变折射率平面微透镜阵列是微小光学领域中的一个重要光学元件,具有重量轻、体积小、成像均匀好等优点,在促进现代光学元件向着集成化、阵列化、智能化、微型化和轻量化方向发展起着重要的作用。随着科学技术的不断发展,光学微加工技术也越来越成熟,出现了各种各样制作变折射率平面微透镜阵列的微加工工艺,例如光刻离子交换法、微滴喷射法、光刻胶热熔法、热压印技术、激光直写技术、离子束刻蚀技术、溶胶-凝胶工艺等。采用光刻离子交换工艺制作的变折射率平面微透镜阵列将透镜元掩埋于平板玻璃内部,可以增加透镜元的热稳定性、抗老化以及抗机械应力的能力。变折射率平面微透镜阵列不仅可以实现综合成像和多重成像,还可以在此基础上实现光信息传输时的多通道、并行、高速处理,并且它可以对光束进行聚焦、准直、变换,可以利用这些特性将变折射率平面微透镜阵列应用于光准直器、光路由器、光波复用器等器件中。因此,变折射率平面微透镜阵列在医疗、航天、航海、军事、农业、工业等领域中都有着重要的应用。本文重点研究了离子交换时间对变折射率平面微透镜阵列透镜元的光学性能的影响,分析了变折射率平面微透镜阵列透镜元的离子交换宽度与深度、焦距、畸变以及数值孔径随离子交换时间的变化规律,使用雅明干涉装置测量了透镜元的折射率分布情况。采用光刻离子交换法制作的变折射率平面微透镜阵列,其透镜元的折射率分布主要会受到离子交换的时间与温度、熔盐离子的性质、开孔的大小和形状以及基底玻璃的成分等因素的影响。本文选择了对离子交换时间进行研究,同时制作了开孔大小不同的变折射率平面微透镜阵列进行比较,主要包括以下工作:（1）变折射率平面微透镜阵列的制作。在玻璃基片上使用溅射法均匀的镀上一层钛膜,然后用旋涂法在玻璃基片镀有钛膜的那一面均匀的涂覆上一层光刻胶。使用设计好的掩模在平行紫外光下进行曝光,再进行显影和定影,在光刻胶上形成开孔阵列。使用腐蚀液对钛膜进行蚀刻,将光刻胶上的图形复制转移到钛膜上,然后去胶。最后一步就是进行离子交换,对两种开孔大小的玻璃基片分6个时间段取样,这样就完成了变折射率平面微透镜阵列的制作。（2）变折射率平面微透镜阵列透镜元的离子交换深度、宽度、焦距、数值孔径、畸变和折射率分布的测量与分析。通过测量不同开孔半径的透镜元的离子交换深度、宽度、焦距、畸变、数值孔径,发现了这样的规律:随着离子交换时间的增长,离子交换的深度与宽度在变深和变宽,在z方向和r方向上离子扩散平均速率在减小,并且孔径较小的透镜元要减小得更快一些;当离子交换时间变长时,两种开孔半径的透镜元的焦距都在逐渐变短,并且开孔较小的透镜元的焦距要更短一些;两种开孔半径的透镜元的数值孔径都在随着离子交换时间的增加而逐渐变大,畸变则随着离子交换时间的增加而逐渐减小。通过研究离子交换时间对变折射率平面微透镜阵列透镜元的光学特性影响,找到透镜元的光学性能随离子交换时间的变化规律,为变折射率平面微透镜阵列的制作以及应用提供了参考。