以蜻蜓眼睛为灵感 吉林大学开发新型微透镜阵列制造技

　　盖世汽车讯 在利用信息化技术促进产业变革的工业4.0时代，设计人员需要通过简单的解决方案来实现复杂的功能。光学传感器（如摄像机）可以提供焦深和合理的分辨率，但需要很长的曝光时间，因此快速成像能力有限，影响其在自动驾驶汽车中的实际应用。

　　据外媒报道，在《光：先进制造（Light: Advanced Manufacturing）》期刊上发表的一篇新论文中，吉林大学陈岐岱教授领导的研究团队开发出制造3D微透镜阵列（MLA）的新技术。该团队的灵感来自于蜻蜓的复眼，这些复眼是由数千个微小的透镜组成，让蜻蜓可以看到广阔的视野。

　　微透镜阵列能够以微观尺度提供细微的功能，并且易于集成，已作为实用光学器件广泛应用于各领域，如并行微加工、集成光流控微芯片、仿生学、光束整形、3D成像和3D显示。以往人们提出过多种有效的MLA制造方法，但大多效率低下，而且无法实现复眼所需的3D表面。另外，MLA大多用软材料制成原型，可以通过机械变形从2D图案转变为3D配置。

　　作为富有前景的大规模微凹透镜阵列（MCLA）制造技术，飞秒激光增强局部湿法刻蚀法（fs-LEWE）受到关注。该技术具有诸多优点，如高通量和简洁操作，以及可以在平面和非平面曲面上制造MCLA。但是，这种方法仍然存在一些挑战。

　　挑战之一在于制造效率有限，因为该工艺通常以逐脉冲的方式进行。另一挑战是该工艺较为复杂，并且对弯曲基板的要求很高，因为必须对表面拓扑结构进行细致的编程，并且需要高精度3D工作台（3D motion stage）。虽然采用并行处理的方式可以大幅提高fs-LEWE的效率，但在大块材料或曲面上进行3D并行制造仍然有待改善。

　　为了开发新型光学器件并提高其性能和应用，研究人员致力于解决这些问题，使fs-LEWE成为更高效、更通用的MCLA制造技术。新开发的制造3D MLA的新方法利用3D激光来烧蚀曲面，然后在酸中进行蚀刻，可以产生优质3D凹透镜阵列，以用于制作柔软的复眼。此外，利用深度学习算法进行图像复原还可以进一步提高图像质量。

　　该团队此次开发的新技术名为“全息飞秒激光加工辅助湿法蚀刻法”（holographic fs-laser processing-assisted wet-etching）。该方法的第一步是通过物镜将激光束聚焦到基板上，从而在弯曲的基板上创建大型单凹透镜。利用激光束使基板上产生小凹坑，并通过湿法蚀刻使其逐渐演变成球形轮廓。下一步是使用空间光调制器（SLM）来创建3D分布式焦斑阵列。该阵列集中在基板上，从而构成3D种子阵列（3D array of seeds）。这些种子被蚀刻成微透镜，并重叠形成紧密排列和弯曲的MCLA。

　　SLM是一种单相位衍射光学元件，可以将激光束的相位调制成任意分布状态，用于创建复杂的高精度3D图案。

　　总体而言，该方法具有精度高、效率高、通用性强等优点，可用来制作复杂的高保线D图案，并且可以在各种基板上使用，有望颠覆微尺度光学器件的制造方式。