有機材料高能x射線聚焦組合透鏡的製作方法

2023-06-11 16:48:06

專利名稱：有機材料高能x射線聚焦組合透鏡的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於X射線微光學器件，涉及一種利用X射線折射效應對高能(＞5KeV)X射線輻射聚焦的新型元件。
背景技術：
由於在X射線波段所有材料的折射太弱，吸收太強，因此長期以來製作X射線透鏡被認為是不可能的。為了實現對X射線束的聚焦，科學家們先後研製了掠入射X射線全反射鏡、透射式X射線波帶片、多層膜及晶體X射線Bragg-Fresnel元件和X射線導管元件等。但這些元件都難以用在高能X射線波段。1996年Snigirev報導了一種可用於高能X射線波段的X射線組合透鏡。該組合透鏡有許多優點，如不需折轉光路、高溫穩定性好且易冷卻、結構簡單緊湊、對透鏡表面粗糙度要求低。因此該元件在科學和技術的研究中有廣泛的應用前景。為了使得該組合透鏡具有良好的綜合光學性能，其材料選擇、結構和製作技術都是關鍵環節並彼此相關。
目前高能X射線聚焦組合透鏡國內尚未見報導。國際上常用的高能X射線組合透鏡由金屬材料製成，是在塊狀金屬材料上加工出數十個至數百個尺寸相同、彼此間距為常量的柱狀圓孔。若對該結構的組合透鏡進行分解，該組合透鏡由多個對稱放置的平凹折射單元對構成。目前已有的製作技術一般採用超精密計算機控制磨削，這也是選擇圓柱狀組合透鏡結構的原因之一。圖1所示為用金屬鋁製成的高能X射線聚焦組合透鏡(Department ofphysics，Oblin College，Oblin，OH44074)，它是由鋁材(1)和空氣隙(2)兩部分組成的。該透鏡是在鋁材上用電火花加工方法製成的。圓孔直徑為100微米，孔間距大約為25微米。受製作技術的限制，這種結構組合透鏡難於將柱狀圓孔尺寸做得很小，圓孔同軸度不易製作得精確。

發明內容
本實用新型的目的是解決背景技術採用金屬材料加工，因受製作方法限制只能製成圓柱形的透鏡結構，不能加工出任意形狀，加工精度低、不易批量製作等問題。為此本實用新型將提供一種用有機材料製作的高能X射線聚焦組合透鏡。
本實用新型是由數十個至數百個平凹折射單元順序排列組成。組合透鏡的焦距尺寸遠大於組合透鏡的厚度。它包括襯底基片、有機物透鏡陣列、電鑄陰極薄膜、掩模吸收體、空氣隙，有機物透鏡陣列位於襯底基片的上方並與襯底基片接觸，電鑄陰極薄膜位於有機物透鏡陣列的上方並與有機物透鏡陣列接觸，掩模吸收體位於電鑄陰極薄膜的上方並與電鑄陰極薄膜接觸，由襯底基片、有機物透鏡陣列、電鑄陰極薄膜、掩模吸收體形成空氣隙。襯底基片採用矽片、玻璃、陶瓷或除鋁以外的金屬材料，有機物透鏡陣列採用聚合物材料，電鑄陰極薄膜採用金屬材料，掩模吸收體採用金屬材料。
本實用新型的優點為本實用新型解決已有技術材料選擇、製作技術和結構上的問題。由數十個至數百個平凹折射單元順序排列組成，組合透鏡的焦距尺寸遠大於組合透鏡的厚度。採用以準分子雷射刻蝕為基礎的雷射LIGA技術，便器件深寬比大，側壁陡直，尺寸精度高，表面粗糙度低，可製作各種幾何形狀的截面，易於批量製作，並有利於進一步微小型化。採用有機材料作為高能X射線組合透鏡的材料可以降低成本，簡化工藝，並可以推動以非金屬材料為主體的微結構光學元件的技術發展。


圖1是已有技術主視圖圖2是本實用新型器件主視圖圖3是圖2的俯視圖具體實施方式
如圖2和圖3所示，本實用新型有機材料高能X射線聚焦組合透鏡它包括襯底基片(1)，有機物透鏡陣列(2)，電鑄陰極薄膜(3)，掩模吸收體(4)，空氣隙(5)。襯底基片(1)可採用矽片即(110)(100)(111)等晶向的矽片；或可採用玻璃即石英玻璃、Pyrex玻璃或普通玻璃；或可採用陶瓷；或可採用金屬即銅、鈦及合金等。襯底基片(1)上製備的有機物透鏡陣列(2)的材料為聚合物材料可選用三甲基丙稀酸脂(PMMA)、聚醯亞胺(PI)、聚碳酸脂等。選用銅、鈦、鎳、金或氧化鈦作電鑄陰極薄膜(3)的材料。附著式掩膜吸收體(4)選用對λ＝193nm的準分子雷射有較高吸收係數的金屬，如金、鉻、鎢等，準分子雷射光束的波長為193nm。厚光刻膠選用AZP4903正性光刻膠。
本實用新型的製作工藝步驟如下(A)、襯底基片清潔處理，(B)、在步驟(A)表面自旋塗覆一層有機材料塗料，(C)、將步驟(B)放在烘箱中固化，固化的溫度、時間可根據需要設定，(D)、在步驟(C)的上表面生長一層金屬薄膜作為電鑄陰極，(E)、在步驟(D)的上表面塗覆一層厚光刻膠，(F)、對步驟(E)的上表面進行光刻、顯影、堅膜，(G)、在步驟(F)的上表面生長金屬層，作為附著式掩膜吸收體，(H)、去除步驟(G)上表面的光刻膠及其下面的金屬薄膜，(I)、將完成(H)步驟的上表面用準分子雷射光束進行直接刻蝕，完成器件製作。
權利要求1.有機材料高能X射線聚焦組合透鏡，它包括空氣隙(5)，其特徵在於還包括有襯底基片(1)、有機物透鏡陣列(2)、電鑄陰極薄膜(3)、掩模吸收體(4)，有機物透鏡陣列(2)位於襯底基片(1)的上方並與襯底基片(1)接觸，電鑄陰極薄膜(3)位於有機物透鏡陣列(2)的上方並與有機物透鏡陣列(2)接觸，掩模吸收體(4)位於電鑄陰極薄膜(3)的上方並與電鑄陰極薄膜(3)接觸，由襯底基片(1)、有機物透鏡陣列(2)、電鑄陰極薄膜(3)、掩模吸收體(4)形成空氣隙(5)。
2.根據權利要求1所述的有機材料高能X射線聚焦組合透鏡，其特徵在於襯底基片(1)採用矽片、玻璃、陶瓷或金屬材料，有機物透鏡陣列(2)採用聚合物材料，電鑄陰極薄膜(3)採用銅、鈦、鎳、金或氧化鈦材料，掩模吸收體(4)採用金、鉻、鎢金屬材料。
專利摘要本實用新型涉及有機材料高能X射線聚焦組合透鏡，包括襯底基片1，有機物透鏡陣列2，電鑄陰極薄膜3，掩模吸收體4，空氣隙5。襯底基片表面塗覆有機材料塗料，固化，上表面生長金屬薄膜作為電鑄陰極，電鑄陰極上表面塗覆光刻膠，光刻、顯影、堅膜、生長金屬層作為附著式掩模吸收體，去除光刻膠及其下面的金屬薄膜，用準分子雷射準直光束直接刻蝕，完成有機材料高能X射線聚焦組合透鏡的製作。本實用新型由若干平凹折射單元排列組成。採用準分子雷射刻蝕技術，使器件深寬比大，側壁陡直，尺寸精度高，表面粗糙度低，可製作各種幾何形狀的截面，易於批量製作及微小型化。用有機材料可降低成本，簡化工藝，推動以非金屬材料為主體的微結構光學元件的技術發展。
文檔編號H05G1/00GK2572716SQ0227553
公開日2003年9月10日 申請日期2002年9月28日 優先權日2002年9月28日
發明者梁靜秋, 樂孜純 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所