基于电场诱导聚合物流变成形微透镜阵列制造技术研究

发布时间：2017-07-19 09:29

  本文关键词：基于电场诱导聚合物流变成形微透镜阵列制造技术研究

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【摘要】：随着微光电机械系统的快速发展，对光学元件小型化的发展提出了新的要求。传统的光学系统已经不能满足日趋微型化系统发展的要求。小尺寸、高密度的微透镜阵列元部件的发展为体积小、重量轻、集成化程度高的微机电系统中的信号传输、检测提供了技术支持与保障。阵列化的微透镜阵列可以在很小的尺寸范围内，将同一个信号阵列化分成许多份，使得信号在微尺度范围内放大和采集成为可能。透镜作为微光学系统中最重要的元部件之一，它的小型化、阵列化则成为微光学电机械系统发展过程中的重要研究方向。 本论文依托国家“973”项目“纳米结构的外电场诱导流变成形规律与控制”，提出了一种具有高精度的新型的微透镜阵列制作方法，电场诱导法聚合物流变成形法微透镜阵列技术，并对其成形理论机理和工艺方法进行了深入研究。主要工作如下： （1）对聚合物薄膜在电场图形化调制作用下的流变成形基本理论进行了简要分析；通过对聚合物流变过程中的动力学机理进行理论推导，建立了电场诱导聚合物薄膜流变模型，为实验中应用电场诱导法制作微透镜阵列提供理论基础。 （2）应用多物理场有限元分析软件—COMSOL Multiphysics，建立了电场诱导法制作微透镜阵列的仿真分析模型，并对影响其成形的参数进行了分析。文中主要从模具结构参数和实验参数（如空气间隙、电压、聚合物薄膜厚度、聚合物介电常数及粘度等）两方面对微透镜阵列成形工艺进行了模拟分析。根据仿真结果，，对参数进行优化分析，为电场诱导微透镜阵列的实验研究提供了重要参考。 （3）设计制作了直径为200μm、100μm、30μm侧壁厚度特征尺寸为3μm的六边形、圆形微结构模具，并使用所制作的模具对在不同条件下电场诱导微透镜阵列成形的工艺参数进行了实验研究，最终制作出了口径为30μm、100μm和矢高为3~28μm的一系列微透镜阵列。 （4）对制作的微透镜阵列进行了性能检测。分别对微透镜单元个体形貌特征和微透镜阵列整体性能两方面进行了检测与校验。
【关键词】：电场诱导 微透镜阵列 聚合物 COMSOL 电场调制
【学位授予单位】：青岛理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH74;TH-39
【目录】：

• 摘要9-10
• Abstract10-12
• 第1章 绪论12-24
• 1.1 微透镜阵列研究背景及国内外研究现状12-15
• 1.1.1 研究背景12-13
• 1.1.2 国内外研究现状13-15
• 1.2 几种常见的微透镜阵列制作方法15-19
• 1.2.1 受限微孔电润湿法制造微透镜阵列15-16
• 1.2.2 光刻胶热熔法制造微透镜阵列16-17
• 1.2.3 飞秒激光湿法刻蚀制作微透镜阵17-18
• 1.2.4 离子交换法制作微透镜阵列18-19
• 1.3 微透镜阵列的应用19-23
• 1.3.1 微透镜阵列在 CCD 系统中的应用19-20
• 1.3.2 微透镜阵列在多重成像系统中的应用20
• 1.3.3 微透镜阵列在密集波分复用器中的应用20-21
• 1.3.4 微透镜阵列在 Shack－Hartmann 波前传感器中的应用21-22
• 1.3.5 微透镜阵列线性扫描器22-23
• 1.4 本论文的主要研究工作23-24
• 第2章 电场诱导聚合物流变成形理论分析24-44
• 2.1 电场诱导聚合物薄膜流变成形原理24-32
• 2.1.1 电场诱导聚合物流变成形的电流体动力学基础25-26
• 2.1.2 聚合物薄膜的流体动力学分析26-29
• 2.1.3 线性最不稳定波长理论29-32
• 2.2 两种电场诱导实验模型32-43
• 2.2.1 平面模板电场诱导聚合物成形32-38
• 2.2.2 图形化模具电场诱导聚合物成形38-43
• 2.3 本章小结43-44
• 第3章 电场诱导微透镜阵列仿真分析44-56
• 3.1 图形化模具电场诱导聚合物流变成形的仿真44-48
• 3.1.1 仿真模型的建立45-47
• 3.1.2 微透镜阵列诱导成形仿真47-48
• 3.2 影响电场诱导微透镜阵列成形主要因素仿真分析48-54
• 3.2.1 图形化模具表面微结构的占空比48-49
• 3.2.2 图形化模具表面微结构的深宽比49-50
• 3.2.3 模具与聚合物薄膜之间的空气间隙50-51
• 3.2.4 模具与基底之间外加电压51-52
• 3.2.5 其它影响因素52-54
• 3.3 本章小结54-56
• 第4章 电场诱导微透镜阵列制作工艺研究56-82
• 4.1 图形化模具的制造56-61
• 4.2 微透镜阵列制作工艺研究61-72
• 4.2.1 针尖电极和线电极的诱导行为61-63
• 4.2.2 微透镜阵列的诱导实验工艺研究63-72
• 4.3 微凸透镜阵列的制作72-75
• 4.4 微透镜阵列制作过程出现的奇异结构75-80
• 4.4.1 三叶草结构75-76
• 4.4.2 薄壁结构76-77
• 4.4.3 实验过程中发现的其他制作微透镜阵列的方法77-80
• 4.5 本章小结80-82
• 第5章 微透镜阵列性能检测82-91
• 5.1 微透镜单元的形貌特征检测82-85
• 5.2 微透镜阵列光学焦距的测量85-88
• 5.3 微透镜阵列的光学成像性能检测88-89
• 5.4 本章小结89-91
• 第6章 总结与展望91-93
• 6.1 总结91-92
• 6.2 展望92-93
• 参考文献93-97
• 攻读硕士学位期间取得的科研成果97-98
• 致谢98

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前9条

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本文编号：562199