[发明专利]竖直的锯齿结构X射线折射透镜

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及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。

背景技术

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(SUEHIRO S,MIYAJI H,HAYASHI H.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(SNIGIREV A,KOHN V,SNIGIREVA I,et al.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。