一种利用皮秒激光快速制备均匀可控微透镜阵列的方法与流程

本发明属于透镜阵列制备技术领域，特别涉及一种利用皮秒激光快速制备均匀可控微透镜阵列的方法。

背景技术：

由于成本低且制备简单，聚合物微透镜阵列已广泛用于微光学系统、人造复眼和其他光伏器件。在过去的几年中，已经提出了各种方法来制造微透镜，例如热压印，光刻，热熔，化学蚀刻，上述方法不仅形貌难以控制，而且工艺复杂，加工效率低，极大限制了微透镜阵列的推广应用。虽然超快激光加工具有超高的空间分辨率，广泛应用于精细加工技术领域，但是利用传统激光“点对点”方法加工微透镜阵列方法加工效率很低，而且需要进行翻模，酸洗等后处理工艺。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种利用皮秒激光快速制备均匀可控微透镜阵列的方法，不仅提高了大面积微透镜阵列效率，而且加工完成后可以直接成像，无需后处理，大大简化了微透镜阵列的制备流程。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种利用皮秒激光快速制备均匀可控微透镜阵列的方法，包括以下步骤：

1)将15g聚甲基丙烯酸甲酯pmma溶解在75g甲苯中，添加甲基红至饱和，转速为120转/分钟磁力搅拌装置搅拌12小时后，混合40分钟，用200nm滤纸过滤，得到pmma混合溶液，然后将pmma混合溶液涂在玻璃片上，室温下，在封闭空间中静置6小时，获得具有光滑表面和均匀厚度约为50μm的pmma膜；

2)搭建光路，光路包括皮秒激光器1，皮秒激光器1输出光经过第一反射镜2使光路转90°，反射光依次经过半波片3、分光棱镜4、光束整形器5、光圈6、快门7、第二反射镜8、聚焦物镜9、微透镜阵列10垂直照射在移动载物台12的加工样片11工位上，皮秒激光器1、快门7、移动载物台12和电脑13连接，利用半波片3和分光棱镜4调节激光功率，同时电脑13通过快门7控制光路的通断，采用微透镜阵列10用于皮秒激光器1输出激光的聚焦；

3)利用电脑13调节皮秒激光器1输出激光，激光波长为532nm，重频为30khz，脉宽为10ps，激光功率为3-4w；

4)将步骤1)制备的pmma膜作为加工样片11固定在移动载物台12加工工位上，调节移动载物台12位置，使皮秒激光器1聚焦于加工样片11的内部，制备均匀可控微透镜阵列。

通过调节皮秒激光器1的辐照时间1.5s-2.5s，能够调节均匀可控微透镜阵列直径和高度。

本发明的有益效果：通过使用微透镜阵列10，一次可制造数百个均匀可控微透镜，并在几分钟内形成数千个均匀可控微透镜，加工效率大大提高；由于复杂的光热反应作用于pmma膜的内部，同时光热作用可以最大限度确保均匀可控微透镜表面光滑，因此不需要后处理，即可直接用于透镜成像。通过将高斯光整形成平顶光，改进的激光束可以保证均匀可控微透镜的均匀性。通过调整激光参数，可以控制均匀可控微透镜的轮廓。

附图说明

图1为本发明实施例1、2的光路示意图。

图2为实施例1激光功率3w、辐照时间1.5s的结果图。

图3为实施例1功率3w、辐照时间1.5s的成像性效果图。

图4为实施例2激光功率4w、辐照时间2s的结果图。

图5为实施例3激光功率4w、辐照时间2.5s的结果图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例1，一种利用皮秒激光快速制备均匀可控微透镜阵列的方法，包括以下步骤：

1)将15g聚甲基丙烯酸甲酯pmma溶解在75g甲苯中，添加甲基红至饱和，转速为120转/分钟磁力搅拌装置搅拌12小时后，混合40分钟，用200nm滤纸过滤，得到pmma混合溶液，然后将pmma混合溶液涂在玻璃片上，室温下，在封闭空间中静置6小时，获得具有光滑表面和均匀厚度约为50μm的pmma膜；

2)搭建光路，参照图1，光路包括皮秒激光器1，皮秒激光器1输出光经过第一反射镜2使光路转90°，反射光依次经过半波片3、分光棱镜4、光束整形器5、光圈6、快门7、第二反射镜8、聚焦物镜9、微透镜阵列10垂直照射在移动载物台12的加工样片11工位上，皮秒激光器1、快门7、移动载物台12和电脑13连接，利用半波片3和分光棱镜4调节激光功率，同时电脑13通过快门7控制光路的通断，采用微透镜阵列10用于皮秒激光器1输出激光的聚焦；

3)利用电脑13调节皮秒激光器1输出激光，激光波长为532nm，重频为30khz，脉宽为10ps，激光功率为3w，辐照时间1.5s；

4)将步骤1)制备的pmma膜作为加工样片11固定在移动载物台12加工工位上，调节移动载物台12位置，使皮秒激光器1聚焦于加工样片11的内部，制备均匀可控微透镜阵列。

本实施例的效果：参照图2，本实施例得到直径和高度分别为30、5μm的均匀可控微透镜阵列，其成像性参照图3，从图3中可以看出，制备微透镜阵列具有良好的成像性。

实施例2，将实施例1步骤3)中的激光功率设置为4w，辐照时间2s；参照图4，本实施例可得到直径和高度分别为50、12μm的均匀可控微透镜阵列。

实施例3，将实施例1步骤3)中的激光功率设置为4w，辐照时间2.5s；参照图5，本实施例可得到直径和高度分别为55、15μm的均匀可控微透镜阵列。

实施例4，将实施例1步骤3)中的激光功率设置为3.5w，辐照时间2s；本实施例可得到直径和高度介于实施例1和实施例2之间。

技术特征：

技术总结
一种利用皮秒激光快速制备均匀可控微透镜阵列的方法，先将聚甲基丙烯酸甲酯PMMA和甲基红MR溶解在甲苯中，磁力搅拌装置搅拌，超声混合，用滤纸过滤，得到PMMA混合溶液，然后将PMMA混合溶液涂在玻璃片上，室温下，在封闭空间中静置，获得具有光滑表面和均匀厚度的PMMA膜；然后搭建光路，再利用电脑调节皮秒激光器输出激光，激光波长为532nm，重频为30kHz，脉宽为10ps，激光功率为3‑4W；将PMMA膜作为加工样片固定在移动载物台加工工位上，制备均匀可控微透镜阵列；本发明不仅提高了大面积微透镜阵列效率，而且加工完成后可以直接成像，无需后处理，大大简化了微透镜阵列的制备流程。

技术研发人员：王文君;梅雪松;李江;潘爱飞;孙学峰;崔健磊
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：2018.12.11
技术公布日：2019.04.16