微光學(xué)概述定義與名稱
微光學(xué)是一門屬于多門前沿學(xué)科交叉領(lǐng)域的新興科學(xué)。微光學(xué)借助于微電子工業(yè)技術(shù)的最新研究成果，是國際上最前沿研究方向之一，并具有廣泛的應(yīng)用前途。
微光學(xué)元件(MOC),，指面形精度可達(dá)亞微米級，表面粗糙度可達(dá)納米級的自由光學(xué)曲面及微結(jié)構(gòu)光學(xué)元件。自由光學(xué)曲面包括有回轉(zhuǎn)軸的回轉(zhuǎn)非球面(如拋物面,、漸開面等)，和沒有任何對稱軸的非回轉(zhuǎn)非球面,。
微結(jié)構(gòu)是指具有特定功能的微小表面拓?fù)湫螤?，如凹槽、微透鏡陣列等,，如圖1所示的微金字塔結(jié)構(gòu)表面,。
圖1 微金字塔結(jié)構(gòu)
這些結(jié)構(gòu)決定了對光線的反射,，透射或衍射性能，便于光學(xué)設(shè)計(jì)者優(yōu)化光學(xué)系統(tǒng),，減輕重量,，縮小體積。典型微光學(xué)元件如全息透鏡,、衍射光學(xué)元件(DOE)和梯度折射率透鏡等,，將這些微光學(xué)元件應(yīng)用在各種光電子儀器中，可以使光電子儀器及其零部件更加小型化,、陣列化和集成化,。
微光學(xué)元件的應(yīng)用
微光學(xué)元件是制造小型光電子系統(tǒng)的關(guān)鍵元件，它具有體積小,、質(zhì)量輕,、造價低等優(yōu)點(diǎn)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)普通光學(xué)元件難以實(shí)現(xiàn)的微小,、陣列,、集成、成像和波面轉(zhuǎn)換等新功能,。隨著系統(tǒng)小型化不斷的成為一種趨勢,，幾乎在所有的工程應(yīng)用領(lǐng)域中，無論是現(xiàn)代國防科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域,，還是普通的工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用前景,。
軍用方面，西方國家在70年代以后研制和生產(chǎn)的軍用光電系統(tǒng),，如軍用激光裝置,、熱成像裝置、微光夜視頭盔,、紅外掃描裝置,、導(dǎo)彈引導(dǎo)頭和各種變焦鏡頭，均已在不同程度上采用了非球面光學(xué)零件,。
在一般民用光電系統(tǒng)方面,，自由非球面零件可以大量地應(yīng)用到各種光電成像系統(tǒng)中。如飛機(jī)中提供飛行信息的顯示系統(tǒng),；攝象機(jī)的取景器,、變焦鏡頭；紅外廣角地平儀中的鍺透鏡,；錄像,、錄音用顯微物鏡讀出頭；醫(yī)療診斷用的間接眼底鏡,，內(nèi)窺鏡,，漸進(jìn)鏡片等,。
微結(jié)構(gòu)光學(xué)元件應(yīng)用更是廣泛，如光纖連接器中的微槽結(jié)構(gòu),，液晶顯示屏的微透鏡陣列,，及用于激光掃描的F-theta鏡片，激光頭的分光器等,，這些微結(jié)構(gòu)光學(xué)元件在很多我們?nèi)粘Ｊ褂玫漠a(chǎn)品中都有應(yīng)用,，比如手機(jī)、掌上電腦,、CD和DVD等,。
微光學(xué)元件加工方法
由于受應(yīng)用需求的驅(qū)動，對微光學(xué)元件加工技術(shù)的研究也在不斷深入,，出現(xiàn)了多種現(xiàn)代加工技術(shù),，如電子束寫技術(shù)、激光束寫技術(shù),、光刻技術(shù),、蝕刻技術(shù)、LIGA技術(shù),，復(fù)制技術(shù)和鍍膜技術(shù)等,，其中最為成熟的技術(shù)是蝕刻技術(shù)和LIGA技術(shù)。
這些技術(shù)基本都是從微電子元器件的微細(xì)加工技術(shù)發(fā)展而來,，但與電子原件不同,，三維成型精度和裝配精度對光學(xué)元件來說是至關(guān)重要的，將會直接影響其性能,，因此這些方法各自都有它自身的缺陷和使用的局限性,。如由于視場深度的限制，光刻技術(shù)僅限于二微結(jié)構(gòu)和小深寬比三維結(jié)構(gòu)的加工,；采用犧牲層蝕刻技術(shù),，雖然可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)三維加工，但易使材料產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力,，影響最終的機(jī)械性能,，且設(shè)備造價非常昂貴；LIGA技術(shù)利用的高準(zhǔn)直度的X射線光源,，一般要通過同步輻射加速器得到，造價比光刻設(shè)備還要高許多,，一般實(shí)驗(yàn)室和企業(yè)都很難負(fù)擔(dān)得起,；電子束寫技術(shù)能夠加工納米級的精密結(jié)構(gòu)，但效率低,，難以進(jìn)行批量生產(chǎn),。復(fù)制技術(shù),，包括熱壓成型法、模壓成型法和注射成型法等,，是一種適于批量生產(chǎn)的低成本技術(shù),，但要求其模具具有較高精度和耐用性。
微光學(xué)元件的另一加工方法是超精密機(jī)械加工技術(shù),。最近“財(cái)富”雜志上有這樣一句話：“超精密加工技術(shù)對光學(xué)元件的作用猶如當(dāng)初集成電路對電子元件的作用”,。這句話雖然不無夸張，卻說明了用超精密機(jī)械加工技術(shù)進(jìn)行微光學(xué)元件的加工已經(jīng)引起人們極大的重視,。