吉林大学电子科学与工程学院集成光电子国家重点实验室，吉林 长春 130012
生物复眼具有良好的光学特性，如视野大、体积小、无像差、对运动物体敏感等。而对运动物体敏感对昆虫十分重要，如飞行昆虫觅食时需要追逐小型、快速移动的目标等。受昆虫复眼对运动物体敏感的启发，制备了具有5个小眼的单层复眼，每个小眼由1个菲涅耳透镜构成。通过飞秒激光双光子聚合加工技术和软光刻复写技术，制备出具有高精度和可重复性的柔性仿生复眼。实验结果表明，该仿生复眼可以获得可辨识的图像并且可以用于追踪运动目标。
飞秒激光 激光技术 柔性仿生复眼 菲涅耳透镜 软光刻 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0522001
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Mechanical Engineering, Pohang University of Science and Technology (POSTECH), Pohang, Republic of Korea
2 Department of Chemical Engineering, Pohang University of Science and Technology (POSTECH), Pohang, Republic of Korea
3 POSCO-POSTECH-RIST Convergence Research Center for Flat Optics and Metaphotonics, Pohang, Republic of Korea
Advancements in micro/nanofabrication have enabled the realization of practical micro/nanoscale photonic devices such as absorbers, solar cells, metalenses, and metaholograms. Although the performance of these photonic devices has been improved by enhancing the design flexibility of structural materials through advanced fabrication methods, achieving large-area and high-throughput fabrication of tiny structural materials remains a challenge. In this aspect, various technologies have been investigated for realizing the mass production of practical devices consisting of micro/nanostructural materials. This review describes the recent advancements in soft lithography, colloidal self-assembly, and block copolymer self-assembly, which are promising methods suitable for commercialization of photonic applications. In addition, we introduce low-cost and large-scale techniques realizing micro/nano devices with specific examples such as display technology and sensors. The inferences presented in this review are expected to function as a guide for promising methods of accelerating the mass production of various sub-wavelength-scale photonic devices.
nanofabrication scalable manufacturing soft lithography colloidal self-assembly block copolymer self-assembly Photonics Insights
2023, 2(2): R04
中北大学电子测试技术重点实验室, 山西 太原 030051
针对传统微透镜阵列制作工艺复杂、成本高、周期长等缺点，研究了一种低成本、高效率制作微透镜阵列的技术方法。以SU-8负性光刻胶为主模结构材料，采用2次紫外斜曝光工艺，加工出主光轴平行于硅基的微透镜阵列作为主模结构。依次采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)软光刻技术和NOA73紫外曝光技术对主模结构进行复制得到PDMS 和NOA73 2种材料的微透镜阵列，用共聚焦显微镜观察微透镜阵列的表面形貌并搭建光学检测平台，测试微透镜阵列的成像效果。结果显示，NOA73材料的微透镜阵列具有更好的光学性能。通过上述工艺加工的微透镜阵列具有较好的成像效果和表面形貌，重复性好且加工周期短，可集成在微流式细胞仪中用于样本流的荧光检测，提高了检测精度。
光学器件 微透镜阵列 斜曝光 聚二甲基硅氧烷 软光刻
1 山东大学 信息科学与工程学院,济南 250100
2 德克萨斯大学 奥斯汀分校 微电子研究中心,德克萨斯 奥斯汀,78758
3 天津理工大学 材料物理研究所,天津 300191
分析了软平板印刷技术制作二维光子晶体的特点和方法.利用绝缘PDMS模板，采用软平板印刷技术制造了三角晶系结构的二维聚合物光子晶体，采用同样的技术成功制成尺寸为150~500 nm，纵横比达1.25的高密度二维光子晶体.与其他制作技术相比，平板印刷技术具有大尺寸和易于制作的优点.结果表明，制作获得的微结构有很高的保真度.
光子晶体 软平板印刷术 聚合物 Photonic crystal Soft lithography Polymer
阐述了一种在掺锆杂化薄膜上获得分布反馈结构的软刻蚀制备方法，该薄膜采用可紫外光交联的溶胶凝胶(sol-gel)法制得。采用全息双光束干涉方法制备一维光栅母版，并将聚二甲基硅氧烷(PDMS)预聚物浇铸在光栅母版上，加热固化后发生交联反应可以得到弹性体印章。采用旋转涂覆的方法在玻璃基片上制备掺锆的杂化薄膜后，并将弹性体印章覆盖在掺锆的杂化薄膜上，再分别经过预热处理、紫外光照和后热处理，揭起后即可在薄膜上获得分布反馈式结构。使用原子力显微镜(AFM)和扫描电镜(SEM)分别对光栅母版，PDMS印章以及复制获得的掺锆的溶胶凝胶上的分布反馈结构进行了分析研究，研究发现光栅母版的微结构成功复制到掺锆的溶胶凝胶薄膜的表面，并具有相同的周期结构。
掺锆杂化薄膜 分布反馈 软刻蚀技术 聚二甲基硅氧烷
1 中国科学院 上海光学精密机械研究所 信息光学实验室,上海 201800
2 中国科学院 研究生院,北京 100039
提出了一种利用软模压印制备微透镜阵列的技术。采用传统的光刻胶热熔方法制备微透镜阵列母板,利用复制模具的方法在聚二甲基硅氧烷(PDMS)上得到一个和母板表面图形相反的模具,最后通过压印的方法把PDMS模具上的图形转移到涂有紫外固化胶的玻璃基片上,待紫外胶完全固化后可得到和母板一致的微透镜阵列。经过测试微透镜阵列的焦点图像和表面形貌可发现最后制备的微透镜阵列表面形貌均匀、聚焦性能良好、光强均匀。
光学制造 微透镜阵列 光刻胶热熔法 软刻蚀 压印技术
浙江大学现代光学仪器国家重点实验室光及电磁波研究中心, 浙江 杭州 310027
设计并制作了一种紧凑型高聚物光功率分配器,该器件长度比传统器件结构缩短近1/3,实现了器件的微型化改进。利用设计仿真工具BeamProp对器件所需参量进行详细的筛选分析,最终确定了器件结构的具体数值。采用极具优势的软光刻技术印制成功高聚物1×8光功率分配器,在实际的测量中所得损耗结果与模拟仿真符合较好。该器件很大程度上迎合了通信器件微型化的发展趋势,且所采用的制作工艺具有加工便捷,成型快速,成本低廉等独特优势,使器件的规模生产成为可能。
光通信 光功率分配器 软光刻
浙江大学现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
设计并试制了一种新型垂直耦合光互连线路结构,可用于高速计算机内部等垂直堆叠的多层连通光互连的芯片间光信息通讯。其结构简单,且具有较小的连接损耗(可低至0.05 dB)。对四种不同的典型波导截面(分别为30 μm×30 μm,50 μm×50 μm,100 μm×100 μm,200 μm×200 μm),利用蒙特卡罗多光线追迹分析法对跨越1～6层的垂直耦合结构进行了性能分析,发现当该结构的跨越高度与横向跨越距离的比值约为0.128时,可实现较理想的低损耗(低于1 dB)光传输。采用软光刻的方法制备了实验多层光互连线路,其性能测试与理论结果基本相符。
导波光学 垂直耦合光互连 软光刻 光线追迹
浙江大学现代光学仪器国家重点实验室光及电磁波研究中心, 杭州 310027
设计并试制了由软光刻法转印,可敷设在印刷电路板上用于芯片间互连的光学互连线路。提出了一种新颖的端口耦合结构,并发现在耦合适配段长度与接收窗口的长度比值为12∶1时耦合效率最佳,且该耦合结构有效降低了对安装精度的要求;分析了该光学互连线路在交叉布线时的基本准则,获得对于不同横截面矩形波导结构在交叉布线时呈现的串扰与交叉角度的相关性,并发现在强束缚下交叉角度大于54°的交叉结构都能达到低串扰(小于-30 dB)。采用软光刻技术制作了上述高聚物波导光学互连线路元件,实验测量结果与设计数据符合较好。与传统的光刻或激光直写技术相比,软光刻转印具有制作简单,易于实现高聚物三维结构的大批量高精度复制。
导波光学 片间光互连 软光刻 光线追迹法
