專利名稱：有機材料高能x射線聚焦組合透鏡及其制作的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于X射線微光學器件，涉及一種利用X射線折射效應(yīng)對高能(＞5KeV)X射線輻射聚焦的新型元件。
背景技術(shù)：
由于在X射線波段所有材料的折射太弱，吸收太強，因此長期以來制作X射線透鏡被認為是不可能的。為了實現(xiàn)對X射線束的聚焦，科學家們先后研制了掠入射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(dǎo)管元件等。但這些元件都難以用在高能X射線波段。1996年Snigirev報道了一種可用于高能X射線波段的X射線組合透鏡。該組合透鏡有許多優(yōu)點，如不需折轉(zhuǎn)光路、高溫穩(wěn)定性好且易冷卻、結(jié)構(gòu)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(shù)的研究中有廣泛的應(yīng)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(jié)構(gòu)和制作技術(shù)都是關(guān)鍵環(huán)節(jié)并彼此相關(guān)。
目前高能X射線聚焦組合透鏡國內(nèi)尚未見報道。國際上常用的高能X射線組合透鏡由金屬材料制成，是在塊狀金屬材料上加工出數(shù)十個至數(shù)百個尺寸相同、彼此間距為常量的柱狀圓孔。若對該結(jié)構(gòu)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(gòu)成。目前已有的制作技術(shù)一般采用超精密計算機控制磨削，這也是選擇圓柱狀組合透鏡結(jié)構(gòu)的原因之一。圖1所示為用金屬鋁制成的高能X射線聚焦組合透鏡(Department of physics，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制成的。圓孔直徑為100微米，孔間距大約為25微米。受制作技術(shù)的限制，這種結(jié)構(gòu)組合透鏡難于將柱狀圓孔尺寸做得很小，圓孔同軸度不易制作得精確。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決背景技術(shù)采用金屬材料加工，因受制作方法限制只能制成圓柱形的透鏡結(jié)構(gòu)，不能加工出任意形狀，加工精度低、不易批量制作等問題。為此本發(fā)明將提供一種用有機材料制作的高能X射線聚焦組合透鏡及其方法。
本發(fā)明是由數(shù)十個至數(shù)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于組合透鏡的厚度。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， 有機物透鏡陣列位于襯底基片的上方并與襯底基片接觸，電鑄陰極薄膜位于有機物透鏡陣列的上方并與有機物透鏡陣列接觸，掩模吸收體位于電鑄陰極薄膜的上方并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。襯底基片采用硅片、玻璃、陶瓷或除鋁以外的金屬材料，有機物透鏡陣列采用聚合物材料，電鑄陰極薄膜采用金屬材料，掩模吸收體采用金屬材料。
本發(fā)明的制作工藝步驟如下(A)、襯底基片清潔處理，(B)、在步驟(A)表面自旋涂覆一層有機材料涂料，(C)、將步驟(B)放在烘箱中固化，固化的溫度、時間可根據(jù)需要設(shè)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)的上表面涂覆一層厚光刻膠，(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激光光束進行直接刻蝕，完成器件制作。
本發(fā)明的優(yōu)點為本發(fā)明解決已有技術(shù)材料選擇、制作技術(shù)和結(jié)構(gòu)上的問題。由數(shù)十個至數(shù)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于組合透鏡的厚度。采用以準分子激光刻蝕為基礎(chǔ)的激光LIGA技術(shù)，使器件深寬比大，側(cè)壁陡直，尺寸精度高，表面粗糙度低，可制作各種幾何形狀的截面，易于批量制作，并有利于進一步微小型化。采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，并可以推動以非金屬材料為主體的微結(jié)構(gòu)光學元件的技術(shù)發(fā)展。
圖1是已有技術(shù)主視2是本發(fā)明器件主視3是圖2的俯視圖
具體實施例方式如圖2和圖3所示，本發(fā)明有機材料高能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)可采用硅片即(110)(100)(111)等晶向的硅片；或可采用玻璃即石英玻璃、Pyrex玻璃或普通玻璃；或可采用陶瓷；或可采用金屬即銅、鈦及合金等。襯底基片(1)上制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)、聚酰亞胺(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的準分子激光有較高吸收系數(shù)的金屬，如金、鉻、鎢等，準分子激光光束的波長為193nm。厚光刻膠選用AZP4903正性光刻膠。
權(quán)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)，其特征在于還包括有襯底基片(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)位于襯底基片(1)的上方并與襯底基片(1)接觸，電鑄陰極薄膜(3)位于有機物透鏡陣列(2)的上方并與有機物透鏡陣列(2)接觸，掩模吸收體(4)位于電鑄陰極薄膜(3)的上方并與電鑄陰極薄膜(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(jù)權(quán)利要求1所述的有機材料高能X射線聚焦組合透鏡，其特征在于襯底基片(1)采用硅片、玻璃、陶瓷或金屬材料，有機物透鏡陣列(2)采用聚合物材料，電鑄陰極薄膜(3)采用銅、鈦、鎳、金或氧化鈦材料，掩模吸收體(4)采用金、鉻、鎢金屬材料。
3.有機材料高能X射線聚焦組合透鏡的制作工藝步驟如下(A)、襯底基片清潔處理，(B)、在步驟(A)表面自旋涂覆一層有機材料涂料，(C)、將步驟(B)放在烘箱中固化，固化溫度、時間根據(jù)需要設(shè)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)的上表面涂覆一層厚光刻膠，(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激光光束進行直接刻蝕，完成器件制作。
全文摘要
本發(fā)明涉及有機材料高能X射線聚焦組合透鏡及制作，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。襯底基片表面涂覆有機材料涂料，固化，上表面生長金屬薄膜作為電鑄陰極，電鑄陰極上表面涂覆光刻膠，光刻、顯影、堅膜、生長金屬層作為附著式掩膜吸收體，去除光刻膠及其下面的金屬薄膜，用準分子激光準直光束直接刻蝕，完成有機材料高能X射線聚焦組合透鏡的制作。本發(fā)明由若干平凹折射單元排列組成。采用準分子激光刻蝕技術(shù)，使器件深寬比大，側(cè)壁陡直，尺寸精度高，表面粗糙度低，可制作各種幾何形狀的截面，易于批量制作及微小型化。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(jié)構(gòu)光學元件的技術(shù)發(fā)展。
文檔編號H05G1/00GK1413071SQ02133089
公開日2003年4月23日 申請日期2002年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月28日
發(fā)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