Матрицы адаптивных микролинз, содержащие фоторезист и жидкие кристаллы Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

УДК 681.7

М.Л. Маневич, И.М. Варшал, О.Я. Абель, Н.П. Айзенберг

Институт «Лев», Иерусалим, Израиль

Ю.А. Резников, Ю.И. Курьёз

Институт физики, Киев, Украина

А. Н. Соснов

СГГА, Новосибирск

МАТРИЦЫ АДАПТИВНЫХ МИКРОЛИНЗ, СОДЕРЖАЩИЕ ФОТОРЕЗИСТ И ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ

M.N. Manevich, I.M. Varshal, O.Ya. Abel, N.P. Eisenber

Institute «Lev», Jerusalem, Israel

Yu.A. Reznikov, Yu.I. Kurioz

Institute of Physics, Kiev, Ukraine

A.N. Sosnov

SSGA, Novosibirsk

ARRAYS OF ADAPTIVE MICRO-LENSES CONTAINING A PHOTORESIST AND LIQUID CRYSTALS

New adaptive micro-lens arrays based on photoresist-made micro-lenses immersed in nematic liquid crystals with an electrically controllable focal length have been developed. Parameters of new micro-optical devices are discussed.

Матрицы микролинз являются важными элементами современной электрооптики, они используются во многих областях, таких, как: оптические коммуникации, оптические устройства сопряжения различных типов, в том числе плоские интегральные соединители и т. д. [1].

Однако, большинство из этих устройств не обладает свойствами адаптивности их оптических параметров, главным образом, фокусного расстояния, несмотря на имеющуюся необходимость. Ранее было предложено несколько вариантов адаптивных микрооптических устройств, базирующихся на эффекте реориентации нематических жидких кристаллов во внешнем электрическом поле [2, 3].

Многообещающий подход был предложен недавно в [4]. В этой работе структура, состоящая из матрицы полых электродов была наполнена нематическими жидкими кристаллами. К сожалению, качество адаптивных микролинз в этом случае оставляло желать лучшего из-за увеличенных аберраций и дисторсии фокальных пятен.

В данной статье рассмотрены вновь разработанные матрицы адаптивных микролинз, изготовленные с помощью комбинирования фоторезиста с нематическими жидкими кристаллами. Конструкция предложенных матриц микролинз схематически представленна на рис. 1. Приложение электрического поля ведёт к реориентации директора и к изменениям фокусного расстояния микролинз.

Микролинзы, изготовленные из органического фоторезиста, характеризуются высоким оптическим качеством, как показанно в работе [5]. Такое качество обеспечивается благодаря очень точному технологическому методу микролитографии с зазором, предложенному в [6]. При этом методе создается зазор между рабочими поверхностями подложки и бинарного хромового фотошаблона, который содержит матрицу отверстий в слое хрома, имеющих диаметр 50 микрометров. За счёт изменения расстояния между освещаемым фотошаблоном и плоскостью подложки можно изменять профиль распределения света с плоского на закруглённый. Это позволяет оптимизировать геометрические параметры микролинз, такие как их диаметр и максимальная толщина, а в конечном итоге радиус кривизны.

Рис. 1. Конструкция матрицы адаптивных микролинз: (а) без электрического поля; (б) с включённым электрическим полем: 1 - стеклянная подложка; 2

- прокладка; 3 - электроды из окисла индии-олова (1ТО); 4 -поливиниловый спирт; 5 - фоторезистивная матрица микролинз; 6 - жидкий

кристалл Е 90; 7 - поляризатор

Во вновь разработанном технологическом процессе применяется органический фоторезист AZ 4562 фирмы «Hoechst». При экспонировании фоторезиста используется зазор между рабочими поверхностями подложки и бинарного хромового фотошаблона, равный 400 микрометрам, время экспонирования ксеноновым источником света составляет 1 минуту.

Основные параметры матриц адаптивных микролинз представлены в таблице.

Диаметр микролинзы, мкм 62.5

Максимальная толщина микролинзы, мкм 5.3

Шаг матрицы микролинз, мкм 550 х 550

Размеры матрицы микролинз, мкм 3 300 х 3 300

Тип фоторезиста AZ 4562

Тип жидкого кристалла E 90

Интервал изменений показателя преломления жидкого кристалла 1.523-1.7313

Интервал изменений приложенного напряжения, вольт 3.5-7.2

Интервал изменений фокусного расстояния, мкм 510-670

Заключение

Разработаны и исследованы новые матрицы адаптивных микролинз. Фокусное расстояние этих микрооптических устройств изменяется приблизительно на 30 %, от 510 мкм до 670 мкм при изменении приложенного напряжения от 3.5 до 7.2 вольт.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. T.J. Suleskiand and R.D. TeKolste, "Fabrication trends for free-space micro-optics", J. Lightwave Technol. 23, 633 (2005).

2. H. Ren, Y.H. Fan, S. Gauza, and S.T. Wu, "Tunable-focus cylindrical liquid crystal lens", Jpn.J.Appl.Phys. Part 1, 43, 652 (2004).

3. H. Ren, Y.H. Fan, Y.H. Lin, and S.T. Wu, "Tunable-focus micro-lens arrays using nanosized polymer-dispersed liquid crystal droplets", Opt. Commun. 247, 101 (2005).

4. O. Pishnyak, S. Sato, O.D. Lavrentovich, "Electrically tunable lens based on a dual-frequency nematic liquid crystal", Applied Optics, 45, 4576 (2006).

5. N.P. Eisenberg, M. Manevich, A. Arsh, M. Klebanov, V. Lyubin, "New micro-optical devices for the IR based on three-component amorphous chalcogenide photoresists", J. Non-Cryst. Sol. 352, (2006).

6. M. Manevich, M. Klebanov, V. Lyubin, J. Varshal, J. Broder, N.P. Eisenberg, "Gap micro-lithography for micro-lens array fabrication", Chalcogenide Letters Vol. 5, No. 4, April 2008, p. 61-64.

© М.Л. Маневич, И.М. Варшал, О.Я. Абель, Н.П. Айзенберг, Ю.А. Резников, Ю.И. Курьёз, А.Н. Соснов, 2009