微透鏡是指直徑在幾微米到幾百微米之間的微型光學(xué)透鏡。盡管尺寸微小，但多個(gè)微透鏡按一定規(guī)律排列形成的微透鏡陣列，在光束整形、波前傳感、三維成像和光場(chǎng)調(diào)控等領(lǐng)域。微透鏡陣列能夠?qū)⒋蟪叽绲墓馐指顬槎鄠€(gè)子光束，每個(gè)微透鏡獨(dú)立完成對(duì)局部波前的會(huì)聚或準(zhǔn)直，從而實(shí)現(xiàn)整體光場(chǎng)的操控。

從光學(xué)設(shè)計(jì)角度看，微透鏡可分為折射型和衍射型兩大類。折射型微透鏡依靠表面曲率對(duì)光線產(chǎn)生折射作用，其面型通常為球面或非球面；衍射型微透鏡則利用表面浮雕結(jié)構(gòu)的光柵效應(yīng)實(shí)現(xiàn)聚焦，常見(jiàn)的有菲涅耳透鏡和二元光學(xué)元件。在實(shí)際應(yīng)用中，球面微透鏡因其加工相對(duì)簡(jiǎn)便而應(yīng)用，而非球面設(shè)計(jì)能夠有效校正球差，適用于高精度成像系統(tǒng)。

微透鏡陣列的制備工藝是微納加工領(lǐng)域的重要研究課題。熱回流法是較為經(jīng)典的一種方法：首先在襯底上光刻出圓柱形的光刻膠圖案，然后加熱至光刻膠的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上，光刻膠在表面張力作用下自然形成球冠狀結(jié)構(gòu)，再通過(guò)反應(yīng)離子刻蝕將形狀轉(zhuǎn)移到基底材料上。這種方法工藝成熟、成本較低，但所能獲得的微透鏡面型局限于球面。

對(duì)于需要非球面或任意自由曲面的微透鏡陣列，灰度光刻技術(shù)提供了更能力。通過(guò)調(diào)節(jié)掩模版的透光率分布，或者采用高能束敏感材料直接寫(xiě)入，可以在光刻膠上形成連續(xù)的三維形貌，隨后再經(jīng)過(guò)刻蝕轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜面型的高精度復(fù)制。激光直寫(xiě)和電子束光刻在此類應(yīng)用中表現(xiàn)突出，它們無(wú)需物理掩模版，能夠根據(jù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)逐點(diǎn)曝光，適用于原型驗(yàn)證和小批量生產(chǎn)。

注塑成型和納米壓印技術(shù)則瞄準(zhǔn)了微透鏡陣列的大規(guī)模量產(chǎn)需求。通過(guò)制作高精度的金屬模具，可以快速?gòu)?fù)制出大量聚合物材質(zhì)的微透鏡陣列，成本顯著降低，廣泛應(yīng)用于手機(jī)攝像頭的自動(dòng)對(duì)焦傳感和勻光照明器件中。

微透鏡陣列的應(yīng)用場(chǎng)景持續(xù)拓展。在自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)中，夏克-哈特曼波前傳感器利用微透鏡陣列將入射波前分割采樣，通過(guò)計(jì)算各子孔徑內(nèi)光斑的偏移量反推波前畸變。在集成成像三維顯示中，微透鏡陣列記錄了場(chǎng)景的立體信息，觀看者無(wú)需佩戴眼鏡即可感知深度。此外，在光通信的光纖耦合、生物醫(yī)學(xué)的內(nèi)窺成像、以及光伏電池的光陷阱結(jié)構(gòu)中，微透鏡陣列都發(fā)揮著不可替代的作用。

當(dāng)前，微透鏡陣列正朝著更高填充因子、更復(fù)雜面型以及多材料集成方向演進(jìn)。隨著計(jì)算全息和超表面技術(shù)的成熟，未來(lái)可能出現(xiàn)兼具透鏡與濾波、偏振等多功能的微光學(xué)元件，進(jìn)一步拓展微型光學(xué)系統(tǒng)的能力邊界。