按需滴定法制备掺杂型聚合物微透镜阵列

　　引 言

　　微小型光学和微光学(miniature optics and micro-optics)是近 30 年来光学领域新兴的一门前沿性分支学科，发展非常活跃[1]。微透镜阵列已经成为自由空间光学、微光学、集成光学的主要器件之一，主要用于光准直、光耦合、CCD 成像等领域。制备透镜的材料主要有光学玻璃，溶胶-凝胶和高分子聚合物等。由于聚合物材料具有固有的高负热光系数、塑性强、易于制造、重量轻、价格低廉、数值孔径大、易于耦合等优点。目前，用聚合物制备微透镜阵列倍受关注[2]，制备方法有光刻蚀热熔法，质子深度刻蚀法，激光直接写入和微喷打印法[3-5]。对于前几种方法，工艺复杂，实验设备要求高，所得透镜相应成本也很高。我们采用按需滴定方法已经研制出了 PMMA 微透镜阵列[6]。此法操作简单，通过精确控制液滴大小来控制透镜大小，适合制备微米量级的微透镜。经过特殊的工艺处理，可以很容易制备出梯度折射率透镜阵列和掺杂稀土离子及高分子激光染料的掺杂型微透镜阵列。

　　为了进一步发展此技术,本文研究了制备掺杂 Rh6G 微透镜阵列的方法。此法制备的微透镜阵列焦距一致性、表面粗糙度和成像效果都很好，有望用来做准二维光纤阵列放大器和阵列激光器等。如果将这种掺杂型透镜制作到光纤传像束的一端，可以制成生物/化学传感器阵列，还可以用来做医疗诊断，生产过程控制，大气环境监测等。因此我们研究开发的掺杂透镜阵列制造法具有广阔的应用前景。

　　1 微透镜阵列的制备

　　1.1 实验前的准备工作

　　以甲基丙烯酸甲酯(MMA)溶解聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的混合溶液为透镜的主要原料，透镜的矢高主要是通过加入不同量的 PMMA 影响溶液的粘度和透镜的收缩率来控制。并根据需要，试验得出了 MMA和PMMA的最佳配比。若丹明6G在溶液中的浓度为4.5×10-4/ML.溶液中按照 MMA 的量加入重量比为 0.2%的过氧化苯甲酰(BPO)作为引发剂制成反应型的溶液。为了使溶液在滴定时能够很快固化并减少 MMA 挥发，我们把溶液放在 85℃甘油浴中对溶液中的 MMA 成分进行预聚处理，预聚 30min 待溶液中 MMA 的分子量达到一定程度后，再将溶液放到超声波中振动 20min，使溶液更加均匀并排除溶液中的细小气泡。然后将溶液室温下静置一段时间就可以用来滴定了。石英玻璃板作为基板，在实验前需先对基板进行清洗处理。先把石英板用清水清洗干净并用吹风机吹干。再将干燥的石英玻璃板用分析纯的酒精在超声波清洗器中清洗 10min，最后放在真空干燥箱中干燥。经这种简单处理后基板对水的浸润角为10°[7]。

　　1.2 透镜阵列的制备