專利名稱：一種增強x線防護的光子晶體防護玻璃的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一維光子晶體技術領域，具體涉及一種增強X線防護的光子晶體防護玻璃及其制作方法。
背景技術：
在X線醫(yī)學影像、X線放射治療領域經常會用到透明防護視窗，國內外玻璃工作者、從事防護的人員極力尋求密度大的材料作為X線防護材料，在玻璃成分中弓I入鉛、鋇、鉍等重金屬元素，重金屬玻璃已被廣泛應用到防輻射領域。曹志峰在《X射線防護玻璃的結構效應》中指出，隨鉛含量增加，密度增加，重金屬玻璃防X線輻射能力的提高受到玻璃結構效應的限制。
發(fā)明內容本發(fā)明為解決上述技術問題，提供一種增強X線防護的光子晶體防護玻璃，調整參數(shù)使X線波長在設計的復合一維光子晶體的禁帶范圍內，大大提高了重金屬X線防護玻璃的防輻射能力。本發(fā)明為解決上述技術問題所采用的技術方案是一種增強X線防護的光子晶體防護玻璃，由重金屬X線防護玻璃層和光子晶體層組成，光子晶體層由14層Ge介質層和14層BaF2介質層相互交替疊加構成
(Oe BaF2)JGs J 型復合結構，其中 m=6，n=8, (Ge BaF2) m 表示 m 層 Ge 和 m 層 BaF2
交替疊加構成的復合介質層，其中Ge介質層的厚度為248. 45nm, BaF2介質層的厚度為741. 38nm，該復合介質層設置在光子晶體層的內側，并與重金屬X線防護玻璃層連接；(GeBaF2) ^表示η層Ge和η層BaF2交替疊加構成的復合介質層，其中Ge介質層的厚度為388. 16nm, BaF2介質層的厚度為1068. 48nm,該復合介質層設置在光子晶體層的外側。本發(fā)明的有益效果是I、該復合光子晶體結構對X線波長范圍內最高反射率達到100%，平均反射率95%以上，大大降低了對重金屬X線防護玻璃防輻射能力的要求。2、在對X線吸收系數(shù)很低的低成本重金屬X線防護玻璃上鍍光子晶體膜便可以達到完全吸收X線的防護效果，降低重金屬X線防護玻璃要求。

圖I為本發(fā)明的結構示意圖；圖2為本發(fā)明的一維光子晶體周期結構；圖3為本發(fā)明的復合光子晶體X線反射率隨波長的變化曲線；圖中1、重金屬X線防護玻璃層，2、光子晶體層。具體實施方法如圖所示，一種增強X線防護的光子晶體防護玻璃，由重金屬X線防護玻璃層I和光子晶體層2組成，光子晶體層2由14層Ge介質層和14層BaF2介質層相互父替置加
構成fGi型復合結構，其中m=6, n=8, (Ge BaF2) m表示m層Ge和m層
BaF2交替疊加構成的復合介質層,其中Ge介質層的厚度為248. 45nm,BaF2介質層的厚度為741. 38nm，該復合介質層設置在光子晶體層2的內側，并與重金屬X線防護玻璃層I連接；(Ge BaF2)n表示η層Ge和η層BaF2交替疊加構成的復合介質層,其中Ge介質層的厚度為388. 16nm, BaF2介質層的厚度為1068. 48nm,該復合介質層設置在光子晶體層2的外側。一種增強X線防護的光子晶體防護玻璃的制作方法，步驟一、取一個f36mm的平板形重金屬X線防護玻璃，作為基板，將基板雙面拋光，立邊拋光，四邊有工藝倒角，備用；步驟二、將加工好的基板表面進行清潔化處理，采用酸性清洗液和去離子水分別清洗基板，然后將基板置于熱板上烘干，溫度為65°，時間10分鐘；步驟三、將基板放入真空鍍膜機，在其一個表面上進行介質材料鍺的鍍膜，鍍膜厚 度為248. 45nm，鍍膜后干燥冷卻30分鐘，然后在基板鍍有鍺鍍膜層的表面進行介質材料氟化鋇的鍍膜，鍍膜厚度為741. 38nm，鍍膜后干燥冷卻30分鐘；步驟四、按照步驟三的方法交替進行鍺和氟化鋇鍍膜，直至鍍好m層鍺鍍膜層和m層氟化鋇鍍膜層，其中m=6，在基板上形成結構為(Ge BaF2) m的光子晶體復合鍍膜層；步驟五、將步驟四鍍有(Ge BaF2) m光子晶體復合鍍膜層的基板表面上繼續(xù)進行介質材料鍺的鍍膜，厚度為388. 16nm，鍍膜后干燥冷卻30分鐘；然后在新鍍好的鍺鍍膜層上再進行介質材料氟化鋇的鍍膜，鍍膜厚度為1068. 48nm，鍍膜后干燥冷卻30分鐘；步驟六、按照重復步驟五的方法交替進行鍺和氟化鋇鍍膜，包括步驟五所鍍的鍺和氟化鋇鍍膜層，共分別進行η次鍺和氟化鋇的鍍膜，η=8，鍍膜完成后干燥冷卻30分鐘，即
制成表面設有fGi M丄((k IiP2:型光子晶體結構的光子晶體防護玻璃。所述的fGlBaP2)JGe光子晶體中的 * 號表示(Ge BaF2) m 和(Ge BaF2)n的結構不同、厚度不同。采用DM-450型真空鍍膜機，鐘罩尺寸Φ 450 mmX540 mm，極限真空^ 6. 5X10-4 Pa,抽氣時間真空度達到I. 3X 10-3 Pa時，t彡50 min ;在重金屬X線防護玻璃表層鍍一維光子晶體的復合結構膜，可以由現(xiàn)代真空離子鍍法、真空磁控濺射法、真空蒸發(fā)法、化學氣相沉淀法、溶膠一凝膠法以及熱壓技術在重金屬X線防護玻璃表層鍍膜實現(xiàn)。為實現(xiàn)X線波段的光子晶體高反膜，在選擇光子晶體介質材料時，考慮常用鍍膜材料的折射率、損耗正切角及透明區(qū)間來進行材料選擇，選定鍺(( )和氟化鋇兩種種材料作為膜層介質材料，保證光子晶體重鍍膜后不影響金屬X線防護玻璃的可見光通透性。波長范圍跨度很大，在理論計算時必須考慮波長變化對折射率的影響，兩種介質材料的折射率隨波長變化率分別為鍺材料折射率隨波長的變化率為<jdi = -0,00230/λ'1-( 的折射率隨波長變化的函數(shù)關系如式(I)4 = Q + 1012Qj'2 1 " C"j)⑴[0028]其中C1 = 9.18156, =鎌88叫=0.44戰(zhàn)C4 = 0.21307,Q = 3870, I。氟化鋇材料折射率隨波長的變化率為:4}/ = -0,00910,爾I，折射率隨波長變
化的函數(shù)關系如公式(2)。^ ~ I+·C1J /)+Cj/I3 / (/I* - O+Q.l* /(I* - Q2)⑵其中C1 = 0J43356, C2 = 0.057789, Q = 0.506762, C4 = 010%i, C5 = 18261;Q = 4638R .^光在光子晶體內的傳播可以用麥克斯韋(Maxwell)方程來描述，由Maxwell方程具有波動形式的解推導得到光子晶體中磁場的本征方程(3):
I—W2 —·[0033]V X _ V X H(7)= -T Hf 7)(3)
Φ)Ct由于涉及介質折射率隨波長變化的情況，采用傳輸矩陣法來進行光子晶體中光傳輸特性研究。將上述材料的折射率隨波長變化函數(shù)關系代入傳輸矩陣法，用Matlab編程計算便可以得到一維光子晶體禁帶結構。為了實現(xiàn)X線波段的光子晶體高反膜，結構上選擇一種復合光子晶體結構。結構為(Ge BaP2JJG^ Itf2I,經過大量數(shù)值仿真，確定尤部分對光子晶體各層鍍膜的厚度為( 介質層248· 45歷，^aF2介質層741.38應。(Ge BaF11部分對光子晶體各層鍍膜的厚度為( 介質層388. 16nm,及介質層1068. 48nm。在膜系材料和膜厚確定之后，周期數(shù)m和η的取值是保證高反射率的關鍵。周期數(shù)大反射率高，但是膜層數(shù)太多工藝上較為復雜，加工時間長，且容易脫模，所以在滿足使用條件的情況下，盡量減少鍍膜周期數(shù)。在固定光子晶體各層鍍膜的厚度下，通過仿真確定最佳的復合光子晶體結構周期數(shù)m=6，n=8。仿真得到該結構復合光子晶體的反射率隨波長的變化曲線如附圖2所示，該復合光子晶體結構對X線波長范圍內最高反射率達到100%，平均反射率95%以上。
權利要求1.一種增強X線防護的光子晶體防護玻璃，其特征在于由重金屬X線防護玻璃層(I)和光子晶體層(2)組成,光子晶體層(2)由14層Ge介質層和14層BaF2介質層相互交替疊加構成(Ge BaF2)m (Ge BaF2)n型復合結構,其中m=6,n=8, (Ge BaF2) m表示m層Ge和m層BaF2交替疊加構成的復合介質層,其中Ge介質層的厚度為248. 45nm, BaF2介質層的厚度為741. 38nm,該復合介質層設置在光子晶體層(2)的內側，并與重金屬X線防護玻璃層(I)連接；(Ge BaF2)n表示η層Ge和η層BaF2交替疊加構成的復合介質層,其中Ge介質層的厚度為388. 16nm, BaF2介質層的厚度為1068. 48nm，該復合介質層設置在光子晶體層(2)的外側。
專利摘要一種增強X線防護的光子晶體防護玻璃，由重金屬X線防護玻璃層和光子晶體層組成，光子晶體層由14層Ge介質層和14層BaF2介質層相互交替疊加構成(GeBaF2)m(GeBaF2)n型復合結構，其中m=6，n=8，(GeBaF2)m表示m層Ge和m層BaF2交替疊加構成的復合介質層，調整參數(shù)使X線波長在設計的復合一維光子晶體的禁帶范圍內，大大提高了重金屬X線防護玻璃的防輻射能力。
文檔編號C03C17/36GK202736509SQ201220228549
公開日2013年2月13日 申請日期2012年5月21日 優(yōu)先權日2012年5月21日
發(fā)明者李萍, 雷萬軍, 胡志剛, 喬曉嵐, 宋霄薇, 李光大, 趙鵬, 楊超 申請人:河南科技大學