關于微光學安全應用的可能性

微透鏡陣列（MLA）憑借其廣泛的光學應用吸引了業界的高度關注，已被用作許多光學系統中的重要組件，包括數字顯示器、積分成像、三維成像、高分辨率分子生物成像、高密度數據存儲、人工眼和光學通信等。例如，單片集成微透鏡陣列有利于改善互補金屬氧化物半導體（CMOS）和電荷耦合器件（CCD）系統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光器件中集成用于增強光輸出耦合效率或均勻照明，為實現微型光源（如平板顯示器或生物醫學設備）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為是一種有效提高光利用率的2D光學元件，而在光傳播方向上的多層微透鏡陣列有助于實現3D集成微/納米光學系統，有望應用于激光均勻化、全息投影或其他光學檢查應用。

近來，隨著光電工程的發展和對新功能和新穎3D微透鏡陣列的興趣日益濃厚，受自然啟發的光學系統設計和材料已成為該領域的新研究熱點。特別是，在仿生學領域的各種光學材料中，昆蟲或甲殼類動物中發現的復眼，作為光電機械應用的關鍵微光學元件一直備受關注。作為材料設計中的一個新概念，已經引入并迅速開發了多種策略來制造微透鏡陣列，以實現光學系統的微型化，同時改善光學功能特性。隨著灰度光刻、激光直寫和離子銑削等其他制造工具的發展，包括光刻或噴墨打印方法等典型制造工藝已被應用。

此外，表面張力驅動的膠體顆粒組裝技術的最新研究，也為構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特性的同時生產定制化微透鏡陣列的有趣方法，但迄今為止最容易實現的方法還是傳統的光刻法——通過調整紫外（UV）光的均勻分布實現；分類研究通過單次曝光步驟優化光刻條件探索了3D微透鏡圖案，以創建微透鏡上的納米結構。

特別是，考慮到合理的制造成本，同時保持特定的焦距，這種方法對微光學元件最具吸引力。然而，構建微透鏡陣列的主要挑戰之一是大規模的可重復制造和裝配精度。

據麥姆斯咨詢報道，韓國釜山大學的研究人員提出了一種高通量、可擴展且經濟高效的方法，通過簡單的光刻、優化的電鑄成型和微壓印工藝，可以有效構建焦距范圍為80~120 μm的六邊形微透鏡陣列?。與一般剛性微透鏡不同，這種新開發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，探索微光學安全應用的可能性。

在預應變的PDMS微透鏡陣列上簡單地進行等離子體處理，可以有效利用微透鏡表面上的納米褶皺的自發形成。微透鏡陣列上的納米褶皺的形成是應力的直接結果，這是由于O2等離子體處理在PDMS表面氧化過程中產生的SiO2（即二氧化硅）表面上的物理限制效應。

此外，通過控制微透鏡陣列上的納米褶皺，所選擇的材料（即PDMS）可以容易地調諧應力響應靈敏度，當然這種納米褶皺在微透鏡應用中足夠透明。因此，當其安裝在平移臺上時，可以在可調范圍內以精確可控的方式構建分層微納結構的微透鏡陣列。令人驚訝的是，通過微透鏡和納米結構化褶皺的干涉組合效應，可以通過激光照射（λ?=?633?nm）和UV-vis測量來表征意想不到的光學衍射圖案。

這種彈性微透鏡陣列和應變可調納米褶皺的干涉組合效應，促進了這種獨特的微光學優勢。雖然大多數關于納米褶皺PDMS光學特性的結果是通過使用具有拉長或收縮狀態的平坦表面幾何形狀獲得的，但如前所述，這項研究展示了覆蓋納米褶皺的微透鏡，以利用其可調焦距的功能。此外，通過測試其圖像投影能力，還證明了所制造的彈性微透鏡陣列的額外光學性能。

顯然，這項研究介紹的最先進的技術和獨特的結構之所以有吸引力，是因為它們能夠通過簡單的工藝來設計納米褶皺的形成，從而實現一類新的多功能光學元件，可應用于3D全息成像、Shack-Hartmann波前傳感器，以及在不久的將來作為精細控制的擴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構褶皺

具有納米褶皺的微透鏡陣列的光學性能

總體而言，研究人員開發了一種簡單但強大的光刻技術，通過對預應變的彈性微透鏡陣列進行O2等離子體處理的簡單工藝，在大面積上（15英寸）構建了高度有序的微透鏡陣列，并在微透鏡表面上構建了分層結構的納米褶皺。該光學材料平臺由微透鏡陣列上完全覆蓋的納米結構褶皺組成，可作為獨特的光學元件，通過光學干涉的組合效應產生意想不到的光學衍射圖案。

此外，通過測試其用于微光學安全應用的成像能力，還展示了這種彈性微透鏡陣列的全息光學性能。由此產生的光學特性提供了一類新的多功能柔性可拉伸膜，通過利用可調諧接口傳遞前所未有的光學信號，從而在其他光電子器件或空間協調圖像投影中實現應用。

研究人員認為，這種復制分層“微-納”結構微透鏡陣列并將其定位到所需空間排列中的能力，通過可調諧焦距為實現基于微透鏡的光學技術潛力帶來了機遇，以應用于更先進的微光學器件和成像器件。