竖直的锯齿结构X射线折射透镜制造技术

本发明专利技术提供一种竖直的锯齿结构X射线折射透镜，包括：基底以及设置在所述基底上的两个锯齿状单元；其中两个所述锯齿状单元相向设置，两个所述锯齿状单元一端的锯齿的齿尖相连，两个所述锯齿状单元另一端的锯齿的齿尖分离。与现有技术相比，本发明专利技术的有益效果如下：透镜一次成型，结构稳定，有效避免了两半平面锯齿结构X射线透镜间的对准和可能的使用中的移位问题。本发明专利技术提出的竖直的锯齿结构X射线透镜降低了对工艺的要求，既可以采用普通的ICP设备或者Bosch工艺进行硅或锗的深刻蚀，又可以采用软X射线曝光的方法在PMMA上获得更高的结构，还可以进一步采用LIGA工艺以PMMA为母版进行电铸。这些都是一体化成型的精密加工方法，重复性好，适于批量生产。

Vertical zigzag structure X ray refracting lens

The invention provides a vertical sawtooth structure X ray refracting lens, including: base and two serrated units set on the base; two of the sawtooth elements are set, the tooth tips of the sawtooth at one end of the two said sawtooth units are connected, and the teeth tips of the sawtooth teeth at the other end of the two said sawtooth element. Separation. Compared with the existing technology, the beneficial effect of the invention is as follows: the lens is formed at one time, the structure is stable, and the alignment between the X ray lens of the two half plane saw tooth structure and the possible displacement problem in the possible use are effectively avoided. The vertical sawtooth structure X ray lens proposed by the invention can reduce the requirements of the process, not only can use ordinary ICP equipment or Bosch process to make deep etching of silicon or germanium, but also can use soft X ray exposure to obtain higher structure on PMMA, and can further use LIGA technology to electroform PMMA as a master plate. . These are integrated forming precision machining methods with good repeatability and suitable for mass production.

【技术实现步骤摘要】
竖直的锯齿结构X射线折射透镜
本专利技术涉及X射线微结构光学器件领域，具体涉及X射线折射透镜，适用于对高能X射线(>5KeV)辐射进行一维聚焦和成像的场合。
技术介绍
尽管在X射线发现之初人们就试图象制作可见光透镜一样制作出X射线透镜，但由于在X射线波段所有材料的折射太弱，吸收太强，因此长期以来制作X射线折射透镜被认为是不可能的。进入20世纪90年代，对可否制作及如何制作X射线折射透镜的讨论又取得显著进展。1991年，日本京都大学的S.Suehiro等人(SUEHIROS,MIYAJIH,HAYASHIH.Nature,1991,352(6334):385-6.)提出了采用如金、铂、钨等金属的凹折射透镜的方法来缩短焦距和焦斑。1996年，欧洲同步辐射光源的A.Snigirev等人(SNIGIREVA,KOHNV,SNIGIREVAI,etal.Nature,1996,384(6604):49-51.)报道了采用复合折射透镜来会聚X射线，并用低原子序数材料铝制作出了X射线组合透镜，对14KeV的X射线辐射聚焦获得8微米大小的焦斑，这也标志着利用折射效应对X射线辐射聚焦取得成功。X射线折射透镜的研制成功也解决了长期以来困扰该领域研究人员的对高能(>5KeV)X射线辐射聚焦的瓶颈问题。随后，理论研究、制备工艺研究以及实验的X射线分析系统等许多进一步的研究结果纷纷被报道。X射线折射透镜有许多优点，如透镜系统中的光路是直的，不需要像反射式的元件那样折转光路；高温稳定性和散热性好，这在作为会聚强同步辐射的光学元器件时是个巨大的优点；和反射式的X射线光学元件相比，它还有结构简单紧凑，对透镜表面粗糙度要求低等优点。因此X射线折射透镜在科学和技术的研究中有广泛的应用前景。近年来，以欧洲同步辐射光源(ESRF)、德国电子同步加速器研究所(DESY)为代表的世界各大同步辐射技术研究中心都非常重视对X射线折射透镜的研究与应用。它是用于同步辐射最合适的X射线光学元件，可用其对同步辐射线束预聚焦；可作为X射线高能成像元件对发光物体如同步辐射undulator源成像；并可用于诊断低发射同步辐射源的电子束。作为核心光学元器件，X射线折射透镜已经成功应用于X射线布拉格衍射显微镜、X射线多镜头干涉仪、X射线全视场显微镜等硬X射线无损检测与成像系统中。用该元件制作的X射线微探针可用于衍射及荧光微层析实验系统，可在半导体工业中探测化学成分、晶体质量及机械应力。国内外科研人员针对X射线折射透镜进行了接近20年的研究。在透镜材料方面，从最初的铝、硅和PMMA，扩展到目前较流行的铍、单晶金刚石和SU-8负性胶等。在透镜的制作工艺方面，从最初的精密钻孔工艺、模压工艺，扩展到更精密的硅微细加工工艺、LIGA工艺和激光切割工艺等。在透镜元器件结构方面，从最初的旋转对称型透镜、平面透镜，扩展到多种类型的Kinoform型透镜、折射薄片型透镜、锯齿结构透镜等。与本专利技术最接近的是平面锯齿结构的X射线透镜，是采用LPCVD化学气相沉积、高温热氧化、和湿法刻蚀等微加工技术在硅材料上实现的。用硅材料加工制备的平面锯齿结构X射线透镜(RIBBINGC,B,LUNDQVISTM.JournalofMicromechanics&Microengineering,2003,vol.13(5):714-20(7).)是先在[100]晶向的硅表面上用LPCVD沉积一层氮化硅，然后利用光刻工艺做出间隔140微米的窗口，再利用硅在碱性溶液里各向异性腐蚀的特性刻出V形槽，然后再做一次高温氧化在新得到的V形槽表面生成氧化硅薄膜，在去除窗口间隔表面的氮化硅后，再一次做各向异性腐蚀，由此就得到了连续的锯齿结构的透镜。这种平面的锯齿结构X射线透镜存在以下缺点：1、由于需要两半合在一起才能构成一个完整的透镜，但是一次只能加工完整透镜结构的一半，所以这两半的连接和对准是个非常大的挑战；2、工艺复杂，涉及到LPCVD、高温热氧化、湿法刻蚀氮化硅、湿法腐蚀硅等工艺，而且由于工艺限制，制备出合格透镜的成功率很低；3、这种平面锯齿结构的X射线透镜，完全依赖于硅在碱液中的各向异性刻蚀，对于其它材料限制较大。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的在于提出了一种克服上述现有技术存在的不足，特别是两半之间对准调校的困难的竖直的锯齿结构X射线折射透镜。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种竖直的锯齿结构X射线折射透镜，包括：基底以及设置在所述基底上的两个锯齿状单元；其中两个所述锯齿状单元相向设置，两个所述锯齿状单元一端的锯齿的齿尖相连，两个所述锯齿状单元另一端的锯齿的齿尖分离。优选地，每个所述锯齿状单元的锯齿尖之间的连线与两个所述锯齿状单元的平分线之间的夹角a为0°～45°。优选地，所述锯齿为等腰三角形。优选地，所述锯齿状单元的材质为硅、锗、环氧树脂、PMMA、SU-8胶、金刚石、镍或铍。优选地，所述基底的材质为硅、锗、玻璃、环氧树脂、PMMA、金刚石、镍或铍。优选地，所述锯齿状单元的高度为50微米～5000微米。优选地，与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：透镜一次成型，结构稳定，有效避免了两半平面锯齿结构X射线透镜间的对准和可能的使用中的移位问题。本专利技术提出的竖直的锯齿结构X射线透镜降低了对工艺的要求，既可以采用普通的ICP设备或者Bosch工艺进行硅或锗的深刻蚀，又可以采用软X射线曝光的方法在PMMA上获得更高的结构，还可以进一步采用LIGA工艺以PMMA为母版进行电铸。这些都是一体化成型的精密加工方法，重复性好，适于批量生产。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征目的和优点将会变得更明显。图1为本专利技术竖直的锯齿结构X射线折射透镜结构示意图一；图2为本专利技术竖直的锯齿结构X射线折射透镜结构示意图二。图中：1-基底2-锯齿状单元3-锯齿具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。实施例1如图1、图2所示，本专利技术竖直的锯齿结构X射线折射透镜，包括锯齿状单元2和位于锯齿状单元2下方的基底1。锯齿状单元2互为镜像，两个锯齿状单元2的第一个锯齿3的齿尖相连、齿尖相对，每个锯齿状单元2截面是一系列连续的锯齿3，每个锯齿状单元2的每个锯齿3都是等腰三角形，每个锯齿状单元2齿尖连线和两个锯齿状单元2的平分线成一定的夹角a，夹角a的取值范围为0°～45°。锯齿状单元2是硅材料，透镜基底1是硅材料。锯齿状单元2的高度是75微米。实施例2如图1、图2所示，本专利技术竖直的锯齿结构X射线折射透镜，包括锯齿状单元2和位于锯齿状单元2下方的基底1。锯齿状单元2互为镜像，两个锯齿状单元2的第一个锯齿3的齿尖相连、齿尖相对，每个锯齿状单元2截面是一系列连续的锯齿3，每个锯齿状单元2的每个锯齿3都是等腰三角形，每个锯齿状单元2齿尖连线和两个锯齿状单元2的平分线成一定的夹角a，夹角a的取值范围为0°～45°。锯齿状单元2是锗材料，透镜基底1是锗材料。锯齿本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种竖直的锯齿结构X射线折射透镜，其特征在于，包括基底以及设置在所述基底上的两个锯齿状单元；其中两个所述锯齿状单元相向设置，两个所述锯齿状单元一端的锯齿的齿尖相连，两个所述锯齿状单元另一端的锯齿的齿尖分离。

【技术特征摘要】
1.一种竖直的锯齿结构X射线折射透镜，其特征在于，包括基底以及设置在所述基底上的两个锯齿状单元；其中两个所述锯齿状单元相向设置，两个所述锯齿状单元一端的锯齿的齿尖相连，两个所述锯齿状单元另一端的锯齿的齿尖分离。2.根据权利要求1所述的竖直的锯齿结构X射线折射透镜，其特征在于，每个所述锯齿状单元的锯齿尖之间的连线与两个所述锯齿状单元的平分线之间的夹角a为0°～45°。3.根据权利要求1所述的竖直的锯齿结构X射线折射透镜，...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄其煜，徐剑，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31