[发明专利]一种利用同种材料薄板制备矩形光栅结构的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种矩形光栅的制备方法，具体涉及一种利用同种材料薄板制备矩形光栅结构的方法。

背景技术

矩形光栅被大量应用于真空电子学器件，如绕射辐射振荡器件的慢波结构。当真空电子器件工作频率比较低时，所需光栅的周期、光栅凹槽的宽度都比较大，这时光栅结构完全可以用机械加工的手段，如铣床、刨床、电火花加工等工艺制备出来。随着器件工作频率的提高，器件对光栅的要求越来越高，如光栅周期和凹槽宽度越来越小；为了缓解高频趋肤效应，要求光栅的表面粗糙度越来越小、光洁度越来越高；同时，为了让光栅结构能承受住一些截获电子在沉降时的冲击力，要求光栅的硬度比较大，这些都对加工光栅的工艺提出了较高的要求。为了解决这些问题，科研人员尝试利用UV-LIGA工艺制备高精度的光栅，但实践证明，这种工艺在制备光栅时仍面临光栅沟槽的深宽比小，侧面粗糙度大，材料致密性低，且加工复杂，设备昂贵等困难。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种利用同种材料薄板制备矩形光栅结构的方法。该方法利用薄板材料和相对简单的工艺就能够制备出深宽比大、侧面光滑陡峭的高精度光栅。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案如下。

一种利用同种材料薄板制备矩形光栅结构的方法，包括如下步骤：

1）制备或选取由同种材料制成的厚度分别为h₁和h₂的两种薄板；

2）利用机械加工手段，使两种所述薄板的上下表面及至少一个侧面光滑，同时使每一种薄板的光滑侧面与各自薄板的上下表面相互垂直；

3）取厚度为h₁和h₂的薄板各一块，将厚度为h₁的薄板叠放在厚度为h₂的薄板的上表面，要求两块薄板的光滑侧面平行地分布在同一侧，且具有恒定的面间距；

4）依次交叉叠放两种厚度不同的薄板，使厚度为h₁的薄板的各个光滑侧面都位于同一平面上，厚度为h₂的薄板的各个光滑侧面都位于另一平面上，且两平面具有恒定面间距；

5）把制造好的光栅毛坯用夹子压紧，通过电阻焊或其他焊接方式，使这些薄板成为一个整体；

6）通过切割或打磨，使光栅尺寸满足要求，并通过清洗去除光栅样品表面的油脂和污染物。

进一步地，两种所述薄板均为同一种金属材料；可以选用的金属材料如无氧铜薄板、不锈钢薄板、铁薄板或铝薄板等。

进一步地，所述金属薄板的上下表面和光滑侧面的粗糙度要优于最终光栅侧面及上表面的粗糙度要求。

进一步地，两种所述薄板理论上可以为任意形状，但为了方便板材叠放时的对齐检验，优选使用薄板为长方体。

本发明的有益效果是：本发明提供的利用同种材料薄板制备矩形光栅结构的方法，能够制备出深宽比大、侧面光滑陡峭的高精度光栅，该光栅结构可广泛应用到真空电子器件的慢波结构、精细加工模具的制造中。

附图说明

图1为本发明第一种实施方式的薄板叠放方式图。

图2为本发明第一种实施方式得到的不同厚度的薄板叠放成9个周期的光栅结构示意图。

图3位本发明第二种实施方式得到的由无氧铜薄板制备的矩形光栅结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

首先制备厚度分别为h₁、h₂两种薄板，对薄板表面进行打磨处理，使其平滑。然后，把两种薄板进行交叉叠放，且叠放结构的其中一个端面满足以下要求：1）在该端的相邻薄板面间距相等；2）相间薄板的厚度相同，且在该端的侧面在同一平面上；3）每一块薄板在该端面的侧面垂直于薄板的上下表面。最后，通过电阻焊接或其他工艺，使该结构成为一个整体。这样就在该端面形成了光栅结构，其中光栅的周期l由两块薄板的厚度决定（即l= h₁+h₂），光栅槽的深度由相邻薄板在该端的面间距决定，光栅槽的宽度由该端面凹陷下去的那一种光栅厚度决定。

本实施例的具体步骤如下：