一種制作高填充系數的方形孔徑平面微透鏡陣列的方法技術

一種制作高填充系數的方形孔徑平面微透鏡陣列的方法，所述方法包括下列步驟：選用Na+含量較高的光學玻璃作為基片，進行基片表面清洗，然后在玻璃基片上濺射鈦膜層；在鈦膜層上均勻涂光刻膠；使用紫外線進行曝光，進行顯影；去除鈦膜層和光刻膠；進行離子交換，其特征在于：在所述進行曝光時采用了具有方孔的方形掩模板，其中方孔的四邊與相鄰四孔中心連線所構成的正方形四邊相平行或垂直；這種方形孔徑平面微透鏡陣比先前研制的圓孔擴散的陣列填充因子更高，因此能適用于在光信息的會聚、整形、耦合、互連、成像以及要求光信息盡可能無損地全部利用比提高傳輸圖像像質更重要的情況中。因此，本發明專利技術具有非常重要的理論意義和實用意義。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及ー種平面微透鏡陣列的制作方法。
技術介紹
變折射率平面微透鏡陣列是一種集微型化、陣列化、集成化等特點的重要微小光學元件之一。由于元透鏡掩埋于玻璃基片內，因此抵抗溫度變化及外界應カ的能力較強，具有重要的科學研究價值和廣闊的應用前景，如光纖傳感系統，光信息處理系統，多孔徑光學系統等實際應用領域，是耦合器陳列、連接器陳列、分光器陣列等的關鍵部件。過去制作的微透鏡陣列，元透鏡大多是圓柱或半球形，但其圓孔排列方式使其填充系數小(填充系數定義為有效受光面積與總受光面積的比值)，這樣大量的光信息會被損失掉而引起光信息失真。圓孔六角緊密排列使得填充系數有所提高，然仍存在9. 3%的光信息損失。所以在要求光信息盡可能全部利用時，讓填充系數最大化成了一個關鍵技術難題，這就要求微透鏡陣列緊湊密集排列，透鏡元之間盡可能無間隙。對變折射率平面微透鏡的研究已比較成熟，自1982年K.1ga等人提出平面微透鏡陣列的概念以來他們就一直致力于·該類元件的理論和實驗研究(Appl. Opt. 21，1052(1982) ；Appl. Opt. 29， 4092 (1990) ；Appl. Opt. 31， 5255 (1992) ；OPTICAL REVIEW5，I (1998) ；Appl. Opt. 29, 4077 - 4080(1990))，主要采用光刻離子交換法來制作，這兩種エ藝的發展目前都已經非常成熟。德國K.-H. Brenner等人也提出了圓孔中心按正方形，六角形和徑向對稱排列的平面微透鏡陣列(Proc. SPIE. 4437，50 (2001) ；Proc.SPIE. 4455，281(2001)),以及方形孔徑按正方形的排列，這種排列情況中方形孔的對角線與相鄰孔中心的連線垂直或平行(Proc. SPIE. 4437，50 (2001))，這種排列使得元透鏡更似球形，但填充系數難以最大化。2007年，劉德森、張玉等人采用光刻離子交換エ藝制作出異形孔徑變折射率平面微透鏡陣列(科學研究月刊，3，90 (2007);光子學報，37(8)，1639(2008) )。2010年，蔣小平、劉德森等人又研制出異形孔徑變折射率曲面微透鏡陣列(光學學報，30 (6)，1792 (2010))。離子交換中擴散的主要動カ來源于離子濃度梯度。當相鄰窗ロ的擴散區域相遇時(如附圖說明圖1所示)，由于窗ロ尺寸、離子交換條件完全一致，在離子交換區域相遇處形成邊界00，其兩邊的離子濃度相等并關于邊界線Od對稱，因此在鄰近邊界的兩側不會發生互擴散現象。當擴散繼續進行吋，兩個窗ロ之間最新相遇的點仍位于同一直線りヴ上，從而形成共同的邊界。在邊界兩邊的區域，折射率分布不遵循単一窗ロ離子交換時的圓對稱關系。根據圓孔離子擴散的特征，可以設計出符合需要的掩膜版，然后將膜版圖像轉印到玻璃基片進行離子交換。所以掩膜版設計也是本專利技術的關鍵因素之一。對于開孔比較小的離子交換，其交換過程理論上采用點源擴散處理，擴散方程為I3 ( 3(7N| 3JC7 I BC 7Br1、'Br JD dt初始條件本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種制作高填充系數的方形孔徑平面微透鏡陣列的方法，所述方法包括下列步驟：選用Na+含量較高的光學玻璃作為基片，并進行精細研磨、拋光，保證有良好的光潔度，再進行基片表面清洗，然后在玻璃基片上濺射1μm以上的鈦膜層；在鈦膜層上均勻涂光刻膠；使用紫外線進行曝光，進行顯影去除鈦膜層和光刻膠；進行離子交換，其特征在于：在所述進行曝光時采用了具有方孔的方形掩模板，其中方孔的四邊與相鄰四孔中心連線所構成的正方形四邊相平行或垂直；離子交換時置于T12SO4和ZnSO4照T12SO4：ZnSO4=1：3（以重量相比）組成的混合熔鹽中，交換溫度在490°C進行離子交換,形成微透鏡陣列，形成的微透鏡陣列中由于相鄰四個透鏡元間各角區域共同構成了一個新的折射率分布，其分布區域中離子濃度從內向外正好與單個透鏡的離子濃度分布相反，所以兩種成像也一正一反。

【技術特征摘要】
1.一種制作高填充系數的方形孔徑平面微透鏡陣列的方法，所述方法包括下列步驟 選用Na+含量較高的光學玻璃作為基片，并進行精細研磨、拋光，保證有良好的光潔度，再進行基片表面清洗，然后在玻璃基片上濺射以上的鈦膜層； 在鈦膜層上均勻涂光刻膠； 使用紫外線進行曝光， 進行顯影 去除鈦膜層和光刻膠； 進行離子交換， 其特征在于在所述進行曝光時采用了具有方孔的方形掩模板，其中方孔的四邊與相鄰四孔中心連線所構成的正方形四邊相平行或垂直； 離子交換時置于Tl2SO4和ZnSO4照Tl2SO4 =ZnSO4=I ...

【專利技術屬性】
技術研發人員：周素梅，蔣小平，
申請(專利權)人：西南大學，
類型：發明
國別省市：