CN2784948Y

CN2784948Y - 抛物面型高能x射线组合透镜

Info

Publication number: CN2784948Y
Application number: CN 200520028212
Authority: CN
Inventors: 梁静秋; 乐孜纯; 孔庆峰
Original assignee: Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Current assignee: Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Priority date: 2005-01-28
Filing date: 2005-01-28
Publication date: 2006-05-31
Anticipated expiration: 2015-01-28

Abstract

抛物面型高能X射线组合透镜，其特征在于包括：支撑体(1)、透镜主体(2)、空气腔(3)，在支撑体(1)的一个表面置有透镜主体(2)，透镜主体(2)由若干个双抛物面型透镜单元(4)顺序排列组成，透镜主体(2)的焦距尺寸大于透镜主体(2)的长度，在双抛物面型透镜单元(4)之间有空气腔(3)。由于X射线聚焦组合透镜在高度方向的集光口径增大，从而提高了X射线辐射透过率。同时，X射线聚焦组合透镜侧壁粗糙度指标较准分子激光刻蚀技术好。一次性精密加工成型、不需要精密装调的X射线聚焦组合透镜。适用于有机材料或金属材料或陶瓷材料的抛物面形X射线组合透镜制作的场合。

Description

抛物面型高能X射线组合透镜

技术领域

本实用新型属于X射线微结构光学器件，尤其是涉及X射线组合透镜。

背景技术

X射线组合透镜是A.Snigirev在1996年提出的一种适用于高能X射线波段(即X射线辐射能量超过5keV)的新型X射线微结构光学元件。X射线组合透镜具有许多优点，比如不需折转光路、高温稳定性好且易冷却、结构简单紧凑、对透镜表面粗糙度要求低。特别是它适用于X射线辐射能量超过5keV的场合，因此该元件在科学的和技术的研究中有广泛的应用前景。近年来，基于X射线组合透镜的各种X射线诊断技术研究非常活跃。比如用于样本中元素分布测量的高能X射线荧光微层析实验系统；利用Al材料X射线组合透镜的中子显微镜；以及用于单细胞检测、化学微分析、早期胸部肿瘤检测等的高能X射线实验系统等等。这些都表明了X射线组合透镜的巨大应用潜力和广泛应用前景。

国际上与本实用新型最接近的工艺方法是采用电子束刻蚀与反应性离子束刻蚀相结合的平面微制作技术制成的Si材料抛物面形X射线组合透镜(C.Schroer，et al.，Appl.Phys.Lett.，2003，vol.82，pp1485-1487)。其制作过程是先将组合透镜用电子束刻蚀方法刻写在Cr膜上，然后再用反应性离子束刻蚀方法转写到Si材料上，完成组合透镜的制作。由于采用了微细制作技术，加工精度较高，但由于组合透镜高度尺寸受制作技术的限制，致使器件在高度方向的集光口径受到很大限制，并进而地影响了X射线辐射透过率。此外这种技术对Si材料的微细制作工艺较成熟，而对于其他材料限制较大。目前国内关于X射线组合透镜的研究较少，特别是对有机材料X射线组合透镜的研究更少。已授权的发明专利(02133089.1)是采用准分子激光刻蚀技术制作的。由于采用圆柱面，使得组合透镜聚焦成像时球差较大。同时，准分子激光刻蚀技术制作的X射线组合透镜结构高度和侧壁粗糙度指标均较低。

发明内容

为了解决背景技术球差大影响聚焦效果；结构的高度尺寸薄，影响X射线辐射透过率；粗糙度偏高使散射增大等问题，本实用新型的目的是提供一种加工精度高、表面粗糙度低、一体化并一次性精密加工成型、不需要精密装调的抛物面型的X射线聚焦组合透镜。

本实用新型包括：支撑体、透镜主体、空气腔，在支撑体的一个表面制备有透镜主体，透镜主体由若干个双抛物面型透镜单元顺序排列组成，透镜主体的焦距尺寸大于透镜主体的长度，在双抛物面型透镜单元之间有空气腔。

本实用新型的优点是双抛物面型透镜单元采用了抛物面结构，减小了组合透镜聚焦成像时的球差，使聚焦效果好；由于本实用新型采用三维微加工制作技术，使组合透镜具有加工精度高、可加工多种几何形状和结构等优点。本实用新型由于采用一体化结构使得表面粗糙度低，解决了因粗糙度偏高带来的散射大的问题，采用LIGA(LIGA为德文缩写，代表一种高深宽比的微型三维结构制作技术，其主要工艺步骤为LI-同步辐射X射线光刻，G-电铸，A-塑铸)技术，制作出的X射线聚焦组合透镜具有更高的结构高度和深宽比，解决了结构的高度尺寸薄，影响X射线辐射透过率的问题；由于X射线聚焦组合透镜在高度方向的集光口径增大，从而提高了X射线辐射透过率。同时，X射线聚焦组合透镜侧壁粗糙度指标较准分子激光刻蚀技术好。此外，用LIGA技术中的塑铸工艺可以制作出一体化、一次性精密加工成型、不需要精密装调、多种材料的X射线聚焦组合透镜。本实用新型适用于有机材料或金属材料或无机材料的抛物面形X射线组合透镜制作的场合。

附图说明

图1是本实用新型示意图，也是摘要附图

图2是本实用新型双抛物面型透镜单元示意图

具体实施方式

如图1所示，本实用新型包括支撑体1、透镜主体2、空气腔3。支撑体1和透镜主体2采用相同或不同材料的组合，可选用三甲基丙稀酸脂、聚酰亚胺、聚碳酸脂、环氧树脂等低原子序数的有机材料或铝、钛、铜等低原子序数的金属材料；玻璃，石英、氧化铝等低原子序数的无机材料。支撑体1和透镜主体2如铝和玻璃，三甲基丙稀酸脂和钛、铜和聚酰亚胺等等。空气腔3为空气。支撑体1与透镜主体2及空气腔3底部接触的表面为平面，透镜主体2的上下表面都是平面。双抛物面型透镜单元4由两个相背双抛物面组成，空气腔(3)由两个相对的双抛物面组成。透镜主体2的焦距尺寸大于透镜主体2的长度可选择0.2米或0.5米或1米或2米或3米或5米或其它尺寸。透镜主体2由10-500个双抛物面型透镜单元4组成。

本实用新型的制作工艺具体如下：

1、硅衬底可采用(100)、(110)或(111)晶面的单晶硅片，衬底清洁处理步骤为：

1).以甲苯、丙酮、乙醇等去除油污等有机物，

2).用王水煮沸去除金属离子，

3).用去离子水超声清洗，无水乙醇脱水后烘干，

2、表面自旋涂覆一层聚酰亚胺涂料厚度在2-30微米之间，

3、聚酰亚胺涂料固化条件与厚度有关，升温时采用梯度升温法，到达最高温度后持续适当时间后缓慢降到室温，以保证聚酰亚胺充分固化同时不发生脆裂，

4、制作电铸阴极，材料可选用Cu，钛或金等金属材料，

5、厚胶光刻，使用的光刻胶可选用AZP4000系列产品，AZP4903，AZP4620等，

6、电铸金掩膜吸收体材料，

7、用丙酮或专用去胶剂去除厚光刻胶，用干法或湿法腐蚀去除光刻胶下面的金属层，

8、用湿法腐蚀或干法刻蚀在单晶硅片上开出窗口，完成X射线光刻掩膜制作，

9、钛片表面采用自旋涂敷或滴胶等方式进行涂胶，也可直接采用实现固化好的X射线光刻胶板粘在钛片表面，

10、对X射线光刻胶采用接近式曝光，形成透镜主体2光刻胶形状，

11、利用电铸金属材料镍或钛或坡莫合金或不锈钢等填充X射线曝光后形成的空隙，形成空气腔3形状的金属结构，金属结构由10个或50个或100个或200个或300个或400个或500个组成，

12、进行无掩膜X射线曝光，曝光条件与有掩膜曝光的曝光条件相同，显影去除光刻胶，留下的为金属结构，

13、塑铸的材料可采用三甲基丙稀酸脂、聚酰亚胺、聚碳酸脂、环氧树脂等有机材料，或其他可以采用塑铸技术的低原子序数的材料，经过塑铸，用所需材料填充步骤12的金属结构间隙，形成与步骤12金属结构相同形状的空气腔3，由10个或50个或100个或200个或300个或400个或500双抛物面型透镜单元4组成透镜主体2和支撑体1。

Claims

1、抛物面型高能X射线组合透镜，其特征在于包括：支撑体(1)、透镜主体(2)、空气腔(3)，在支撑体(1)的一个表面置有透镜主体(2)，透镜主体(2)由若干个双抛物面型透镜单元(4)顺序排列组成，透镜主体(2)的焦距尺寸大于透镜主体(2)的长度，在双抛物面型透镜单元(4)之间有空气腔(3)。

2、根据权利要求1所述的抛物面型高能X射线组合透镜，其特征在于：支撑体(1)和透镜主体(2)采用相同或不同材料的组合，选用低原子序数的有机材料或低原子序数的金属材料或低原子序数的无机材料。

3、根据权利要求1所述的抛物面型高能X射线组合透镜，其特征在于：透镜主体(2)的上下表面为平面，支撑体(1)与透镜主体(2)及空气腔(3)的底部接触的表面为平面。

4、根据权利要求1所述的抛物面型高能X射线组合透镜，其特征在于：双抛物面型透镜单元(4)由两个相背的双抛物面组成，空气腔(3)由两个相对的双抛物面组成。