作者： 时间：2024-08-22
Fraunhofer IOF折射微光学元件（ROE）的一个重点领域是蝇眼透镜或其他光学微结构的光刻生成。
光刻技术能够在晶圆级上横向高精度、平行地生成大量衍射极限微光学元件。这些可以直接使用（快速原型制作），但通常用作后续成型工艺的母版，或通过干法蚀刻转移到玻璃或硅等基板材料上。
除了常规透镜阵列外，还可以使用相应的 CAD 数据单独和独立地设置晶圆上微透镜的尺寸和方向/排列以及相关的曲率半径。例如，这支持特定应用的微光学器件（焦距、数值孔径,...）；阵列的逐渐变化（“啁啾”）；具有“统计”分布式参数的阵列。
一、微透镜阵列
- 高填充因子蝇眼透镜的细节，由光刻、回流和 RIE 制成
- 双面光束均化器，具有3个不同的区域NA 0.1、0.2、0.3和埋入式孔径阵列。
- 顶部带有蝇眼透镜的硅CMOS晶片，通过选择性UV固化的探测器区域
1、技术
- 通过直接写入灰度光刻或二元掩模光刻和回流进行母版制作
- 通过UV聚合物模塑
- 通过反应离子蚀刻转移到硅、玻璃或熔融石英上
- AR镀膜、切片
- 孔径/滤光片结构的集成
- 双面图案化（串联阵列）
2、复眼透镜的几何形状
- 球形、柱面或椭圆形小透镜；矢高可达100 μm
- 基底：100、150、200mm
- 布局和焦距在整个阵列/晶片上变化(„Chirp”)
- 透镜直径：5 μm - 3000 μm
- 分辨率/透镜间隙：1 μm
- 高填充系数（> 99%）、横向精度±1 μm
- 焦距均匀性：整个晶圆上为± 1%
- 通过反应离子刻蚀（RIE）产生非球面
- 通过RIE辅助制作母版，实现阵列100%填充因子
3、通过UV成型复制
- 作为玻璃、Si等上的薄聚合物层
- 高横向和轴向精度
- 高化学/热稳定性
- 在已加工晶圆的顶部（CMOS、VCSEL）
4、应用
- 激光/光纤准直
- 光束形成元件、均化器
- 探测器阵列的填充因子增强
- 显示器的视场匹配
- 微型成像系统、传感器
二、用于LED光束整形的微光学器件
- 蝇眼聚光镜，带复制串联复眼透镜。
- 埋入式光圈结构和彩色滤光片
- LED 点阵发生器，带单独彩色点
1、光学
大功率LED开发的最新进展为照明任务提供了新的方法。
所需的光学元件通常由准直元件和光束整形元件组成。使用聚光镜可实现高效准直，而光束整形蝇眼聚光镜可为圆形、方形或长方形区域或线焦点提供均匀照明。这些均质器采用串联复眼透镜实现，提供高系统透射率、最小减压损耗和极短的系统长度。六边形排列的圆形透镜阵列的杂散光抑制是通过埋入式吸收孔径阵列实现的。
2、制造
聚光镜通过注塑成型制造。对于原型设计，PMMA的直接金刚石车削可缩短开发周期。串联透镜阵列是数值孔径高达 0.25 的复制回流焊透镜。复制到浮法玻璃基板晶圆两侧的UV固化聚合物中。替代技术是塑料或玻璃的注塑成型或热压
3、能力
- 微型照明系统的设计和原型设计
- 支持大型制造商的评估
三、熔融石英、硼硅酸盐玻璃和硅中的折射微光学元件（ROE）
在熔融石英、硼硅酸盐玻璃和硅中制造具有高耐久性、高激光损伤阈值和从紫外线到红外线透明度的折射微光学元件（ROE）。
1、技术
- 硅、熔融石英或硼硅酸盐玻璃上的晶圆级工艺技术
- 通过光刻和聚合物回流或可变剂量激光光刻生成主要图案
- 通过等离子干法蚀刻（RIE、ICP）进行比例转移
- 双面对准处理
- 表面 AR 镀膜
- 通过芯片切割进行分离
2、特性
- 球面和圆柱面透镜
- 衍射元件
- 具有亚微米位置精度的阵列
- 非球面透镜轮廓
- 透镜矢高：高达约50 μm
- 均匀性：100 mm 晶圆上为 ±2%
- 可重复性：±2%
- 均方根轮廓精度：在 95% 的透镜直径内为透镜高度的 ±0.3%
- 基材：晶圆 Ø 100/150 mm，厚度最高达 6 mm
3、应用
- UV、VIS 和 IR 光学元件
- 激光/光纤准直
- 光束形成元件
- 均质化
- 探测器阵列的填充因子增强
四、用于晶圆级微光学器件的聚合物紫外成型
玻璃或半导体基板上成型的微/纳米光学结构的薄紫外成型聚合物层兼具高精度和稳定性，具有高性价比的加工和定制特性。
Fraunhofer IOF 拥有丰富的经验和丰富的设备，可用于：
（1）使用 UV 成型选项在掩模对准器中处理 UV 固化丙烯酸酯和环氧树脂
（2）使用无机-有机混合聚合物（例如来自Fraunhofer IOF硅酸盐研究所 ISC 的 ORMOCER® 元件）
（3）选择和修改聚合物树脂，以实现所生产元件的特定光学和稳定性特性，例如：
- 衍射指数和色散、消色差
- 折射率分布、光学均匀性
- 热光系数
- 高光谱透明度（例如用于激光/LED 应用）
- 粘合强度、温度稳定性、湿度稳定性、抗黄化
- 与等离子支持镀膜、锯切、粘合、焊接等的兼容性
- 粘度等、加工能力
- 在稳定性测试之前和之后测量/研究上述特性和典型组件参数
示例应用
- 微光学特写中的消色差双合透镜阵列系统
- 用于高性能激光二极管条的衍射 ORMOCER® 元件
