微透镜及微透镜阵列作为微光学领域的重要器件之一,在光纤耦合、光束整形、集成成像、光学神经网络等场合有广泛的应用。非球面透镜由于能消除球差,具有更好的成像性能,因此其市场需求日益增长。本论文提出基于电场操控液滴面形的制作非球面微透镜及其阵列的新方法,并研制了集电场操控液滴面形技术、实时检测技术、紫外光固化技术于一体的非球面微透镜及其阵列的制作装置,从理论和实验两方面研究总结了利用该装置制作非球面透镜阵列的工艺方法,制作了高质量的非球面透镜及其阵列,对其进行了像差计算和性能评价,并研究了非球面液滴透镜在LD准直透镜和复眼透镜等方面的应用。本论文的研究工作主要有以下几个方面：1.提出了一种制作非球面微透镜及其阵列器件的新方法。以紫外光固胶为液滴透镜材料,利用电场作用操控液滴面形得到非球面,并实时检测其面形和焦斑图像,进行图像处理计算像差,当检测到合适的面形和焦斑时,将非球面透镜固化就可以得到具有良好光学性能的固体非球面透镜及阵列。研制了集电场操控液滴面形技术、实时检测技术、紫外光固化技术于一体的非球面微透镜及其阵列的制作实验装置,包括机械、光学、控制电路和软件系统的开发,进行非球面液滴透镜及其阵列器件的制作。2.研究总结了基于电场操控面形的非球面透镜制作工艺方法。通过理论分析和数值计算分析了流体场和静电场相互作用的机理,求解电场和液滴面形变化的关系,数值计算结果与实验相吻合。利用非球面透镜制作及实时检测装置进行了实验,通过高压静电场作用使透镜从自然状态下的球冠面向抛物面甚至类圆锥面变形；实时测量了同一液滴透镜在不同强度电场作用下的面形和焦斑图像,并通过图像处理和多项式拟合等方法,计算了透镜的面形主曲率、焦距、焦斑半径等参数随电场的变化规律。对光固胶材料进行了筛选,研究了光固胶材料各参数对电场操控液滴面形技术的影响。研究了非球面液滴透镜在紫外光固化过程中的收缩变形,分析了其变形的原因及对透镜性能的影响和相应的解决办法。3.对制作的非球面透镜进行了像差计算和性能评价。对透镜面形图像进行图像处理和多项式拟合得到透镜面形表达式,结合Zemax光学软件用光线追迹法计算了所制作的非球面透镜的各种几何像差和像质评价参数,如波像差、点列图、Strehl比和光学传递函数等。利用实验室研制的微光斑探针扫描仪,对非球面透镜的光斑进行精确测量,并根据焦斑图像计算了透镜的PSF、MTF和Strehl比,分析了所制作的非球面透镜的像差参数,评价了其光学性能。并进行了透镜的实际成像实验,效果良好。4.研究了非球面液滴透镜在LD准直和复眼透镜等方面的应用。研制了LD准直透镜制作装置,直接在LD出光窗口上滴液滴制作准直透镜,限制其底面润湿状态,利用电场作用改变透镜面形制作椭圆底面的非球面液滴透镜,对LD光束两方向的发散角同时进行准直,并实时检测出射光束的准直状态,当检测到LD出射光束已经准直时,将液滴透镜固化,就得到了为该LD量身定做的一体化准直透镜。提出了球冠形复眼透镜的设计方案,在球冠面上制作非球面透镜,各通道透镜接收固定立体角的入射光并在平面探测器上成像,使复眼透镜整体获得大视场。以双凹透镜为基底制作复合透镜并用电场操控透镜面形从而调整焦距,满足了球冠形复眼对各通道透镜焦距的不同要求,并拓宽了液滴透镜的焦距调节范围,同时保持了低像差,为大视场球冠形复眼透镜的制作奠定了基础。最后还进行了基于电场操控液滴面形的非球面SIL的制作和利用制作的透镜阵列进行光束扫描的实验,效果良好。