柔性PDMS微透镜阵列的数字光刻制备及其形变性能研究

来源 :南昌航空大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:IceMilo
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近些年来,随着光学技术的发展,微透镜阵列逐渐受到研究学者们的广泛关注,由于微透镜阵列结构不仅具有透镜的特性,而且具有小型化、集成化等特点,被广泛应用于信息通讯、生物医学和航空航天等领域中。其中柔性微透镜阵列在便携设备和可变焦等领域受到了国内外学者的关注,在柔性材料中聚二甲基硅氧烷(PDMS)有着良好的机械性能、透光率高和化学惰性等优势,可以很好制备出柔性微透镜阵列。由于柔性微透镜阵列不可避免的会产生形变,形变会导致透镜表面发生变化,因此本文通过数字光刻技术和模型复制方法制备出柔性微透镜阵列,搭建光学测试系统进行了测试分析,针对柔性微透镜阵列形变,通过软件仿真研究形变对柔性微透镜阵列表面轮廓的影响,并采用拉力驱动柔性微透镜形变,研究其形变对焦距产生的影响。本论文主要研究内容如下:首先,对柔性微透镜阵列形变性能进行仿真,分析了柔性微透镜阵列的形变机理,同时利用有限元分析软件对拉力驱动柔性微透镜阵列的形变进行仿真,并结合ZEMAX光学软件拟合出透镜表面的轮廓,得到焦距随透镜形变的变化关系。其次,详细给出了柔性PDMS微透镜阵列的制备的方法。详细分析了数字微镜器件(DMD)的光开关的工作原理,分析了DMD数字灰度光刻系统及其工作原理,介绍了数字灰度掩模技术原理,设计所需的掩模图像。详细给出了实验用到的仪器的参数和实验步骤,利用数字光刻技术在光刻胶表面制备的微透镜阵列的凹形模板,利用模型复制方法在PDMS表面复制出凸形柔性微透镜阵列,给出实验结果并对其进行误差分析。最后,搭建了一套光学测试装置,对制作出的一系列柔性微透镜阵列进行焦距测量和成像测试,并采用拉伸的方式对制备的柔性微透镜阵列产生形变,对其形变后焦距进行了分析,在产生30%形变量下,焦距变化量达到48.4%。综上所述,本论文的工作主要使用柔性材料PDMS,借助数字光刻技术,制备出具有不同性能的微透镜阵列,并利用拉力驱动的方式实现了微透镜性能的调谐。所制备出的柔性微透镜阵列具有良好的可拉伸性和可控的光学特性,针对柔性微透镜阵列的研究拓宽了光学制作设计的新思路,为未来微型化、集成化、多功能化穿戴式光学器件的发展做出了有益的探索。
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