飛秒激光直寫（FsLDW）技術(shù)憑借納米級分辨率、三維結(jié)構(gòu)加工能力成為微透鏡制備的核心技術(shù)，而溶膠 - 凝膠基光刻膠兼具有機(jī)材料的設(shè)計(jì)靈活性與無機(jī)材料的高穩(wěn)定性，是制備高精度微透鏡的理想材料。本研究以溶膠 - 凝膠基光刻膠為原料，通過飛秒激光直寫技術(shù)制備不同曲率半徑的微透鏡，結(jié)合光子灣科技的共聚焦顯微鏡（LSCM）等多種表征技術(shù)，對微透鏡的三維形貌進(jìn)行精準(zhǔn)分析，驗(yàn)證制備工藝的成型精度。

一、實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)以正硅酸乙酯（TEOS）和 3 - 甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（KH-570）為硅前驅(qū)體，在酸性催化下水解得到二氧化硅溶膠，與PE-3A按 1:2 重量比混合，引入光引發(fā)劑二苯基  氧化膦（TPO）配制溶膠 - 凝膠基光刻膠，以乙醇為顯影液完成微結(jié)構(gòu)成型。

二、微透鏡制備

光刻膠材料體系及其飛秒激光直寫加工性能。（a）光刻膠各組分化學(xué)結(jié)構(gòu)；（b）溶膠、交聯(lián)劑、引發(fā)劑和光刻膠溶液的紫外-可見吸收光譜；（c）飛秒激光直寫制備的線結(jié)構(gòu)的 SEM 圖像；（d）激光功率對光刻膠線寬的影響。

微透鏡制備基于飛秒激光直寫系統(tǒng)，采用 780 nm 飛秒激光經(jīng)擴(kuò)束整形后，由油浸物鏡聚焦至光刻膠內(nèi)部，通過掃描振鏡與壓電移動(dòng)臺協(xié)同控制完成三維逐層掃描，利用雙光子聚合反應(yīng)實(shí)現(xiàn)微結(jié)構(gòu)固化。本研究設(shè)計(jì)制備曲率半徑為 15 μm、20 μm、25 μm、30 μm 的四種微透鏡，所有透鏡中心厚度統(tǒng)一設(shè)定為 5 μm，通過精確調(diào)控激光功率（18.5~34.3 mW）等工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)微透鏡的可控加工。

三、微透鏡形貌表征方法

為全面驗(yàn)證微透鏡的成型精度，采用掃描電子顯微鏡（SEM）、白光干涉三維輪廓儀與共聚焦顯微鏡（LSCM）開展多維度表征。其中 SEM 用于觀測微透鏡二維表面形貌與邊緣清晰度，白光干涉三維輪廓儀實(shí)現(xiàn)中心高度、表面曲率的定量測量，而共聚焦顯微鏡則用于微透鏡三維曲面形態(tài)的精準(zhǔn)重建與輪廓分析，通過分層掃描與三維重構(gòu)功能，獲取微透鏡的三維形貌輪廓及剖面特征，直觀反映其三維結(jié)構(gòu)的完整性與曲率連續(xù)性。

四、共聚焦顯微鏡表征結(jié)果與形貌分析

利用共聚焦顯微鏡和白光干涉三維輪廓儀進(jìn)行三維形貌表征。（a）R4=30 μm 的透鏡在 X 與 Y 方向的二維剖面輪廓圖；（b）四種透鏡的加工高度及其與設(shè)計(jì)尺寸的相對誤差；（c）R?=15 μm 的微透鏡的共聚焦顯微鏡三維形貌輪廓圖；（d）-（f）微透鏡的共聚焦顯微鏡三維視圖；（g）沿（d）圖中標(biāo)記的ⅰ-ⅰ與ⅱ-ⅱ剖面位置所截取的1/4 三維剖面圖

以曲率半徑 15 μm 的微透鏡為核心研究對象，共聚焦顯微鏡的三維形貌表征結(jié)果顯示，所制備的微透鏡呈現(xiàn)出連續(xù)且一致的曲面形態(tài)，整體結(jié)構(gòu)完整、輪廓清晰，無明顯塌陷、裂紋等結(jié)構(gòu)缺陷，證明溶膠 - 凝膠基光刻膠在飛秒激光直寫過程中具有良好的結(jié)構(gòu)保真度。

對該微透鏡沿不同方向進(jìn)行剖面剖切，得到的 1/4 三維剖面圖清晰展現(xiàn)了微透鏡在 X、Y 方向的曲率過渡特性，曲面無明顯畸變，與設(shè)計(jì)模型的曲面特征高度吻合。結(jié)合白光干涉三維輪廓儀測試數(shù)據(jù)，四種微透鏡的中心高度相對誤差基本控制在 ±2% 以內(nèi)，直徑加工相對誤差約 4%，與共聚焦顯微鏡表征的三維形貌特征相互印證，表明飛秒激光直寫技術(shù)結(jié)合溶膠 - 凝膠基光刻膠，可實(shí)現(xiàn)微透鏡的高精度成型。

綜上，本研究以溶膠 - 凝膠基光刻膠為原料，通過飛秒激光直寫技術(shù)成功制備了不同曲率半徑的有機(jī) - 無機(jī)雜化微透鏡。以共聚焦顯微鏡等形貌表征技術(shù)結(jié)果表明，所制備的微透鏡三維曲面連續(xù)、結(jié)構(gòu)完整，加工尺寸誤差控制在較低水平，充分驗(yàn)證了溶膠 - 凝膠基光刻膠與飛秒激光直寫技術(shù)結(jié)合的可行性與高精度，為微納尺度光學(xué)器件的三維形貌表征提供了有效方法。

光子灣3D共聚焦顯微鏡

光子灣3D共聚焦顯微鏡是一款用于對各種精密器件及材料表面，可應(yīng)對多樣化測量場景，能夠快速高效完成亞微米級形貌和表面粗糙度的精準(zhǔn)測量任務(wù)，提供值得信賴的高質(zhì)量數(shù)據(jù)。

超寬視野范圍，高精細(xì)彩色圖像觀察

提供粗糙度、幾何輪廓、結(jié)構(gòu)、頻率、功能等五大分析技術(shù)

采用針孔共聚焦光學(xué)系統(tǒng)，高穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

提供調(diào)整位置、糾正、濾波、提取四大模塊的數(shù)據(jù)處理功能

光子灣共聚焦顯微鏡以原位觀察與三維成像能力，為精密測量提供表征技術(shù)支撐，助力從表面粗糙度與性能分析的精準(zhǔn)把控，成為推動(dòng)多領(lǐng)域技術(shù)升級的重要光學(xué)測量工具。