六角形孔径平面微透镜阵列的制作及基本特性研究

采用光刻离子交换工艺制作了六角形孔径平面微透镜阵列.离子交换后的变折射率区域有微小重叠,填充系数可达95%以上.对制作的六角形孔径平面微透镜进行了折射率分布、数值孔径和像差等光学特性测试,得到的六角形孔径平面微透镜阵列光学性能均匀,成像质量较好的结果.该透镜阵列的研制成功为制作高质量高填充系数透镜阵列及模拟生物复眼光学系统奠定了基础.

六角形孔径平面微透镜阵列的制作及成像

由于传统的圆形孔径透镜阵列填充系数较小,而在模拟复眼光学系统中需要高填充系数的透镜阵列。为提高填充系数,采用光刻离子交换法制作了六角形孔径的平面微透镜阵列,利用积分形式的光线方程式讨论了平面微透镜的近轴光学特性,研究了微透镜的光线轨迹方程式和一些重要的近轴成像特性,利用ABCD定理得到了六角形孔径平面微透镜像距、焦距的数学表达式。制作的平面微透镜阵列光学性能均匀,成像质量较好,离子交换后的变折射率区域有微小重叠,较大地提高了微透镜阵列的填充系数。

变折射率球面六角形孔径平面微透镜阵列

提出了一种制作收集光信息视角范围大、光信息利用效率高、具有良好抗外界应力及温度变化能力的曲面微透镜阵列的新方法。采用光刻离子交换工艺,通过对镀钛掩膜、光刻和离子交换等关键工艺的研究和严格控制,在球面玻璃基片上制作了六角形孔径平面微透镜阵列。制作的阵列单元透镜六角形边长0.173mm,窗口间距0.200mm,单片阵列上微透镜元2052个。测试表明,离子交换深度0.198mm,阵列填充率达到98%,阵列成像性能优良,光学均匀性好,旋转椭球状的单元透镜区域折射率呈三维梯度变化,截距、数值孔径自中心向边缘渐变,半径相同处光学性能一致性好。

两种开孔的高填充率GRIN平面微透镜阵列离子扩散特性

采用光刻离子交换法制作六角形孔径的高填充率梯度折射率(GRIN)平面微透镜阵列可有六角形和圆形两种开孔方式。通过设计两种孔径的六角形排列模板,采用光刻离子交换法并分时段取样,分别对形成高填充率GRIN平面微透镜阵列的两种开孔方式的离子扩散特性进行测试和分析,得到了这两种开孔方式在r方向和z方向的离子扩散和开孔表面凸起的特性,为制作不同孔径大小与开孔间距的高填充率GRIN平面微透镜阵列提供了工艺和理论参考。