一种制作高填充系数的方形孔径平面微透镜阵列的方法技术

一种制作高填充系数的方形孔径平面微透镜阵列的方法，所述方法包括下列步骤：选用Na+含量较高的光学玻璃作为基片，进行基片表面清洗，然后在玻璃基片上溅射钛膜层；在钛膜层上均匀涂光刻胶；使用紫外线进行曝光，进行显影；去除钛膜层和光刻胶；进行离子交换，其特征在于：在所述进行曝光时采用了具有方孔的方形掩模板，其中方孔的四边与相邻四孔中心连线所构成的正方形四边相平行或垂直；这种方形孔径平面微透镜阵比先前研制的圆孔扩散的阵列填充因子更高，因此能适用于在光信息的会聚、整形、耦合、互连、成像以及要求光信息尽可能无损地全部利用比提高传输图像像质更重要的情况中。因此，本发明专利技术具有非常重要的理论意义和实用意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及ー种平面微透镜阵列的制作方法。
技术介绍
变折射率平面微透镜阵列是一种集微型化、阵列化、集成化等特点的重要微小光学元件之一。由于元透镜掩埋于玻璃基片内，因此抵抗温度变化及外界应カ的能力较强，具有重要的科学研究价值和广阔的应用前景，如光纤传感系统，光信息处理系统，多孔径光学系统等实际应用领域，是耦合器陈列、连接器陈列、分光器阵列等的关键部件。过去制作的微透镜阵列，元透镜大多是圆柱或半球形，但其圆孔排列方式使其填充系数小(填充系数定义为有效受光面积与总受光面积的比值)，这样大量的光信息会被损失掉而引起光信息失真。圆孔六角紧密排列使得填充系数有所提高，然仍存在9. 3%的光信息损失。所以在要求光信息尽可能全部利用时，让填充系数最大化成了一个关键技术难题，这就要求微透镜阵列紧凑密集排列，透镜元之间尽可能无间隙。对变折射率平面微透镜的研究已比较成熟，自1982年K.1ga等人提出平面微透镜阵列的概念以来他们就一直致力于·该类元件的理论和实验研究(Appl. Opt. 21，1052(1982) ；Appl. Opt. 29， 4092 (1990) ；Appl. Opt. 31， 5255 (1992) ；OPTICAL REVIEW5，I (1998) ；Appl. Opt. 29, 4077 - 4080(1990))，主要采用光刻离子交换法来制作，这两种エ艺的发展目前都已经非常成熟。德国K.-H. Brenner等人也提出了圆孔中心按正方形，六角形和径向对称排列的平面微透镜阵列(Proc. SPIE. 4437，50 (2001) ；Proc.SPIE. 4455，281(2001)),以及方形孔径按正方形的排列，这种排列情况中方形孔的对角线与相邻孔中心的连线垂直或平行(Proc. SPIE. 4437，50 (2001))，这种排列使得元透镜更似球形，但填充系数难以最大化。2007年，刘德森、张玉等人采用光刻离子交换エ艺制作出异形孔径变折射率平面微透镜阵列(科学研究月刊，3，90 (2007);光子学报，37(8)，1639(2008) )。2010年，蒋小平、刘德森等人又研制出异形孔径变折射率曲面微透镜阵列(光学学报，30 (6)，1792 (2010))。离子交换中扩散的主要动カ来源于离子浓度梯度。当相邻窗ロ的扩散区域相遇时(如附图说明图1所示)，由于窗ロ尺寸、离子交換条件完全一致，在离子交換区域相遇处形成边界00，其两边的离子浓度相等并关于边界线Od对称，因此在邻近边界的两侧不会发生互扩散现象。当扩散继续进行吋，两个窗ロ之间最新相遇的点仍位于同一直线りヴ上，从而形成共同的边界。在边界两边的区域，折射率分布不遵循単一窗ロ离子交換时的圆对称关系。根据圆孔离子扩散的特征，可以设计出符合需要的掩膜版，然后将膜版图像转印到玻璃基片进行离子交換。所以掩膜版设计也是本专利技术的关键因素之一。对于开孔比较小的离子交換，其交換过程理论上采用点源扩散处理，扩散方程为I3 ( 3(7N| 3JC7 I BC 7Br1、'Br JD dt初始条件本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制作高填充系数的方形孔径平面微透镜阵列的方法，所述方法包括下列步骤：选用Na+含量较高的光学玻璃作为基片，并进行精细研磨、抛光，保证有良好的光洁度，再进行基片表面清洗，然后在玻璃基片上溅射1μm以上的钛膜层；在钛膜层上均匀涂光刻胶；使用紫外线进行曝光，进行显影去除钛膜层和光刻胶；进行离子交换，其特征在于：在所述进行曝光时采用了具有方孔的方形掩模板，其中方孔的四边与相邻四孔中心连线所构成的正方形四边相平行或垂直；离子交换时置于T12SO4和ZnSO4照T12SO4：ZnSO4=1：3（以重量相比）组成的混合熔盐中，交换温度在490°C进行离子交换,形成微透镜阵列，形成的微透镜阵列中由于相邻四个透镜元间各角区域共同构成了一个新的折射率分布，其分布区域中离子浓度从内向外正好与单个透镜的离子浓度分布相反，所以两种成像也一正一反。

【技术特征摘要】
1.一种制作高填充系数的方形孔径平面微透镜阵列的方法，所述方法包括下列步骤 选用Na+含量较高的光学玻璃作为基片，并进行精细研磨、抛光，保证有良好的光洁度，再进行基片表面清洗，然后在玻璃基片上溅射以上的钛膜层； 在钛膜层上均匀涂光刻胶； 使用紫外线进行曝光， 进行显影 去除钛膜层和光刻胶； 进行离子交换， 其特征在于在所述进行曝光时采用了具有方孔的方形掩模板，其中方孔的四边与相邻四孔中心连线所构成的正方形四边相平行或垂直； 离子交换时置于Tl2SO4和ZnSO4照Tl2SO4 =ZnSO4=I ...

【专利技术属性】
技术研发人员：周素梅，蒋小平，
申请(专利权)人：西南大学，
类型：发明
国别省市：