[发明专利]一种双焦距微透镜阵列结构的简便制备方法

说明书

本发明公开了一种双焦距微透镜阵列结构的简便制备方法，首先，利用接触式曝光和显影技术在平面基底上制备下层圆柱体光刻胶阵列结构；然后，利用对准标记套刻技术辅助上层结构进行确定性曝光，显影后实现同轴双层圆柱体光刻胶阵列结构的制备；最后，利用高温热回流方法使圆柱体光刻胶结构热熔成球冠状结构，同时并行使用低温气体吹拂基片表面进行冷却辅助，避免了双层圆柱体光刻胶结构热熔成单个球冠状结构，从而制备出双层球冠状结构，冷却后即可获得双焦距微透镜阵列结构。本发明原理简单易行，实现了双焦距微透镜阵列结构的简便制备；并且，通过改变掩膜图形设计和工艺参数，可以获得具有不同微结构尺寸和焦距的双焦距微透镜阵列结构。

技术领域

本发明属于微纳光学技术领域，具体涉及一种双焦距微透镜阵列结构的简便制备方法。

背景技术

微透镜阵列结构具有区别于传统折射透镜的很多特性，包括：厚度仅为微米量级、可将入射波面分成若干个区域、生成的光束具有阵列性等。近年来，被广泛地应用于激光光束整形技术、仿生复眼系统、光纤耦合系统、光场相机、3D立体显示等领域。

具有两个光学会聚焦点距离的双焦距微透镜阵列结构，是对传统微透镜阵列结构的变形，它的结构特征可以简单地描述为：周期相同的小口径微透镜阵列与大口径微透镜阵列结构的几何叠加。这种特殊的微结构在很多前沿研究领域具有潜在的应用价值，如：运动物体实时捕捉和定位、三维重建、多景深成像等领域。现阶段，已报导的双焦距微透镜阵列结构制备方法包括：飞秒激光加工辅助湿法腐蚀技术、移动掩膜曝光技术等。但是，上述方法采用的加工技术均工艺复杂、技术门槛较高，无法实现双焦距微透镜阵列结构的简便制备。

以上因素限制了具有两个焦距的微透镜阵列结构在光学领域的发展和广泛应用，因此，亟待提出一种技术原理简单易行、制作效率高、加工成本低的双焦距微透镜阵列结构的制备方法。

发明内容

有鉴于此，本发明公开了一种双焦距微透镜阵列结构的简便制备方法：首先，利用接触式曝光和显影技术在平面基底上制备下层圆柱体光刻胶阵列结构；然后，利用对准标记套刻技术辅助上层结构进行确定性曝光，显影后实现同轴双层圆柱体(下层直径大，上层直径小)光刻胶阵列结构的制备；最后，利用高温热回流方法使圆柱体光刻胶结构热熔成球冠状结构，同时并行使用低温气体吹拂基片表面进行冷却辅助，避免了双层圆柱体光刻胶结构热熔成单个球冠状结构，从而制备出双层球冠状结构(下层底面直径大，上层底面直径小)，冷却后即可获得双焦距微透镜阵列结构。与现有加工方法相比，本发明提出的制备方法技术原理简单易行，实现了双焦距微透镜阵列结构的简便制备；并且，通过改变掩膜图形设计和工艺参数，可以获得具有不同微结构尺寸和焦距的双焦距微透镜阵列结构。

本发明通过以下技术方案进行实施：一种双焦距微透镜阵列结构的简便制备方法，包括以下步骤：

步骤1、取一块表面平整的基板，将基板表面清洗干净；

步骤2、在基底表面均匀涂覆一层光刻胶，并进行低温预烘烤；

步骤3、取一块传统硬质下层结构曝光用掩膜板，并利用接触式曝光技术对光刻胶进行紫外曝光；

步骤4、对光刻胶进行显影处理，获得下层圆柱体光刻胶阵列结构；

步骤5、取一块传统硬质上层结构曝光用掩膜板，并利用对准标记套刻技术辅助上层结构进行确定性曝光；

步骤6、对光刻胶进行显影处理，获得下层直径大，上层直径小的同轴双层圆柱体光刻胶阵列结构；

步骤7、利用电热板对基片进行阶梯升温加热，同时并行采用低温(或室温)气体吹拂基片表面进行冷却辅助，从而制备出下层底面直径大，上层底面直径小的双层球冠状微结构；

步骤8、冷却后，即可获得双焦距微透镜阵列结构。