RU2096353C1 - Способ изготовления поликапиллярной жесткой волоконно-оптической структуры или элемента и устройство для управления рентгеновским и другими видами излучения - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к стекольной промышленности, а именно, к области стекольного приборостроения и может быть использовано в процессе изготовления фильтров для тонкой очистки и разделения веществ, микроканальных пластин, жестких волоконнооптических элементов, применяемых для управления рентгеновским и другими видами излучения, для создания трехмерных структур с микронными размерами и т. д. Способ изготовления поликапиллярной жесткой волоконнооптической структуры или элемента для управления рентгеновским и другими видами излучения включает сборку стеклотрубок в пакет-заготовку, закрепление одного конца в захвате узла подачи, нагревание в печи другого конца с образованием луковицы и формование, при этом в процессе формования вначале осуществляют образование цилиндрической части структуры или элемента путем герметизации конца пакета стеклотрубок с последующей усадкой при разрежении, а затем вытягивание стекломассы вверх или вниз в зависимости от заданной формы боковой поверхности, причем при образовании цилиндрической части усадка составляет не более 10-15% от общей площади круга в сечении пакета стеклотрубок до образования цилиндрической части структуры, разрежение в интервале T_h-T_k равно 0,8-0,1 кг/см², а температура на поверхности стекла при выходе из печи не превышает 2Т, где Т_h - температура размягчения стекла, T_k - температура текучести стекла, Т - термостойкость стекла. Устройство для управления рентгеновским и другими видами излучения содержит источник излучения и оптическую систему в виде поликапиллярной жесткой волоконнооптической структуры или элемента, при этом источник излучения расположен вне или внутри оптической системы, структура или элемент которой выполнен в виде множества слоев по форме близких или адекватных поверхностям второго порядка, при этом в каждом слое выполнены каналы транспортировки излучения, а диаметры каналов переменны, соответственно переменен радиус их кривизны по отношению к продольной оси симметрии устройства. 2 с. и 14 з.п. ф-лы, 12 ил.

Description

Изобретение относится к стекольной промышленности, а именно, к области стекольного приборостроения, и может быть использовано в процессе изготовления фильтров для тонкой очистки и разделения веществ, микроканальных пластин, жестких волоконнооптических элементов, применяемых для управления различными видами излучения (линзы, трансфокаторы и т.д.), в частности рентгеновским: при рентгенолитографии, рентгенотомографии, радиационном материаловедении; для создания трехмерных структур с микронными размерами и т.д.

В дальнейшем под поликапиллярной волоконнооптической структурой (или изделием) понимается многоканальная система, имеющая множество отверстий, при этом изделие может иметь сложную боковую поверхность (например, конусообразную или близкую к ней, параболическую или близкую к ней, бочкообразную и т. д.), при этом каналы соответственно также могут быть сложной формы.

Под поликапиллярным волоконнооптическим элементом понимается прямой поликапилляр со множеством отверстий, причем как отверстия, так и сам поликапилляр могут быть цилиндрическими, гексагональными, прямоугольными, треугольными и т.д.

Изготовление поликапиллярных структур реализуется по волоконной технологии, описанной в различных книгах.

Используемые в настоящее время в стекольной промышленности технологии для изготовления поликапиллярных структур сложны.

Известен способ изготовления поликапиллярных структур, в котором структуры получают перетяжкой стеклянных трубок, которые затем укладывают в пучок требуемой геометрии и снова перетягивают для получения канального блока (мультикапилляра), каждый канал которого имеет окончательный размер. Мультикапилляры, полученные после второй перетяжки, разрезают на отрезки определенной длины, которые собирают в пучок и нагревают под давлением, в результате чего мультикапилляры сплавляются [1]
Однако такой способ не позволяет получать однородные структуры, а именно наблюдается деформация каналов, расположенных вдоль границ мультикапилляров. деформация особенно заметна на тех границах, где нарушена геометрия укладки. Такое изменение формы каналов имеет место в том случае, когда мультикапилляры сплавляются под давлением.

Известен способ изготовления многоканальных трубчатых структур, в котором осуществляется:
сборка множества трубок и оплавление в плотный пакет определенного поперечного сечения;
нагрев этого пакета до температуры размягчения трубок в единую гексагональную структуру;
перетягивание данной структуры до требуемого поперечного сечения наименьшей величины, причем осуществляют лишь сплавление трубок по касательной;
резка вытянутых гексагональных структур в отрезки определенной длины, заполнение газом, запаивание с двух сторон;
укладка вышеназванных структур в трубку;
спекание при температуре размягчения без разрушения единичных трубчатых элементов; при этом температура между запаянными концами различна [2]
Температурная зона перемещается вдоль набранного пакета (от горячего к холодному концу) с одновременной откачкой газов, ликвидируя зазоры.

Однако предложенная технология сложна, невоспроизводима, кроме того, наблюдаются дефекты по границам спекания, вызванные неравномерным прогревом пакета заготовок.

В этом случае части блока спекаются в различных условиях, что приводит к наличию межканальных отверстий, деформации пограничных каналов многожильного световода, например.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ изготовления поликапиллярных структур, включающий сборку пакета трубок, закрепление одного конца в захвате, другой конец которого нагревают в печи, после чего осуществляют формование структуры [3]
Задачей изобретения является:
получение поликапиллярных изделий и элементов;
воспроизводимое получение этих изделий и элементов;
получение переменного по длине внутреннего сечения жесткого волоконнооптического изделия и элемента (конуса или осесимметричного тела вращения с параболической или иной сложной формой образующей боковой поверхности);
уменьшение диаметра отверстий в структуре;
увеличение производительности;
получение структур без межканальных отверстий;
создание новых способов сборки поликапиллярных изделий из элементов;
создание трехмерных структур, которые в настоящее время делают с помощью LIGA-технологии, с доведением аспектного отношения до 10⁶, а размера каналов до 10^-5 см.

В основе изобретений положена необходимость создания поликапиллярных изделий и элементов с размерами каналов от нескольких мм до субмикронного уровня; при этом изделия и каналы в изделиях могут иметь сложную геометрическую форму. Каналы могут покрываться слоями из различных химических элементов для обеспечения возможности лучшей транспортировки пучков излучения и возможности управления спектром излучений. Изделия и элементы могут быть созданы из различных стекол, чтобы затем путем последовательного их стравливания и заполнения металлами и другими материалами можно было бы делать трехмерные структуры с высоким аспектным отношением, трудно достижимым в современных технологиях; ставится также задача создания новых методов сборки поликапиллярных изделий из волоконнооптических элементов.

По первому объекту изобретения задача решается тем, что в способе изготовления поликапиллярной жесткой волоконнооптической структуры или элемента для управления рентгеновским и другими видами излучения, включающем сборку стеклотрубок в пакет-заготовку, закрепление одного конца в захвате узла подачи, нагревание в печи другого конца с образованием луковицы и формование, в процессе формования вначале осуществляют образование цилиндрической части структуры или элемента путем герметизации конца пакета стеклотрубок с последующей усадкой при разрежении, а затем вытягивания стекломассы вверх или вниз в зависимости от заданной формы боковой поверхности, причем при образовании цилиндрической части усадка составляет не более 10-15% от общей площади круга в сечении пакета стеклотрубок до образования цилиндрической части структуры, разрежение в интервале T_h-T_k равно 0,8-0,1 кг/см², а температура на поверхности стекла при выходе из печи не превышает 2T, где T_h температура размягчения стекла, T_k - температура текучести стекла, T термостойкость стекла.

При подаче заготовки на внутреннюю поверхность поликапиллярной структуры или элемента можно наносить один или несколько слоев одного или нескольких химических элементов в зоне формирования луковицы со скоростью соответствующей заданной скорости вытягивания стеклотрубок и создания внутри трубок разрежения, при этом при нанесении нескольких слоев производят осаждение при формировании только цилиндрической части.

Для создания трехмерных структур, содержащих различные материалы, например, металлы, их сплавы, поликапиллярную структуру или элемент можно собрать в пакет из стеклотрубок различного химического состава, которые после вытяжки заполняют материалом, например, металлом, сплавом металлов, и последовательно стравливают, освобождая необходимую структуру или элемент.

Для создания планарных поликапиллярных структур или элементов, сборку пакета можно осуществлять из плоских или из цилиндрических стеклотрубок и после формирования луковицы производить схлопывание стеклотрубок.

Для создания волоконнооптического элемента с необходимой жесткой формой, процесс вытягивания можно осуществлять направлением получаемого элемента при помощи направляющих роликов.

Перед закреплением пакет-заготовку можно собрать из волоконнооптических элементов, формируя их в виде множества слоев с каналами.

Для образования каналов в слоях можно выполнить канавки путем механического профилирования или методом планарной технологии, например, лучевым методом, методом литографии с последующим травлением.

При формировании пакета-заготовки из множества слоев каналы можно образовать выполнением канавок на внутренней поверхности каждого слова.

При формировании пакета-заготовки из множества слоев каналы можно образовать выполнением канавок на поверхности каждого слоя, в которые плотно вставляют капилляры или поликапилляры, после чего слои объединяют и закрепляют.

Кроме того, капилляры или поликапилляры могут быть вставлены в систему каналов слоев, в которой толщина перегородок между каналами постоянна или переменна, при этом свободные концы капилляров или поликапилляров обжимают и закрепляют, причем капилляры или поликапилляры выполнены различной формы, например, цилиндрической или гексагональной или конусообразной или квадратной.

При этом капилляры или поликапилляры могут быть выполнены в виде миниатюрных линз или полулинз, которые могут быть вытянуты вдоль их длины.

Каждый капилляр или поликапилляр или миниатюрная линза могут быть выполнены с твердой оболочкой, толщина которой постоянна или переменна.

В качестве твердой оболочки можно использовать капилляр большего диаметра или перегородку между капиллярами или поликапиллярами или миниатюрными линзами, которую создают напылением.

По второму объекту изобретения задача решается тем, что в устройство для управления рентгеновским и другими видами излучения, содержащем источник излучения и оптическую систему в виде поликапиллярной жесткой волоконнооптической структуры или элемента источник излучения расположен вне или внутри оптической системы, структура или элемент которой выполнены в виде множества слоев по форме близких или адекватных поверхностям второго порядка, например, конусообразных, бочкообразных, шарообразных, при этом в каждом слое выполнены каналы транспортировки излучения, а диаметры каналов переменны, соответственно переменен радиус их кривизны по отношению к продольной оси симметрии устройства.

Слои оптической системы могут состоять из планарных структур.

Коме того, в качестве оптических систем могут быть использованы системы, созданные на основе методов, описанных в части способа.

На фиг. 1 представлено изображение процесса по рассматриваемому способу, где 1 пучок стеклотрубок; 2 стеклотрубка; 3 узел подачи; 4 печь; 5 цилиндрическая часть; 6 волоконнооптическое изделие; 7 узел вытяжки; на фиг. 2 изображение процесса получения волоконнооптических элементов с покрытием различными химическими элементами; на фиг. 3 изображение процесса получения трехмерных структур, где: 1 сборка; 2 узел подачи; 3 печь; 4 волоконнооптический элемент; 5 узел вытяжки; 6 срез волоконнооптического элемента; 7 закрепляющий слой; 8 подложка; 9 удаление стекла N 2 из среза; 10 заполнение элемента металлом; 11 удаление стекла N 1; 12 удаление закрепляющего слоя; на фиг. 4 представлено изображение процесса получения волоконнооптического элемента заданной формы, где 1 пучок стеклотрубок; 2 узел подачи; 3 печь; 4 устройство интенсивного нагрева; 5 узел вытяжки; 6 узел формования; 7 сборное изделие (линза); на фиг. 5 изображение процесса получения плоских структур методом схлопывания, где 1 пучок стеклотрубок; 2 стеклотрубка; 3 узел подачи; 4 печь; 5 узел формования; 6 узел вытяжки; на фиг. 6 изображена иллюстрация одного слоя оптической системы с нанесением на этот слой канавками; на фиг. 7 иллюстрация оптической системы с уложенными друг в друга слоями; на фиг. 8 продольный разрез оптической системы с ориентацией торцов слоев на источник излучения; на фиг. 9 иллюстрация создания оптической системы, в которой один конец оптических элементов закрепляется в системе из полых каналов с перегородками, а второй, свободный конец, зажимается равномерно со всех сторон; на фиг. 10 то же, что и на фиг. 4, при этом оптическая система представляет собой линзу; на фиг. 11 то же, что и на фиг. 5, при этом в качестве оптического элемента используется миниатюрная линза; на фиг. 12 иллюстрация плоского слоя оптической системы с нанесенными на нем канавками, сфокусированными в этой плоскости.

Процесс изготовления жесткого волоконнооптического изделия осуществляется следующим способом.

Пучок стеклотрубок 1 помещается в стеклотрубку 2, одним концом закрепленную в узле подачи 3. Другой конец стеклотрубки 2 с пучком стеклотрубок 1 внутри (далее сборка) помещают в температурное поле печи 4. Когда сборка 1, 2 в печи 4 нагреется до температуры размягчения, включается перемещение узла подачи 3 и одновременно создается разрежение внутри сборки 1, 2. При перемещении вниз формируется таким образом цилиндрическая часть 5, которая опускаясь, захватывается приводом вытяжки 7 и перемещается с переменными скоростями, обеспечивающими формирование жесткого волоконнооптического изделия 6. В процессе вытягивания в зависимости от формирования нижней или верхней части волоконнооптического изделия выбирается то или иное направление перемещения стекломассы.

Способ осуществляется следующим образом.

То или иное направление перемещения стекломассы определяется формованием верхней или нижней части элемента, обусловленным взаимным влиянием веса и поверхностного натяжения, что позволяет держать стекломассу в равновесии при формировании элемента, получении переменного по длине внутреннего сечения жесткого волоконнооптического изделия.

Способ основан на естественных физических свойствах стекла (вязкость, поверхностное натяжение, вес), что позволяет получить высокую воспроизводимость жестких волоконнооптических изделий.

Наличие непрерывно формующейся цилиндрической части дает возможность неограниченного уменьшения диаметра в поликапиллярном жестком изделии, увеличения производительности и получения структур без межканальных отверстий с непрерывной выработкой волоконнооптических изделий.

Процесс вытягивания зависит от усадки при формировании цилиндрической части. В случае, если усадка будет больше, произойдет схлопывание поликапилляров или стеклотрубок в сборке и последующее раздутие сборки, что приведет к ее разрушению в печи. Если же усадка будет меньше, то останутся межканальные отверстия, что сделает изделие непригодным для использования по назначению и последующей его обработки (резки и пр.).

Исходя из сказанного относительно усадки можно сделать вывод, что выход за указанные интервалы значений в любом случае приводит к снижению качества, или к разрушению всего процесса изготовления. Для изготовления изделий по предложенному способу могут использоваться стеклянные трубы для оболочки сборки диаметром от 10 мм идо 200 мм. Минимальный диаметр стеклотрубок, помещаемых в оболочку, определяется из соображений жесткости конструкции и требований к будущей системе.

Для пояснения способа рассмотрим конкретный пример.

В стеклотрубку из стекла Л-80 или НС-1 диаметром 30 мм упаковывались поликапиллярные трубки с наружным диаметром 1 мм и диаметрами отверстий в них 0,050 мм.

Один конец полученной сборки герметизировался компаундом, закреплялся в узле подачи установки вытяжки, а другой конец помещался в печь. После нагрева нижнего конца сборки и формирования цилиндрической части, она захватывалась узлом вытяжки и вырабатывались волоконнооптические изделия с параболической боковой поверхностью.

Полученные жесткие волоконнооптические элементы имели диаметр отверстий на входе 0,025-0,030 мм, на выходе 0,010-0,015 мм, транспортировали рентгеновское излучение с энергией 30 кэВ; фокусное расстояние F=10 см; коэффициент пропускания 50%
Для решения ряда задач по транспортировке излучения желательно внутренние стенки капилляров или поликапилляров покрывать одним, двумя слоями из различных химических элементов или создавать на этих стенках многослойные структуры. В рамках рассматриваемого способа можно это реализовать. При этом такое покрытие можно осуществлять также снаружи капилляров.

Этот процесс осуществляется подачей монокапиллярной трубки, штабика, прутика, состоящего из множества капилляров, в зону формирования луковицы со скоростью, соответствующей заданной скорости вытяжки стеклотрубки с одновременным созданием внутри трубки разрежения или инертной атмосферы. При этом на внутренней поверхности поликапиллярного изделия (или элемента) осаждают один или несколько слоев из одинаковых или различных элементов. Когда наносится несколько слоев, то осаждение производится при формировании только цилиндрической части. Этот процесс схематически изображен на фиг. 2. С помощью этого процесса можно получать дозаторы, микрошприцы для хроматографии, ампулы для установок с ядерным магнитным резонансом, многоканальные пластины (МКП-структуры) и т.д.

Данная технология дает возможность создавать множество типов фильтров для разделения газов, жидкостей, причем, что важно отметить, эти фильтры могут иметь следующие достоинства: диаметр пор может достигать субмикронного уровня, расположение пор может быть геометрически очень правильным, прозрачность регулируется и может быть высокой, а отношение диаметра поры к длине канала может достигать 10⁶.

Для получения фильтров по рассматриваемому способу реализуется только предварительное формирование цилиндрической части за счет герметизации конца пучка стеклотрубок и последующей усадки при разрежении, перемещении разогретой стекломассы в зоне образования луковицы без придания ей сложной боковой поверхности.

Трехмерные структуры с микронными размерами элементов в настоящее время осуществляют с помощью LIGA-технологии. Наиболее важная часть этой технологии использование суперпараллельного пучка синхротронного излучения для создания ровного длинного канала на резисте, который облучается через маску. С помощью такой технологии создается множество трехмерных структур, находящих применение в микроэлектронике, медицине, науке и т.д. (различные сенсоры, микродвигатели, элементы микрооптики, фильтры и т.п.). Достигнуто аспектное соотношение 10³ (отношение диаметра канала к его длине). Использование синхротронного излучения крайне удорожает эту технологию; кроме того, трудно увеличить аспектное отношение.

Способ практически полностью дает возможность решать те задачи, для которых используется LIGA-технология. При этом технология становится значительно более дешевой и, кроме того, можно достичь аспектного отношения 10⁶. LIGA-технология позволяет делать пока только прямые каналы, предлагаемая технология дает возможность делать каналы с изменяемой формой, что резко увеличивает число применений.

Для реализации этого способа поликапиллярную структуру собирают из стекол с различным химическим составом, но с одинаковым коэффициентом линейного термического расширения, которые после вытяжки и заполнения металлами последовательно стравливаются, освобождая необходимую структуру или элемент. Процесс создания трехмерной микроструктуры показан на фиг. 3. Нужная форма структуры создается из двух разных по своим свойствам стекол. После этого производится перетяжка до достижения необходимых геометрических параметров и полученную структуру разрезают на множество одинаковых слоев. Затем проводится травление первого стекла. Полученную структуру заполняют (например, методами гальваники или другими методами) нужным металлом. После этого происходит травление второго стекла в среде, которая отличается от среды, в которой проводилось травление первого стекла. Таким образом, получают трехмерную структуру с нужным аспектным соотношением (фиг. 3).

Поликапиллярное волоконнооптическое изделие (например, рентгеновская или нейтронная линза) может быть собрано из элементов, например, поликапилляров, капилляров и других структур. При этом в ряде случаев удобнее с самого начала придать этим элементам нужную жесткую структуру, нужный радиус кривизны, нужную длину и т.д. Например, линза состоит из многих слоев, в каждом из которых уложены капилляры или поликапилляры нужного радиуса кривизны и длины.

Реализация процесса создания волоконнооптического элемента с необходимой жесткой формой осуществляется направлением получаемой стеклотрубки (капиллярной, поликапиллярной и т.д.) при помощи направляющих роликов, обеспечивающих необходимую форму (фиг. 4).

Изобретение может быть использовано и для получения различных плоских систем, таких как плоские поликапилляры, покровные стекла, являющиеся как элементной базой, так и самостоятельными элементами для решения различных задач в различных отраслях промышленности и науки (в частности, как плоский капилляр Трошанова в медицине, покровные стекла в медицине, биохимии, химии и др. поликапиллярные системы в рентгеновской технике и технологии).

Реализация возможна как из плоской загрузки, так из цилиндрической путем подачи поликапилляров в зону формирования луковицы и последующего схлопывания трубы с заключенными в ней поликапиллярами (фиг. 5).

Устройство состоит из большого количества слоев, причем каждый слой по форме может быть близок к параболической, шаровой, конусообразной, бочкообразной и т.д. поверхности (в зависимости от предназначения устройства). При этом в каждом слое располагается множество каналов транспортировки излучения, которые ориентированы друг относительно друга и относительно источника, чтобы обеспечить трансмиссию излучения с наименьшими потерями. Пример одного из таких слоев приведен на фиг. 6. Этот слой по форме а данном случае напоминает поверхность полулодки или лодки. На такой поверхности делаются канавки, в которые плотно укладываются оптические элементы, например, капилляры или поликапилляры. После этого слои с уложенными в них оптическими элементами вкладываются друг в друга, закрепляются и получается полная оптическая система. Схематически иллюстрация такой оптической системы приведена на фиг. 7.

Канавки в каждом слое делаются так, что торцы этих канавок "смотрят" на источник (это видно из фиг. 8, в котором показан продольный разрез оптической системы). Излучение от источника попадает в оптические элементы и транспортируется по ним, испытывая в них одно-, двух-, трех- и многократное отражение. Канавки в оптической системе могут быть сделаны разными способами. Например, их можно получить с помощью механического профилирования. Другой метод заключается в использовании методов, которые применяются в микроэлектронике, например, вырезание канавок лучевыми методами с последующим травлением.

Если поверхность канавок достаточно гладкая, то они сами могут представлять собой каналы транспортировки, то есть, оптические элементы. В этом случае канавки проходят по внутренней поверхности указанных выше слоев и их глубина может меняться вдоль их длины. Схематически это иллюстрируется на фиг. 8, где показан продольный разрез оптической системы с такими канавками.

Перспективным направлением создания оптической системы из оптических элементов является следующее: создается специальная система полых каналов с соответствующими перегородками, в которые вставляются оптические элементы. Противоположный, свободный конец оптических элементов равномерно со всех сторон обжимается так, чтобы они плотно уложились (фиг.9) При этом оптические элементы могут иметь разные формы: цилиндрическую, квадратную, прямоугольную, гексагональную, конусообразную и др. В таком устройстве профиль оптического элемента близок к параболе. Для того чтобы торцы оптических элементов "смотрели" точно на источник, толщина перегородок заранее рассчитывается.

Этим методом можно сделать не только полулинзу, но и линзу (фиг. 10). В ряде случаев очень эффективно использовать в качестве оптического элемента миниатюрную полулинзу или линзу (фиг. 11). В этом случае оптическая система представляет собой ансамбль, собранный из миниатюрных линз или полулинз. Такая система более эффективна, так как угол захвата излучения может быть довольно большим.

Другим вариантом такого устройства представляется случай, когда вместо системы полых каналов с перегородками на каждый канал одевается некоторая твердая оболочка нужной геометрии, толщина которой определяется из условий наилучшей транспортировки излучения через оптическую систему. Такая оболочка (или форма) может быть сделана, например, из полых стеклянных капилляров. Такую оболочку можно сделать также, оборачивая оптический элемент какой-либо фольгой, материалом и т. п. В ряде случаев такую оболочку можно получать напылением.

Другим вариантом создания оптической системы является следующий: необходимая форма (бочкообразная, конусообразная и т.д.) первого слоя создается, например, напылением на проволоку соответствующего профиля. На полученный профиль механически накладываются (или наклеиваются) оптические элементы, которые ориентированы на источник. В перегородки между оптическими элементами заливается вещество (например, мягкий клей), а затем создается форма профиля второго слоя, на который также накладываются (или наклеиваются) оптические элементы. Таким образом, слой за слоем создается полная оптическая система.

Нужный профиль слоя можно создавать не только напылением, но и, например, оборачивая предыдущий слой плоской фольгой или материалом с профилированной толщиной.

Разновидностью этого варианта является случай, когда в качестве основного "архитектурного" материала используется плоская фольга или материал с профилированной толщиной. В этом случае на этом материал накладываются оптические элементы в нужной геометрии, т.е. с нужными зазорами между оптическими элементами, затем вся полученная система обертывается, например, вокруг проволоки или капилляра, являющегося центральной частью оптической системы, в результате чего получается оптическая система.

Другим вариантом устройства является система, собранная из плоских поверхностей. При этом возможны несколько случаев. Например, на каждую плоскую поверхность наносятся канавки, на которые укладываются оптические элементы, сфокусированные в этой плоскости (фиг. 12). Затем все эти поверхности складываются друг с другом таким образом, что между поверхностями укладываются перегородки нужной толщины и длины. После этого область, где имеются перегородки, жестко закрепляется, а противоположный конец сдавливается до соприкосновения плоскостей друг с другом и тоже закрепляется.

Модификацией этого устройства является случай, когда оптические элементы просто наклеиваются на плоские поверхности, а затем собираются с использованием перегородок.

Claims (16)

1. Способ изготовления поликапиллярной жесткой волоконно-оптической структуры или элемента для управления рентгеновским и другими видами излучения, включающий сборку стеклотрубок в пакет-заготовку, закрепление одного конца в захвате узла подачи, нагревание в печи другого конца с образованием луковицы, и формование, отличающийся тем, что в процессе формования вначале осуществляют образование цилиндрической части структуры или элемента путем герметизации конца пакета стеклотрубок с последующей усадкой при разрежении, а затем вытягивание стекломассы вверх или вниз в зависимости от заданной формы боковой поверхности, причем при образовании цилиндрической части усадка составляет не более 10 15% от общей площади круга в сечении пакета стеклотрубок до образования цилиндрической части структуры, разрежение в интервале T_h T_k равно 0,8 0,1 кг/см², а температура на поверхности стекла при выходе из печи не превышает 2T, где T_h - температура размягчения стекла; T_k температура текучести стекла, T - термостойкость стекла.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при подаче заготовки на внутреннюю поверхность поликапиллярной структуры или элемента наносят один или несколько слоев одного или нескольких химических элементов в зоне формирования луковицы со скоростью, соответствующей заданной скорости вытягивания стеклотрубок и создания внутри трубок разрежения, при этом при нанесении нескольких слоев производят осаждение при формировании только цилиндрической части.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для создания трехмерных структур, содержащих различные материалы, например металлы, их сплавы, поликапиллярную структуру или элемент собирают в пакет из стеклотрубок различного химического состава, которые после вытяжки заполняют материалом, например металлом, сплавом металлов, и последовательно стравливают, освобождая необходимую структуру или элемент.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что для создания планарных поликапиллярных структур или элемента сборку пакета осуществляют из плоских или цилиндрических стеклотрубок и после формирования луковицы производят схлопывание стеклотрубок.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что для создания волоконно-оптического элемента с необходимой жесткой формой процесс вытягивания осуществляют направлением получаемого элемента при помощи направляющих роликов.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед закреплением пакет-заготовку собирают из волоконно-оптических элементов, формируя их в виде множества слоев с каналами.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что для образования каналов в слоях выполняют канавки путем механического профилирования или методами планарной технологии, например лучевым методом, методом литографии с последующим травлением.

8. Способ по п.6, отличающийся тем, что при формировании пакета-заготовки из множества слоев каналы образуют выполнением канавок на внутренней поверхности каждого слоя.

9. Способ по п.6, отличающийся тем, что при формировании пакета-заготовки из множества слоев каналы образуют выполнением канавок на поверхности каждого слоя, в которые плотно вставляют капилляры или поликапилляры, после чего слои объединяют и закрепляют.

10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что капилляры или поликапилляры вставляют в систему каналов слоев, в которой толщина перегородок между каналами постоянна или переменна, при этом свободные концы капилляров или поликапилляров обжимают и закрепляют, причем капилляры или поликапилляры выполнены различной формы, например цилиндрической, или гексагональной, или конусообразной, или квадратной.

11. Способ по пп.9 и 10, отличающийся тем, что капилляры или поликапилляры выполнены в виде миниатюрных линз или полулинз, которые могут быть вытянуты вдоль их длины.

12. Способ по пп.9 11, отличающийся тем, что каждый капилляр, или поликапилляр, или миниатюрная линза выполнены с твердой оболочкой, толщина которой постоянна или переменна.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что в качестве твердой оболочки используют капилляр большего диаметра или перегородку между капиллярами, или поликапиллярами, или миниатюрными линзами, которую создают напылением.

14. Устройство для управления рентгеновским и другими видами излучения, содержащее источник излучения и оптическую систему в виде поликапиллярной жесткой волоконно-оптической структуры или элемента, отличающееся тем, что источник излучения расположен вне или внутри оптической системы, структура или элемент которой выполнен в виде множества слоев, по форме близких или адекватных поверхностям второго порядка, например конусообразных, бочкообразных, шарообразных, при этом в каждом слое выполнены каналы транспортировки излучения, а диаметры каналов переменны соответственно перемене радиуса их кривизны по отношению к продольной оси симметрии устройства.

15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что слои оптической системы состоят из планарных структур.

16. Устройство по пп.14 и 15, отличающееся тем, что в качестве оптических систем используют системы созданные по пп.1 13.

Images