飛秒激光直寫（FsLDW）技術憑借納米級分辨率、三維結構加工能力成為微透鏡制備的核心技術，而溶膠- 凝膠基光刻膠兼具有機材料的設計靈活性與無機材料的高穩定性，是制備高精度微透鏡的理想材料。本研究以溶膠 - 凝膠基光刻膠為原料，通過飛秒激光直寫技術制備不同曲率半徑的微透鏡，結合光子灣科技的共聚焦顯微鏡（LSCM）等多種表征技術，對微透鏡的三維形貌進行精準分析，驗證制備工藝的成型精度。

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實驗材料

實驗以正硅酸乙酯（TEOS）和3 - 甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（KH-570）為硅前驅體，在酸性催化下水解得到二氧化硅溶膠，與交聯劑季戊四醇三丙烯酸酯（PE-3A）按 1:2 重量比混合，引入光引發劑二苯基 (2,4,6 - 三甲基苯甲酰基) 氧化膦（TPO）配制溶膠- 凝膠基光刻膠，以乙醇為顯影液完成微結構成型。

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微透鏡制備

光刻膠材料體系及其飛秒激光直寫加工性能。（a）光刻膠各組分化學結構；（b）溶膠、交聯劑、引發劑和光刻膠溶液的紫外-可見吸收光譜；（c）飛秒激光直寫制備的線結構的 SEM 圖像；（d）激光功率對光刻膠線寬的影響。

微透鏡制備基于飛秒激光直寫系統，采用780 nm 飛秒激光經擴束整形后，由油浸物鏡聚焦至光刻膠內部，通過掃描振鏡與壓電移動臺協同控制完成三維逐層掃描，利用雙光子聚合反應實現微結構固化。本研究設計制備曲率半徑為15 μm、20 μm、25 μm、30 μm的四種微透鏡，所有透鏡中心厚度統一設定為5 μm，通過精確調控激光功率（18.5~34.3 mW）等工藝參數，實現微透鏡的可控加工。

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微透鏡形貌表征方法

為全面驗證微透鏡的成型精度，采用掃描電子顯微鏡（SEM）、白光干涉三維輪廓儀與共聚焦顯微鏡（LSCM）開展多維度表征。其中SEM 用于觀測微透鏡二維表面形貌與邊緣清晰度，白光干涉三維輪廓儀實現中心高度、表面曲率的定量測量，而共聚焦顯微鏡則用于微透鏡三維曲面形態的精準重建與輪廓分析，通過分層掃描與三維重構功能，獲取微透鏡的三維形貌輪廓及剖面特征，直觀反映其三維結構的完整性與曲率連續性。

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共聚焦顯微鏡表征結果與形貌分析

利用共聚焦顯微鏡和白光干涉三維輪廓儀進行三維形貌表征。（a）R4=30 μm 的透鏡在 X 與 Y 方向的二維剖面輪廓圖；（b）四種透鏡的加工高度及其與設計尺寸的相對誤差；（c）R?=15 μm 的微透鏡的共聚焦顯微鏡三維形貌輪廓圖；（d）-（f）微透鏡的共聚焦顯微鏡三維視圖；（g）沿（d）圖中標記的ⅰ-ⅰ與ⅱ-ⅱ剖面位置所截取的1/4 三維剖面圖

以曲率半徑15 μm 的微透鏡為核心研究對象，共聚焦顯微鏡的三維形貌表征結果顯示，所制備的微透鏡呈現出連續且一致的曲面形態，整體結構完整、輪廓清晰，無明顯塌陷、裂紋等結構缺陷，證明溶膠- 凝膠基光刻膠在飛秒激光直寫過程中具有良好的結構保真度。

對該微透鏡沿不同方向進行剖面剖切，得到的1/4 三維剖面圖清晰展現了微透鏡在 X、Y 方向的曲率過渡特性，曲面無明顯畸變，與設計模型的曲面特征高度吻合。結合白光干涉三維輪廓儀測試數據，四種微透鏡的中心高度相對誤差基本控制在±2%以內，直徑加工相對誤差約4%，與共聚焦顯微鏡表征的三維形貌特征相互印證，表明飛秒激光直寫技術結合溶膠- 凝膠基光刻膠，可實現微透鏡的高精度成型。

綜上，本研究以溶膠- 凝膠基光刻膠為原料，通過飛秒激光直寫技術成功制備了不同曲率半徑的有機- 無機雜化微透鏡。以共聚焦顯微鏡等形貌表征技術結果表明，所制備的微透鏡三維曲面連續、結構完整，加工尺寸誤差控制在較低水平，充分驗證了溶膠- 凝膠基光刻膠與飛秒激光直寫技術結合的可行性與高精度，為微納尺度光學器件的三維形貌表征提供了有效方法。

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光子灣3D共聚焦顯微鏡

光子灣3D共聚焦顯微鏡是一款用于對各種精密器件及材料表面，可應對多樣化測量場景，能夠快速高效完成亞微米級形貌和表面粗糙度的精準測量任務，提供值得信賴的高質量數據。

超寬視野范圍，高精細彩色圖像觀察

提供粗糙度、幾何輪廓、結構、頻率、功能等五大分析技術

采用針孔共聚焦光學系統，高穩定性結構設計

提供調整位置、糾正、濾波、提取四大模塊的數據處理功能

光子灣共聚焦顯微鏡以原位觀察與三維成像能力，為精密測量提供表征技術支撐，助力從表面粗糙度與性能分析的精準把控，成為推動多領域技術升級的重要光學測量工具。

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