[發明專利]一種用于光束均勻化的隨機微透鏡陣列結構及其制作方法

在審

• 申請號: 201910971696.5
• 申請日: 2019-10-14
• 公開（公告）號: CN110596905A
• 公開（公告）日: 2019-12-20
• 發明（設計）人: 劉鑫;鞏暢暢;范斌;邊疆;雷柏平
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G02B27/09
• 分類號: G02B27/09;G02B3/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種用于光束均勻化的隨機微透鏡陣列結構，其特征在于：包括一種用于光束均勻化的隨機微透鏡陣列結構，該結構包括玻璃材料基板及其表面的隨機微透鏡陣列結構，且這些微透鏡的尺寸和位置均隨機分布，該光束均勻化結構利用尺寸和位置均隨機分布的微透鏡將照射到其表面的入射光束分割為無數孔徑大小隨機、焦距長短隨機的子光束，這些子光束被隨機微透鏡折射后在基板后方不同位置處發生疊加，每個子光束的微小不均勻性將在疊加過程中被平滑，從而使出射光束更加均勻。

2.一種用于光束均勻化的隨機微透鏡陣列結構的制作方法，其特征在于：該隨機微透鏡陣列結構的制作方法，包括以下步驟：

步驟(1)、以玻璃材料(1)作為基底；

步驟(2)、利用薄膜沉積技術，在玻璃材料(1)表面沉積一層金屬薄膜(2)；

步驟(3)、在金屬薄膜(2)上均勻涂覆一層光刻膠(3)；

步驟(4)、利用光學曝光技術，將掩模板(4)上的隨機多邊形結構制作在光刻膠(3)上；

步驟(5)、經顯影，獲得光刻膠結構掩蔽層(5)；

步驟(6)、將整個基片浸入金屬薄膜材料腐蝕液(6)中；

步驟(7)、利用濕法腐蝕技術，將隨機多邊形結構從光刻膠結構掩蔽層(5)傳遞到金屬膜層(2)上；

步驟(8)、清洗掉表面殘余光刻膠，獲得具有隨機多邊形結構的金屬掩蔽層(7)；

步驟(9)、將整個基片浸入玻璃材料腐蝕液(8)中；

步驟(10)、利用濕法腐蝕技術，以表面具有隨機多邊形結構的金屬掩蔽層(7)作為遮蔽物，腐蝕玻璃基底；

步驟(11)、待玻璃基底表面金屬掩蔽層全部被剝蝕掉，腐蝕結束；

步驟(12)、獲得表面具有尺寸和位置均隨機分布的隨機微透鏡陣列(9)，該隨機微透鏡陣列(9)可用于光束均勻化。

3.根據權利要求2所述的一種用于光束均勻化的隨機微透鏡陣列結構的制作方法，其特征在于：步驟(1)中的玻璃材料需含有除二氧化硅以外的其他成分，包括但不限于硅酸鹽、碳酸鹽、硼酸鹽等，且其他成分在玻璃材料內隨機分布。

4.根據權利要求2所述的一種用于光束均勻化的隨機微透鏡陣列結構的制作方法，其特征在于：步驟(2)中的薄膜沉積技術包括物理氣相沉積和化學氣相沉積，具體可以為電阻蒸發沉積、電子束蒸發沉積、等離子體濺射沉積、低壓化學氣相沉積、常壓化學氣相沉積、等離子體增強化學氣相沉積或原子層沉積。

5.根據權利要求2所述的一種用于光束均勻化的隨機微透鏡陣列結構的制作方法，其特征在于：步驟(2)中的金屬薄膜材料需對玻璃基底有較強的粘附力，包括但不限于鉻、鋁、金、銀等。

6.根據權利要求2所述的一種用于光束均勻化的隨機微透鏡陣列結構的制作方法，其特征在于：步驟(4)中的掩模板上的隨機多邊形結構需緊密排布，且最大邊長不超過100μm。

7.根據權利要求2所述的一種光束均勻化結構的制作方法，其特征在于：步驟(6)中金屬薄膜材料腐蝕液(6)需能夠對金屬薄膜(2)腐蝕。

8.根據權利要求2所述的一種用于光束均勻化的隨機微透鏡陣列結構的制作方法，其特征在于：步驟(9)中玻璃材料腐蝕液(8)需能夠對玻璃基底腐蝕。

9.根據權利要求2所述的一種用于光束均勻化的隨機微透鏡陣列結構的制作方法，其特征在于：步驟(7)和步驟(10)中濕法腐蝕技術包括浸泡式、噴淋式和震蕩式濕法腐蝕技術。

10.根據權利要求2所述的一種用于光束均勻化的隨機微透鏡陣列結構的制作方法，其特征在于：該隨機微透鏡陣列結構的制作方法是借助隨機多邊形金屬掩蔽層的遮擋作用，隨機地從不同位置處向玻璃基底內部腐蝕，由于玻璃內部除二氧化硅以外的物質濃度是隨機分布的，導致腐蝕速率隨機分布，又由于玻璃材料濕法腐蝕的各向同性，呈現出位置、口徑均隨機分布的微小透鏡無序陣列結構；該制備方法利用了隨機多邊形金屬掩模導致的隨機腐蝕起始位置、玻璃內物質濃度隨機分布導致的隨機腐蝕速率、二氧化硅腐蝕的各向同性，實現了位置和尺寸均隨機分布的微透鏡制作，制作方法簡便易行，對光束的均勻化效果良好。