一、主要制備技術路線

 

微透鏡陣列的制備方法可根據加工原理分為熱熔法、模壓法、直寫法等幾類。

 

光刻膠熱熔法是技術成熟度較高的一類工藝。其基本流程為：在襯底上涂覆光刻膠層，通過掩模曝光將陣列圖形轉移到光刻膠上，顯影后形成光刻膠柱狀陣列，再加熱至光刻膠的玻璃化轉變溫度以上，使光刻膠柱在表面張力作用下熔融成球冠狀微透鏡。熱熔法的優勢在于工藝步驟相對簡單、參數易于控制、陣列均勻性較好，對設備和材料的要求較低。但受限于光刻膠的光學性能和熱穩定性，該方法制備的微透鏡在數值孔徑和材料選擇上存在局限。

 

精密玻璃模壓成形是另一類重要工藝，尤其適用于非球面微透鏡陣列的批量制造。研究團隊采用局部螺旋金剛石銑削方法加工碳化鎳合金模具，并通過模具輪廓補償設計來提高模壓成形精度。實驗結果表明，采用該方法制備的10×10非球面微透鏡陣列，面形誤差峰谷值可控制在220至380納米，表面粗糙度Ra可達7至10納米。模壓法適合大批量生產，但模具加工難度大、周期長。

 

超精密金剛石切削是直接加工微透鏡陣列的有效手段。通過單點金剛石刀具在工件表面銑削出微透鏡面形，可加工出復雜的非球面和自由曲面微透鏡陣列。該方法的加工精度高，但屬于串行加工，效率相對較低。

 

二、功能集成與應用場景

 

微透鏡陣列正在從單一光學元件向多功能集成方向發展。形狀記憶微透鏡陣列能夠在不同形態間自由切換，當陣列處于壓平狀態時，經過再次加熱至轉變溫度可恢復為初始態，實現了微透鏡陣列的實時可變形功能。集成微透鏡陣列的銦鎵砷蓋格雪崩焦平面組件已在紅外探測領域得到驗證。

 

在光纖通信領域，光纖準直非球面微透鏡陣列可用于提升光纖陣列的耦合效率。在顯示領域，微透鏡陣列用于光源均勻化，提升顯示屏幕在短距離內的亮度與照度均勻性。但傳統規則周期性微透鏡陣列應用于相干光源時易產生干涉條紋與光斑，這是當前需要解決的技術難題。