[實(shí)用新型]一種跨接式納米聚焦X射線組合透鏡

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200820081869.3
• 申請日: 2008-01-07
• 公開（公告）號: CN201156443Y
• 公開（公告）日: 2008-11-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 樂孜純;董文;梁靜秋
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G21K1/06
• 分類號: G21K1/06
• 代理公司: 杭州天正專利事務(wù)所有限公司
• 代理人: 王兵;袁木棋

(一)技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于X射線微結(jié)構(gòu)光學(xué)器件，尤其是能對X射線實(shí)現(xiàn)納米尺度聚焦的微結(jié)構(gòu)X射線光學(xué)器件，適用于對高能X射線波段(＞5keV)輻射進(jìn)行一維聚焦和成像的場合。

(二)背景技術(shù)

X射線組合透鏡是A.Snigirev在1996年提出的一種適用于高能X射線波段(即X射線輻射能量超過5keV)的、基于折射效應(yīng)的X射線微結(jié)構(gòu)光學(xué)器件。具有不需要折轉(zhuǎn)光路、高溫穩(wěn)定性好且易冷卻、結(jié)構(gòu)簡單緊湊、對透鏡表面粗糙度要求低等優(yōu)點(diǎn)。在超高分辨率X射線診斷科學(xué)和技術(shù)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。近年來，基于X射線組合透鏡的各種X射線診斷技術(shù)研究非常活躍。比如用于樣本中元素分布測量的高能X射線熒光微層析實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)；利用鋁材料X射線組合透鏡的中子顯微鏡；以及用于單細(xì)胞檢測、化學(xué)微分析、早期胸部腫瘤檢測等的高能X射線實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)等等。

隨著上述應(yīng)用領(lǐng)域?qū)射線診斷技術(shù)的分辨率要求越來越高，需要X射線診斷光束的尺度越來越小，最好能達(dá)到亞微米甚至納米量級。然而，一般的X射線組合透鏡的焦斑通常在幾微米、十幾微米甚至幾十微米。因此，如何進(jìn)一步減小X射線組合透鏡的焦斑尺寸對改善X射線診斷系統(tǒng)的性能非常重要。

從理論上來看，減小X射線組合透鏡的焦斑尺寸，可以通過減小X射線組合透鏡中每一個(gè)透鏡單元的幾何口徑以及增加透鏡單元的數(shù)目來實(shí)現(xiàn)。然而減小透鏡單元的幾何口徑就意味著減小X射線組合透鏡的數(shù)值口徑，使得X射線組合透鏡集光能力變差。另一方面，增加X射線組合透鏡中透鏡單元的數(shù)目，則會使得X射線組合透鏡的吸收增加，也就是損耗大幅度增加。同時(shí)，透鏡單元數(shù)目越多，其光軸校準(zhǔn)越困難，如果使用光刻等微細(xì)加工技術(shù)來制作組合透鏡，透鏡單元數(shù)目的增加還要受到曝光區(qū)域尺寸的限制。

目前國內(nèi)尚未見關(guān)于納米聚焦X射線組合透鏡的報(bào)道，國際上實(shí)現(xiàn)X射線納米聚焦的已有技術(shù)是通過減小透鏡單元的幾何口徑來實(shí)現(xiàn)的(C.Schroer，et?al.，Appl.Phys.Lett.，2003，vol.82，pp1485-1487)。已有技術(shù)X射線組合透鏡中的透鏡單元采用拋物面形，其制作過程是先將組合透鏡用電子束刻蝕方法刻寫在Cr膜上，然后再用反應(yīng)性離子束刻蝕方法轉(zhuǎn)寫到Si材料上，完成組合透鏡的制作，組合透鏡中透鏡單元的幾何口徑的典型值是幾個(gè)微米，組合透鏡的厚度尺寸20微米，聚焦的焦斑尺寸約100納米。可見已有技術(shù)的X射線組合透鏡的數(shù)值口徑非常小，在幾個(gè)微米到十幾個(gè)微米的量級，因此集光能力很差，并進(jìn)而很大程度地影響了X射線輻射透過率。而且采用這種技術(shù)進(jìn)一步減小聚焦焦斑尺寸非常困難。其次，采用的制作技術(shù)為平面微制作技術(shù)，透鏡單元的幾何口徑越小則技術(shù)上的難度越大。此外，這種技術(shù)對Si材料的微細(xì)制作工藝較成熟，而對于其他材料限制較大。

(三)發(fā)明內(nèi)容

為了克服已有技術(shù)中組合透鏡集光能力差、X射線輻射透過率低、進(jìn)一步減小聚焦焦斑尺寸困難、制作技術(shù)工藝對材料限制大的缺點(diǎn)，以及為了進(jìn)一步減小X射線組合透鏡的焦斑尺寸，獲得納米量級X射線探測微束，滿足應(yīng)用領(lǐng)域?qū)射線診斷系統(tǒng)分辨率的需求，本實(shí)用新型提出一種集光能力強(qiáng)、X射線輻射透過率高、便于進(jìn)一步減小聚焦焦斑尺寸、適應(yīng)現(xiàn)有制作技術(shù)工藝的跨接式納米聚焦X射線組合透鏡。

本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種跨接式納米聚焦X射線組合透鏡，是一種使用兩級一維聚焦X射線組合透鏡跨接來實(shí)現(xiàn)納米聚焦的器件，包括一個(gè)一級X射線組合透鏡、一個(gè)二級X射線組合透鏡和一個(gè)光軸校準(zhǔn)器共同組成，所述一級X射線組合透鏡和二級X射線組合透鏡固定于所述光軸校準(zhǔn)器上，入射X射線束首先射入所述一級X射線組合透鏡，經(jīng)所述一級X射線組合透鏡聚焦并出射后，射入所述二級X射線組合透鏡再次聚焦。所述二級X射線組合透鏡與所述一級X射線組合透鏡之間間隔1毫米至8毫米之間，具體數(shù)值由所述一級X射線組合透鏡的焦斑尺寸和所述二級X射線組合透鏡的幾何口徑共同確定，所述一種跨接式納米聚焦X射線組合透鏡的焦斑意指從所述二級X射線組合透鏡出射光束的焦斑。