一種超高譜分辨的x射線掠入射顯微成像系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及等離子體診斷、X射線光學(xué)等領(lǐng)域，尤其涉及一種超高譜分辨的X射線 掠入射顯微成像系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在X射線診斷領(lǐng)域中，具有譜分辨的二維圖像診斷是一個重要的領(lǐng)域。目前，常用 的等離子體二維分布診斷主要分為針孔相機(jī)成像、彎晶成像及KB成像三種方式。
[0003] 針孔成像是最為常用的成像方法，但由于受數(shù)值孔徑限制，空間分辨和集光效率 低，同時(shí)能譜分辨是通過在光路中添加不同材料的濾片實(shí)現(xiàn)，由于濾片本身的能譜選擇帶 寬很寬，使得針孔成像方法的能量分辨很差。
[0004] 彎晶成像方法是使用一塊按照特定曲率彎曲的晶體對目標(biāo)進(jìn)行成像，X光采用小 角度入射的方式入射到晶體表面，其特點(diǎn)是譜分辨高，收光立體角大，收光效率高，空間分 辨能夠達(dá)到5um。但是球面彎晶在工作時(shí)子午焦點(diǎn)和弧矢焦點(diǎn)一般不重合，降低系統(tǒng)的空 間分辨，而非球面彎晶技術(shù)難度大，存在慧差等像差，同樣會降低有效探測范圍內(nèi)的空間分 辨，此外由于采用了小角度入射，使得彎晶占用的立體角較大，非常容易被實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的等離 子體碎片打壞。
[0005]KB成像系統(tǒng)采用兩塊相互正交的凹面反射鏡分別對物點(diǎn)在子午和弧矢方向進(jìn)行 聚焦，X光采用掠入射的方式入射到反射鏡表面，其特點(diǎn)是空間分辨率高，像差小，能夠達(dá)到 3um。實(shí)現(xiàn)能量分辨是通過在反射鏡表面上鍍多層膜。但是目前多層膜的能量分辨較差，一 般只能達(dá)到幾十eV，難以滿足實(shí)驗(yàn)需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的，就是為了解決上述問題，提供一種超高譜分辨的X射線掠入射顯 微成像系統(tǒng)。
[0007] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：一種超高譜分辨的X射線掠入 射顯微成像系統(tǒng)，包括兩塊掠入射曲面X光光學(xué)器件，分別命名為第一光學(xué)器件和第二光 學(xué)器件，第一光學(xué)器件和第二光學(xué)器件的光軸正交，由物點(diǎn)發(fā)出的X光經(jīng)過第一光學(xué)器件 反射，在子午方向?qū)崿F(xiàn)聚焦形成準(zhǔn)單色化的一維圖像，再經(jīng)過第二光學(xué)器件在弧矢方向?qū)?現(xiàn)分光并聚焦，形成高單色化的二維圖像，最后成像到記錄介質(zhì)上。
[0008] 上述超高譜分辨的X射線掠入射顯微成像系統(tǒng)，其中，所述第一光學(xué)器件為單層 膜反射鏡、多層膜反射鏡或彎晶，第二光學(xué)器件為彎晶。
[0009] 上述超高譜分辨的X射線掠入射顯微成像系統(tǒng)，其中，所述掠入射曲面X光光學(xué)器 件的面形為凹面面形。
[0010] 上述超高譜分辨的X射線掠入射顯微成像系統(tǒng)，其中，所述的第一光學(xué)器件為多 層膜反射鏡，第二光學(xué)器件為彎晶。
[0011] 上述超高譜分辨的X射線掠入射顯微成像系統(tǒng)，其中，所述第一光學(xué)器件的設(shè)置 方位相對于入射光具有3. 575°掠入射角，所述第二光學(xué)器件的設(shè)置方位相對于第一光學(xué) 器件的出射光具有36. 648°Bragg角。
[0012] 上述超高譜分辨的X射線掠入射顯微成像系統(tǒng)，其中，所述第一光學(xué)器件和第二 光學(xué)器件晶之間的距離設(shè)置為20mm，所述第一光學(xué)器件的基底曲率半徑為6300mm，所述第 二光學(xué)器件的彎曲半徑為529_。
[0013] 上述超高譜分辨的X射線掠入射顯微成像系統(tǒng)，其中，所述的第一光學(xué)器件為彎 晶，第二光學(xué)器件為彎晶。
[0014] 上述超高譜分辨的X射線掠入射顯微成像系統(tǒng)，其中，所述第一光學(xué)器件的設(shè)置 方位相對于入射光具有14. 308°Bragg角，所述第二光學(xué)器件的設(shè)置方位相對于第一光學(xué) 器件的出射光具有14. 308°Bragg角。
[0015] 上述超高譜分辨的X射線掠入射顯微成像系統(tǒng)，其中，所述第一光學(xué)器件和第二 光學(xué)器件晶之間的距離設(shè)置為20mm，所述第一光學(xué)器件的基底曲率半徑為1628mm，所述第 二光學(xué)器件的基底曲率半徑為1781mm。
[0016] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)：
[0017] 1.X光采用掠入射的形式進(jìn)入成像系統(tǒng)，相比普通彎晶成像具有更大的Bragg角， 能夠用于更高能的X射線成像。
[0018] 2.系統(tǒng)的收光立體角小，能夠有效地防護(hù)實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的等離子體碎片，實(shí)用性大 大加強(qiáng)。
[0019] 3.采用了兩塊光軸正交的曲面X光光學(xué)器件在子午和弧矢方向分別進(jìn)行聚焦，有 效地減小了系統(tǒng)的像差，提高了系統(tǒng)的空間分辨。
【附圖說明】
[0020] 圖1、圖2為本發(fā)明實(shí)施例1的光路示意圖，其中圖1為正視圖，圖2為俯視圖；
[0021] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中數(shù)值模擬所采用的光源示意圖（單位：mm);
[0022] 圖4為實(shí)施例1中模擬所采用的光源中每組光源點(diǎn)的局部放大圖；
[0023] 圖5為實(shí)施例1中數(shù)值模擬得到的像空間分布（單位：mm);
[0024] 圖6至圖13為像圖5中a組至h組成像情況的局部放大圖；
[0025] 圖14、圖15為本發(fā)明實(shí)施例2的光路示意圖，其中圖14為正視圖，圖15為俯視 圖；
[0026] 圖16為利用X-射線仿真軟件SHADOW對實(shí)施例2進(jìn)行模擬時(shí)所采用的光源示意 圖（單位：mm);
[0027] 圖17為利用X-射線仿真軟件SHADOW對實(shí)施例2進(jìn)行模擬得到的像空間分布（單 位：mm);
[0028] 圖18為利用X-射線仿真軟件SHADOW對實(shí)施例2進(jìn)行模擬得到的帶寬曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 實(shí)施例1
[0030] 圖1、圖2為本發(fā)明實(shí)施例1的光路示意圖，第一光學(xué)器件1采用多層膜反射鏡， 第二光學(xué)器件2采用彎晶，多層膜反射鏡和彎晶的光軸正交，由物點(diǎn)發(fā)出的X光經(jīng)過多層膜 反射鏡，在子午方向?qū)崿F(xiàn)聚焦形成準(zhǔn)單色化的一維圖像，再經(jīng)過彎晶在弧矢方向?qū)崿F(xiàn)聚焦， 并經(jīng)過彎晶分光，形成高單色化的二維圖像，最后成像到記錄介質(zhì)上。系統(tǒng)主要參數(shù)根據(jù)常 規(guī)ICF診斷要求選取，具體參數(shù)如下：工作能點(diǎn)2. 5keV，物距142. 5mm，反射鏡和彎晶的間距 20mm，像距2850mm，放大倍率20倍，視場0? 4臟，系統(tǒng)集光立體角9. 6X10_6Sr，能量分辨為 leV。其中，2. 5keV能點(diǎn)對應(yīng)反射鏡的掠入射角5為3. 575°，基底曲率半徑6300mm，反射率 65 %，工作區(qū)域3.6mmX0. 85mm。2. 5keV對應(yīng)彎晶的Bragg角6為36. 648°，晶體彎曲半徑 529mm，反射率20%，工作區(qū)域1. 7mmX0. 24mm。對系統(tǒng)的空間分辨率進(jìn)行了數(shù)值模擬，模擬 時(shí)光源采用在直徑0. 4mm圓周上平均分布的八組理想點(diǎn)光源（見圖3)，每組包含間距2微 米的四個光源點(diǎn)（見圖4)。圖5為經(jīng)過模擬得到的像空間分布，圖6至圖13分別為a組至 h組成像情況的局部放大圖?？梢钥吹剑到y(tǒng)在視場0. 4_內(nèi)理論空間分辨率可達(dá)2微米， 系統(tǒng)集光效率為1.2X10'
[0031] 圖1、圖2中所示，3為入射光，4為出射光。
[0032] 實(shí)施例2
[0033] 圖14、圖15為本發(fā)明實(shí)施例2的光路示意圖，本實(shí)施例的第一光學(xué)器件1和第二 光學(xué)器件2均選用球面彎晶，選擇Si(111)晶面作為彎晶反射面，根據(jù)Bragg原理，該晶面 在8keV掠入射角（即Bragg角）為14. 308°。詳細(xì)參數(shù)及光學(xué)元件參數(shù)見表1、表2。
[0034]表1
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種超高譜分辨的X射線掠入射顯微成像系統(tǒng)，其特征在于：包括兩塊掠入射曲面 X光光學(xué)器件，分別命名為第一光學(xué)器件和第二光學(xué)器件，第一光學(xué)器件和第二光學(xué)器件的 光軸正交，由物點(diǎn)發(fā)出的X光經(jīng)過第一光學(xué)器件反射，在子午方向?qū)崿F(xiàn)聚焦形成準(zhǔn)單色化 的一維圖像，再經(jīng)過第二光學(xué)器件在弧矢方向?qū)崿F(xiàn)分光并聚焦，形成高單色化的二維圖像， 最后成像到記錄介質(zhì)上。
2. 如權(quán)利要求1所述的超高譜分辨的X射線掠入射顯微成像系統(tǒng)，其特征在于：所述 第一光學(xué)器件為單層膜反射鏡、多層膜反射鏡或彎晶，第二光學(xué)器件為彎晶。
3. 如權(quán)利要求1所述的超高譜分辨的X射線掠入射顯微成像系統(tǒng)，其特征在于：所述 掠入射曲面X光光學(xué)器件的面形為凹面面形。
4. 如權(quán)利要求1所述的超高譜分辨的X射線掠入射顯微成像系統(tǒng)，其特征在于：所述 的第一光學(xué)器件為多層膜反射鏡，第二光學(xué)器件為彎晶。
5.如權(quán)利要求4所述的超高譜分辨的X射線掠入射顯微成像系統(tǒng)，其特征在于：所述 第一光學(xué)器件的設(shè)置方位相對于入射光具有3. 575°掠入射角，所述第二光學(xué)器件的設(shè)置 方位相對于第一光學(xué)器件的出射光具有36. 648° Bragg角。
6. 如權(quán)利要求4所述的超高譜分辨的X射線掠入射顯微成像系統(tǒng)，其特征在于：所述 第一光學(xué)器件和第二光學(xué)器件晶之間的距離設(shè)置為20mm，所述第一光學(xué)器件的基底曲率半 徑為6300mm，所述第二光學(xué)器件的彎曲半徑為529_。
7. 如權(quán)利要求1所述的超高譜分辨的X射線掠入射顯微成像系統(tǒng)，其特征在于：所述 第一光學(xué)器件為彎晶，第二光學(xué)器件為彎晶。
8. 如權(quán)利要求7所述的超高譜分辨的X射線掠入射顯微成像系統(tǒng)，其特征在于：所述 第一光學(xué)器件的設(shè)置方位相對于入射光具有14. 308°Bragg角，所述第二光學(xué)器件的設(shè)置 方位相對于第一光學(xué)器件的出射光具有14. 308°Bragg角。
9. 如權(quán)利要求7所述的超高譜分辨的X射線掠入射顯微成像系統(tǒng)，其特征在于：所述 第一光學(xué)器件和第二光學(xué)器件晶之間的距離設(shè)置為20mm，所述第一光學(xué)器件的基底曲率半 徑為1628mm，所述第二光學(xué)器件的基底曲率半徑為1781mm。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種超高譜分辨的X射線掠入射顯微成像系統(tǒng)，它包括兩塊掠入射曲面X光光學(xué)器件，分別命名為第一光學(xué)器件和第二光學(xué)器件，第一光學(xué)器件和第二光學(xué)器件的光軸正交，由物點(diǎn)發(fā)出的X光經(jīng)過第一光學(xué)器件反射，在子午方向?qū)崿F(xiàn)聚焦形成準(zhǔn)單色化的一維圖像，再經(jīng)過第二光學(xué)器件在弧矢方向?qū)崿F(xiàn)分光并聚焦，形成高單色化的二維圖像，最后成像到記錄介質(zhì)上。本發(fā)明的超高譜分辨的X射線掠入射顯微成像系統(tǒng)具有空間分辨高，能量分辨好，像差小的特點(diǎn)，很好的克服了傳統(tǒng)X射線顯微鏡的缺點(diǎn)。
【IPC分類】G01N23-00
【公開號】CN104819987
【申請?zhí)枴緾N201510155700
【發(fā)明人】丁永坤, 曹柱榮, 鄧博, 陳韜, 安寧, 王秋平, 江少恩
【申請人】中國工程物理研究院激光聚變研究中心
【公開日】2015年8月5日
【申請日】2015年4月2日