3D微光学领域正在迅速扩展，飞秒激光直写3D多光子光刻（MPL，也称为双光子或多光子聚合）正在取得重要进展。通过 MPL 实现的微光学在十年前就出现了，并且该领域在过去五年中出现了爆炸式增长。令人印象深刻的发现揭示了它在光束整形、先进成像、光学传感、集成光子电路等方面的潜力。这一领域的主要老牌公司改变了游戏规则并日益增长的工业兴趣支持了这一点。在这篇综述中，通过描述时间顺序、区分离散应用组、提供有关工艺和可用材料的通用技术数据以及讨论可预见的近期进展，详细介绍了 MPL 微光学制造的起源和进展。
划重点
双光子3d打印代加工;
●设备NANOSCRIBE GT2
●特征尺寸:横向200纳米，纵向400纳米
●深宽比:5:1。
●最大尺寸:500um*500um
●最大高度:100um
●基板:玻璃/光纤/其他光滑基底
●打印形状：微针，微透镜，光纤端面结构，衍射结构，其他微纳结构
双光子胶水-全国产，可定制开发-;
该胶水相对于竞争对手胶水，
*活性更高
*紫外不敏感，无需避光低温保存双光子聚合活性更高，15mw激光功率下打印速度就可以达到100mm/s
*可以兼容515nm-800nm的飞秒激光
*高性价比,1管5g一管起订。
*已在多家大型设备上验证
介绍
激光应用的快速增长刺激了新型光学元件的需求和供应。与此同时，设备正在变得小型化和高度集成，以最大限度地提高功能。在这里，激光技术领域与产业趋势相遇，产生协同效应。
虽然 1991 年首次将超快激光器用于 3D 结构，用于光学数据存储， 1 Maruo 在 1997 年的技术开放文章中首次提出了使用超快激光器创建 3D 打印物体， 2其中使用该技术来制造还设想了微光学。该技术的串行写入方法为自由形式制造提供了灵活性，但受到其吞吐量的限制。 3该技术花了几年时间才从原理验证水平发展到增材制造，成为现代实验室高效可靠制造的工具。 4 - 6虽然第一批微光学元件早在 2006 年就已被展示， 7 但主要努力和成果直到 2010 年才开始显现， 8 , 9随着有机-无机杂化材料的发展， 10 , 11并迅速加速随着商业 3D 光刻系统的实施。12 - 14到 2020 年，超快激光 3D 打印，也称为双光子聚合（TPP 或 2PP）、多光子光刻 (MPL)， 15 - 17或简称为激光直写 (LDW)，在文献中也称为直接打印激光写入（DLW）， 18 ）已经成为各种微光学单元件、堆叠元件和集成器件的常规制造的成熟技术。 19 - 21自由形态微光学 3D 打印的最新进展通过高折射率 ( n ) 聚合物光学级材料、 22高性能混合材料、 23和光学活性24或纯无机玻璃得到增强。 25图1显示了该技术在已发表论文和引用方面的发展情况，定义了该技术的“创新者阶段”，然后从 2015 年开始进入“早期采用者阶段”。图1还显示了使用 MPL 制造的微光学元件的示例以及通过该技术可以实现的结构复杂性的增长。
过去 25 年原创论文发表和引用的动态。原始论文数量与综述文献列表中包含的参考文献相对应。引用次数代表从 Web of Science 搜索关键字“微光学”+“激光光刻”检索到的数据。 a) MPL 系统示意图。b) 出现了不同的制造策略，例如紫外光刻的实施。单个元件，如 c) 球面透镜，作为微光学器件的构建模块，以及 d) 后处理技术，例如用于微元件特定功能化的金属化。MPL 允许在不同的基板上进行制造，包括 e) 堆叠微透镜的玻璃盖狭缝和光纤，以及复杂的 3D 结构，例如 f) 褶皱轴棱镜、g) 光子晶体纤维状结构，以及 h) 微透镜阵列超级望远镜。b) 经许可改编。 9版权所有 2010，IOP 出版社。c) 经许可改编。 26版权所有 2010，美国物理研究所。d) 经许可改编。 27版权所有 2011，美国物理研究所。e) 经许可改编。 28版权所有 2017，爱思唯尔有限公司 f) 经许可改编。 29版权所有 2016，光学协会。g) 经许可改编。 30版权所有 2020，光学协会。h) 经许可改编。 31版权所有 2021，光学协会。
这一科学领域的进展引起了相关激光辅助精密增材制造行业的关注。首先，2007 年 Nanoscribe GmbH 和 2008 年 Photonics Workshop 成立了公司，致力于将该技术商业化，针对一般广角应用领域。2013 年，Multiphoton Optics GmbH 和 Femtika UAB 成立，使微光学成为其目标应用的重要组成部分。最后，Vanguard Photonics GmbH 在 2017 年制造了用于微透镜和引线键合生产的专用 MPL 设备。其他瞄准更多样化应用的公司不断涌现，例如 2018 年成立的 UpNano，主要专注于生物医学应用，但也提供微光学相关组件和材料的生产解决方案。现在还有许多专门用于微光学的 MPL 商业设置，例如 Quantum X Align（由 NanoScribe 提供）。
在本专题综述的范围内，我们将概述该领域的时间顺序和发展，突出最突出的进展，并按其操作原理或应用对成就进行分组。图1按时间顺序显示了一些里程碑，展示了使用 MPL 创建的光学微结构的复杂性方面的进展和进步，并将在以下部分中进行更详细的描述。趋势是，努力的重点是开发技术并证明其微型化原型微光学的可行性。后来，随之而来的是几种功能的耦合，这在原则上只有通过各个模式的密集集成才可能实现。最后，光学级材料开始用于重型应用，同时组装到已建立的平台（微芯片）中。预计在建立专用于 3D 微光学的先进计量学方面将取得进一步进展，随后将实现比较和可重复性协议的标准化。以下各节将依次介绍上述所有内容： 1 ．介绍; 2 .超快激光3D微纳光刻原理及进展； 3 .制造方式； 4 .单个微光学元件； 5 .应用； 6 .材料和后处理； 7 .总结和结论。
2 超快激光3D微纳光刻原理及进展
MPL 的主要工作流程已经很完善，目前主要作为标准程序运行。 4 - 6 , 15 , 32尽管关于时空受限光条件下的光物理/化学引发机制仍然存在活跃的争论，但17超短脉冲激光器目前占主导地位， 33而较长的脉冲持续时间（ps，ns） 34 , 35或甚至 CW 36操作光源也适用于此目的。本综述未涵盖光激发机制的细节，但为了简单起见，我们将其视为非线性光-物质相互作用（无论非线性是由阈值激发还是材料响应行为引起）。典型设置采用 100 kHz–80 MHz 重复率的 100–300 fs 脉冲，在焦点处提供大约 TW cm 2强度。使用的辐射不应以线性方式显着相互作用；因此，它被选择为 VIS（以 515–532 nm 为中心）或更常见的 NIR（以 780–800 nm 为中心）波长。一些非常规参数，如 CW、1 kHz 或 400 nm，也可用于真正的 3D 结构，从而产生局部热效应、 37不同的雪崩电离、 38受限线性吸收、 39或触发两步吸收机制。40不同的方法可以带来特定的好处，例如避免使用光引发剂或降低设备成本和复杂性。然而，这些方法仍然不常用于通过 LDW 技术生产微型光学元件。最后，超快激光器是主导技术的事实反映在商业化的激光装置中，几乎所有这些装置都专门使用飞秒高脉冲重复率激光振荡器（Nanoscribe，光子学工作室）或整个放大系统（Femtika，多光子光学）。
MPL 的原理制造顺序如图2所示。曝光策略可以通过以下方式实现：1）以光栅或矢量模式串行写入（逐点）； 41 - 43 2) 干涉/全息术； 44 - 46 3）并行写作； 47 - 50或 4) 连续体积打印。 51 , 52所有这些在实现复杂形状的灵活性、加速生产或允许使用不同的树脂方面都具有某些特定的优势。尽管可以采用各种方法来创建微光学元件，但除了分辨率（3D 打印物体的精度）之外，它们的曝光剂量和均匀性、表面质量和拼接伪影也可能影响有效折射率和光学性能。由于迄今为止还没有建立复杂且通用的表征标准，因此没有单一的最佳方法可以生产整个范围的微光学几何形状。然而，科学界的原创改进和工业界的具体解决方案正在出现，以满足应用驱动的需求。
激光直写 3D 多光子纳米光刻工艺：a) 飞秒光束紧密聚焦到预聚物材料中，将光与物质的相互作用限制在（亚）波长范围内；b) 扫描光束焦点或平移工件以具体化计算机模型，并将其复制到相应的曝光体积中；c) 使用湿化学显影来显示 3D 物体；d) 自由形式的自立结构，可用于特定的光学功能或作为通过后处理实现附加功能的模板。
a) 平行线性、固定层间距环形扫描和动态层间距扫描策略的环形扫描。b) 壳表面聚合，然后进行内部体积的显影和 UV 固化。c) 通过在制造过程中动态改变激光功率来控制折射率。d) 经典 TPL 与 2GL 体素大小定义的比较。a) 经许可改编。 7版权所有 2016，光学协会。b) 经许可改编。 9版权所有 2010，IOP 出版社。c) 经许可改编。 62版权所有 2021，光学协会。d) 经许可改编。 60版权所有 2021，光学协会。
a) 单微透镜和 b) 密排高数值孔径六角形微透镜阵列。c) 片上自由形状准直透镜。d)（斜视图）涂有银的抛物面反射器，e）（俯视图）用聚焦离子束蚀刻的光孔特写。f) 光敏硅基复合材料微棱镜，高负载异丙醇锗。g) 覆盖多模光纤纤芯的抛物面微反射器。h) 相息图透镜的中心部分。i) 用于片上中心凹成像的复合微透镜系统阵列。a,b) 经许可改编。 26版权所有 2010，美国物理研究所。c) 经许可改编。 66版权所有 2016，光学协会。d,e) 经许可改编。 27版权所有 2011，美国物理研究所。f) 经许可改编。 23版权所有2012，爱思唯尔有限公司。g) 经许可改编。 78版权所有 2013，光学协会。h) 经许可改编。 91版权所有 2018，Wiley-VCH。i) 经许可改编。 28版权所有 2017，爱思唯尔有限公司
a) 偏振分束器由蓝色突出显示的棱镜、红色的层状光栅和绿色的支撑结构组成。b) 近红外范围内自由形式逆向设计的 PBS，具有 10 个周期和 30 µm 长度。c) 基于绝热模式转换的通过扭曲波导的偏振路由器。d) 抗谐振空心，以及 e) 分形环芯 PCF 设计。f) 横截面，g) 六股 1 厘米长的空心轻型笼的顶视图。 105 a) 经许可改编。 95版权所有 2018，光学协会。b) 经许可改编。 96版权所有 2019，Wiley-VCH。c) 经许可改编。 101版权所有 2019，Wiley-VCH。d,e) 经许可改编。 99版权所有 2020，光学协会。f,g) 经许可改编。 105版权所有 2019，美国化学会。
用于生成贝塞尔光束的内摆线和外摆线轴锥镜：a) 倾斜入射视图和 b) 顶视图。c) 微透镜阵列和 d) 多芯光纤束上的整个超望远镜，用于双光子成像。e) 光纤锥体上直径 20 µm 的微环谐振器，f) 使用白光激发的微环的光学显微镜图像。单模光纤上的衍射菲涅耳透镜，用于双光纤光捕获，g) NA = 0.5 和 h) NA = 0.7。a,b) 经许可改编。 29版权所有 2016，光学协会。c,d) 经许可改编。 31版权所有 2021，光学协会。e,f) 来自作者 V. Melissinaki 博士和 M. Farsari 博士，并得到他们的许可，可以在本次审查中重复使用它。 136 g,h) 经许可改编。 137版权所有 2019，美国化学会。
a) 使用光子引线键合的光纤到芯片连接。b) 用于单光子生成的波导、耦合器和微盘谐振器的 3D 量子光学组件。c) 全视图和 d) 半径为 850 nm、高度在 0.4 至 0.5 µm 之间的像素阵列的特写，以支持 ANN。a) 经许可改编。 162版权所有 2018，光学协会。b) 经许可改编。 169版权所有 2013，自然出版社。c,d) 来自作者 E. Goi 博士，并同意在本次审查中重复使用它。 178
光激发光束通常使用干法、 21浸油、 9或浸入53方法通过显微镜物镜聚焦。它们的数值孔径 (NA) 和放大倍数可以根据所需的精度（与吞吐量成反比）、使用的材料（液体或溶胶-凝胶/固体）和几何形状（2.5D 或复杂的自由形式 3D）或平台（例如，玻璃、硅或金属基板、光纤面、CMOS 芯片、引线键合或中空微流体腔）。曝光后，进行湿式光刻显影，其中大多数有机溶剂（例如醇类、异丙醇、丙酮、乙醇）或更具腐蚀性的化学品（例如 4-甲基-2-戊酮、1-甲氧基-2-丙基乙酸酯、四氢呋喃和甲苯）可以溶解。被应用。确切的显影剂或其混合物取决于树脂和预期的蚀刻速率。可以采用额外的溶剂冲洗和临界点干燥来更干净地去除未暴露的物质并恢复结构，而不会因收缩和毛细管力而变形。可以进一步利用金属溅射或原子层沉积等一些后处理解决方案来增加微光学元件的功能。所生产的模板可以用作主印模或用于制作复制成型掩模，以实现纳米/微米结构路线的完善的纳米压印和软光刻倍增。最近，高温热处理（称为热解或煅烧）被验证可以通过将微结构转化为完全无机化合物来烧结微结构。
有几个参数会影响 MPL 制造的微光学元件的最终特性。特征取决于体素大小和 MPL 系统的精度。结构的粗糙度决定了其表面质量，从而影响其光学性能。此外，MPL 技术已经实现了从亚微米到毫米级光学结构的尺寸，并且每个制造结构的制造速度降低到了几分钟。表1列出了微光学背景下 MPL 技术的微结构主要特征和方面所报告的不同值。
表 1.微光学背景下光学结构和 MPL 技术方面的特征。
3 制造方式
在 MPL 制造中，对设计、制造和制造后工艺的高度控制可以不断扩大创造前所未有的高质量微光学器件的可能性。为了利用这种潜力，已经开发了几种制造模式，在制造过程中控制不同的自由度，包括激光扫描策略和每个体素的能量剂量。在本节中，我们总结了最重要的 MPL 制造模式。
在基本方法中，通常通过使用恒定的激光扫描速度和激光功率（对应于入射光强度）对每个体素施加单剂量，从而在所制造的结构中产生恒定的体素尺寸和折射率。不同的几何形状需要特定的扫描策略，以便在制造过程中通过光刻胶跟踪激光光斑，以获得光滑的表面。一般来说，结构的设计被分成几层，并在平行线之间以特定的距离绘制阴影线；该方法有利于平坦表面结构。
弯曲轮廓通常存在于微光学器件中，前面提到的扫描方法会在表面上产生不必要的台阶，从而影响其光学性能。作为解决方案，环形扫描模式被提出作为微透镜的制造方法，与平行线相比，可以更好地近似弯曲轮廓，从而确保透镜的球面对称性和径向一致性。该方法与连续可变层厚度的实施一起，减少了缺陷并提高了表面质量，如图3a所示。由于 3D 结构是以逐层方式制造的，因此层的高度会影响表面光滑度。引入连续可变层厚度作为曲面制造的优化。这种方法实现了光学元件（例如菲涅耳透镜）所需的高质量和光滑形状的表面。 7]
提出的另一种扫描策略是基于螺旋路径来聚合锥形微透镜（微轴锥）的表面，从而控制体素重叠。 54]
为了克服微透镜制造时间长的问题，Malinauskas (2010) 9提出了一种不同的制造程序，包括壳表面聚合，然后在去除非功能性外部光刻胶后对未曝光的内部体积进行 UV 固化，如图3b所示。该方法将 MPL 赋予的高分辨率与均匀的快速 UV 曝光相结合，以创建微型光学元件，将整个制造过程加快约 200 倍。
如今，除了众所周知的 3D 空间参数之外，MPL 工艺中对制造参数的更高控制还允许引入新的自由度，从而允许不同的制造模式。一般来说，光聚合物材料的折射率和色散特性限制了MPL制造的微结构。制造过程中的额外自由度允许控制光聚合物的折射率。受控的非恒定制造激光强度可以将所得结构的折射率调节至可见光的 0.3 变化。该方法已被证明适合于制造如图3d所示的梯度折射率(GRIN)微透镜61和波导62 。 60]
对激光强度的相同控制可以产生不同的模态，从而显着减少制造时间并提高表面质量。制造激光强度的变化会导致焦点体积的变化，从而改变体素尺寸，从而使 3D 结构的边缘和边界具有更高的精度。这种制造方式称为双光子灰度光刻 (2GL)，与传统 MPL 的同等尺寸体素相比，通过在结构制造过程中调整体素尺寸，可以在更少的层中实现更高的分辨率（如图3c所示）。这种模式的实施有利于微光学应用，这些应用需要高表面质量以获得更好的光学性能，从而减少制造时间。 60]
4 单微光学元件
现代光子技术需要高质量、高精度的微光学元件，为系统设计提供更大的自由度，从而实现传统光学无法实现的新功能和应用。在提出通过 MPL 制造微型元件的早期工作中，研究人员专注于创建缩小到微型尺寸的已知光学元件工具箱。由于光学应用需要特征小于 λ/20 的元件，因此特别关注表面质量。 63]在本节中，我们总结了采用 MPL 工艺制造的主要折射、反射和衍射单微光学元件。此外，我们还进一步讨论了 MPL 制造的自由形状光学器件、偏振和波导。大多数所提出的结构将在第5节中提出的应用程序中被回顾。
4.1 折射元件
4.1.1 单微透镜
球面、非球面和菲涅尔微透镜是最早使用 MPL 制造的微光学元件类型。 7 - 9 , 58优化扫描策略的开发（参见第3节）可以实现精确且轻松的镜片曲率定制以及高光学质量。图4a显示了 MPL 打印的微透镜的示例。获得的透镜轮廓的相对误差可以小于0.2%。 58]
有趣的是， 64 岁的Xu 利用 MPL 制造实现的独特成形能力，提出了一种由两个不同的高曲率表面组成的凹凸微透镜，可提供更多的设计自由度并最大限度地减少像差。
Ristok 57展示了迄今为止最大的单透镜，展示了 MPL 制造高达毫米级光学元件的多功能性。如此规模的组件需要将设计划分为整个结构的较小部分，可能会导致其表面出现可见的缝线。无缝合缺陷的光学元件由单步曝光制造而成，并呈现出模制玻璃般的透明外观。
4.1.2 自由形式元素
通过 MPL 进行 3D 制造的多功能性允许制造复杂的自由形状结构。不仅可以制造单一结构或已知光学元件的组合，还可以制造用于复杂光学应用的创新和非常规自由形状组件。
例如，对数轴锥镜 (LA) 是一种不同于基本球面透镜的单一光学元件，具有较大的焦深。所得光束可以很好地近似于贝塞尔横向强度分布，并且沿其光轴几乎没有变化。 65]
用于光准直的更多任意结构可以利用 MPL 在制造过程中提供的自由度。由介电全内反射 (TIR) 聚光器和 LED 顶部非球面透镜组成的结构呈现出高光准直效率。这些元件表明，高效的初级光学器件在如图4c所示的照明系统66的小型化中发挥着至关重要的作用。同样，江67的单片双焦点八级波带片利用其双焦点特性来准直来自具有高空间相干性的激光二极管的光，效率高于92%。
控制光的方向性的能力是多种光学应用所感兴趣的，并且是通过复杂的自由形状微光学器件来实现的。具有不对称发散输出光束的单个双轴双曲面微透镜利用其两个可调节焦点在两个方向上对边缘发射二极管激光器进行光束整形。 68同样，Johlin 69提出了一种介电微透镜，利用灵活的 3D 设计和 MPL 的兼容性，为点源和纳米线发射器实现高方向性。
4.1.3 微透镜阵列
微透镜阵列的信噪比取决于元件的面积填充系数。已经提出了微透镜阵列的不同模式，例如二次、 58六边形、 54、55、58水平和垂直切片策略。 70主要目标之一是实现充分填充因子；Wu 26达到了 100%，如图4b所示。
MPL灵活性允许在单步制造中微透镜阵列以及多透镜物镜28上具有不均匀的曲率71和高度72 ，如图4i所示。 4.2 反光元件
与折射光学设计相比，反射式光学设计的优点是固有的消色差和紧凑性。如果设计的反射角满足所用光聚合物的TIR条件，则可以在一步制造中获得全电介质反射器。或者，在第二个制造步骤中，可以在 3D 打印微光学元件的顶部沉积金属涂层，以创建类似反射的组件。
4.2.1 TIR 反射器
对于n为 1.5 的聚合材料，当入射角高于 41度时，与空气界面处的 TIR 条件得到满足，其中包括与许多应用相关的 45度，因为它允许光束进行直角转向。例如，45度棱镜可以由混合材料23制成，如图4f所示，并且与微透镜结合的 TIR 镜用于光纤和光子电路之间的面外耦合，表现出低耦合损耗。 73 - 75提出了微型奥托棱镜作为通过 TIR 进行面外耦合的替代方案，以激发一维光子晶体中的布洛赫表面波。 76 个TIR 光束偏转器在完全集成的光纤系统中实现，实现针对单细胞优化的稳定 3D 捕获。 77另一方面，Bianchi 78采用抛物面反射设计，如图4g所示，以增加多模光纤的 NA 并实现与浸没介质无关的聚焦功率。在另一个示例中，自由形状聚焦 TIR 反射器用于片上光捕获。 7
同时具有折射和反射组件的光学设计称为折折射设计。它们特别令人感兴趣，因为它们可以以高数值孔径收集光。一个例子是光线来自各向同性点发射器的设计。 80 Bertoncini 提出的高 NA 薄透镜19基于这种折反射设计，可以取代笨重的高 NA 孔径显微镜物镜，用于在点扫描显微镜中转发信号收集。
4.2.2 金属镀膜反射镜
某些应用要求光学元件上的入射角不满足 TIR 条件。如果入射角接近法线或者周围材料的n高于空气（例如水），就会发生这种情况。一种解决方案是在微结构上涂敷金属涂层以提供所需的反射条件。实现光滑金属涂层的领先技术是物理气相沉积，例如蒸发溅射。
Atwater 27提出了一种微光子抛物面镀银结构作为导光器，以产生如图4d、e所示的准直光束。同样，微镜与微透镜一起创建了一个反向传播系统，以增强荧光信号的收集。 81同样，抛物面微镜是通过使用热蒸发辅助沉积将 Au 层结构沉积到光致抗蚀剂模具上而创建的，用于聚焦传感应用的光。 82]
在某些情况下，仅在微结构的特定区域需要金属涂层，以在最终设备中保留透明和反射部分。Bertoncini 83开发了一种双步 3D 打印策略，以实现 45度镜面的选择性金属化，从而实现反向传播光捕获装置。镜状结构的另一个挑战是在阴影表面或空腔内部实现均匀的金属沉积。Williams 84解决了这一挑战，同时通过打印与铰链连接的结构的一部分来创建带有金属涂层镜子的谐振腔。这样，在金属沉积过程中，待金属涂覆的两个表面被暴露并且面向相同的方向。沉积过程结束后，用微操纵器关闭铰接镜以形成谐振腔。
4.3 Diffractive Elements 4.3 衍射元件
新型光学系统利用衍射光学元件 (DOE) 的特性来创建高效的光转换设备。与折射对应物不同，DOE 由不同的区域组成。光学元件中的这些区域会衍射光，从而产生干涉效应，通过光的相干叠加创建最终图像。DOE 通常是通过限制其形貌的 2D 光刻技术制造的。MPL 技术制造中的 3D 灵活性和亚微米精度克服了这一限制。 85这种制造技术允许创建用灰度级信息86编码的微结构以及相息图87，相息图87是具有高衍射效率的相位型衍射透镜。例如，相位型和多级结构已被证明可以提高分形波带片的衍射效率，并展示沿光轴的多个焦点。 88另一个例子是达曼光栅，这是一种二元相位傅里叶全息图，可生成相干点源阵列。 89二元径向 DOE 还用于从高斯光束开始创建所谓的“光瓶”。 56同样，四级微浮雕 DOE 的制造展示了 DOE 所需的 MPL 亚微米级精度的多级制造能力。 90]
同样，图4h显示了一个相息图透镜，它呈现出具有挑战性的抛物线轮廓，这是通过 MPL 实现的。这些元件可实现高性能聚焦和对 X 射线波前的高度控制。 91此外，在光纤顶部制作了一个逆向设计的薄圆形光栅结构，用于波前修改。金属透镜元件能够将近红外波长的波前从抛物线变换为球面。 92最近，堆叠式 DOE 出现，利用 MPL 的 3D 制造能力，作为校正平面透镜中场相关像差的解决方案。 93]
DOE 微透镜阵列的制造也可以通过 MPL 实现。提出了采用 3D 焦场工程的连续表面菲涅尔微透镜阵列。为了提高制造速度，在Y - Z平面和X方向上进行制造，以更好地控制结构高度。 94]
4.4 Polarization Elements
4.4 偏振元件
用于偏振控制的传统光学装置基于固有材料特性。示例包括双折射晶体（例如波片）或导电材料（例如线栅偏振器）。然而，在 3D 打印微光学领域，材料通常是介电且非双折射的。因此，控制偏振的主要策略不是基于材料的特性，而是基于我们之前讨论的四种光学现象中的三种：折射、反射和衍射。
图5a显示了哈恩提出的折射配置示例，即由棱镜和光栅形成的光纤面上的集成微光学元件。 95折射元件通过 TIR 将单模光纤的输出偏转到偏振相关的亚波长光栅，该光栅可分离偏振分量。 95]
另一方面，衍射元件用作自由形式偏振分束器，用于图5b所示的面内光操纵。它在近红外分束器中充当自由空间宽带，将平行和垂直偏振分成不同的衍射级。 96]
另一种用于偏振控制的微米尺寸衍射元件是 Zanotto (2019) 通过液晶聚合物制造的光栅。 97该器件通过折射率变化实现光子响应，并通过分子重排改变光栅元件的形状，从而由于材料的各向异性而对多个光束进行非平凡的偏振状态管理。通过对衍射光束的偏振调制，透射光束也同时经历偏振调制，实现对不同光束通道的偏振和幅度的独立控制。
相反，双折射光学延迟器由介电超表面制成，据报道其偏振转换。 98通过将多个单独的层堆叠到组装的 3D 光学元件中，它们的效率可以提高十倍以上。 20可以从基于光子晶体光纤 (PCF) 设计的 3D 打印双折射双芯获得多模态干涉，从而创建波导偏振分光装置。 99或者，高双折射通道波导可以通过绝热扭转来旋转偏振。通过控制波导的扭转角，偏振状态改变为任意或预期状态100 ，从而允许创建如图5c所示的偏振旋转器101 。基于相同工作模式的偏振旋转器已在光纤到芯片连接上得到演示，以便将 TM 偏振模式转换为 TE 偏振模式。 102]
偏振控制中的另一个相关操作是将偏振光转换成不同的偏振状态。Bertoncini 103创建了一种基于微型菲涅尔菱形的线性到圆形宽带偏振转换器。在这里，以精确角度进行的两次反射会在两个正交偏振之间产生四分之一波相位延迟，从而产生圆偏振态。放置两个菲涅尔菱形晶体可实现半波延迟，从而将偏振旋转 90度。
4.5 波导
MPL 制造提供的前所未有的自由度已被用来根据不同的方法制造复杂的光波导配置。在第一种方法中，波导芯采用 MPL 制造，能够创建 2D/3D 轨迹。印刷芯通常具有波长数量级的横向尺寸以获得单模波导，并最终嵌入在第二步中添加的低折射率包层材料中。这有助于在光学互连中引人注目的应用，第5.5节对此进行了回顾。
在第二种方法中，MPL 用于制造具有 PCF 几何形状的波导，如图5d、e所示。 99 , 104这种方法利用了 PCF 光纤的单一材料配置以及通过改变其纵向孔的几何形状可获得的大量波导光学特性。在第三种方法中，Jain 105提出了所谓的“光笼”空心波导，如图5f,g所示。在这里，以圆形图案排列的纵向杆的抗谐振特性允许将光限制在高渗透性的中空波导中，这对于传感应用具有明显的优势。 106在最后一种方法中，MPL 用于通过聚合具有两种不同n的芯层和包层区域的材料来制造实芯波导。这可以通过两种方式来执行：1)使用两种不同的光致抗蚀剂，一种用于芯，一种用于包层， 107或2)通过控制聚合度（交联），从而控制单一光致抗蚀剂的n 。 62、108-111]
5 应用
5.1 结构梁——涡旋光束发生器
某些应用可能需要与经典高斯光束不同的特定光束形状。一个例子是所谓的带有轨道角动量（OAM）的涡旋光束，它通常呈环形。光场被赋予轴上相位奇点，对应于取决于拓扑电荷和方位角的指数形式的电场的局部方位角相位依赖性。
在光学应用中产生 OAM 光束有多种策略，其中一些策略已借助 MPL 工艺缩小到微米尺寸。最常见的涡旋光束发生器架构是螺旋相位板（SPP），其特点是针对特定波长设计的螺旋增加的光学厚度。玻璃基板上的微型单表面等离子体激元(112)和单模光纤(113)已经被提出。OAM 光束有潜力成为光通信系统的平台，因为这些光束可以访问无限数量的状态，并且由于不同方位角模式的正交性。因此，OAM 模式的纯度非常重要。Stegenburgs 114演示了 SPP 的制造，以生成高纯度 OAM 光束，通过模态分解进行测量，并在光通信装置中测试它们以传输数据信号。
最近，DOE 已被用来实现复杂的照明模式，例如从纯几何相变生成结构光。Wang, 98演示了具有空间变化光栅的自旋轨道光学角动量转换器，Gissibl 演示了具有亚微米特征的用于空间强度光束整形的衍射相位板。 12 Schmidt 115提出了一种自由形式全息图，其设计方法可实现平滑且均匀的相位分布，Oliveira 116提出了一种 DOE，用于生成具有受控数量的环的高阶贝塞尔光束的叠加，显示了衍射元素的结合复杂的设计。
不同元素的组合可以产生具有不寻常特性的涡旋光束。Žukauskas 117将通用 SPP 与轴锥镜相结合，产生伪非衍射高阶光学涡旋光束，而 Tian 118将 SPP 与透镜相结合，产生高阶聚焦涡旋光束。非常规结构也可以生成 OAM 光束，例如 Sanchez-Padilla 的图6a、b所示的皱纹轴棱镜。 29这些结构可以通过使用轴锥上的内摆线和外摆线曲线，从与非近轴性相关的自旋轨道相互作用产生光学涡旋。
另一方面，替代平面光学方法可以产生高阶 OAM 光束。Balcytis 119通过基于 MPL 和聚焦离子束 (FIB) 铣削组合制造的高数值孔径微透镜的二元螺旋区域图案，在单波前变换中展示了紧密聚焦的涡旋束。Wang 98提出了一种空间变体双折射结构的自旋-OAM耦合器。同时，使用由基于 MEMS 的可调谐法布里-珀罗滤波器和 SPP 组成的新型片上微型元件，可以实现波长和 OAM 复用/解复用。 120另一个例子是称为镜面旋转对称单焦点螺旋波带片 (MS-SZP) 的光学涡旋发生器。该元件是 SPP 与 Gabor 波带片的组合，并通过 OAM 生成单焦点光学涡旋光束。 121]
可以使用单个设备同时生成多个 OAM 光束。Hu 122提出了一种多焦点对数轴锥镜，与多区螺旋相位板一起，用于独立控制多个OAM输出光束的相位划分。光学涡旋光束可以作为光通信中的信息载体；由于它们的空间正交性；这些光束可以被复用和解复用。Lightman 13提出了一种涡旋模式分类器，其具有优化的轮廓和处理纯涡旋光束和混合涡旋光束的元件之间的距离，用于低阶 OAM。另一方面，受光纤实验室概念的启发，Xie 123展示了叉型聚合物涡旋光栅的集成，用于在少模光纤的面上进行复用（解）复用。这种 OAM（解）复用器能够将光纤内不同阶的多个 OAM 状态直接转换回输出面中不同方向的类高斯光束。或者，利用混合微光学元件，通过模场扩展将贝塞尔光束的传播速度增加五倍。 124]
此外，Sokolovskii 125通过制造具有超聚焦和高 M 2的贝塞尔光束生成轴棱镜，开发了解决二极管激光器中出现的光束质量问题的解决方案。这种方法实现了焦点尺寸的数量级减小，并对红细胞进行了光学捕获。与此同时，Reddy 126最近提出了一种从单模光纤生成零阶和高阶贝塞尔光束的统一方法。
5.2 成像系统
由于传统光学制造方法的限制，笨重光学元件的使用长期以来阻碍了成像系统的小型化和超薄微型内窥镜的实现。
如前几节所述，MPL 可以制造高精度的微米尺寸光学器件；因此，实现用于成像的高性能复杂微光学系统和微透镜阵列127已成为可能。此外，MPL 前所未有的创建任意形状的能力为像差校正提供了巨大的潜力。Gissibl 128展示了经过优化的单合透镜、双合透镜和三合透镜，可在设计阶段校正单色像差。作者展示了这些直接印刷在 CMOS 传感器和多芯光学成像光纤面上的多镜头物镜的使用方法。另一方面，衍射和折射元件以及两种不同光刻胶的组合已被用来校正色差，以实现消色差和复消色差微透镜。 21]
内窥镜探头由一系列具有非球面轮廓的微透镜组成，可实现高数值孔径并控制像差，从而实现高空间分辨率 (1 µm)。 129 Wang 130介绍了非球面微透镜的另一种应用，即在光纤面上制造高数值孔径单透镜来收集分析样品的荧光信号。还提出了非球面微透镜，用于校正微创GRIN微物镜的光学像差，获得扩展的视野并展示其在大脑深部区域成像中的用途。 131在内窥镜检查的另一项应用中，图6c、d所示的小型相干光束组合器（包括位于超薄多芯光纤尖端的 120 微透镜阵列）在执行双光子时效率提高了 35 倍成像。 31]
为了应用于光学相干断层扫描，通过制造包含离轴抛物面 TIR 表面的小型化光学系统来实现光纤探头。 132最近，Li 133在单模光纤上开发了新型侧面自由形状微光学器件，从而产生了像差校正光学相干断层扫描探头。在这项研究中，这种结构的使用在小鼠胸动脉中得到了证明，其中生物学相关的微观结构在组织深处 500 µm 处可见。
然而，不同的模式具有相互冲突的光学要求；例如，高灵敏度荧光测量所需的数值孔径高于光学相干断层扫描所需的数值孔径。优化的透镜中透镜设计包含满足两种模式光学设计需求的光学表面，即 TIR 反射镜和只能通过 MPL 制造的透镜的组合。 134]
Yanny 135制造了一个相位掩模，该相位掩模由用于单次 3D 荧光显微镜的多焦非均匀间隔微透镜阵列组成。将相位掩模放置在微型宽视场荧光显微镜的 GRIN 物镜的傅里叶平面中，将 3D 荧光强度分布编码为单个 2D 测量结果。
遮光功能在多元件成像系统中也很重要，因为它们集成了可最大限度提高成像质量的光圈。图卢兹138提出了一种通过将超精细注射打印集成到光学系统中来创建不透明微光学元件的新方法。然而，用这种方法创建的孔径光阑不能集成到所有光学系统中，因为它需要足够的空间来容纳墨水模具。
最近，Weber 139提出了一种基于阴影蒸发来创建薄且完全不透明的孔径光阑的替代方法，并用它来演示多元件广角 Hypergon 微物镜。
最近推出了一种用于可见光的微型直接光谱仪，包括 MPL 制造的成像、衍射和遮光微光学元件，其体积为 100 × 100 × 300 µm 3 。 140该占地面积比目前可用的直接光谱仪至少小两个数量级。这个微型光学系统展示了 MPL 的优势：创建多个自由曲面的可能性，包括不对称和高度倾斜的表面、其固有的近乎完美的对准以及光学孔径的集成。
自由形状堆叠镜头系统和遮光元件的组合也被用来实现超紧凑的多孔径广角（180°×360°）相机。 141]
5.3 光学操纵——光镊
光镊 (OT) 是一种非接触式工具，可使用光束捕获和操纵微粒。 142实施 OT 通常需要特殊的光场，由单个高 NA 光束或低 NA 反向传播光束组成，这些光束是通过复杂而庞大的设置创建的。事实证明，MPL 制造是一种在微尺度上创建复杂光场的强大方法，可以实现这些光学装置的小型化。Liberale 77使用 MPL 在四光纤束上制造了一组微棱镜，其中纤芯按照环形几何形状分布。输出光束通过 TIR 偏转，以高 NA 汇聚在公共点，从而创建基于光纤的 3D 光陷阱。该系统被集成到微流体系统中，用于稳定捕获肿瘤细胞，同时记录它们的拉曼特征。
最近，Plidschun 143提出了一种高 NA 元透镜，可以紧密聚焦来自单模光纤的扩展高斯光束，并证明了微珠和细菌的有效 3D 捕获。
在另一种基于光纤的方法中，Asadollahbaik 137在一对光纤的面上使用 MPL 制造的衍射菲涅尔透镜来创建如图6g、h所示的反向传播光束光陷阱。会聚光束在轴向和横向上产生了很强的捕获效率，允许在低激光功率下稳定捕获小至 500 nm 的颗粒。使用这种双光纤配置，同一研究小组研究了捕获的光致发光纳米棒144的发射和单个藻类细胞的活力。 145]
Yu还提出了一种小型化片上双光束捕获配置。 79他们的方法基于光波导端面上自由形状微光学器件的 MPL 制造，旨在捕获和操纵集成芯片级平台中的悬浮颗粒。
5.4 Optical Sensing 5.4 光学传感
专为传感应用而设计的罕见微光学元件利用 MPL 工艺的灵活性在光纤端面和多个设备中实施。与不同光学器件集成的微腔已在光纤上实现，用于光纤传感实验室实验室应用。例如，法布里-珀罗光学谐振器的架构被用于传感应用，因为它允许形成一个捕获气体的小空腔。该腔体检测n或吸收变化，使其可以用作蒸汽传感器。 146 , 147由于热膨胀和热弹性效应，传感材料的n通过改变背景温度而变化。它导致平面法布里-珀罗谐振的波长偏移，从而允许其用作热辐射传感器。 148正如 Williams 所介绍的，这种与温度相关的光学响应通过使用反射和曲面得到了改善。 149另一方面，正如 Goraus 报道的那样，磁场传感器可以通过将纳米铁颗粒结合到 FP 谐振器来产生。 150一些众所周知的光学现象，如莫尔图案，是通过形成类似光栅的可变形且刚性的聚合物结构在微观尺度上实现的。 151这被证明可用作具有全光学读数的无源流体微传感器。
此外，对于各种光纤尖端传感应用，其他特定的几何形状也是可能的。具有高质量因素的回音壁微腔研究挥发性有机化合物，表现出高灵敏度和快速时间响应。 152随后，Liu 153提出了在 3D 空间中用于感测有机蒸气的集成微环谐振器，由于挥发性有机化合物和光刻胶之间没有化学反应，因此表现出令人满意的可逆性。 153同样，图6e、f显示了光纤锥体上的微环，这些微环被用作基于可逆物理吸附效应的乙醇蒸气传感器。研究结果支持新型光子平台表现出独特的引导性能和模态交互特征。 136在另一个例子中，Zhang 154介绍了一种带有中空腔的光流控马赫-曾德干涉仪。该微系统为分析物的折射率测量提供了一个有前途的平台。另外，抛物面镜和表面增强拉曼散射的组合在光纤面上实现为类似雷达的设计传感器，在可见光谱范围内的激发时表现出更高的 SERS 效应。 82此外，光学力传感器是由力敏感微夹具中的四块聚合物板制成的。来自光纤的光学力使传感板发生位移，并且从不同板反射的光之间的路径长度差异导致干涉效应，用于预测整体式微夹具的轴向压缩。155
另一方面，微结构波导空心的限制和扩散能力对于传感应用很重要。类似PCF的结构被证明可以跟踪和分析纳米级物体在水介质中的个体扩散。这是通过研究粒子的布朗运动来完成的，该运动是通过分析来自核心模式的弹性散射光并使用标准跟踪算法和具有相当精度的均方位移分析来检索的。 156另一种可能性是将空心光笼接口光纤集成到传感应用的片上波导中。该系统的传感能力通过使用可调谐二极管激光吸收光谱检查氨来证明。 106
5.4.1 扫描探针显微镜
157 岁的Dietrich 展示了 3D 打印微光学器件的潜力，他在四光纤阵列顶部设计了 3D 打印扫描探针显微镜。在这项工作中，悬臂的驱动是通过来自第一根光纤的光束使悬臂的一部分光热膨胀以光学方式执行的，并被作为悬臂一部分的两个 TIR 镜偏转。通过悬臂底部的自由曲面镜和第二根光纤的小面形成的空腔，以干涉方式读取该位置。近场探头的光学激发来自第四根光纤，其光束通过自由形状金属镜聚焦和偏转。最后，来自金属尖端的信号被收集到带有自由形状微透镜的第三根光纤中。
Zou 158提出了一种用于微力传感器的新型光纤尖端聚合物夹束探针。该力传感探头表现出高力灵敏度，在直接接触模式下具有迄今为止报道的最小力检测极限。
5.5 光通信——光子电路
要充分发挥集成光子电路的潜力，需要提供 3D 芯片内和芯片间光学互连、平面外元件和采用 2D 光刻技术制造的平面元件之间的轻松耦合，以及光纤和器件之间的高效耦合。片上光子系统等等。
2005年，首次提出将 MPL 制造的悬芯（或独立式）光波导作为不同光纤之间的互连。159 最近，这种方法被用于所谓的“光子引线键合”范例，允许在不同类型的传统波导(例如光纤和光子芯片14、160-162 )之间以及如图7a中呈现的示例创建芯片到芯片光学互连。Schumann 100介绍了一种由 MPL 制造的具有 2D 和 3D 元件的混合器件，该器件演示了从平面到 3D 桥波导和回音壁模式谐振器以及基于宽带模式演化的偏振旋转器的有效耦合。独立式MPL制造的单模波导用于获得平面外耦合器，用于将光耦合进出片上平面波导59、163以及非平面拓扑的波导立交桥。 164 Nocentini 165通过结合使用刚性和可调谐弹性聚合物，引入了对光学元件光谱特性的动态控制。他们将波导、光栅耦合器和回音壁模式谐振器集成在光子芯片上，该芯片可以通过远程非侵入性光刺激来驱动和控制。
将光子芯片集成到混合光子器件中需要光学模式轮廓的高精度对准和适应。为了克服这些挑战，Dietrich 73提出了印刷在光子芯片和光纤面上的自由曲面、TIR 和多透镜光学器件，减少了无源组装中的对准公差，并有效适应了不同的光束轮廓。还提出了微透镜和面外弯曲聚合物波导的集成，以创建低损耗光纤到芯片宽带和近绝热耦合器。 166]
或者，使用在光纤顶部制造的类似 PCF 段的光锥来重新调整光纤模式尺寸，以允许不同元件之间的有效直接耦合， 30作为模式扩展锥形波导，以放宽光纤之间的耦合对准公差， 167并最大化芯片连接的耦合效率。 104]
Trappen 75通过提出适合晶圆表面深蚀刻切割沟槽的 MPL 制造的自由形式耦合元件，解决了边缘耦合光子集成电路的晶圆级探测问题。在这种情况下，耦合元件包括用于将光从面外方向重定向到面内方向的TIR镜，并且使用非球面透镜来与波导进行模场匹配。波导面和耦合元件的几种不同组合证明了器件低耦合损耗的高再现性。3D 打印光纤插座被提议用于即插即用的微光学器件，利用 LDW 制造灵活性并减少对准问题168这已在电信波长中得到验证，但很可能会扩展到不同的平台和各种应用程序。
5.6 量子技术
在单量子水平上工作的片上光子电路在未来的量子信息处理中发挥着重要作用。光子晶体、谐振器和波导等光子元件是组装量子光子器件所需的基本光子实体。Schell 169用含有包含氮空位中心的纳米金刚石的光致抗蚀剂制造了具有互连件和功能元件的组合结构，如图7b所示的谐振器和发射器。该设备证明了单光子生成以及随后通过波导进行收集和路由的主动量子功能。
具有高光子提取效率的单光子源是光子量子应用的关键构建模块。自组装半导体量子点（QD）源引起人们的兴趣，因为它们可以产生单光子态并抑制多光子事件。对于这些光源，需要对其输出进行宽带提取和整形，以匹配不同光收集光学器件的接收角。为了应对这些挑战，Fischbach 170提出了一种量子光源，其宽带提取效率高达40%，具有出色的单光子纯度以及将量子光传输到外部光学器件的能力。该器件是通过结合 3D 电子束光刻来实现 QD 微透镜和 MPL 来制造的，以创建与单光子源集成的优化的高数值孔径微物镜。
通过在光纤面上制造 TIR 固体浸没透镜和耦合透镜，该方法进一步发展为单光子源与单模光纤的有效耦合（高达 26%）。 80 , 171]
另一方面，量子发射器可以直接嵌入 MPL 制造的聚合物波导中。 172 , 173这样做的优点是它简化了激发和有效收集单光子的配置。
此外，在“光笼”结构上观察到电磁感应透明（EIT），证明它是基于蒸汽的光子延迟的多种量子存储和量子非线性应用的基础。 174]
5.7 机器学习
机器学习在不同光学应用中的使用催生了用于优化光学设备的新工具。Goi （175 岁）提出了一种用于多层人工网络 (ANN) 的纳米成像仪，该网络由无源衍射层形成，这些层协同工作以执行手写数字分类，这是光学领域人工智能的一个演示。此外，Ren 176还实现了多层感知器人工神经网络 (MANN)，以高效、准确地重建 3D 矢量全息图像。经过训练的 MANN 生成了一对相位图案，用于生成 2D 矢量场和嵌入了数值孔径为 0.8 的大角度傅里叶变换全息透镜的数字相位全息图。由于通过机器学习技术设计微光学元件并通过 MPL 制造，这种方法提供了前所未有的 3D 矢量场波前操纵能力。
如今，对加密信息通信技术的需求不断增加，这就需要针对特定解密密钥的严格认证方案。在大规模通信系统中，数据通过光信号传输，而解密则在电子域进行。这种解密方法会降低信息转换的速度。因此，解密应直接在光域进行，以充分利用光信号传播速度快、信息处理直接的特点。相当多的努力集中在光学安全方案的开发上，但加密和解密需要多次通过不同的笨重光学元件。作为此限制的替代解决方案，Goi 177提出采用基于误差反向传播方法的机器学习来生成集成在互补金属氧化物半导体 (CMOS) 芯片上的紧凑型光学解密器。这些单层全息感知器经过训练，可以对单个或整个类别的图像进行解密，并在近红外通信波长下运行。这些元件可以达到每平方厘米超过 5 亿个神经元，同时将神经元高度精度控制在 10 nm，这是通过 MPL 制造所允许的。 177同样，光信号的干扰和不完美的光学元件也会产生像差。光学神经网络被提出通过直接在光域中检索相位和光振幅信息来进行像差检测。图7c-d显示了 MPL 打印的多层感知器作为像差检测器。178
Moughames 179提出光子互连作为复杂的 3D 波导，用于离散空间滤波器作为卷积神经网络，以实现多个输入和输出通道的高效复用。深度神经网络（DNN）的使用有利于优化光学元件的设计。Panusa (2022) 180设计了一种基于使用大型合成数据库训练的 DNN 的工具，以根据最高的重建精度来减小矩形阶跃折射率光波导的成像束的芯到芯间距。DNN 可以通过消除串扰引起的扰乱并消除数据中的噪声来提高阶跃折射率波导的成像分辨率。该工具建立了一种有效的技术，利用 DNN 不仅用于后处理，而且还可以作为设计工具。
或者，可以利用机器辅助深度学习来优化 MPL 性能本身，例如，在监控 LDW 过程的同时自动检测零件质量。光剂量调整可实现高达 95%，响应时间为 ⩽2 ms。 181随着技术制造产量的增加，这个问题正在出现，但用户的经验和知识相对较低，特别是在引入新材料时。
6 材料和后处理
历史上，丙烯酸酯7、8和环氧树脂44、58基材料首次用于微光学器件的制造，主要是因为它们易于使用且应用简单。后来，使用了杂化有机-无机聚合物23 、 182 ，它提供了光子学所需的更实用的结构、机械、 n和透明度特性，同时仍然方便加工。最后，针对特定光学应用开发了一些用于 VIS 光谱的独特高n （高达 1.62）或高透明度材料。 183聚合物是有用的物质，提供不同单体和无机化合物的混合物，从而可以通过改变它们的比例来改变它们的性能。 6 , 11掺杂有机和无机成分还可以进一步增强其功能，包括光学活性功能。 184 - 187量子点（QD）作为纳米级集成的精确结合也已得到成功证明。 171对于微光学，最常用的是负色调抗蚀剂，因为它们用于创建自由形式的复杂几何形状；然而，正色调抗蚀剂也可用于凹透镜以及模板和复制应用。上述针对 MPL 优化的许多材料均可在商业上获得：Microresits、Microchemicals、FORTH-IESL（非线性光刻组，M. Farsari 博士）、Nanoscribe、Glassomer、UpNano 和 Laser nanoFab。有关材料化学、光聚合过程和印刷物质特性的更多详细信息，请参阅文献。6 , 11 , 15 - 17]
6.1 后处理
金属沉积是使制造的聚合物微结构具有反射性的最直接的方法。这可以通过直接金属溅射27通过选择性湿化学188或使用牺牲掩模来非选择性地执行。 189聚合物 3D 微光学器件被证明与原子层沉积 (ALD) 涂层技术兼容，可将其透明度大幅提高高达 99%，这是制造堆叠多层组件的重要突破。 190材料领域的最新进展是称为混合材料热解或煅烧的高温后处理。 191 MPL 制造和开发后，发生有机物质蒸发（C 和 H 转化为 CO 2和 H 2 O），剩余的无机部分被烧结，同时保持预定的几何形状。这是一个改变游戏规则的选择，可以实现纳米级无机物质的 3D 增材制造， 192包括熔融石英玻璃。 193最近的报告表明，这是生成各种相的纯晶体物质194以及生产玻璃状微光学元件的有效途径。25由于在煅烧/热解过程中物质的各向同性收缩，这种方法实现了 100 nm 以下的特征尺寸，从而实现了深亚波长 3D 结构的增材制造。 63 , 194当与无机发光化合物（例如 Eu）的掺杂相结合时，可以实现光学活性 3D 微器件的自由形式结构。187 , 195]
6.2 复制
纳米压印光刻和软光刻方法用于提高基于 MPL 的微光学元件的生产率， 196主要用于微透镜阵列，这些微透镜阵列使用 LDW 串行写入制造起来非常耗时，并且使用各种复制可以简单地进行倍增方法。 127初始模板可以由有机或混合材料制成，并通过聚二甲基硅氧烷模具转移到几乎任何光交联或热交联聚合物。 197尽管这种方法在该领域的研究人员中众所周知，并且对行业至关重要，但文献中只有少数专门的研究报告。 127 , 131 , 196 , 197]
6.3 性能表征
MPL 可实现 3D 微光学器件的快速、灵活且可扩展的生产，并且对其精确表征的需求正在稳步增长。然而，大多数已建立的表征技术都是针对 2D 表面或庞大的 3D 宏观物体，这一事实阻碍了这一点。没有标准方法可以在微观尺度上正确表征n，因为所有方法在自由形状的尺度上都有局限性。曝光剂量、显影过程以及结构的干燥和老化都会影响局部n ，进而调节功能性 3D 光学元件的有效n 。 62 , 108有人建议采用一些热（中温）或高温后处理解决方案，以使聚合体积内的n均匀，从而使材料“忘记”确切的局部暴露。 25 , 198尽管这些协议有助于提高可重复性，但确切的n和潜在的诱导双折射（由于收缩而产生的张力）仍然是悬而未决的问题。
对于光致抗蚀剂，影响n的聚合度（交联）随着紫外线持续时间和老化过程而增加。即使在 60 o C 下温和热处理 1 小时也足以显着提高折射率。 183]
6.4 光学弹性——激光诱导损伤阈值
激光诱导损伤阈值 (LIDT) 通常用于评估光学元件的光学弹性。薄膜、庞大的 3D 微结构和 3D 纳米晶格对于相同材料来说，由于其表面、几何形状和表面积与体积之比的显着不同，可能具有显着不同的光学损伤阈值。研究比较了可通过 MPL 结构化为薄膜的各种材料， 199以及光引发剂存在的影响，200 微透镜损伤的观察， 201大块 3D 微结构和 3D 晶格纳米结构的测量， 202并批准新型高回弹材料。 203然而，这仍然是一个不断发展的研究轨迹，由对校准和测试的微型光学设备的需求驱动。
微光学结构的性能和物理特性主要取决于材料特性和制造时采用的 MPL 技术。事先了解不同光聚合物在 MPL 曝光下的折射率，可以更好地控制光学元件所需性能的设计，以及对结构透明度的影响。同样，了解制造元件的损伤阈值和机械性能对于特定应用也很重要。最后，提出了在微光学元件中使用有源和可调谐材料来实现新颖的光学应用。
表2列出了先前讨论的属性的报告值。
7 总结与结论
自 25 年前出现以来，微光学领域一直在迅速扩展，MPL 作为快速原型设计工具的贡献加速了这一领域的发展。随着专用商业 LDW 设置的出现，微光学迅速扩大规模，并且它仍然是设计、创造和测试新型材料的最通用的技术。它也是用于 3D 微光学复杂自由形状几何形状的独特工具。与电子束光刻或喷墨打印机相比，MPL 可确保更高的吞吐量和更广泛的体系结构，尤其是光子集成电路。有源光学化合物、高n和高弹性物质的最新进展使得增材制造能够与当前现有平台兼容的重型微型设备成为可能。通过先进的并行化和光束整形技术，正在推动扩大吞吐量以满足工业需求。结合复制和后处理解决方案，MPL 不仅提供聚合物微光学元件，还提供玻璃和光学活性元件。微型 3D 光学元件的表征方法和新标准将在不久的将来成为技术研究的活跃领域，这将极大地促进激光光刻制造的微型光学元件和组装元件的广泛使用。总之，微光学领域目前似乎是 MPL 作为成熟的增材制造技术的直接工业应用领域。
