[实用新型]抛物面型二维聚焦X射线组合折射透镜

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种X射线微结构光学器件，适用于对高能X射线波段(＞5keV)辐射进行二维聚焦和成像的场合。

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。

最初的X射线组合透镜是采用计算机精密控制钻孔的方法，在铝金属材料上制作出几十至几百个顺序排布的圆柱状孔来实现的，对X射线进行一维聚焦，并利用其开展X射线探测和诊断技术研究。之后为了提高制作精度，多采用平面微制作技术(包括薄膜沉积，光学刻蚀、电子束刻蚀、离子束刻蚀等技术)制作截面形状为圆形、抛物面形、椭圆面形的X射线组合透镜，组合透镜材料扩展到铝、硅、锂、硼、碳、氧化铝、有机材料PMMA等等，聚焦的效果大幅度改善，只是这样的X射线组合透镜依然是一维聚焦的。然而，X射线探测和诊断技术应用领域，通常需要微米甚至亚微米量级的X射线探测光斑(即聚焦焦斑)，而不仅仅是聚焦焦线。因此必须发展能够对X射线辐射进行二维聚焦的X射线组合透镜。

目前二维聚焦的X射线组合透镜国内尚未见报道，国际上主要采取两种方式来达到对X射线二维聚焦的目的。一种是采用平面光刻技术，制作两个一维聚焦X射线组合透镜，将两个一维聚焦X射线组合透镜正交放置，分别对X射线束进行水平方向线聚焦和垂直方向线聚焦，以达到二维聚焦的目的(C.G.Schroer，et al.，Appl.Phys.Lett.，2003，vol.82，ppl485-1487)。该技术的缺点是：(1)一维聚焦X射线组合透镜本身是微结构器件，X射线又是不可见光，两个一维聚焦X射线组合透镜在系统中放置时，光轴校准极其困难；(2)两个一维聚焦X射线组合透镜共同完成二维X射线束聚焦，使得X射线束穿越透镜材料的长度约是一个组合透镜的两倍，X射线束损耗大幅增加；(3)两个一维聚焦X射线组合透镜的焦距必须按一定规则匹配，系统设计和装调都很复杂。另一种方法是首先制作旋转抛物面形的透镜折射单元模具，然后采用模压技术在铝材料上压制一个单个的组合透镜折射单元，将组合透镜折射单元一个一个顺序排列组合起来形成二维聚焦的X射线组合透镜，靠着每一个折射单元的旋转抛物面实现二维聚焦(B.Lengeler，et al.，Appl.Phys.Lett.，1999，vol.74，pp3924-3926)。该技术的缺点是：(1)采用精密机械制造技术，微结构尺寸不可能制作得很小，因此对X射线辐射的聚焦效率不可能很高；(2)组合透镜由一个一个分立的折射单元顺序排放组成，光轴对准极困难，光轴的偏差将引起组合透镜性能的降低；(3)基于精密机械制作技术的方法对于组合透镜的材料限制较大，通常只适用于机械加工性能好、延展性好的金属材料，比如铝材料；(4)用于压制折射单元的旋转抛物面模具制作非常困难，需要昂贵的特种加工装备。

发明内容

为了克服已有二维聚焦X射线组合折射透镜的光轴对准极其困难、聚焦效率不够高、制作工艺精度不够高、模具加工困难、透镜材料限制较大、系统设计和装调很复杂的不足，本实用新型提供一种光轴可高精度自校准、聚焦效率高、制作工艺精度高、透镜材料限制较小、系统设计和装配调试简便的抛物面型二维聚焦X射线组合折射透镜。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种抛物面型二维聚焦X射线组合折射透镜，包括玻璃基板和母镜，所述母镜安装在所述玻璃基板上，所述母镜包括母镜主体和在所述母镜主体上顺序间隔布置的截面为两条对称的抛物线形开口相接构成的第一抛物线形空腔和正方形空腔，各个第一抛物线形空腔的中心和正方形空腔中心均位于所述母镜主体的长度方向的同一直线上，所述第一抛物线形空腔设有用以对X射线进行折射以达到对X射线辐射沿第一抛物线形空腔短轴方向聚焦的第一抛物面，各个正方形空腔内嵌入子镜体，所述子镜体的截面呈正方形，所述子镜体正中设有两条对称的抛物线形开口相接构成的第二抛物线形空腔，所述第二抛物线形空腔设有用以对X射线进行折射以达到对X射线辐射沿第二抛物线形空腔短轴方向聚焦的第二抛物面，所述第一抛物面与所述第二抛物面相互呈正交结构。