(lián)系統(tǒng)

在光源器件中，有機發(fā)光二極管（ＯＬＥＤ）壽命長，能量效率高且環(huán)保，很??可能成為下一代光源。然而，ＯＬＥＤ通常輸出耦合效率低，這成為了限制ＯＬＥＤ發(fā)??展的重要問題。如圖１．２所示，將微透鏡陣列應(yīng)用于ＯＬＥＤ中，可以增強光的輸??出，從而提高總體發(fā)射效率ｍ。目前，己經(jīng)有研究表明，將ＯＬＥＤ與玻璃基底上??的六邊形微透鏡陣列結(jié)合，可以將輸出耦合效率提高至少４０％［８１，與方形陣列的??半球形的微透鏡結(jié)合，將ＯＬＥＤ的發(fā)光效率最大提高了?５６％Ｍ，與半球形的微透??鏡陣列相結(jié)合，可以將發(fā)射效率提高到７０％［１Ｑ］。這表明了微透鏡陣列在光源器??件中，具有非常重要的意義ｎｎ。??Ａｎｏｄｅ?ＪＬ??ＥＴＬ?卞??．汀?１?．．Ｔ１??ＨＴｔ??｜Ｃａｔｈｏｄｅ?｜??一人??圖１．２應(yīng)用微透鏡陣列的ＯＬＥＤ圖示［２］??自由空間的光互聯(lián)系統(tǒng)，是微透鏡較新的應(yīng)用方向。自由空間光學(xué)系統(tǒng)非常??緊湊，但是微透鏡由于體積和尺寸小，可以安裝于每個光學(xué)通道中，提供容易對??齊的、并行高帶寬光學(xué)互連。將具有高透光率的微透鏡陣列應(yīng)用于光互聯(lián)系統(tǒng)
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2873557