[发明专利]制造曲面上微透镜阵列的方法以及包括由所述方法制成的曲面上微透镜阵列的光学装置

说明书

本发明涉及一种在曲面上制造微透镜阵列的方法以及一种包括由所述方法制成的微透镜阵列的光学装置。所述在曲面上制造微透镜阵列的方法，包括：在光学基材的表面形成一个光滑的凹面，测量凹面的形状，根据凹面的形状设定目标光点阵列，使得目标光点阵列的每个目标光点都定位在凹面上，生成每个目标光点的全息相位，形成目标光点阵列的全息相位集合，将全息相位集合加载至空间光调制器后对飞秒激光进行调制，然后将被调制后的飞秒激光通过多个透镜分别聚焦于所述目标光点阵列的每个目标光点处并对每个目标光点分别进行烧蚀，形成多个烧蚀区，将烧蚀后的光学基材置于氢氟酸溶液中进行腐蚀，直到每个烧蚀区的表面形状变成光滑的凹面为止。

技术领域

本发明涉及一种制造分布在曲面上的微透镜阵列的方法以及一种包括由所述方法制成的分布在曲面上的微透镜阵列的光学装置。

背景技术

微透镜由于具有体积小、重量轻、易于集成等优点在众多领域具有广泛的应用，同时，微透镜的广泛应用使得对微透镜的需求量急剧增加，对微透镜的要求越来越高，这就要求微透镜的制备具有足够高的效率和精度，以满足各领域的要求。更进一步地，为了实现复杂的功能，还需要将微透镜进行多样化集成，例如阵列化集成，所述阵列包括二维阵列和三维阵列。

制备微透镜阵列通常采用飞秒激光直写法、热光阻剂回流法、液滴法、多光束干涉法及灰度光刻法等。其中，仅飞秒激光直写法和灰度光刻法适用于硬质材料加工。然而，在硬质材料加工方面，飞秒激光直写法存在效率低、精度差的缺点，不适于制备对表面质量有高要求的微透镜。灰度光刻法的效率和精度都非常高，但是造价昂贵，灵活性较差。

此外，目前还存在飞秒激光单点烧蚀结合湿法腐蚀技术，这是一种能够在硬质材料表面快速制备大面积分布的微透镜阵列的方法。该方法制备效率高、粗糙度低、均一性好，但形成的光学曲面形状单一，只能制备球形凹面的微光学曲面。

发明内容

本发明的目的是克服或减轻现有技术中的技术局限和缺点。

本发明的一个方面提供一种制造分布在曲面上的微透镜阵列的方法，包括：在光学基材的表面形成一个光滑的凹面，测量所述凹面的形状，根据凹面的形状设定目标光点阵列，使得目标光点阵列的每个目标光点都定位在所述凹面上，生成每个目标光点的全息相位，形成所述目标光点阵列的全息相位集合，将所述全息相位集合加载至空间光调制器后对飞秒激光进行调制，然后将被调制后的飞秒激光通过多个透镜分别聚焦于所述目标光点阵列的每个目标光点处并对每个目标光点分别进行烧蚀，形成多个烧蚀区，将烧蚀后的光学基材置于氢氟酸溶液中进行腐蚀，直到每个所述烧蚀区的表面形状变成光滑的凹面为止。

在一个实施例中，所述全息相位包括所述目标光点的空间坐标和相对能量，其中所述相对能量的取值范围为0.2-1。

在一个实施例中，在光学基材的表面形成一个光滑的凹面的步骤包括：利用飞秒激光对光学基材的表面进行单点烧蚀，然后将烧蚀后的光学基材置于氢氟酸溶液中腐蚀，直到被烧蚀的部分的表面形成光滑的凹面为止。

在一个实施例中，使用扫描电镜测量所述凹面的三维形状，根据所述凹面的形状设定目标光点阵列，使得目标光点阵列的每个目标光点都定位在所述凹面上，其中目标光点阵列的目标光点与所述微透镜阵列的微透镜一一对应。

在一个实施例中，将烧蚀后的光学基材置于氢氟酸溶液中腐蚀，同时还进行超声处理。

在一个实施例中，腐蚀步骤之后还包括多次用去离子水清洗所述光学基材，然后用洗耳球将所述光学基材吹干。

本发明的一个方面提供一种光学装置，包括分布在曲面上的微透镜阵列，所述分布在曲面上的微透镜阵列由根据上述方法制成。

根据本发明的制造分布在曲面上的微透镜阵列的方法具有如下优点：