工业4.0要求复杂功能的简单化解决方案。光学传感器，如针孔相机，可以提供焦深和合理的分辨率，但它们的强度较低，无法实现可靠和快速的成像。这需要较长的曝光时间，这牺牲了快速成像能力，限制了它们在自动驾驶汽车中的实际应用。

发表在《光：先进制造》杂志上的一篇新论文中，吉林大学Qi-Dai Chen教授领导的科研团队开发了一种制造3D微透镜阵列(MLAs)的新技术。研究团队的灵感来自蜻蜓的复眼。蜻蜓的复眼由成千上万个微小的透镜组成，使昆虫能够看到更广阔的视野。

a. 蜻蜓的复眼。b. 昆虫复眼的显微图像。c. 蜻蜓复眼的剖面图。d. 3D人工复眼制作示意图。

MLAs是微观尺度上的小功能特征，易于集成。它们作为实用光学器件，在并行微制造、集成光流体微芯片、仿生学、光束整形、3D成像和3D显示中得到了广泛应用。

微透许多方法已被提出用于高效MLA制造，但大多数方法效率低下，无法制造复眼所需的3D表面。此外，MLA大多由软材料制成，可以通过机械变形从2D图案转换为3D配置。

飞秒激光增强局部湿蚀刻(fs-LEWE)是一种有前途的大规模制造微凹透镜阵列(MCLAs)的技术。该技术具有几个优点，包括高通量、简化步骤，以及在平面和非平面表面上制造MCLA的能力。然而，与fs-LEWE相关的挑战仍然存在。

一个挑战是制造效率有限，因为该过程通常以脉冲方式进行。另一个挑战是该过程对曲面基板可能是复杂和苛刻的，因为表面拓扑必须仔细编程，并需要高精度的3D运动阶段。

a. GAN示意图。b. 使用GAN预测的图像，c. 原始图像。

并行处理可以显著提高fs-LEWE的效率，但在大块材料内部或曲面上的3D并行制造仍然是一个挑战。

飞秒激光增强局部湿蚀刻(fs-LEWE)是一种有前途的大规模制造微凹透镜阵列(MCLAs)的技术。研究人员正在努力克服这些挑战，使fs-LEWE成为制造MLCA的更有效和通用的技术。这可能导致开发性能和应用得到改善的新光学器件。

一种制造3DMLA的新方法已经开发出来。该技术使用3D激光烧蚀曲面，然后在酸中蚀刻。这种方法可以生产高质量的3D凹透镜阵列，可用于制作软复眼。使用深度学习算法进行图像恢复可以进一步提高图像质量。

空间光调制器(SLM)是一种仅相位衍射光学元件，可以将激光束的相位调制成任意分布。这使得创建高精度复杂的3D图案成为可能。

研究小组的新技术被称为全息fs-激光加工辅助湿法刻蚀技术。该过程的第一步是在曲面基板上创建一个大的单凹透镜。这是通过透镜将激光束聚焦到基板上实现的。

激光束在基板上产生小凹坑，在湿法刻蚀过程中逐渐演变成球形轮廓。下一步是使用SLM创建一个3D分布式焦斑阵列。该阵列聚焦于基板上，创建一个3D种子阵列。然后将种子蚀刻成微透镜，这些微透镜重叠形成紧密堆积和弯曲的MCLA。

这种方法的优点包括其高精度、高效率和多功能性。它可以用于制造高保真的复杂3D图案，并且可以在多种基板上使用。这种方法有可能彻底改变微观光学器件的制造。

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来源：物理学家组织网