CN1633357A - 利用复制方法制作光学器件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用复制方法制作光学器件的装置和方法，包括以下步骤：a)利用液态透光的聚合材料填充基板和模具之间的间隙，b)－固化聚合材料以获得复制层，c)－除去模具为了制造光学器件，例如具有较大NA值的透镜，根据本发明可以利用相同或不同的模具，将复制方法重复至少两次，其中基板以及在此前通过一次或多次应用复制方法而获得的一个或多个复制层一起被用作下次应用复制方法的基板。

Description

利用复制方法制作光学器件的方法
本发明涉及利用复制方法制作光学器件的方法，包括以下步骤：
-利用液态透光的聚合材料填充基板和模具之间的间隙，
-固化聚合材料以获得复制层，
-除去模具。
本发明还涉及利用权利要求6定义的复制方法制作光学器件的装置以及利用根据本发明的方法制作的、并由权利要求7定义的光学器件。
这种用于制作具有高精度中心的球面透镜的复制方法和装置在美国专利US 4,615,847中有详细描述，其公开内容在此引用作为参考。复制技术是一种众所周知的制作高性能、衍射受限透镜的技术。球形和平面形基板，通常是玻璃材料的，被用作基础部件，并在其上施加优选厚度为几十微米的聚合物薄层，即复制层。
通常，考虑到制作成本和便利性，平面形基板是优选的。这对于制作透镜阵列是特别正确的。然而，在平面形基板上进行复制的限制是透镜的可获得数值孔径(NA)。在单次复制步骤中，现在最大可获得NA至多为ca.0.2。更大的NA值导致具有更大厚度梯度的更厚的复制层，由于不确定的收缩，这种复制层在复制之后将出现无法接受的巨大的变形。
因此，本发明的一个目的是提供制作这种光学器件的方法和装置，以及具有更高NA值的光学器件本身。
根据本发明，这是通过权利要求1定义的方法实现的，其中利用相同或不同的模具，将复制方法重复至少两次，其中基板以及在此前通过一次或多次应用复制方法而获得的一个或多个复制层一起被用作下次应用复制方法的基板。权利要求6定义的、根据本发明的相应制作装置包括控制相应的制作过程的控制装置。
本发明基于在同一基板的顶部施加至少两个，优选的是多个，相对较薄的复制层的思想，即每个后续的复制层制作在通过前一次应用复制方法而获得的复制层的顶部，而基本的基板总是同一个。因此，可获得的NA可以显著地提高到ca.0.5的NA值。因为每个获得的复制层都作为下次应用复制方法的基础部件，每个复制层出现的变形远远小于在通过单次应用复制方法获得所有复制层而产生的变形。
本发明的优选实施方案定义在独立权利要求中。根据第一优选实施方案，在连续应用复制方法的过程中所使用的模具按照下述方式进行调整，使得在复制过程中获得的复制层具有不同的厚度和/或形状。
根据本发明的另一优选实施方案，基板具有在其上复制复制层的平面形或凸形表面。本发明优选地适用于平面形表面的情况，因为NA值受到单次复制过程的限制。然而，基板并不一定是平的，所有类型的凸形表面，即球形表面，都是可以的。
本发明可以应用于制作光学器件的不同领域。优选的应用领域是透镜，特别是微透镜，瞄准仪透镜或物镜，透镜阵列，光纤瞄准仪，光开关，光放大器，可调谐激光二极管发射机，和/或高功率泵捕激光器。
对本发明将参考附图进行详细的说明，其中
图1是根据本发明制作透镜阵列的侧视图，和
图2是该透镜阵列的顶视图。
图1所示的透镜阵列包括玻璃制成的平面形基板1，缓冲复制层2和位于缓冲层2顶部的数个微透镜3，其中微透镜3是根据本发明制作的。在图1的左侧，按照放大的比例，同时示出了一个所谓的微透镜3，缓冲层2的一部分和基板1的一部分。可以容易地看出，微透镜3包括三个通过连续应用复制方法而制作的复制层31，32，33。在第一次应用过程中，复制层31直接复制在缓冲层2的表面20的顶部，并与基板1一起构成用于复制透镜3的另一类“基板”。缓冲层2本身也可以利用这种复制方法制作。
在第一个已硬化的稳定复制层31已经复制到缓冲层2上之后，通过第二次应用复制方法，将第二复制层32制作在第一复制层31的顶部，其中第一复制层与缓冲层2和基板1一起构成所述的第二复制层32的“基板”。通过第三次应用复制方法，将第三复制层33连续地制作在第二复制层32的顶部。
可以看出，复制层31，32，33的厚度和形状是不同的，这是在层的制作过程中利用不同类型的模具实现的。然而，也可以使用相同的模具，制作出类似的或一致的复制层。关于复制方法，请在次参考再次引用作为参考的美国专利US 4,615,847。在本专利中，详细描述了复制方法的各个步骤，以及利用该复制方法的制作装置。
图2是图1所示的，在缓冲层2的顶部具有四个微透镜3的透镜阵列的顶视图。
该透镜阵列的典型参数值，微透镜3的高度和缓冲层2的厚度，都在50至200um之间。基板1的厚
度在1至5mm之间。微透镜3的直径在0.1至2mm之间。微透镜之间的距离在0.01至5mm之间。整个
阵列的长度以及宽度都在1至10mm之间。复制层的折射值是1.57；基板的折射值是1.517(Bk7)。然而，应当注意的是这些参数值仅仅是一些范例。
应用复制方法的次数将根据需要获得的NA值而不同。所使用的材料，优选的是聚合物和玻璃，将根据具体应用和最终的设计而不同。阵列或矩阵中的透镜的数目也将根据具体应用和最终的设计而不同。总之，利用根据本发明的方法可以制作具有更大NA值的半导体光学器件，并且在每个复制层中出现的变形将远远小于仅仅施加厚度较大的单个复制层的情况。

Claims (7)

1.利用复制方法制作光学器件的方法，包括以下步骤：
-利用液态透光的聚合材料填充基板和模具之间的间隙，
-固化聚合材料以获得复制层，
-除去模具，
其中利用相同或不同的模具，将复制方法重复至少两次，其中基板以及在此前通过一次或多次应用复制方法而获得的一个或多个复制层一起被用作下次应用复制方法的基板。
2.权利要求1的方法，其中在连续应用复制方法的过程中所使用的模具按照下述方式进行调整，使得在复制过程中获得的复制层具有不同的厚度和/或形状。
3.权利要求1的方法，其中基板具有在其上复制复制层的平面形或凸形表面。
4.权利要求1的方法，其中在第一次应用复制方法的过程中，在基板上获得了构成缓冲层的平面形复制层。
5.权利要求1的方法，可用于制作透镜，特别是微透镜，瞄准仪透镜或物镜，透镜阵列，光纤瞄准仪，光开关，光放大器，可调谐激光二极管发射机，和/或激光器。
6.利用复制方法制作光学器件的装置，该装置包括：
-利用液态透光的聚合材料填充基板和模具之间间隙的装置，
-用于固化聚合材料以获得复制层的装置，
-用于除去模具的装置，
-利用相同或不同的模具，用于重复复制方法至少两次的控制装置，其中，基板与通过此前一次或多次应用复制方法而获得的一个或多个复制层一起用作下次应用复制方法的基板。
7.利用权利要求1的方法，通过复制方法制作光学器件，特别是透镜，特别是微透镜，瞄准仪或物镜，透镜阵列，光纤瞄准仪，光开关，光放大器，可调谐激光二极管发射机，和/或激光器，其中复制方法包括以下步骤：
-利用液态透光的聚合材料填充基板和模具之间的间隙，
-将模具放置在基板上，使得模具和基板之间保持一定的间隙，
-固化聚合材料以获得复制层，
-除去模具，
其中利用相同或不同的模具，将复制方法重复至少两次，其中基板以及在此前通过一次或多次应用复制方法而获得的一个或多个复制层一起被用作下次应用复制方法的基板。
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