[发明专利]具有光滑反射壁的龙虾眼型成像元件及其制备方法

说明书

本发明是关于一种具有超光滑反射壁的龙虾眼型成像元件及其制备方法，其制备方法包括：将坯板进行清洁处理，酸蚀通孔，内表面清洁，化学抛光，脱水处理，热处理，得到具有超光滑反射壁的龙虾眼型成像元件。本申请通过对通孔和反射壁进行形貌调控，获得均方根粗糙度优于1.0nm的光滑反射壁结构，增加方孔反射壁的反射率，提高聚焦效率。

技术领域

本发明涉及一种龙虾眼型光学成像镜技术领域，特别是涉及一种具有超光滑反射壁的龙虾眼型成像元件及其制备方法。

背景技术

脉冲星是一种高速自传的中子星，自传周期范围一般为1.6毫秒-8.5秒，具有极其稳定的周期性，尤其是毫秒脉冲星的自传周期变化率达到10^-19-10^-21，被誉为自然界最精准的天文时钟。因此，脉冲星能够成为人类在宇宙中航行的灯塔，为近地轨道、深空和星际空间飞行的航天器提供自助导航信息服务，即脉冲星导航。脉冲星导航的优点是稳定性好，可与最好的原子钟相媲美，但其缺点是，脉冲星辐射产生的X射线虽然集中了脉冲星绝大部分能量，但是难于穿过稠密的大气层，只能在地球大气层外空间探测，此外脉冲星X射线光子能量密度小于10^-1ph/s/cm²，强度极低，必须采用高聚焦效率的元件对其进行聚焦和探测。

龙虾眼型光学成像镜是由一种曲面方形多孔结构的玻璃材料制备的光学元件，可对发散光进行汇聚，具有轻质、大视场、高分辨率，能够收集大量辐射并将其聚焦等特点，是目前能在工程上有效实现均匀、大视场的X射线聚焦的核心元件。与2000年发射升空的有效面积重量比高达2300kg/m²的Wolter型聚焦镜头相比，以龙虾眼型光学成像元件作为X射线聚焦镜头，其有效面积重量比仅为25kg/m²，这一数据比钱德拉镜头轻了3个数量级。因此，采用该元件的成像系统可以说是脉冲星导航用的最佳聚焦成像系统。

龙虾眼型光学成像元件的曲面方孔结构一般是由铅铋硅酸盐玻璃材料加工制成，其过程是将耐酸性好的铅铋硅酸盐玻璃加工成方形玻璃管，将具有较高酸溶速率的硅酸盐玻璃加工成方形芯料棒，然后将芯料棒与皮料管匹配，并在高均温的拉丝炉中进行纤维拉制，经过一次、二次纤维拉制成型后，得到特定孔径的方形复合丝，再将方形复合丝经热熔压成型、定厚切割、光学抛光加工、热弯成型、酸蚀成孔后，最终制备出具有规则形状排列的方形多孔玻璃元件。

酸蚀成孔是形成方孔通道反射壁结构的关键过程，由于皮料、芯料玻璃在纤维拉制、熔压成型、热弯成型等热处理过程中，芯皮界面材料相互渗透迁移，形成一层成分、结构不同于芯料和皮料的过渡层结构，酸蚀过程中H⁺在过渡层位置的选择性溶析会导致方孔通道内壁形成网状的粗糙形貌，这种粗糙形貌会导致反射壁的反射效率降低，严重影响器件的成像性能。

发明内容

本发明的主要目的在于，提供一种新型的具有超光滑反射壁的龙虾眼型成像元件及其制备方法，所要解决的技术问题是使其获得均方根粗糙度优于1.0nm的光滑反射壁结构，增加方孔反射壁的反射率，提高聚焦效率，从而更加适于实用。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种具有超光滑反射壁的龙虾眼型成像元件的制备方法，将坯板进行清洁处理，酸蚀通孔，内表面清洁，化学抛光，脱水处理，热处理，得到具有超光滑反射壁的龙虾眼型成像元件。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

优选的，前述的具有超光滑反射壁的龙虾眼型成像元件的制备方法，其中所述的清洁处理包括：将坯板置于有机溶剂中30-50KHz超声处理5-10min。

优选的，前述的具有超光滑反射壁的龙虾眼型成像元件的制备方法，其中所述的酸蚀通孔包括：将清洁处理后的坯板置于0.5-1.0mol/L的硝酸溶液中，在50-60℃磁力搅拌，清洗。