專利名稱：一種曲面復眼的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學仿生領(lǐng)域，具體涉及一種曲面仿生復眼的制備方法。
背景技術(shù)：
仿生復眼具有體積小、視場角大、靈敏度高等優(yōu)點，是探測器中極佳的模型，在軍事、醫(yī)學等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。由于仿生復眼的每個小眼包括聚光透鏡和晶錐波導兩個部分，因此仿生曲面復眼的制作主要包括曲面微透鏡陣列的制作和對應(yīng)的波導制作兩部 分。通常曲面復眼的制作方法是采用曲面光刻技術(shù)或者滴液法在曲面基底上制作出微透鏡陣列，再將其與光闌陣列或者波導陣列對準耦合。其中最關(guān)鍵的步驟就是曲面微透鏡陣列的制作，以及微透鏡與波導或光闌陣列的對準。目前國內(nèi)微透鏡陣列的制作工藝停留在平面階段。曲面微透鏡陣列的制作，一般采用滴液法或曲面光刻法。中國科學技術(shù)大學的王浩通過在曲面金屬基底上逐點滴液制作出曲面微透鏡陣列；該方法雖然可以制作出形貌良好的透鏡陣列，但是由于滴液工藝精度的限制，單個透鏡的尺寸很難達到I毫米以下。長春光機所張紅鑫等正在嘗試以曲面光柵作為掩模板，在曲面基底上進行兩次正交的曝光顯影，熱熔后進行離子束刻蝕得到曲面微透鏡陣列；該方法理論上可以制作出小尺寸透鏡，但是其直接在曲面基底上光刻，同時涉及到曲面光柵掩模板的制作，對于設(shè)備要求高，投入成本大。此外，制作出的曲面微透鏡陣列由于單個透鏡尺寸小，在與相應(yīng)波導陣列或者孔徑光闌陣列耦合對準的時候精度要求高，也成為需要考慮的一個困難。美國Ki-Hun Jeong等人，以聚二甲基硅氧烷(PDMS)為模具材料，通過氣壓變化使平面PDMS微透鏡陣列變?yōu)榍嫖⑼哥R陣列，鑄模得到曲面SU-8膠微透鏡陣列。再利用SU-8膠的自聚焦效應(yīng)對其曝光制作出與透鏡自對準的波導陣列。該方法同時克服了微透鏡陣列的制作，以及微透鏡與波導的耦合困難，但是制作過程復雜，周期長，且由氣壓控制曲面曲率，難以嚴格控制曲率的大小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種曲面仿生復眼的制備方法，放棄了直接在曲面基底上制作微凸透鏡陣列的方法，先制作出平面微凸透鏡陣列后再利用材料的彈性制作出曲面微透鏡陣列，同時采用自對準方法制作晶錐波導，該方法能夠制備出微米級的曲面透鏡陣列，有效減少了透鏡和波導對準時帶來的誤差，同時可以精確的控制曲面曲率，具有良好的可重復性。一種曲面仿生復眼的制備方法，具體為步驟I在襯底上制備微凹透鏡陣列；步驟2在凹透鏡陣列表面沉積聚二甲基硅氧烷，固化處理后將其與凹透鏡陣列分離得到聚二甲基硅氧烷的微凸透鏡陣列；步驟3將前烘過的SU-8光刻膠填充在預先定制的曲面基底的下表面，待SU-8冷卻固化后，將聚二甲基硅氧烷微透凸鏡陣列固定在曲面基底的上表面；步驟4對曲面基底上表面進行紫外曝光，再對SU-8膠后烘得到自對準的波導陣列。 本發(fā)明的技術(shù)效果體現(xiàn)在通過本工藝方法制作出的曲面復眼體積小，重量輕，陣列均勻性好，重復性高。由于本制作工藝中，主要采用微納制造技術(shù)，突破了滴液法等傳統(tǒng)制備方法的技術(shù)局限，可以制作出微米級的曲面微透鏡陣列，實現(xiàn)了仿生復眼體積小、重量輕的優(yōu)勢。由于本制作工藝中，以已經(jīng)成熟的微凹透鏡陣列制作工藝為基礎(chǔ)，采用圖形復制方法得到的微凸透鏡陣列也具有很好的均勻性；由于本制作工藝中，采用自對準技術(shù)直接透過微凸透鏡陣列制作晶錐波導陣列，在消除了人工對準誤差的同時保證了晶錐波導陣列的均勻性。由于本制作工藝中所采用的工藝步驟比較成熟，每一部分的可重復性都很高，所以整個復眼的制作工藝也具有很好的重復性。 通過本工藝方法制得的曲面復眼曲面基底的曲率半徑可達2 10毫米，微透鏡陣列中單個透鏡孔徑可達300 600微米，冠高可達60 100微米，制作出的波導長度可達120 300微米。


圖I為本發(fā)明制備方法流程圖；圖2為本發(fā)明方法制備得到的曲面復眼結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明微凸透鏡陣列示意圖；圖4為本發(fā)明晶錐示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。如圖I所示，本發(fā)明曲面仿生復眼的制備方法，具體為步驟I在襯底上制備微凹透鏡陣列；步驟2在微凹透鏡陣列表面沉積聚二甲基硅氧烷，固化處理后將其與微凹透鏡陣列分離得到聚二甲基硅氧烷微凸透鏡陣列；步驟3將前烘過的SU-8光刻膠填充在預先定制的曲面基底的下表面，待SU-8冷卻固化后，將聚二甲基硅氧烷微凸透鏡陣列固定于曲面基底的上表面；步驟4對曲面基底上表面進行紫外曝光，再對SU-8膠后烘得到自對準的波導陣列。所述步驟I采用干法刻蝕、濕法腐蝕、鑄模法中的任意一種。所述步驟I的襯底采用硅、石英玻璃、金屬材料中的任意一種。所述曲面基底可采用光學玻璃或者高分子聚合物材料制作，其需要達到的要求為對可見光有很好的透過性，具有一定的硬度，且基底材料的厚度與PDMS薄膜的厚度之和應(yīng)小于PDMS薄膜上微透鏡的焦距。所述對曲面基底上表面曝光，一般采用平行紫外光源，透過大透鏡對曲面基底中心聚焦，使紫外光線垂直于曲面基底表面入射，通過PDMS微透鏡聚焦后對SU-8膠曝光。
下面給出一個實施例。本實施例包括曲面基底曲率半徑5毫米，厚度為90微米，微透鏡曲率半徑350微米，孔徑200微米，波導長度為150微米，該實施例制備得到的仿生復眼結(jié)構(gòu)如圖2所示。本實施例通過以下步驟進行制備第一步、在襯底 上制備微凹透鏡陣列。清洗硅襯底，在襯底上旋涂光刻膠，制成光刻膠掩模，所述的光刻膠膠厚為I微米；采用感應(yīng)耦合等離子體刻蝕技術(shù)刻蝕硅襯底，刻到一定深度，形成凹陷陣列，所述的凹陷孔徑為80微米，深度為14微米；用丙酮洗去第一步中的光刻膠，得到去除掩膜的硅凹陷陣列；采用感應(yīng)耦合等離子體刻蝕技術(shù)刻蝕凹陷陣列，得到硅襯底上的凹透鏡陣列6，所述的凹透鏡，孔徑為200微米，深度為14微米。第二步、在凹透鏡陣列表面沉積聚二甲基硅氧烷，固化處理后將其與凹透鏡陣列分離得到聚二甲基硅氧烷微凸透鏡陣列，如圖3所示；所述的固化處理為在70攝氏度加熱一個小時。第三步、將SU-8光刻膠4在120攝氏度加熱60分鐘后，填充入曲面基底2的凹面，再將PDMS薄膜I的不帶微透鏡陣列的一面固定在曲面基底的凸面，得到復眼初步模型；所述的曲面基底曲率半徑為5毫米，厚度為90微米。第四步、透過大透鏡5，對復眼初步模型紫外曝光，使紫外光垂直入射曲面基底上表面，如圖4所示；將復眼模型置于玻璃片上，65攝氏度加熱20分鐘后，95攝氏度加熱15分鐘，得到晶錐波導3，完成曲面復眼的制備。所述的曝光參數(shù)為曝光功率2毫瓦每平方厘米，曝光波長365納米，曝光時間30秒。本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種曲面仿生復眼的制備方法，具體為 步驟I在襯底上制備微凹透鏡陣列； 步驟2在凹透鏡陣列表面沉積聚二甲基硅氧烷，固化處理后將其與凹透鏡陣列分離得到聚二甲基硅氧烷的微凸透鏡陣列； 步驟3將前烘過的SU-8光刻膠填充在預先定制的曲面基底的下表面，待SU-8冷卻固化后，將聚二甲基硅氧烷微透凸鏡陣列固定在曲面基底的上表面； 步驟4對曲面基底上表面進行紫外曝光，再對SU-8膠后烘得到自對準的波導陣列。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的曲面仿生復眼的制備方法，其特征在于，所述步驟I采用干法刻蝕、濕法腐蝕、鑄模法中的任意一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的曲面仿生復眼的制備方法，其特征在于，所述步驟I的襯底采用硅、石英玻璃、金屬材料中的任意一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的曲面仿生復眼的制備方法，其特征在于，所述曲面基底可采用采用光學玻璃或者高分子聚合物材料制作，基底材料的厚度與聚二甲基硅氧烷薄膜的厚度之和應(yīng)小于聚二甲基硅氧烷薄膜上微透鏡的焦距。
5.按照權(quán)利要求I至4任意一種方法制備得到的曲面仿生復眼。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種曲面仿生復眼的制備方法，具體為在襯底上制備微凹透鏡陣列；在凹透鏡陣列表面沉積聚二甲基硅氧烷，固化處理后將其與凹透鏡陣列分離得到聚二甲基硅氧烷的微凸透鏡陣列；將SU-8光刻膠滴在曲面基底的下表面，待SU-8冷卻固化后，將聚二甲基硅氧烷微透凸鏡陣列四周固定在曲面基底的上表面；對曲面基底上表面進行紫外曝光，再對SU-8膠后烘得到自對準的波導陣列。本發(fā)明放棄了直接在曲面基底上制作微凸透鏡陣列的方法，先制作出平面微凸透鏡陣列后再利用材料的彈性制作出曲面微透鏡陣列，同時采用自對準方法制作晶錐波導，該方法能夠制備出微米級的曲面透鏡陣列，有效減少了透鏡和波導對準時帶來的誤差，同時精確的控制曲面曲率，具有良好的可重復性。
文檔編號G03F7/00GK102901997SQ20121034219
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月14日
發(fā)明者羅歡, 陳四海, 周一帆, 李鳳 申請人:華中科技大學