[發明專利]一種雙焦點微透鏡陣列的微米壓印與激光誘導成形方法

有效

• 申請號: 201410122627.4
• 申請日: 2014-03-28
• 公開（公告）號: CN103852972A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發明（設計）人: 邵金友;丁玉成;李智鋼;劉嘉偉;李祥明;田洪淼
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G03F7/00
• 分類號: G03F7/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賀建斌

技術領域

本發明屬于微納制造雙焦點微透鏡陣列技術領域，具體涉及一種雙焦點微透鏡陣列的微米壓印與激光誘導成形方法。

技術背景

雙焦點微透鏡陣列是一種新興的光學元件，具有體積小、重量輕，集成度高的特點，在光學、仿生學、生物醫學等領域有著廣泛應用。目前常用的雙焦點微透鏡的制造方法包括硅微工藝刻蝕、激光直寫、反應離子刻蝕等技術，但這些加工方法只適合于小批量的微透鏡制造，效率低，成本高，總的生產過程復雜以及產品均勻性不好保證等缺點使這些方法難以被工業領域所接受。

微米壓印技術以其低成本、高效率、高分辨率的特點，在工業界和眾多研究機構中被給予厚望。對于不含納米結構的低深寬比雙焦點微透鏡陣列，無論在初始模具制備階段還是在最終微透鏡成形階段，微納壓印技術均可以有效實現對該結構的一次壓印成形。

聚合物材料在激光作用下的體積膨脹特性已應用于高分子材料表面的微納結構制造、生物醫學分析、精密光學器件制造等方面。在聚焦激光束的照射下，聚合物材料發生光致膨脹反應在激光照射區域產生曲面光滑曲率一致的隆起結構，通過控制激光脈沖能量、聚焦光斑大小以及作用時間可以誘導出不同的膨脹微結構。因此可結合微米壓印技術和激光誘導聚合物光致膨脹技術來實現雙焦點微透鏡的“壓印-激光誘導-壓印”成形，這種方法有效地解決了雙焦點透鏡兩級不同曲率曲面結構模具的制備問題，并且大大提高了微透鏡陣列的生產效率，擁有前述方法難以媲美的優勢。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種雙焦點微透鏡陣列的微米壓印與激光誘導成形方法，能夠實現在微米壓印復形出微透鏡初級結構后，通過激光誘導次級膨脹結構，進而實現兩級不同焦距微透鏡結構，有效提高雙焦點微透鏡的加工效率和結構的均勻性。

為了達到上述目的，本發明采取的技術方案為：

一種雙焦點微透鏡陣列的微米壓印與激光誘導成形方法，包括下列步驟：

1）初級微透鏡初始凹模制備，根據初級微透鏡的結構要求，采用有機聚合物電潤濕法制備微透鏡初始凹模，電潤濕法制備微透鏡初始凹模過程中，ITO導電玻璃上覆蓋厚度為50μm具有紫外固化性質的液態聚合物，將刻蝕好的硅模具蓋在聚合物上，在ITO端和硅模具端加上200V電壓，控制液態有機物對于硅模具壁的潤濕角大小，使液面形成所需的初級微透鏡曲面，經過紫外光固化后再分離硅模具即可獲得初級微透鏡初始凹模；

2）初級微透鏡結構陣列壓印，采用兩次PDMS翻模的方法基于微透鏡初始凹模制備出能用于壓印的PDMS微透鏡凹模陣列，在玻璃基材上制備能用于光致膨脹的聚合物薄膜，并且薄膜上勻上厚50μm的紫外固化膠，將PDMS凹模面與聚合物層貼合，并對其施加5e5Pa壓力，在95℃溫度下進行熱壓印，經過冷卻后脫模得到由光致膨脹性聚合物成形的初級微透鏡陣列；

3）次級微透鏡結構制備，利用同軸加工技術，將激光束聚焦在聚合物面初級微透鏡中心位置處，改變入射激光束大小以及聚焦透鏡組合以得到20μm到80μm不等的聚焦加工光斑，控制激光脈沖能量以及作用時間，在激光照射的位置引發聚合物光致膨脹反應獲得所需的次級隆起結構，周期性移動加工臺并循環上述操作制備出擁有兩級曲面的雙焦點微透鏡陣列；

4）雙焦點微透鏡陣列的制備，利用加工好的具有兩級曲面的聚合物雙焦點微透鏡結構陣列，通過翻模獲得雙焦點微透鏡硬質凹模，再利用壓印或有機物填充技術獲得所需的雙焦點微透鏡。

本發明首先利用電潤濕法獲得初級微透鏡結構初始凹模，然后利用翻模和壓印技術獲得初級微透鏡結構，再利用激光誘導聚合物膨脹技術在初級微透鏡結構上制備次級級隆起結構，最后利用翻模和壓印技術獲得所需的雙焦點微透鏡，進而實現雙焦點微透鏡陣列的簡單快速制造，有效提高雙焦點微透鏡的加工效率和結構的均勻性。

附圖說明

圖1是本發明采用電潤濕法制備初級微透鏡初始凹模過程中實驗材料的準備示意圖。

圖2是本發明中硅模具與紫外固化性液態有機物貼合示意圖。

圖3是本發明中加電壓改變液態有機物潤濕角及紫外固化示意圖。

圖4是本發明中脫模后的初始凹模示意圖。

圖5是本發明中向初始凹模填充PDMS示意圖。

圖6是本發明中脫模后獲得初次PDMS凸模示意圖。

圖7是本發明中向經過表面處理的初次PDMS凸模再次填充PDMS示意圖。

圖8是本發明中脫模后的PDMS凹模示意圖。

圖9是本發明中初級微透鏡結構壓印實驗材料的準備示意圖。

圖10是本發明中初級微透鏡結構壓印過程示意圖。