传统制造工艺的弊端

自由曲面定义为如图所示这样的曲面，该曲面的表面形状缺少围绕垂直于平均平面的轴的平移或旋转对称性。自由曲面的光学器件涉及具有至少一个自由形式的表面的光学设计，根据ISO标准17450-1：2011，该表面关于垂直于平均平面的轴没有平移或旋转对称性。至少从1990年代开始，非成像和照明光学器件就利用了自由曲面。

将自由曲面的光学器件和表面集成至成像系统中仍然是一项重大挑战。然而，自由曲面的光学设计所带来的新的自由度则驱动着业界不屈地想要克服这些挑战。这些额外的自由度可以带来许多潜在的优势，包括系统的小型化，减少元件数量，甚至带来全新的光学功能，所有这些都会对光学行业产生深远的影响。制造和计量必须与设计并驾齐驱，以实现自由形式光学的全部潜力。

自由曲面的计量面临的重大挑战

额外的自由度本质上增加了定位的不确定性，并使其难以同时满足光学设计人员对光学形状，中空间频率和表面微观粗糙度的要求。由于计量平台通常具有可与制造平台相比的不确定性，因此在此级别的自由曲面的计量中仍然存在重大挑战。

因此，根据以上工艺存在的问题，基于我们对加工微光学元件的理解，我们推荐使用激光三维纳米打印技术来制作自由曲面光学元件的方法。可能的途径有以下两种：

●    聚合物掩模刻蚀的方法。这种方法分为两个主要步骤：

1）使用激光纳米三维打印的方式在聚合物中制作出微透镜阵列的结构。

2）然后以聚合物的微透镜阵列作为掩模，通过刻蚀的方式将图形转移到石英基片上。

●    激光在石英玻璃直写配合选择性酸刻蚀的方法。这种方法也有两个主要步骤：