本文關(guān)鍵詞： 數(shù)字微鏡器件 微透鏡 無掩膜光刻 空間光調(diào)控 熱回流　出處：《中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：微透鏡是一種重要的光學(xué)元件,它具有重量輕、體積小、集成度高等優(yōu)點,在光學(xué)、光電系統(tǒng)、微機電系統(tǒng)及傳感器等領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。近年來各種微透鏡制作方法也大量涌現(xiàn),如何經(jīng)濟有效快速地制作出所需要的微透鏡及陣列結(jié)構(gòu)已受到越來越多的研究者和工業(yè)界的關(guān)注。本文是利用數(shù)字微鏡器件(DMD)無掩膜光刻技術(shù)作為研究手段,提出了快速有效的微透鏡制作方法。以DMD曝光投影理論研究為基礎(chǔ),設(shè)計搭建了 DMD無掩膜光刻平臺�；谠撈毓馄脚_,進行了三維光調(diào)控技術(shù)的研究。然后,在此基礎(chǔ)上又進行了多參數(shù)調(diào)制微透鏡成型方法的研究,以及最后還進行了柔性制作仿生復(fù)眼透鏡結(jié)構(gòu)的研究,拓展了無掩膜光刻技術(shù)的應(yīng)用。主要研究工作如下:本文首先對基于DMD空間光調(diào)制器的結(jié)構(gòu)、工作原理、工作特點及其應(yīng)用做了詳細介紹。緊接著進行了基于DMD曝光投影成像理論的研究�；谠摾碚摶A(chǔ),自主設(shè)計和搭建了一套無掩膜光刻系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括均勻照明系統(tǒng),DMD控制系統(tǒng),CCD聚焦控制系統(tǒng)和投影成像系統(tǒng)。并對該系統(tǒng)進行了系統(tǒng)的基本性能測試,最小分辨尺寸能達到2.44μm左右,獲得的光刻圖形質(zhì)量能夠滿足設(shè)計的要求。在此基礎(chǔ)上,進行了三維光調(diào)控技術(shù)的研究。該技術(shù)是基于DMD無掩膜光刻單次掃描技術(shù)進行的,先通過設(shè)計所需三維圖形的理論輪廓,再進行三維圖形空間曝光劑量分布的計算,然后通過研究和優(yōu)化三維切片算法,最后能快速有效的獲得高質(zhì)量的成型三維微結(jié)構(gòu)輪廓。另外,考慮到DMD分辨率的限制及相鄰切片層間的臺階,又進行了提高微透鏡圖形質(zhì)量方法的研究。該方法是結(jié)合了該三維光調(diào)控技術(shù)和提出的非接觸式倒置熱回流技術(shù),結(jié)果表明該方法能夠有效地提高成型微透鏡的質(zhì)量,彌補了 DMD三維光調(diào)控技術(shù)的不足。利用該光刻平臺,進行了多參數(shù)調(diào)制的微透鏡成型方法的研究。該方法主要是利用旋涂過程產(chǎn)生的離心力使得微孔中的膠液能形成彎月面形狀,進而通過調(diào)制旋涂速度、孔徑大小、膠液濃度以及軟烘溫度等參數(shù)來調(diào)控彎月面的曲率半徑,最終通過PDMS圖形快速轉(zhuǎn)印工藝可以方便得到不同形狀大小的微透鏡圖形。最后,還進行了較為復(fù)雜的曲面仿生復(fù)眼透鏡結(jié)構(gòu)的制作研究。以自然界中的昆蟲復(fù)眼的實際尺寸為理論參考,分別進行了仿生復(fù)眼透鏡制作工藝、加工方法以及光學(xué)特性測量的研究。該研究中主要是利用DMD單次掃描光刻技術(shù)能夠一次性快速的加工完成預(yù)成型的仿生復(fù)眼透鏡結(jié)構(gòu),然后再巧妙地利用了 AZ P4620和S 1813兩種正性光刻膠玻璃軟化點(Tg)的差距,分別進行兩次熱回流得到所需要的仿生復(fù)眼微透鏡結(jié)構(gòu)。另外,為了避免熱回流過程中微透鏡結(jié)構(gòu)的缺陷,還進行了邊緣凸起現(xiàn)象的研究。在光學(xué)特性測量方面,通過自行搭建的光學(xué)測量系統(tǒng)對焦距大小、點擴散函數(shù)及成像能力進行了測量,測量結(jié)果表明通過該方法制作的仿生復(fù)眼透鏡結(jié)構(gòu)基本能夠滿足設(shè)計要求,而且比自然界中昆蟲復(fù)眼呈現(xiàn)出更大的數(shù)值孔徑。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TH74

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