玻璃熔体电阻率是设计玻璃电熔窑或电助熔窑的关键参数之一, 研究玻璃熔体电阻率测量的边界条件对获得精确电阻率值极其重要。本文基于欧姆定律, 构建玻璃熔体电阻率测量装置, 探讨了馈入电压、交流电频率、试样颗粒尺寸和填充率等因素对钠钙玻璃熔体在900~1 450 ℃电阻特性的影响。结果显示, 当馈入电压为2~10 V, 交流电频率为1 kHz, 试样颗粒尺寸为830~1 700 μm, 填充率为80%, 降温速率为2 ℃/min时, 电阻率测量结果的误差在各温度段都小于1。该研究可以为玻璃熔体电阻率测量提供参考, 进而支撑玻璃电熔窑及电助熔窑电加热系统的设计, 实现难熔及易挥发玻璃的熔化。
钠钙玻璃 熔体 电阻率 电熔窑 颗粒尺寸 填充率 馈电参数 soda-lime glass melt resistivity electric melting furnace particle size filling rate feeding electricity parameter
长春工业大学 机电工程学院，吉林 长春 130012
为了解决纳米压印过程中填充率低下，压印图案易发生形变等问题，提出了一种新型振动辅助纳米压印方法。在压印过程中对压印胶施加横向的振动，增大了压印力，从而提高了填充率。运用时域有限差分法（finite difference time domain, FDTD），在波长300 nm～1 000 nm范围内，数值模拟了不同光栅结构，得到了光栅结构参数变化对其吸收率的影响规律。在振动辅助装置上进行振动辅助纳米压印实验，实验结果表明：与传统纳米压印技术相比，压印胶的填充率提高了30％，并改善了压印后微结构的表面形貌，减少了缺陷。
振动辅助 纳米压印 光栅结构 填充率 vibration-assisted nanoimprint grating structure filling rate
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093
微透镜阵列是一种被广泛应用于光信息处理、光传感、光计算、光通信和高灵敏度成像等领域的精密光学元器件之一。通过一些先进的制造技术已经可以制造出不同几何形状、轮廓和光学特性的微透镜阵列。然而，由于三维微制造工艺的难度，使得高填充因子微透镜阵列中的微透镜很难实现紧密排列。提出了一种快速、低成本的微流体操纵技术，用于制备高填充因子微透镜阵列，且对其制备工艺进行了初步的演示。这种易于操作的制造技术适用于微透镜阵列的大批量生产，极大地提高了生产效率。通过预先制备出的三种不同尺寸(微柱直径分别为300、500、700 μm)的微柱，实现了与其对应不同形状和尺寸的微透镜阵列的制备，并搭建了一套光学成像系统以对这些微透镜阵列进行成像性能的评估。主要对微透镜阵列的焦距、成像精度和每个微透镜阵列中各个微透镜子单元成像的均一性进行测试，利用所提出的微流体操控技术制备的微透镜阵列具有良好的成像性能，有望能够被应用到三维成像、光均匀化等诸多应用中。
微透镜阵列 微加工 微流体操控技术 高填充率 microlens array micro-fabrication microfluid-manipulation techniques high-filling-factor 红外与激光工程
2021, 50(10): 20200476
1 深圳大学 纳米光子学研究中心，广东 深圳 518060
2 南开大学现代光学所光学信息技术科学教育部重点实验室，天津 300071
3 深圳大学 数学与统计学院，广东 深圳 518060
针对目前微透镜设计与加工中存在的问题,本文提出了一种大尺寸、高填充率的微透镜阵列设计与加工方法，并成功应用于基于手机屏幕的三维集成成像显示系统。根据焦面模式下的集成成像原理，建立了透镜阵列参数与集成成像显示关键参数的关系，并设计了高填充率透镜阵列的孔径与焦距。采用超精密铣削方法加工出金属母板，通过纳米压印和图形转移复制的方法，在涂有UV固化胶的PET透明膜上得到了高填充率的微透镜阵列膜，并将其应用于基于手机显示屏的集成成像系统。测试结果表明，在5.7英寸全高清手机屏幕上，直接覆盖孔径为0.526 mm、焦距为2 mm、填充率为100%的透镜阵列，可以实现立体图像出屏距离达4 cm、视场角为12.5°的集成成像显示效果。系统的设计与透镜阵列的制作完全满足集成成像要求，裸眼观看立体图像清晰、逼真，系统集成度高，使用方便。
微透镜设计与加工 三维集成成像 微透镜阵列 高填充率 先进制造技术 design and manufacturing of micro-lens array 3D integral imaging micro-lens array high fill factor advanced manufacturing technology
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
为了解决微镜头阵列在球面上的排布问题，提出了一种通用的基于正二十面体阵列点微移动排布方法。采用与排布球面同心正二十面体点阵投射方法获取微镜头中心点在球面上的初始排布。以弦长率和填充率为评价函数，采用点阵微移动法对此初始结构进行优化。完成方法通用性测试并和一种基于局部球面的经纬线排布法进行对比。实验结果表明，在排布球冠面立体角较大、微相机数量较多的情况下，采用该方法可以获得弦长率低于0.17，填充率达到75%以上的排布表现，同时其良好的排布对称性有效提高了微镜头阵列的成像性能。
光学设计 微相机阵列 点阵微移动法 球面排布 填充率
西南大学 物理科学与技术学院, 重庆 400715
为提高变折射率平面微透镜阵列的填充率, 利用光刻工艺和离子交换技术制备了填充率近达100%的方形孔径平面微透镜阵列, 并对其透镜元及相邻透元间间隙构成的角落区域的成像进行了理论和实验研究.根据变折射率介质光线追迹法, 利用MATLAB软件模拟, 发现在透镜元区域和角落区域成像特性相反.成像系统测试表明: 由于透镜元区域和角落区域的折射率分布变化规律不同, 透镜元与角落区域对物体分别成倒立实像和正立虚像；透镜阵列可实现聚焦和散焦功能；角落区域得到充分的离子交换使得间隙足够小, 形成了从该区域中心向外逐渐增大的新型梯度折射率模型.
变折射率光学 散焦特性 光线轨迹 平面微透镜阵列 填充率 方形孔径 Gradient refractive index optics Defocusing Ray track Planar microlens array Fill factor Square aperture
采用光刻离子交换法制作六角形孔径的高填充率梯度折射率(GRIN)平面微透镜阵列可有六角形和圆形两种开孔方式。通过设计两种孔径的六角形排列模板，采用光刻离子交换法并分时段取样，分别对形成高填充率GRIN平面微透镜阵列的两种开孔方式的离子扩散特性进行测试和分析，得到了这两种开孔方式在r方向和z方向的离子扩散和开孔表面凸起的特性，为制作不同孔径大小与开孔间距的高填充率GRIN平面微透镜阵列提供了工艺和理论参考。
集成光学 平面微透镜阵列 离子扩散 填充率 六角形孔径
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100039
提出了一种轴向填充率渐变型二维三角晶格方空气孔光子晶体, 由锥形孔周期性排布而成, 在第三维也就是沿空气孔的轴向, 空气孔的尺寸连续改变, 实现了填充率渐变, 填充率f范围为0.700～0.866。经过模拟, 在归一化波长(λ/a)的1.43～2.71和3.41～4.00波段, 轴向填充率渐变型光子晶体可以将光向填充率小的方向偏折, 具有选光功能。采用电化学腐蚀与MEMS工艺相结合的方式, 在p型(100)硅基底上制作了轴向填充率渐变型二维三角晶格方孔光子晶体, 整个孔的填充率f在0.800～0.866范围内。
二维光子晶体 轴向填充率渐变 电化学腐蚀 two-dimensional photonic crystals axially filling-factor graded electrochemical etching
西安工业大学 微光电系统研究所,陕西 西安710032
为了获得更好的微压印工艺填充效果,利用有限元方法研究模压工艺的主要参数压印温度、压印力和压印时间对压印效果的影响,并对工艺参数进行优化;对压印过程中不同的模具结构的应力分布进行了研究。仿真结果表明,工艺参数优化为480℃,30N,1800s后,模具的填充率达到97.2%;对不同的模具结构,有相同的应力分布区域,在模具拐角处会有应力的高度集中,与模具接触区域的应力相对较高,模具腔体区应力最低。
硫系玻璃 微压印 填充率 应力松弛 chalcogenide glass micro-molding filling rate stress relaxation
