[发明专利]一种跨接式纳米聚焦X射线组合透镜

说明书

(一)技术领域

本发明属于X射线微结构光学器件，尤其是能对X射线实现纳米尺度聚焦的微结构X射线光学器件，适用于对高能X射线波段(＞5keV)辐射进行一维聚焦和成像的场合。

(二)背景技术

X射线组合透镜是A.Snigirev在1996年提出的一种适用于高能X射线波段(即X射线辐射能量超过5keV)的、基于折射效应的X射线微结构光学器件。具有不需要折转光路、高温稳定性好且易冷却、结构简单紧凑、对透镜表面粗糙度要求低等优点。在超高分辨率X射线诊断科学和技术领域有广泛的应用前景。近年来，基于X射线组合透镜的各种X射线诊断技术研究非常活跃。比如用于样本中元素分布测量的高能X射线荧光微层析实验系统；利用铝材料X射线组合透镜的中子显微镜；以及用于单细胞检测、化学微分析、早期胸部肿瘤检测等的高能X射线实验系统等等。

随着上述应用领域对X射线诊断技术的分辨率要求越来越高，需要X射线诊断光束的尺度越来越小，最好能达到亚微米甚至纳米量级。然而，一般的X射线组合透镜的焦斑通常在几微米、十几微米甚至几十微米。因此，如何进一步减小X射线组合透镜的焦斑尺寸对改善X射线诊断系统的性能非常重要。

从理论上来看，减小X射线组合透镜的焦斑尺寸，可以通过减小X射线组合透镜中每一个透镜单元的几何口径以及增加透镜单元的数目来实现。然而减小透镜单元的几何口径就意味着减小X射线组合透镜的数值口径，使得X射线组合透镜集光能力变差。另一方面，增加X射线组合透镜中透镜单元的数目，则会使得X射线组合透镜的吸收增加，也就是损耗大幅度增加。同时，透镜单元数目越多，其光轴校准越困难，如果使用光刻等微细加工技术来制作组合透镜，透镜单元数目的增加还要受到曝光区域尺寸的限制。

目前国内尚未见关于纳米聚焦X射线组合透镜的报道，国际上实现X射线纳米聚焦的已有技术是通过减小透镜单元的几何口径来实现的(C.Schroer，et al.，Appl.Phys.Lett.，2003，vol.82，pp1485-1487)。已有技术X射线组合透镜中的透镜单元采用抛物面形，其制作过程是先将组合透镜用电子束刻蚀方法刻写在Cr膜上，然后再用反应性离子束刻蚀方法转写到Si材料上，完成组合透镜的制作，组合透镜中透镜单元的几何口径的典型值是几个微米，组合透镜的厚度尺寸20微米，聚焦的焦斑尺寸约100纳米。可见已有技术的X射线组合透镜的数值口径非常小，在几个微米到十几个微米的量级，因此集光能力很差，并进而很大程度地影响了X射线辐射透过率。而且采用这种技术进一步减小聚焦焦斑尺寸非常困难。其次，采用的制作技术为平面微制作技术，透镜单元的几何口径越小则技术上的难度越大。此外，这种技术对Si材料的微细制作工艺较成熟，而对于其他材料限制较大。

(三)发明内容

为了克服已有技术中组合透镜集光能力差、X射线辐射透过率低、进一步减小聚焦焦斑尺寸困难、制作技术工艺对材料限制大的缺点，以及为了进一步减小X射线组合透镜的焦斑尺寸，获得纳米量级X射线探测微束，满足应用领域对X射线诊断系统分辨率的需求，本发明提出一种集光能力强、X射线辐射透过率高、便于进一步减小聚焦焦斑尺寸、适应现有制作技术工艺的跨接式纳米聚焦X射线组合透镜。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种跨接式纳米聚焦X射线组合透镜，是一种使用两级一维聚焦X射线组合透镜跨接来实现纳米聚焦的器件，包括一个一级X射线组合透镜、一个二级X射线组合透镜和一个光轴校准器共同组成，所述一级X射线组合透镜和二级X射线组合透镜固定于所述光轴校准器上，入射X射线束首先射入所述一级X射线组合透镜，经所述一级X射线组合透镜聚焦并出射后，射入所述二级X射线组合透镜再次聚焦。所述二级X射线组合透镜与所述一级X射线组合透镜之间间隔1毫米至8毫米之间，具体数值由所述一级X射线组合透镜的焦斑尺寸和所述二级X射线组合透镜的几何口径共同确定，所述一种跨接式纳米聚焦X射线组合透镜的焦斑意指从所述二级X射线组合透镜出射光束的焦斑。

所述一级X射线组合透镜朝向入射X射线束的表面和上表面，以及所述二级X射线组合透镜朝向所述一级X射线组合透镜的表面和上表面，都刻有宽2微米的标识线；所述光轴校准器与所述一级X射线组合透镜和所述二级X射线组合透镜接触的表面，刻有宽2微米的2条标识线，所述2条标识线之间间隔2微米。用于标识所述一级X射线组合透镜和所述二级X射线组合透镜在所述光轴校准器上的位置，以及用于校准所述一种跨接式纳米聚焦X射线组合透镜的光轴。