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[学位]

高性能毫微纳三级结构复眼透镜制造技术及其性能研究

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Author:

孙学峰 (孙学峰.)

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学位论文库

Abstract:

受自然界昆虫复眼三级结构的启发,人工仿生多级复合结构复眼透镜由于具有小体积、高集成度以及高性能等特点,在微光学领域和光电子领域具有广阔的应用前景,成为国内外科研人员的研究热点。但是,由于缺少在曲面上实现三维微纳米结构高效可控制造的关键技术,理想的多级结构复眼透镜仿生受到明显制约,已成为复眼仿生技术发展需要突破的难点和技术瓶颈。本论文采用“先制造次级结构,再形成初级结构”的创新思路,利用纳米压印、激光光致膨胀和气压辅助成形等技术相结合的方法制造毫微纳三级复合结构,并对该方法的关键技术环节及参数进行了实验研究。
首先,论文通过纳米压印技术获得了具有减反射性和疏水性的三级纳米结构阵列,并研究了工艺参数对纳米结构的作用规律,探索出最优参数组合;同时利用压印热熔以及光刻翻模的方法得到具有光学成像性的三级微米透镜阵列,通过水浴热熔的方法提升了大面积微米透镜阵列成形的均匀性。其次,使用自行搭建的超快激光加工平台,研究了超快激光光致膨胀作用机理,优化过程参数后加工出大面积二级微米透镜阵列;在此基础上,将二级微米透镜与三级结构复合或对二级微透镜表面进行褶皱处理,得到三种具有不同第三级结构表面的两级复合结构,通过对三种复合结构的性能测试,证明表面覆盖有纳米结构阵列的微纳复合结构性能最为优异,并将其用于三级复合结构复眼透镜的制造。随后,通过COMSOL力学仿真探索了气压辅助成形制备一级毫米透镜结构的机理,并通过实验研究了工艺参数的作用规律,制备出不同尺寸的一级毫米透镜,同时对仿真结果进行了验证。由此,在纳米压印、激光光致膨胀以及气压辅助成形的工艺流程下制造出具有毫微纳三级复合结构的复眼透镜,并通过性能测试,证实复眼透镜具有优良的光吸收性、成像性、大视场角以及表面疏水性能。最后,探索了晶椎及波导光路的成形机理,对SU-8紫外光刻胶进行紫外曝光后,在自聚焦效应的作用下得到了理想的晶椎及波导结构,并对光线在结构内的传播轨迹进行仿真,证明波导光路对光线的束缚作用是保证复眼透镜高质量成像的必要条件。
本论文通过对纳米压印、激光光致膨胀以及气压辅助成形等技术的研究,实现了理想复眼毫微纳多级跨尺度结构的高效制造,为跨尺度三维结构的高效制造发展了一种原创性的工艺方法,能够实现复眼透镜各级结构的精确调控,为高性能复眼透镜器件优化提供了制造技术保障。

Keyword:

复眼透镜 激光光致膨胀 纳米压印 气压辅助成形 三级复合结构

Author Community:

  • [ 1 ] 西安交通大学机械工程学院

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Basic Info :

Degree: 硕士

Mentor: 王文君

Year: 2017

Language: Chinese

Cited Count:

WoS CC Cited Count: 0

30 Days PV: 14

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