массив микролинз

Каждая единица массива микролинз состоит из сублинз диаметром от сотен нанометров до нескольких миллиметров, расположенных в определенном порядке на подложке, а количество массивов колеблется от тысяч до десятков тысяч. Поскольку каждая сублинза в массиве микролинз имеет уникальную оптическую ось, если параметры всех сублинз одинаковы, их оптические характеристики должны быть одинаковыми.Когда все единичные структуры рассматриваются как массив в целом, они имеют главная оптическая ось. Таким образом, по сравнению с традиционными одиночными линзами, массивы микролинз имеют чрезвычайно высокий уровень параллельности. Каждая сублинза может передавать оптические сигналы независимо, не мешая друг другу. Это эквивалентно большому количеству двумерных параллельных оптических путей, и каждая сублинза может передавать оптические сигналы независимо друг от друга. может Он имеет такие функции, как передача оптической информации и преобразование изображений.

1. Классификация матриц микролинз.

В зависимости от формы массивы микролинз можно разделить на массивы плоских микролинз и массивы изогнутых микролинз . Массив линз; Сложная структура глаза насекомых представляет собой типичную изогнутую решетку микролинз, которая имеет преимущества большого угла обзора и высокого разрешения. В дополнение к методу классификации формы, массивы микролинз также можно разделить на преломляющие массивы микролинз и дифракционные массивы микролинз, основанные на принципах преломления и дифракции света.Среди них гладкие и непрерывные поверхности сублинз в основном представляют собой преломляющие массивы микролинз. Он имеет множество применений в отображении изображений, коллимации лучей, оптических соединениях и микросканировании.Рельефная структура на поверхности часто представляет собой дифракционную решетку микролинз, которая используется в распознавании и обработке изображений, электрооптических детекторах, космической оптике и другие поля Больше приложений. На рисунке 1 представлена ​​структурная схема плоской микролинзовой матрицы с круглыми микролинзами, основными структурными параметрами которой являются период решетки p , толщина решетки t , размер решетки L × W и фокусное расстояние микролинзы (сублинзы) f . Среди них период решетки p — это расстояние между оптическими осями двух соседних микролинз.

Рис. 1. Принципиальная схема структуры планарной матрицы микролинз.

2. Изготовление массива микролинз

В настоящее время к основным методам изготовления массивов микролинз относятся технология плавления фоторезиста, технология реактивного ионно-лучевого травления, технология микроструйной печати, технология прямой лазерной записи, технология электросмачивающего формования и технология наноимпринта.

Таблица 1. Сравнение методов изготовления массивов микролинз

3. Применение планарных микролинз.

Массив микролинз имеет основные функции, такие как фокусировка и визуализация. Он имеет небольшой размер и высокую степень интеграции. Он может составлять множество новых оптических систем. Он в основном используется для измерения волнового фронта Шака-Гартмана , обнаружения инфракрасной фокальной плоскости или концентрации света матрицы ПЗС . лазерное сканирование, лазерный дисплей, соединение волокон, гомогенизация луча, формирование луча и другие системы. Ниже приводится краткое введение в три применения измерения волнового фронта Шака-Гартмана , сканирования лазерной решеткой и гомогенизации луча.

3.1 Система измерения волнового фронта Шака-Гартмана

На рисунке 2 показана принципиальная схема системы измерения волнового фронта Шака-Гартмана : ① — идеальный плоский волновой фронт, ② — массив микролинз, ③ — ПЗС- датчик, ④ — искаженный волновой фронт. Путем регулировки относительного положения матрицы микролинз и ПЗС (даже если ПЗС- датчик расположен в фокальной плоскости матрицы микролинз, а центр каждой светочувствительной области ПЗС- датчика находится на оптической оси соответствующего микролинза), идеальный Плоский волновой фронт фокусируется в центре каждой светочувствительной области ПЗС- сенсора. Если падающий свет не является идеальным плоским волновым фронтом, положение фокуса ПЗС- датчика сместится или даже исчезнет.

Рисунок 2. Принципиальная схема системы измерения волнового фронта Шака-Гартмана .

3.2 Система сканирования лазерной матрицей

При использовании матриц микролинз в сканирующих оптических системах в основном используются кеплеровы или галилеевы телескопические структуры. На рисунке 2 показан принцип сканирования массива микролинз Галилея. Когда массив отрицательных микролинз относительно смещен в направлении, перпендикулярном оптической оси, его выходящий луч будет отклоняться. Расстояние перемещения массива отрицательных микролинз определяет размер угла отклонения. Расстояние перемещения матрицы отрицательных микролинз ограничено следующими двумя аспектами:

(1) Во время бокового перемещения матрицы отрицательных микролинз необходимо гарантировать, что луч света, проходящий через соответствующую положительную микролинзу, не будет излучаться из другой отрицательной микролинзы, кроме нее самой, в противном случае это вызовет перекрестные помехи исходящих световых лучей.

(2) Чтобы гарантировать, что падающий коллимированный световой пучок не расходится при выходе через матрицу микролинз, необходимо обеспечить совпадение фокальных плоскостей положительной и отрицательной матриц микролинз, то есть фокусных расстояний Положительные и отрицательные микролинзы определяют относительное положение двух массивов микролинз.

Рисунок 3. Принципиальная схема принципа сканирования матрицы микролинз Галилея.

3.3 Система вечернего освещения

Полупроводниковые лазеры обладают преимуществами высокой эффективности, небольшого размера, низкой стоимости и высокой надежности и широко используются в промышленности, военной, медицинской и других областях. Равномерное освещение является ключевым средством достижения этих приложений, особенно лазерной накачки, лазерной обработки и т. д., которые предъявляют строгие требования к однородности луча. Лазерный луч полупроводникового лазера имеет плохую однородность и имеет гауссово распределение, что требует оптической системы, чтобы сделать его однородным.

Массив микролинз может расширять и гомогенизировать лазерный луч. На рис . 3 представлена ​​принципиальная схема массива микролинз для гомогенизации светового пучка, состоящего из массива микролинз и линзы Фурье с фокусным расстоянием f . Массив микролинз гомогенизирует луч - это процесс сначала дифференциации, а затем интеграции.Во-первых, массив микролинз делит падающий луч на множество мелких единиц.Распределение энергии луча в каждом блоке можно приближенно рассматривать как равномерно распределенное, и каждая микролинза Световой луч, соответствующий линзе, будет равномерно распределен в задней фокальной плоскости линзы Фурье. Лучи света, проходящие через каждую микролинзу, накладываются на заднюю фокальную плоскость линзы Фурье, чтобы завершить униформизацию световых лучей.

Рисунок 4. Принципиальная схема массива микролинз, гомогенизирующего световой пучок.