得益于微型和纳米光学技术的发展，越来越多的紧凑型光学系统得以问世。这些都为实现传统光学无法实现的全新功能铺平了道路。与此同时，紫外线压印技术使这种光学元件的低成本批量生产成为现实。 但是，如果要在光学模块中集成额外的功能，如电导体或黑色光圈，则通常需要使用复杂的工艺（如光刻）。这些工艺不仅成本高昂，而且与紫外线压印工艺结合使用的效果也不理想。 如果改用纯聚合物工艺，就有可能降低成本、简化工艺并增强光学元件的可靠性。
什么是微光学元器件，它们用于何处？
简单地说，微光学元器件是传统光学元件的微型化版本。后者的组件，如透镜、反射镜或棱镜，其长度只比通过它们的光波长多出几个数量级。
在应用到医疗内窥镜时，缩小光学元件尺寸可以带来更明显的优势。近年来，微光学零组件和相应的制造技术使整个光学模块（包括图像传感器）能够缩小为边长小于1毫米的立方体（见插图1a）。
除了尺寸更小之外，微光学零组件还促进了具有数百年历史的光学任务（例如投影系统）发展全新优化的概念。与使用挨个排列在一起的单个透镜来创建笨重的图像投影装置不同，微型透镜阵列可用于并行投影。由于缩短了焦距（见插图1b），因此只需传统投影系统的一小部分尺寸就能实现高光通量。
如果尺寸从微米级缩小到纳米级，光的转向方式就会从折射变为衍射。这打开了广阔的机遇。举个例子，衍射光学元件（DOE）可用于将准直激光束改变为任何所需的光强分布形式。一个值得注意的例子是在三维传感中创建一个点状图案，用于测量物体的宽度、高度和深度（见插图1c）。
制造过程是如何进行的？
这种新型光学元件自然需要新的制造工艺。由于它要求较小的结构尺寸且精确对准，注塑成型等传统方法不太适用。
紫外线微米/纳米压印工艺现已成为一种成熟的工艺，已可在多家制造商提供的标准设备上使用。在这里，液态透明紫外线固化材料被涂抹在玻璃晶圆上，然后与结构化子模接触。子模确定光学元件（如透镜和 DOE）的几何形状，随后材料在紫外线下固化。接着脱模，将结构化晶圆切割成单个模块（见插图2）。
将光圈整合为一个功能层
如果需要将其他功能集成到光学元件里，情况就会变得稍微复杂一些。例如，光圈是很多光学设计中的关键元素。
迄今为止，光圈一直是通过光刻工艺集成到压印光学元件中的标准配置。首先在玻璃晶圆上制作一个结构化铬层，然后直接在晶圆上印制光学元件。
光刻工艺包含大量步骤：
- 为玻璃晶圆镀上均匀的铬层
- 沉淀光刻胶
- 使用光刻步骤构建光刻胶
- 对光刻胶进行化学显影
- 去除部分铬层
- 清除剩余的光刻胶
这种解决方案的缺点：
- 这项工艺非常复杂，因此费用昂贵。
- 这也严重限制了此类光圈的应用范围。这种工艺只适用于玻璃晶片，通常与在聚合物光学元件上构建铬层不兼容。
- 由于铬层在玻璃上的粘附力，或聚合物材料在铬上的粘附力不足，还可能出现其他问题。
新方法1：在光学元件里直接嵌入功能材料
将功能材料（如黑色材料）直接嵌入聚合物光学元件中，可以避免上述许多问题。实现这一目标的方法之一是在压印过程中除了压印光学结构外，还压印确定的通道结构。然后可以在这些通道中填充黑色的低粘度材料，后者可以通过紫外线或热固化（见插图3）。这极大地简化了工艺。
这种方案的另一个优点是，与玻璃、铬和聚合物相比，这两种材料（光学透明材料和黑色材料）的热机械性能更为接近。这避免了由热膨胀系数（CTE）不匹配造成的热应力。温循变化测试表明，这直接提高了可靠性。由于这种方法不再需要玻璃基材，因此能有效减少光学元件的重量和高度，同时降低成本。
新方法2：使用临时载体
另一种可能的方法是一开始采用临时载体（例如塑料箔）。通过丝网印刷不透光的聚合物，在载体上制造光圈。在对聚合物进行紫外线照射或热固化后，就可以进行标准的紫外线压印，这时光学结构与孔径能精确对准。一旦透明材料固化，子模被移除，就可以剥离载体。这样就形成了一块集成了孔径的整体单片（全聚合）光学模块（见插图4）。
这两种新方法有一个共同的优点，即黑色材料的特性可以适应任何一种光学设计及其相应的工艺：
- 例1：一种丝网印刷材料，具有中等粘度和高吸收系数，可在几微米薄层中实现高光密度。
- 例2：一种用于填充功能性结构的材料，具有低粘度和适中的吸收系数，可在几百微米的结构中实现高光密度。
- 甚至还可以直接在聚合物中加入光谱过滤功能（例如，阻挡某一波长范围，同时允许透射到另一波长范围内）。
集成功能导电层
某些应用要求在光学元件中集成导电结构。其中一个例子是飞行时间传感器或结构光传感器中使用的匀光元件，它可以让发射器形成准直的激光束。此处的导电结构被用作安全网，用于检测匀光元件是否有损坏，避免发射的激光束造成任何威胁。可以使用与光圈类似的工艺来制作这种安全网。不过，使用的是各向同性的导电粘合剂（ICA），而不是黑色聚合物。
首先，将各向同性的导电粘合剂（如 DELO DUALBOND IC343）用丝网印刷方式印在含有各种结构（如导体引线、光圈）的临时载体箔上。然后使用透明的紫外线固化材料（如 DELO KATIOBOND OM614）在箔片上印刷纳米结构，形成衍射光学元件。剥离载体后，就形成了一个完整的聚合物晶圆，上面有多个 DOE 和一个集成导电结构（见插图6）。
结论
这种工艺的简便性和成本效益给人留下了深刻印象：
- 简单的紫外压印工艺可用于生产微型光学元件，如具有附加功能（如电导体或黑色光圈）的透镜或 DOE。
- 只需两种材料：一种紫外线固化透明材料用于主要光学元件，另一种紫外线或热固化填充材料用于提供导电或遮光性能。
- 这种方法还可以克服潜在的可靠性问题（例如不同的膨胀系数），因为两种材料的热机械特性可以匹配。
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