微透鏡陣列（MLA）憑借其廣泛的光學(xué)應(yīng)用吸引了業(yè)界的高度關(guān)注，已被用作許多光學(xué)系統(tǒng)中的重要組件，包括數(shù)字顯示器、積分成像、三維成像、高分辨率分子生物成像、高密度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、人工眼和光學(xué)通信等。例如，單片集成微透鏡陣列有利于改善互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）和電荷耦合器件（CCD）系統(tǒng)中平面圖像傳感器陣列的光子捕獲。

此外，微透鏡陣列還可以在發(fā)光器件中集成用于增強(qiáng)光輸出耦合效率或均勻照明，為實(shí)現(xiàn)微型光源（如平板顯示器或生物醫(yī)學(xué)設(shè)備）提供了一種有前景的策略。具有高填充因子的集成微透鏡陣列被認(rèn)為是一種有效提高光利用率的2D光學(xué)元件，而在光傳播方向上的多層微透鏡陣列有助于實(shí)現(xiàn)3D集成微/納米光學(xué)系統(tǒng)，有望應(yīng)用于激光均勻化、全息投影或其他光學(xué)檢查應(yīng)用。

近來(lái)，隨著光電工程的發(fā)展和對(duì)新功能和新穎3D微透鏡陣列的興趣日益濃厚，受自然啟發(fā)的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和材料已成為該領(lǐng)域的新研究熱點(diǎn)。特別是，在仿生學(xué)領(lǐng)域的各種光學(xué)材料中，昆蟲(chóng)或甲殼類(lèi)動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)的復(fù)眼，作為光電機(jī)械應(yīng)用的關(guān)鍵微光學(xué)元件一直備受關(guān)注。作為材料設(shè)計(jì)中的一個(gè)新概念，已經(jīng)引入并迅速開(kāi)發(fā)了多種策略來(lái)制造微透鏡陣列，以實(shí)現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)的微型化，同時(shí)改善光學(xué)功能特性。隨著灰度光刻、激光直寫(xiě)和離子銑削等其他制造工具的發(fā)展，包括光刻或噴墨打印方法等典型制造工藝已被應(yīng)用。

此外，表面張力驅(qū)動(dòng)的膠體顆粒組裝技術(shù)的最新研究，也為構(gòu)建微透鏡陣列的大型模板提供了替代方法。盡管上述研究展示了在保證完整光學(xué)特性的同時(shí)生產(chǎn)定制化微透鏡陣列的有趣方法，但迄今為止最容易實(shí)現(xiàn)的方法還是傳統(tǒng)的光刻法——通過(guò)調(diào)整紫外（UV）光的均勻分布實(shí)現(xiàn)；分類(lèi)研究通過(guò)單次曝光步驟優(yōu)化光刻條件探索了3D微透鏡圖案，以創(chuàng)建微透鏡上的納米結(jié)構(gòu)。

特別是，考慮到合理的制造成本，同時(shí)保持特定的焦距，這種方法對(duì)微光學(xué)元件最具吸引力。然而，構(gòu)建微透鏡陣列的主要挑戰(zhàn)之一是大規(guī)模的可重復(fù)制造和裝配精度。

據(jù)麥姆斯咨詢(xún)報(bào)道，韓國(guó)釜山大學(xué)的研究人員提出了一種高通量、可擴(kuò)展且經(jīng)濟(jì)高效的方法，通過(guò)簡(jiǎn)單的光刻、優(yōu)化的電鑄成型和微壓印工藝，可以有效構(gòu)建焦距范圍為80~120 μm的六邊形微透鏡陣列?。與一般剛性微透鏡不同，這種新開(kāi)發(fā)的微透鏡陣列由彈性聚二甲基硅氧烷（PDMS）制成，使其足夠薄且可變形，能夠以靈活的形式充分展示透明微成像投影，探索微光學(xué)安全應(yīng)用的可能性。

在預(yù)應(yīng)變的PDMS微透鏡陣列上簡(jiǎn)單地進(jìn)行等離子體處理，可以有效利用微透鏡表面上的納米褶皺的自發(fā)形成。微透鏡陣列上的納米褶皺的形成是應(yīng)力的直接結(jié)果，這是由于O2等離子體處理在PDMS表面氧化過(guò)程中產(chǎn)生的SiO2（即二氧化硅）表面上的物理限制效應(yīng)。

此外，通過(guò)控制微透鏡陣列上的納米褶皺，所選擇的材料（即PDMS）可以容易地調(diào)諧應(yīng)力響應(yīng)靈敏度，當(dāng)然這種納米褶皺在微透鏡應(yīng)用中足夠透明。因此，當(dāng)其安裝在平移臺(tái)上時(shí)，可以在可調(diào)范圍內(nèi)以精確可控的方式構(gòu)建分層微納結(jié)構(gòu)的微透鏡陣列。令人驚訝的是，通過(guò)微透鏡和納米結(jié)構(gòu)化褶皺的干涉組合效應(yīng)，可以通過(guò)激光照射（λ?=?633?nm）和UV-vis測(cè)量來(lái)表征意想不到的光學(xué)衍射圖案。

這種彈性微透鏡陣列和應(yīng)變可調(diào)納米褶皺的干涉組合效應(yīng)，促進(jìn)了這種獨(dú)特的微光學(xué)優(yōu)勢(shì)。雖然大多數(shù)關(guān)于納米褶皺PDMS光學(xué)特性的結(jié)果是通過(guò)使用具有拉長(zhǎng)或收縮狀態(tài)的平坦表面幾何形狀獲得的，但如前所述，這項(xiàng)研究展示了覆蓋納米褶皺的微透鏡，以利用其可調(diào)焦距的功能。此外，通過(guò)測(cè)試其圖像投影能力，還證明了所制造的彈性微透鏡陣列的額外光學(xué)性能。

顯然，這項(xiàng)研究介紹的最先進(jìn)的技術(shù)和獨(dú)特的結(jié)構(gòu)之所以有吸引力，是因?yàn)樗鼈兡軌蛲ㄟ^(guò)簡(jiǎn)單的工藝來(lái)設(shè)計(jì)納米褶皺的形成，從而實(shí)現(xiàn)一類(lèi)新的多功能光學(xué)元件，可應(yīng)用于3D全息成像、Shack-Hartmann波前傳感器，以及在不久的將來(lái)作為精細(xì)控制的擴(kuò)散片用于可變型顯示器。

微透鏡陣列制造工藝示意圖

基于PDMS的微透鏡表面的分層納米結(jié)構(gòu)褶皺

具有納米褶皺的微透鏡陣列的光學(xué)性能

總體而言，研究人員開(kāi)發(fā)了一種簡(jiǎn)單但強(qiáng)大的光刻技術(shù)，通過(guò)對(duì)預(yù)應(yīng)變的彈性微透鏡陣列進(jìn)行O2等離子體處理的簡(jiǎn)單工藝，在大面積上（15英寸）構(gòu)建了高度有序的微透鏡陣列，并在微透鏡表面上構(gòu)建了分層結(jié)構(gòu)的納米褶皺。該光學(xué)材料平臺(tái)由微透鏡陣列上完全覆蓋的納米結(jié)構(gòu)褶皺組成，可作為獨(dú)特的光學(xué)元件，通過(guò)光學(xué)干涉的組合效應(yīng)產(chǎn)生意想不到的光學(xué)衍射圖案。

此外，通過(guò)測(cè)試其用于微光學(xué)安全應(yīng)用的成像能力，還展示了這種彈性微透鏡陣列的全息光學(xué)性能。由此產(chǎn)生的光學(xué)特性提供了一類(lèi)新的多功能柔性可拉伸膜，通過(guò)利用可調(diào)諧接口傳遞前所未有的光學(xué)信號(hào)，從而在其他光電子器件或空間協(xié)調(diào)圖像投影中實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。

研究人員認(rèn)為，這種復(fù)制分層“微-納”結(jié)構(gòu)微透鏡陣列并將其定位到所需空間排列中的能力，通過(guò)可調(diào)諧焦距為實(shí)現(xiàn)基于微透鏡的光學(xué)技術(shù)潛力帶來(lái)了機(jī)遇，以應(yīng)用于更先進(jìn)的微光學(xué)器件和成像器件。