[發明專利]用于軟X射線波段透射式Fibonacci薄膜透鏡及其設計、制備方法

有效

• 申請號: 201410150285.7
• 申請日: 2014-04-15
• 公開（公告）號: CN103886928B
• 公開（公告）日: 2017-01-11
• 發明（設計）人: 李巖;李曉莉;徐向晏
• 申請（專利權）人: 西安石油大學
• 主分類號: G21K1/06
• 分類號: G21K1/06
• 代理公司: 西安西達專利代理有限責任公司61202
• 代理人: 第五思軍

技術領域

本發明屬于光學透鏡技術領域，具體涉及一種用于軟X射線波段的透射式Fibonacci序列薄膜透鏡及其設計、制備方法。

背景技術

軟X射線光學（電磁波的波長在1～30納米之間）在能源、半導體及大規模集成電路、生物、醫學等諸多領域有著重要的應用。在軟X射線光學中，關鍵器件之一是能夠控制X射線方向并使其產生成像作用的元件。但是，由于在軟X射線波段，材料的折射率一般在0.6～1.1之間，特別是在這一波段中，材料對軟X射線均有很強的吸收作用，因而，到目前為止仍無法制作類似常規光學透鏡的元件來實現軟X射線的成像。當前，所能應用的主要X射線光學元件多是利用全反射以及衍射效應原理開發的可以使得X射線產生匯聚和衍射作用的器件【1.顧春時等.基于非周期多層膜的X射線成像研究.光子學報,35(6)，2006,881-885；2.黃秋實等.基于多層膜技術的硬X射線Laue透鏡衍射效率的理論研究。光子學報,38(9)，2009,2299-2304；3.樂孜純等。X射線成像光學的新進展：Bragg-Fresnel多層膜元件。光學精密工程，4(2)，1996，1－6】，如K-B鏡；透射式Fresnel波帶片；勞厄(Laue)透鏡；布喇格－菲涅爾(Bragg-Fresnel)多層膜元件等。這些光學元件由于利用的是全反射或衍射效應原理來實現軟X射線的匯聚作用，因而，要么存在著無法大角度入射，從而導致存在較嚴重的視場傾斜和慧差問題；要么存在著不便于聚焦等問題。特別是由于聚焦原理的限制，使得它們與傳統意義上的光學折射率透鏡完全不同。這使得一方面，這類光學元件無法像普通光學透鏡一樣來進行各種組合以獲得更好的成像質量。另一方面在使用上也會帶來很大的不便，例如，在半導體集成電路設計領域，由于受波長的影響，下一代光刻工藝需采用極紫外光刻技術（Extreme?Ultraviolet?Lithography，EUV），即以波長為10-14納米的極紫外光作為光源的光刻技術。然而，受限于當前軟X射線光學元件對軟X射線的匯聚原理，這使得EUV技術無法充分利用傳統光學光刻技術的基礎架構來降低芯片的生產成本。從而導致下一代芯片的研制成本大大增加。雖然，X射線聚束透鏡即可實現對X射線的匯聚，也可實現X射線的發散以及平行光的輸出。這已非常接近傳統光學透鏡的特性。然而，由于這種聚束透鏡是利用X射線在空心纖維導管內的全反射以及大量空心纖維導管的不同組合形狀來實現X射線的匯聚與發散作用，這導致這類透鏡的在制作和使用上也存在著較大的困難。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明的目的是提供一種用于軟X射線波段的透射式Fibonacci序列準周期結構薄膜透鏡及其設計、制備方法，具有結構簡單、成像精度高、設計制備方法簡單的特點。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：用于軟X射線波段的透射式Fibonacci薄膜透鏡，包括有Fibonacci薄膜系，Fibonacci薄膜系的一側表面為平面，另一側表面刻蝕成凹狀或凸狀對稱面結構。

所述的Fibonacci薄膜系的材料為原子量小于36的單元素材料或者由該單元素材料組成的化合物。

用于軟X射線波段透射式Fibonacci薄膜透鏡的設計方法，包括以下步驟：

1）確定透鏡的中心波長為Λ，選用兩種厚度均為d的材料A和B，材料A和B在原子量小于36的單元素材料或其化合物材料中選擇，由這兩種材料構成n級Fibonacci序列薄膜；材料A和B在波長范圍[ζ₁,ζ₂]內的折射率分別為n_A和n_B，其中，Λ滿足Λ∈[ζ₁,ζ₂]；

材料A和B的選擇利用如下的公式（1）進行