曲面仿生复眼一体化光成型方法的研究

Due to its outstanding advantages, such as small volumn, light weight, large field-of-view, and high sensitivity for moving object, the curved bionic compound-eye has important scientific significance and application both in sophisticated national defense equipment and civilian industries. The technology of designing and fabricating curved bionic compound-eye is still a frontier challenge project globally. Aming at the hard problems in designing and fabricating integrative curved compound-eye，which includes microlens array, crystal cone and waveguide， based on the stereo lithography method, this project will explore the imaging law of integrative curved bionic compound-eye, reveal the intrinsic relationship between the pattern of stereo lithography and the refractive variation of the nonlinear optical polymer material. Further more，this project will analyse the influence of the deformation of soft mold on the transfer of biomimetic information of the integrative curved bionic compound-eye, and explore the crucial technologies of designing and fabricating integrative bionic compound-eye based on the digital mask lithography technology, which has the advantages of flexible transformation and easily control on exposure.

曲面仿生复眼因其独特的优点，在国防尖端装备及民用工业中具有重要的科学意义和使用价值，具有大视场、体积小的曲面仿生复眼的制作方法仍是当前国际的前沿挑战课题，本项目瞄准曲面微透镜阵列、晶椎和波导一体化结构光成型的难题展开研究，探索一体化结构的曲面仿生复眼的成像规律，揭示光成型方式与非线性光学聚合物材料的折射率变化的内在联系，分析结构形变应力对一体化曲面仿生复眼传递仿生信息的影响，研究用数字掩模光刻方法设计制作微透镜阵列、晶椎和波导一体化曲面仿生复眼的关键技术。

曲面仿生复眼因其独特的优点，在国防尖端装备及民用工业中具有重要的科学意义和使用价值。具有大视场、体积小的曲面仿生复眼的制作方法仍是当前国际的前沿挑战课题，制约了曲面仿生复眼在导航、探测、成像领域的进一步发展。在此背景下，本项目瞄准曲面微透镜阵列、晶椎和波导一体化仿生复眼结构光成型的难题展开了一系列研究工作。首先建立了一体化仿生光学复眼的物理模型，使用光线矩阵法探索一体化结构的曲面仿生复眼的成像规律；然后使用时域有限差分方法对非线性光学聚合物与其敏感波长相互作用时折射率变化进行了理论分析，揭示了光成型方式与非线性光学聚合物材料的折射率变化的内在联系。然后，课题组以非线性光学聚合物为材料，使用传统光刻工艺进行了一体化曲面仿生复眼结构的制作，实验结果表明：利用非线性光学聚合物的自聚焦效应，使用带有微透镜阵列表面的非线性聚合物薄膜，可以制作出一体化结构的仿生复眼。在以上基础上，针对曲面仿生复眼中的核心组成曲面微透镜阵列的制作工艺难题，课题组基于数字掩模光刻技术，研究了多方向数字移动灰阶掩模与曲面基底上三维浮雕结构的映射规律，并结合数字动态渐变灰阶掩模和动态渐变曝光法，解决了在平面基底上制作曲面微透镜阵列结构的制作工艺。本项目研究成果对提高一体化曲面仿生复眼的制作质量和效率具有重要意义，为高性能仿生复眼系统的实现、应用及产业化发展奠定基础。