陣列透鏡（Lens Array）是由多個(gè)微型透鏡按照特定規則排列組成的復合光學(xué)元件。與傳統單透鏡不同，它能夠同時(shí)對多個(gè)光束進(jìn)行獨立操控，或將單一光束分割、整形為復雜的空間光場(chǎng)，廣泛應用于需要并行光處理或高精度光場(chǎng)調控的場(chǎng)景。

（激埃特原創(chuàng )圖）

一、陣列透鏡的分類(lèi)

根據結構、原理和應用場(chǎng)景的不同，陣列透鏡可分為以下幾類(lèi)：

（激埃特原創(chuàng )圖）

二、核心應用場(chǎng)景

1. 激光加工與光學(xué)系統

  光束勻化：將高斯分布的激光束轉換為平頂光斑，提升切割/焊接均勻性（如半導體晶圓加工）。  

  分束與多焦點(diǎn)生成：通過(guò)陣列透鏡將單束激光分割為多束，實(shí)現并行加工（如手機屏幕打孔）。  

2. 成像與傳感  

   光場(chǎng)相機：利用微透鏡陣列記錄光線(xiàn)方向信息，實(shí)現3D成像與重對焦（如Lytro相機）。  

   結構光投影：生成編碼光圖案，用于3D掃描、人臉識別（如iPhone Face ID）。  

3. 光通信與顯示技術(shù)

   光纖耦合：將多路光信號高效耦合至光纖陣列（如數據中心光模塊）。  

   AR/VR近眼顯示：通過(guò)波導結合微透鏡陣列擴大視場(chǎng)角，提升顯示清晰度（如Hololens光學(xué)模組）。  

4. 照明與能源 

   LED二次光學(xué)設計：勻化LED出光，避免眩光（如汽車(chē)大燈、舞臺燈光）。  

   太陽(yáng)能聚光：聚焦陽(yáng)光至光伏電池，提升發(fā)電效率（如聚光光伏系統）。  

（圖源激埃特光電）

三、陣列透鏡的作用與特點(diǎn)

核心作用

1. 并行光場(chǎng)操控：同時(shí)處理多路光束，提升光學(xué)系統效率。  

2. 光場(chǎng)均勻化：消除光強分布不均勻性，優(yōu)化加工與成像質(zhì)量。  

3. 像差校正：通過(guò)非球面或衍射設計補償光學(xué)系統像差。  

四、技術(shù)特點(diǎn)

五、典型參數與選型建議

1. 關(guān)鍵參數

   透鏡單元尺寸：常見(jiàn)10 μm~1 mm，小尺寸適用于高分辨率成像，大尺寸用于高能量激光。  

   填充因子（Fill Factor）：透鏡占單元面積比例（>90%可減少光能損失）。  

   抗損傷閾值（LIDT）：玻璃基陣列可達10 J/cm2（納秒脈沖），聚合物基通常<1 J/cm2。  

2. 選型原則

   激光應用：優(yōu)先選擇熔融石英或ZnSe材料，搭配抗反射鍍膜。  

   消費電子：聚合物基陣列（如PMMA）兼顧成本與輕量化需求。  

   高溫環(huán)境：選用耐熱玻璃（如Pyrex）或藍寶石基材。  

六、未來(lái)發(fā)展趨勢  

1. 超表面陣列透鏡：結合超構表面技術(shù)，實(shí)現亞波長(cháng)級光場(chǎng)調控。  

2. 動(dòng)態(tài)可調陣列：通過(guò)液晶或MEMS技術(shù)實(shí)現焦距/光場(chǎng)實(shí)時(shí)調節。  

3. 混合光學(xué)系統：與衍射光學(xué)元件（DOE）、自由曲面透鏡集成，拓展功能邊界。  

總的來(lái)說(shuō)，陣列透鏡憑借其高度集成、靈活調控的特性，已成為現代光學(xué)系統的核心組件之一。從工業(yè)激光加工到消費級AR設備，從精密成像到新能源技術(shù)，它的身影無(wú)處不在。隨著(zhù)微納加工技術(shù)的進(jìn)步，陣列透鏡將繼續推動(dòng)光學(xué)領(lǐng)域的創(chuàng )新突破，為人類(lèi)探索光的世界打開(kāi)更多可能。