光学准直用PDMS微透镜的模拟、制作和形貌表征

由 ty10086 提交于 周三, 08/25/2021 - 16:30
文章英文标题
Simulation, fabrication and morphological characterization of a PDMS microlens for light collimation on optrodes
正文
Optrodes是向神经元传递光的神经探针，其辐照度至少为1mW / mm2。微电致发光二极管( MicroLED，简称微发光二极管)采用微透镜对光进行准直，可以在不增加微LED功耗的前提下提高辐照度，减少脑部过热。本文给出了能够准直微LED发出光的PDMS (聚二甲基硅氧烷)微透镜的FEM (有限元方法)模拟，保证了平均辐照度为310mW / mm2。在模拟微透镜的基础上，采用微加工工艺制备了微透镜阵列。利用AFM (原子力显微镜)和SEM (扫描电镜)对所制备阵列的PDMS微透镜之一进行了实验表征。微透镜的平均表面粗糙度为2.3 nm，基底直径为80 μ m，高度为55 μ m。还可以利用高斯光学确定微透镜焦距( 96μm )、数值孔径( 0.42 )、f数( 1.2 )和焦深( 2.66μm )。验证了该制备工艺，即使采用PDMS / PDMS脱模，也未对负模进行表面处理。
文章内容（英文）
Optrodes are neural probes for delivering light at neurons, at least with an irradiance of 1 mW/mm 2 . MicroLED (microlight-emitting diode) optrodes with a microlens to collimate the light can improve the irradiance without increasing the microLED power consumption, minimizing the brain overheating. This paper presents FEM (finite element method) simulations of a PDMS (polydimethylsiloxane) microlens capable of collimating the light from a microLED, ensuring an average irradiance of 310 mW/mm 2 . Based on the simulated microlens, a microlens array was fabricated, using microfabrication processes. One of the PDMS microlens from the fabricated array was experimentally characterized, using AFM (atomic force microscopy) and SEM (scanning electron microscopy). The average surface roughness, base diameter and height of the microlens is 2.3 nm, 80 μm and 55 μm, respectively. It was also possible to determine the microlens focal length (96 μm), numerical aperture (0.42), f-number (1.2) and depth of focus (2.66 μm), using Gaussian optics. The fabrication process was validated, even using PDMS/PDMS demolding without surface treatment of the negative mold.
来源出处
Journal|[J]Optik - International Journal for Light and Electron OpticsVolume 227, 2021.
DOI
https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2020.166098

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