飛秒激光制備微光學(xué)元件及其應(yīng)用

由此看出，利用飛秒激光，可以很容易地在材料表面、內(nèi)部進(jìn)行微光學(xué)元件的加工。利用飛秒激光加工靈活的優(yōu)點(diǎn)，集成化加工變得非常簡單。除了加工這種固定參數(shù)的微透鏡之外，研究者們還通過新手段、新材料來實(shí)現(xiàn)可調(diào)節(jié)微透鏡的加工，以下舉例部分。

2015年，Xu等利用飛秒激光雙光子聚合加工技術(shù)加工出具有高曲率的凹凸微透鏡(CCML)，如圖4所示。該透鏡不僅具有較高的設(shè)計(jì)自由度，而且能夠顯著地改善光學(xué)性能，在光束整形和集成光學(xué)系統(tǒng)中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。除此之外，凹凸透鏡的焦距能夠隨環(huán)境折射率的改變而改變，將來可以應(yīng)用于微流控通道中，這種透鏡的中空結(jié)構(gòu)使其可應(yīng)用于微反應(yīng)室中。

圖4. 凹凸微透鏡掃描電鏡照片和激光共聚焦顯微鏡照片

2015年，Lu等利用相同的加工技術(shù)實(shí)現(xiàn)了溶劑響應(yīng)的聚二甲基硅氧烷(PDMS)微透鏡的加工。這種柔性加工技術(shù)和溶劑響應(yīng)的微透鏡集成在新型的微流控和光流控芯片中具有巨大的應(yīng)用前景。

若將微透鏡組成陣列，則可以實(shí)現(xiàn)更多的功能，如提高太陽能效率、人工復(fù)眼等。

2015年，Meng等結(jié)合飛秒激光和化學(xué)腐蝕，在硅表面加工出填充因子為100%的微凹透鏡陣列。由于硅的光學(xué)特性，這種技術(shù)將來可應(yīng)用于紅外光的微傳感與微光學(xué)系統(tǒng)中。

結(jié)合飛秒激光和化學(xué)腐蝕，可以在材料表面快速制備出微凹透鏡陣列。采用壓印轉(zhuǎn)寫技術(shù)，快速實(shí)現(xiàn)微凸透鏡陣列制備。這種技術(shù)缺點(diǎn)也非常明顯，透鏡的形貌不可控，一般都只能為球面。腐蝕液需要與材料嚴(yán)格匹配，往往具有非常強(qiáng)的毒性。飛秒激光直寫一步成型微透鏡陣列能夠提供一種非常靈活的加工手段，實(shí)現(xiàn)真三維加工，在微透鏡制備上應(yīng)用更加廣泛。

2015年，Tian等利用飛秒激光加工出具有不同焦距的、呈六邊形排列的微凸透鏡陣列。由于微透鏡具有不同的焦距，使得在不同位置的物體都能夠清晰成像，如圖5所示。這種微透鏡陣列能夠提升光學(xué)系統(tǒng)的性能，特別適用于彎曲面的成像。

圖5.微透鏡陣列在不同位置成像效果