高能X射线组合透镜聚焦性能的实验结果

高能X射线组合透镜是一种基于折射效应的新型X射线光学元件。报道了这种新型X射线光学元件聚焦性能的最新实验结果。设计的高能X射线组合透镜为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料,包括40个相同的、顺序排布的平凹折射单元,折射单元的球面半径为200μm,组合透镜的几何口径约为500μm,长度约为8 mm,焦距约为1.3 m。简要描述了PMMA材料X射线组合透镜的制作技术和制作过程。并给出了X射线组合透镜聚焦性能测试实验系统和实验条件。最后给出8 keV单色X射线辐射下,PMMA材料X射线组合透镜的聚焦性能的测试结果,对实际测试结果进行了分析和讨论,得出结论,焦距等参量与理论计算结果基本吻合。     

制作工艺误差对X射线组合折射透镜聚焦性能影响研究

本文主要介绍对X射线组合折射透镜的制作工艺误差对其聚焦性能影响的研究结果. 首先给出采用深度X射线光刻技术制作的PMMA材料圆柱面型X组合折射透镜的工艺测试结果,得出制作工艺误差值,定性分析制作工艺误差对X射线组合折射透镜聚焦性能的影响. 然后根据实际的制作工艺误差建模,给出详尽的理论分析和定量的理论模拟结果. 最后在北京同步辐射装置(BSRF)上,构建基于PMMA材料的圆柱面型X射线组合折射透镜的微束聚焦实验系统,实际测试了有明显工艺误差和尽量消除工艺误差的两种X射线组合折射透镜的聚焦性能,给出实测结果 关键词： X射线组合折射透镜 制作工艺误差 X射线聚焦性能 同步辐射     

抛物面型X射线组合折射透镜聚焦性能的理论与实验研究

结合衍射理论和矩阵光学方法得出抛物面型X射线组合折射透镜的光学性能指标(包括其焦距的严格表达式、薄透镜近似的判定准则、透过率和有效孔径,以及极限聚焦光斑尺寸等).采用X射线深度光刻技术实际制作了PMMA材料抛物面型X射线组合折射透镜并给出了工艺测试结果.最后在北京同步辐射装置(BSRF)上,实际构建了基于3种不同结构参数的PMMA材料抛物面型X射线组合折射透镜的微束聚焦实验系统.并实际测试了其聚焦性能,均获得了良好的聚焦效果,给出实测结果并对实测结果进行了分析和讨论.     

高能X射线聚焦组合透镜的理论研究

X射线聚焦组合透镜是一种利用折射效应对X射线辐射聚焦的新型元件。针对X射线波段的特性,综合考虑折射和吸收效应得出组合透镜的衍射屏函数,并利用衍射理论推导出X射线组合透镜的设计理论。利用统计学理论中一阶、二阶原点矩表征像面处的光学性能,使设计更简洁。该理论方法可方便地推广到双凹折射单元情况。通过数值计算分析了像向处强度分布的二阶中心矩以及焦点处辐射强度随组合透镜结构参最的变化关系,给出了一种铝基X射线组合透镜的结构参量设计结果。对于设计的组合透镜结构参量,计算了当X射线辐射能量分别为0．93 keV．9．89 keV和29．78 keV时,X射线辐射经过组合透镜后的焦点强度分布。     

背面曝光技术制作沙漏状X射线组合折射透镜

在分析沙漏状X射线组合折射透镜（X-ray compound refractive lens,XCRL）的折射聚焦理论的基础上,设计并利用背面曝光技术制作了SU-8材料的沙漏状XCRL,该技术在保证图形准确性的同时减少了工艺步骤,使制作更加简便易行.在10?keV单色X射线辐射下,对制作的透镜进行了聚焦性能的实验测试,结果表明,所制作的透镜较好地实现了一维聚焦. 关键词： 组合折射透镜 背面曝光 沙漏状 SU-8     

多层膜劳厄透镜对8keV X射线的聚焦性能模拟研究

基于多层膜技术的劳厄(Laue)透镜能实现硬X射线纳米级聚焦,在X射线微纳分析领域具有重要的应用前景.基于衍射动力学理论,分析了X射线在多层膜劳厄透镜中的传播,计算了不同结构的多层膜劳厄透镜对8 keVX射线的聚焦性能.结果表明,最外层厚度为5 nm的倾斜多层膜劳厄透镜可获得5.7 nm的聚焦光斑和26%的平均衍射效率...     

X射线长组合折射透镜的理论和实验研究

结合矩阵光学方法与衍射理论,得到研究X射线长组合折射透镜光学性能(包括焦斑尺寸、有效光束半径和强度增益等)的理论方法。设计并采用LIGA技术实际制作了顶点曲率半径50μm的抛物面型PMMA材料长X射线组合折射透镜,在北京同步辐射装置(BSRF)的形貌站(4W,1A)对其在8keV时的聚焦性能进行了实际测试。给出了模拟计算和实测结果,并进行了分析讨论,实测结果显示了良好的聚焦效果,理论与实验结果基本吻合。     

多层嵌套式X射线聚焦光学器件

针对X射线脉冲星导航与X射线空间通信的需求,对多层嵌套式X射线聚焦光学器件进行研制与实验标定。根据掠入射原理,对聚焦透镜进行理论设计,确定聚焦透镜的关键参数。讨论聚焦透镜的材料、镀膜等研制工艺。分别在可见光与X射线条件下测试了聚焦透镜的性能参数。结果表明测得可见光焦斑直径为14mm,X射线焦斑直径为20mm,在10m真空管道中测得光子能量为1.5keV时聚焦效率为30.2%,有效面积为2400mm2。     

级联式平面抛物面型X射线组合折射透镜的设计与制作

X射线组合折射透镜(CRL)已逐步成为同步辐射光源下X射线聚焦光学器件的标准配件之一,它具有结构紧凑、易调节校准、适用光子能量范围大等优点.本文设计了一种级联式平面抛物面型CRL,它将N1个具有较大抛物面几何孔径(R0)的折射单元I与N2个具有较小抛物面顶点曲率半径(R)的折射单元II级联,以解决常规CRL设计过程中焦斑尺寸与透过率的矛盾.采用PMMA材料,利用LIGA技术制作了一组级联式平面抛物面型CRL,其中折射单元I的主要结构参数为N1=15,R1=200μm,2R01=564μm;折射单元II的主要结构参数为N2=20,R2=50μm,2R02=140μm.在上海光源同步辐射线束上,所制作的级联式平面抛物面型CRL实现了对初始光斑尺寸为200μm×100μm的入射X射线的一维聚焦,测试得到的焦距为1.052 m,横向焦斑尺寸为24.9μm@8 keV,透过率为2.19%.     

A0模态Lamb波聚焦透镜的结构设计及实验研究

基于折射率的弯曲波透镜多在板结构上打孔或挖槽,这种设计破坏了原有的结构,降低了板的刚度和稳定性。鉴于此,通过在板表面镶嵌棱柱的方式设计了A0模态Lamb波的聚焦透镜。首先,详细讨论了棱柱的结构参数对Lamb波带隙的影响机理,获取了波速与结构尺寸的定量关系,并实现了透镜的结构设计;其次,有限元仿真了该聚焦透镜的工作性能,包括聚焦位置、焦点处能量分布、聚焦尺寸、工作带宽等;最后,通过实验验证了该透镜设计的正确性。研究结果表明,设计的透镜能够使弯曲波聚焦在预先设定位置,且在不改变结构参数的情况下具有一定的工作频率带宽。该透镜设计方法具有聚焦性能优越、刚度强、易于加工等优点,为声聚焦透镜在无损检测、能量收集等领域的实际应用提供了参考。     

Focusing high-energy x-rays by a PMMA compound x-ray lens on Beijing synchrotron radiation facility

The x-ray compound lens is a novel refractive x-ray optical device. This paper reports the authors' recent research on a polymethyl methacrylate (PMMA) compound x-ray lens. Firstly the designing and LIGA fabrication process for the PMMA compound x-ray lens are briefly described. Then, a method for theoretical analysis, as well as the experimental system for measurement is also introduced. Finally, the focusing spots for 8keV monochromatic x-rays by the PMMA compound x-ray lens are measured and analysed. According to the experimental results, it is concluded that the PMMA compound x-ray lens promises a good focusing performance under the high-energy x-rays.     

A method based on diffraction theory for predicting 3D focusing performance of compound refractive X-ray lenses

A method based on the diffraction theory for estimating the three-dimensional (3D) focusing performance of the compound refractive X-ray lenses is presented in this paper. As a special application, the 3D X-ray intensity distribution near the focus is derived for a plano-concave compound refractive X-ray lens.Moreover, the computer codes are developed and some results of 3D focusing performance for a compound refractive X-ray lens with Si material are shown and discussed.     

A theoretical method based on Fourier spectrum analysis for the focusing performances of the X-ray compound refractive lenses

It is important to predict the intensity distribution in focusing plane for designing the X-ray compound refractive lenses. On the basis of analyzing the structure of X-ray compound lenses and comparing it with Fraunhofer diffraction system, it is concluded that the X-ray focusing system can be regarded as a kind of Fraunhofer diffraction system. Therefore, a method based on Fourier spectrum analysis is presented to predict the intensity distribution in the focusing plane for the X-ray lenses. A brief analysis on the relationship between the parameters of X-ray lenses and their focusing performance is also given in this paper.     

单层超薄高效圆极化超表面透镜

针对超表面在透镜方面的应用, 本文设计了一种交叉极化透射聚焦超表面, 实现了将圆极化波转化为交叉极化波的同时聚焦电磁波的功能. 设计了一款旋转型单元, 单元为一层且厚度仅为1.5 mm, 分析了旋转型单元提供不同相移的原理并设计了相邻单元相移差为60°的相位梯度超表面, 在中心频率f=15 GHz附近发生奇异折射, 折射角与理论计算结果一致, 验证了设计单元的有效性, 基于该单元设计了尺寸为90 m mm×90 mm、单元数为15×15 的透射型聚焦超表面, 在中心频率f=15 GHz附近, 左旋圆极化平面波照射时, 透射波聚焦于L=40 mm 的实焦点且透射波为照射波的交叉极化波. 该超表面透镜效率高、厚度薄且为单层, 易于加工, 相对于传统透镜, 优势明显, 在操控电磁波、改善透镜性能方面有潜在应用价值.     

Pink‐beam focusing with a one‐dimensional compound refractive lens

The performance of a cooled Be compound refractive lens (CRL) has been tested at the Advanced Photon Source (APS) to enable vertical focusing of the pink beam and permit the X‐ray beam to spatially overlap with an 80 µm‐high low‐density plasma that simulates astrophysical environments. Focusing the fundamental harmonics of an insertion device white beam increases the APS power density; here, a power density as high as 500 W mm^?2 was calculated. A CRL is chromatic so it does not efficiently focus X‐rays whose energies are above the fundamental. Only the fundamental of the undulator focuses at the experiment. A two‐chopper system reduces the power density on the imaging system and lens by four orders of magnitude, enabling imaging of the focal plane without any X‐ray filter. A method to measure such high power density as well as the performance of the lens in focusing the pink beam is reported.