基于MEMS的曲面仿生复眼设计与制作

作     者：罗欢 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：奚燕萍

授予年度：2013年

学科分类：08[工学] 0803[工学-光学工程] 

主      题：复眼SU-8光刻胶 曲面微透镜阵列 自聚焦效应 FDTD 

摘      要：本文以昆虫复眼为原型，以制作出具有体积小、质量轻、具有大视场角并且对运动速度敏感等特点的曲面仿生复眼为目的,对外形以及成像特性均与昆虫相近的曲面仿生复眼进行了研究。 本文的研究主要分为结构设计与MEMS工艺制作两个部分。结构设计借助于光学设计软件Zemax，工艺制作涉及到曲面微透镜阵列的制作以及晶锥波导阵列的制作。其中晶锥波导阵列的制作以自聚焦效应为基础，借助Matlab平台进行辅助计算。本文所涉及的主要工作以及取得的主要成果有： (1)对曲面仿生复眼的结构、成像特性、应用以及研究现状进行了简单的阐述，指出了其潜在研究价值，并确定了以SU-8光刻胶为材料，基于自聚焦原理的MEMS制作方案;(2)对SU-8光刻胶的光学特性进行了研究，发现其折射率随曝光剂量的变化符合自聚焦效应所需的非线性材料要求，为晶锥波导制作方案的确定打下了基础;(3)通过Zemax软件对单个小眼的光学特性，以及曲面微透镜阵列与平面探测器的耦合特性进行了研究;(4)借助于Matlab数学平台编写程序，以时域有限差分方法对SU-8光刻胶紫外曝光过程中光强的变化进行了研究，证实了采用自聚焦方法制作晶锥波导方案的可行性，同时给后续工艺制作提供了参考;(5)设计了一套完备的曲面复眼制备方案，成功制作出曲面微透镜阵列的模板和曲面微透镜阵列的样品。经测试，曲面微透镜阵列形貌良好，结构与昆虫复眼极为相似，小眼的光学特性良好，具有很好的发展前景。