一種利用同種材料薄板制備矩形光柵結(jié)構(gòu)的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用同種材料薄板制備矩形光柵結(jié)構(gòu)的方法，通過兩種不同厚度的薄板按照一定規(guī)則交叉疊加來制作具有一定周期結(jié)構(gòu)的光柵，光柵的周期由兩種薄板的厚度決定，光柵槽的寬度由其中一種薄板的厚度決定，而光柵槽的深度由兩種薄板側(cè)面的面間距決定。該方法能夠制備出深寬比大、側(cè)面光滑陡峭的高精度光柵，該光柵結(jié)構(gòu)可廣泛應用到真空電子器件的慢波結(jié)構(gòu)和精細加工模具的制造中。
【專利說明】一種利用同種材料薄板制備矩形光柵結(jié)構(gòu)的方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種矩形光柵的制備方法，具體涉及一種利用同種材料薄板制備矩形光柵結(jié)構(gòu)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]矩形光柵被大量應用于真空電子學器件，如繞射輻射振蕩器件的慢波結(jié)構(gòu)。當真空電子器件工作頻率比較低時，所需光柵的周期、光柵凹槽的寬度都比較大，這時光柵結(jié)構(gòu)完全可以用機械加工的手段，如統(tǒng)床、刨床、電火花加工等工藝制備出來。隨著器件工作頻率的提高，器件對光柵的要求越來越高，如光柵周期和凹槽寬度越來越??；為了緩解高頻趨膚效應，要求光柵的表面粗糙度越來越小、光潔度越來越高；同時，為了讓光柵結(jié)構(gòu)能承受住一些截獲電子在沉降時的沖擊力，要求光柵的硬度比較大，這些都對加工光柵的工藝提出了較高的要求。為了解決這些問題，科研人員嘗試利用UV-LIGA工藝制備高精度的光柵，但實踐證明，這種工藝在制備光柵時仍面臨光柵溝槽的深寬比小，側(cè)面粗糙度大，材料致密性低，且加工復雜，設備昂貴等困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種利用同種材料薄板制備矩形光柵結(jié)構(gòu)的方法。該方法利用薄板材料和相對簡單的工藝就能夠制備出深寬比大、側(cè)面光滑陡峭的高精度光柵。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下。
[0005]一種利用同種材料薄板制備矩形光柵結(jié)構(gòu)的方法，包括如下步驟:
O制備或選取由同種材料制成的厚度分別為hi和h2的兩種薄板；
2)利用機械加工手段，使兩種所述薄板的上下表面及至少一個側(cè)面光滑，同時使每一種薄板的光滑側(cè)面與各自薄板的上下表面相互垂直；
3)取厚度為Ii1和h2的薄板各一塊，將厚度為Ii1的薄板疊放在厚度為h2的薄板的上表面，要求兩塊薄板的光滑側(cè)面平行地分布在同一側(cè)，且具有恒定的面間距；
4)依次交叉疊放兩種厚度不同的薄板，使厚度為Ii1的薄板的各個光滑側(cè)面都位于同一平面上，厚度為h2的薄板的各個光滑側(cè)面都位于另一平面上，且兩平面具有恒定面間距；
5)把制造好的光柵毛坯用夾子壓緊，通過電阻焊或其他焊接方式，使這些薄板成為一個整體；
6)通過切割或打磨，使光柵尺寸滿足要求，并通過清洗去除光柵樣品表面的油脂和污染物。
[0006]進一步地，兩種所述薄板均為同一種金屬材料；可以選用的金屬材料如無氧銅薄板、不銹鋼薄板、鐵薄板或鋁薄板等。
[0007]進一步地，所述金屬薄板的上下表面和光滑側(cè)面的粗糙度要優(yōu)于最終光柵側(cè)面及上表面的粗糙度要求。[0008]進一步地，兩種所述薄板理論上可以為任意形狀，但為了方便板材疊放時的對齊檢驗，優(yōu)選使用薄板為長方體。
[0009]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明提供的利用同種材料薄板制備矩形光柵結(jié)構(gòu)的方法，能夠制備出深寬比大、側(cè)面光滑陡峭的高精度光柵，該光柵結(jié)構(gòu)可廣泛應用到真空電子器件的慢波結(jié)構(gòu)、精細加工模具的制造中。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明第一種實施方式的薄板疊放方式圖。
[0011]圖2為本發(fā)明第一種實施方式得到的不同厚度的薄板疊放成9個周期的光柵結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖3位本發(fā)明第二種實施方式得到的由無氧銅薄板制備的矩形光柵結(jié)構(gòu)示意圖。【具體實施方式】
[0013]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0014]實施例1
首先制備厚度分別為4、h2兩種薄板，對薄板表面進行打磨處理，使其平滑。然后，把兩種薄板進行交叉疊放，且疊放結(jié)構(gòu)的其中一個端面滿足以下要求:1)在該端的相鄰薄板面間距相等；2)相間薄板的厚度相同，且在該端的側(cè)面在同一平面上；3)每一塊薄板在該端面的側(cè)面垂直于薄板的上下表面。最后，通過電阻焊接或其他工藝，使該結(jié)構(gòu)成為一個整體。這樣就在該端面形成了光柵結(jié)構(gòu)，其中光柵的周期I由兩塊薄板的厚度決定(即1=IiJh2),光柵槽的深度由相鄰薄板在該端的面間距決定，光柵槽的寬度由該端面凹陷下去的那一種光柵厚度決定。
[0015]本實施例的具體步驟如下:
I)選擇材料相同、厚度分別為Ii1和h2的兩塊薄板，如圖1所示，厚度為Ii1的板材I的長度和寬度分別為U、W1，利用機械加工手段，確保板材I的上下表面及至少一個側(cè)面S1光滑，厚度為h2的板材2的長度和寬度分別為L2、W2,使板材2至少一個側(cè)面S2光滑。
[0016]2)如圖1所示，將兩塊薄板疊放在一起，疊放的具體要求是:
a)疊放前可以對薄板的表面進行打磨、拋光等類似工藝處理，使薄板的上下表面光滑，易于疊放時兩塊薄板緊密接觸，且制造的光柵側(cè)壁光滑。
[0017]b)同時，要保證兩塊薄板的光滑側(cè)面S1和S2與各自薄板的上下表面相垂直，這樣就保證了加工后形成的光柵底部與側(cè)壁相垂直。
[0018]c)疊放時，兩塊薄板的側(cè)面S1和S2相互平行，面間距為U，該值決定著將要制備光柵的深度。
[0019]3)在步驟2)制備結(jié)構(gòu)基礎上，在厚度為Ii1的薄板上表面疊放一塊厚度為h2的薄板。該薄板的要求與步驟2)相同，即該板材至少有一個側(cè)面與上下表面相垂直，且該側(cè)面和上下表面的表面光滑度符合最終光柵的要求。
[0020]疊放時，該光滑側(cè)面與步驟2)所述板材I的側(cè)面S1在同一平面上，即與板材2的S2面距離為Ltl。
[0021]4)在步驟3)剛疊放的厚度為h2的薄板上表面，再疊放一塊厚度為Ii1的薄板，新疊放薄板的表面要求同步驟3)相同。同時要求新疊放薄板光滑側(cè)面與步驟2)所述板材2的側(cè)面S2在同一平面上。
[0022]5)重復步驟3)和步驟4)，直到薄板形成的周期與要制作的光柵周期相等，如圖2所示的九個周期的光柵結(jié)構(gòu)。
[0023]6)把制造好的光柵毛坯用夾子壓緊，然后通過電阻焊或其他焊接方式，使這些薄板成為一個整體，于是在該整體的一端面就形成了光柵結(jié)構(gòu)。
[0024]7)通過切割或打磨，使光柵尺寸滿足最后要求，并通過清洗，去除光柵樣品表面的油脂或污染物。
[0025]實施例2
制作一個可用作繞射輻射真空電子器件慢波系統(tǒng)的無氧銅光柵，要求光柵周期長度I為0.1 _，槽寬度為0.05 mm,深度為5 mm。
[0026]步驟1、材料準備
通過機械加工制備或商業(yè)購買，得到厚度為0.05 _無氧銅薄板，然后通過切割把這些薄板加工成長寬厚分別為20 mmX 10 mmX0.05 mm, 15 mmX 10 mmX0.05 mm的兩種長方體A和B，要求這些長方體的表面粗糙度小于50nm。
[0027]步驟2、板材的疊放
疊放時，兩種長度不同的板材要交替疊加，且短邊和長邊彼此都分別平行，并遵循如下原則:
1)相間板材的長度相同，相間板材的長邊與寬邊彼此都要完全對齊；
2)相鄰板材的長度不同，疊放時要求相鄰板材同一側(cè)的長邊在同一平面，且其中一側(cè)的短邊所在的側(cè)面的面間距都為5mm。另一側(cè)短邊所在的側(cè)面在同一個平面上；
這樣疊加后的板材形狀如圖3所示。
[0028]步驟3、焊接結(jié)構(gòu)
用夾子把疊放后的板材加緊，然后通過熱阻焊，把板材焊接在一起。
[0029]步驟4、后續(xù)處理
通過線切割，把板材切割成最終的光柵形狀。并通過化學清洗，清洗干凈光柵表面的污垢。
[0030]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非用來限定本發(fā)明的實施范圍；如果不脫離本發(fā)明的精神和范圍，對本發(fā)明進行修改或者等同替換，均應涵蓋在本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍當中。
【權(quán)利要求】
1.一種利用同種材料薄板制備矩形光柵結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，包括如下步驟: O制備或選取由同種材料制成的厚度分別為hi和h2的兩種薄板； 2)利用機械加工手段，使兩種所述薄板的上下表面及至少一個側(cè)面光滑，且每一種薄板的光滑側(cè)面與各自薄板的上下表面相互垂直； 3)取厚度為Ii1和h2的薄板各一塊，將厚度為Ii1的薄板疊放在厚度為h2的薄板的上表面，要求兩塊薄板的光滑側(cè)面平行地分布在同一側(cè)，且具有恒定的面間距； 4)依次交叉疊放兩種厚度不同的薄板，使厚度為Ii1的薄板的各個光滑側(cè)面都位于同一平面上，厚度為h2的薄板的各個光滑側(cè)面都位于另一平面上，且兩平面具有恒定的面間距； 5)把制造完成的光柵毛坯用夾子壓緊，通過電阻焊或其他焊接方式，使這些薄板成為一個整體； 6)通過切割或打磨，使光柵尺寸滿足要求，并通過清洗去除光柵樣品表面的油脂和污染物。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，兩種所述薄板均為金屬薄板。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述金屬薄板為無氧銅薄板或不銹鋼薄板或鐵薄板或鋁薄板。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述金屬薄板的上下表面的粗糙度要小于光柵成品的側(cè)壁表面粗糙度；所述金屬薄板的光滑側(cè)面的粗糙度要小于光柵成品的上表面粗糙度。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于，所述兩種厚度不同的薄板為長方體形狀。
【文檔編號】H01J9/00GK104037038SQ201410200317
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年5月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月13日
【發(fā)明者】吳華夏, 席洪柱, 溫旭杰, 張建成, 余鋒 申請人:安徽華東光電技術(shù)研究所