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.     

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     

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%.     

铜材料X射线聚焦组合透镜的设计与制作

铜材料X射线聚焦组合透镜是一种基于折射效应的X射线聚焦元件。简单介绍了组合透镜的设计理论研究结果,并据此对材料作了选择。针对铜材料组合透镜,分析了组合透镜结构参数、X射线工作波长的选择对组合透镜光学性能的影响。在此基础上,设计了组合透镜的结构参数,使其在硬X射线波段具有较好的聚焦性能,并能获得较高的焦斑强度。采用准LIGA技术制作了铜材料X射线组合透镜,给出了部分铜材料X射线组合透镜结构测量结果。     

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。     

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     

微束斑X射线源及X射线光学元件

高质量的X射线源,尤其高亮度的微纳束斑X射线源是现代X射线光学高清晰成像最为关键的部件之一,在工业无损探伤、生命科学、材料科学等科学研究和实际应用中具有重要的意义。简单介绍了微束斑X射线源的产生方法及发展历史,并对微束X射线光学涉及到的聚焦X射线光学元件（如X射线掠入射反射镜、布拉格法反射镜、多层膜反射镜、多层膜光栅、X射线波带片、毛细管聚焦透镜和复合折射透镜等）的主要特点作了简要的系统介绍。最后展望了微细束X射线在微纳检测与分析等方面的应用前景。     

整体毛细管X射线半会聚透镜在微区EXAFS分析技术中的应用

利用整体毛细管X射线半会聚透镜对同步辐射X射线进行聚焦, 经透镜会聚的微焦斑直径在10μm量级, 焦斑位置处的功率密度增益在10³量级. 在5.5—11.5keV能量范围内, 透镜焦斑直径由38μm变为29μm, 透镜传输效率由26.1%变为20.5%, 焦斑的中心位置移动了3μm; 透镜的出口焦距变化了155μm. 在上述透镜性能研究的基础上, 研究了该微焦斑同步辐射在微区EXAFS(Extended X-ray Absorption Fine Structure)分析技术中的应用.     

Kinoform单透镜的硬X射线聚焦性能

Kinoform单透镜可以高效聚焦硬X射线至纳米量级, 在X射线纳米显微学和纳米光谱学领域有着重要的应用前景. 基于衍射光学和傅里叶光学理论, 给出了X射线经由Kinoform单透镜聚焦的物理模型, 基于数值模拟, 研究了不同材料、光子能量、台阶数量和顶点曲率半径对Kinoform单透镜聚焦性能的影响. 结果表明, 孔径为1 mm的Kinoform单透镜对30 keV的X射线聚焦, 可以得到14 nm焦斑、62 μm焦深, 且可实现4个量级的光强增益和大于30%的光强透过率.     

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.     

玻璃基底Wolter-1型X射线聚焦镜研制及测试

Wolter-1型X射线聚焦镜可将掠入射的X射线反射至焦平面处,具有较强的成像探测能力,在天文探测等领域中具有重要作用.通过建立几何模型对反射镜面及反射光线方程进行理论计算,推导出了适用于以玻璃为基底材料的聚焦镜设计参数方程,可用于对此类聚焦镜进行理论设计,依据理论设计,采用具有极高表面光洁度的超薄肖特D263T玻璃经热弯成型后作为反射镜基底,在反射镜表面制备金属铱薄膜作为反射膜研制了Wolter-1型反射镜组,并使用激光三维扫描仪对所研制的聚焦镜片面型进行了测试.测试结果显示,实际镜片面型与理想镜片面型公差在10 μm以内的测试点占总测试点的50%.通过搭建可见光条件下的焦斑测试系统,使用图像采集相机采集焦斑的灰度图像,通过图像分析软件分析计算该灰度图像的灰度分布来定量分析焦斑的能量分布情况,从而确定焦斑特性参数.实验结果显示：研制出的聚焦镜片焦距为1.6 m,焦斑的半能量包围直径为0.33 mm,对应角分辨率为0.7角分.     

软X射线光导纤维传输特性

 为优化设计软X射线聚束透镜，使之与软X射线源配合能最大限度地获得高强度软X射线束，在北京同步辐射装置软X光站3W1B束线上，对不同能量软X射线（50～1 500 eV）在不同规格毛细管光导纤维中的传输特性进行研究。研究结果表明：玻璃毛细管对软X光有较高的传输效率，毛细管内径越小，曲率越小，光子能量越小，则传输效率越大；使用含硼（B）量高的DM308型号玻璃材料拉制成内直径为0.45 mm﹑外直径为0.6 mm的毛细管组成的软X光聚束透镜有较高的传输效率，该规格毛细管可以将能量为250 eV的X射线传播方向改变26°后，其出射能量是入射能量的12%；使用由该规格毛细管设计的软X射线聚束透镜同软X射线点光源组合，收光角可以达到30°，透镜焦点处的功率密度是不使用透镜时的104倍。