基于车削掩模的非球面微透镜阵列制作技术研究

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1、分类号：密级：可公开UDC：编号：基于车削掩模的非球面微透镜阵列制作技术研究RESEARCHONFABRICATIONOFASPHERICMICROLENSARRAYBASEDONTURNINGMASK学位授予单位及代码：长春理工大学（10186）学科专业名称及代码：光学工程（080300）研究方向：微纳光学申请学位级别：工学硕士指导教师：董连和教授/张为国老师研究生：王灏论文起止时间：2017.10—2018.05摘要现有成熟的加工方法中，微光学结构的加工大体可分为微光刻和金刚刀车削两大类。微光刻可用于加工无机材料，如：石英、硅等，但微光刻技术一直

2、以来都没有很好的解决微纳米结构面形控制的问题；而金刚刀车削技术可以实现对面型的精确控制，却难以车削无机、脆性材料。为解决石英非球面微透镜阵列加工所面临的工艺可控性差且面型精度不高这两大[1-4]难点，提出了一种基于车削掩模的石英玻璃元件制作方法。将单点金刚石车削加工技术与反应离子刻蚀技术这两种工艺进行创新性组合，采用单点金刚石车削制作掩模层图形，再通过反应离子刻蚀进行掩模图形转移，完成石英玻璃非球面微透镜阵列元件的制作。进行了掩模材料的筛选，对于现有的常用掩模材料光刻胶、PMMA等材料进行分析并实验，通过物理性质以及其在反应离子刻蚀中的表现进行优选。

3、选择了最适合作为掩模材料的PMMA，并对PMMA的抗刻蚀性能差这一问题进行了改进。利用这种新的材料制成掩模，通过单点金刚石车削加工在掩模表面制作掩模图形并刻蚀，得到了石英玻璃非球面微透镜阵列。实验结果表明，这种方法兼具了单点金刚石车削技术面型精度高、加工稳定性高且工艺成熟以及反应离子刻蚀技术良好的各向异性等优点。这一方法具有很大的发展潜力，也为石英玻璃材料更加广泛的应用提供了有力支撑。关键词：掩模石英玻璃非球面微透镜阵列金刚石车削反应离子刻蚀ABSTRACTIntheexistingmatureprocessingmethods,thefabrica

4、tionofasphericmicrolensarraystructurecanbedividedintotwocategories:photolithographyandsinglepointdiamondturning.Lithographycanbeusedforprocessingofinorganicmaterials,suchasquartzandsilicon,butthemicroopticalcuttingtechnologyhasneverbeenagoodsolutiontothecontrolofthesurfaceshape

5、ofthemicroandnanostructures;thesinglepointdiamondturningtechnologycanrealizetheaccuratecontroloftheoppositetype,butitisdifficulttoprocesstheinorganicandbrittlematerials.Inviewoftheuniquephysicalpropertiesofsilicaglass,inordertosolvethetwodifficultproblemsofquartzasphericmicrole

6、nsarrayprocessing,suchaspoorcontrollabilityandlowsurfaceaccuracy,amethodofmakingquartzglassbasedonturningmaskisproposed.Thetwotechnologiesofsinglepointdiamondturningandreactiveionetchingareinnovativelycombined.Themasklayerismadebysinglepointdiamondturning,andthenthemaskpatterni

7、stransferredbyreactiveionetching.Thefabricationofquartzglassasphericmicrolensarrayelementsiscompleted.Themaskingmaterialswerescreened.Theexistingmaskingmaterials,suchasphotoresist,PMMAandothermaterials,wereanalyzedandexperimentation,andphysicalpropertiesandtheirperformanceinrea

8、ctiveionetchingwereoptimized.PMMAisselectedasthemostsu