[发明专利]多层全内反射光学装置及其制造和使用方法

说明书

技术领域

本发明大体涉及光学器件，并且更具体而言，涉及多层光学装置及其制造方法。

背景技术

在基于X射线的成像和分析应用(诸如(但不限于)计算机断层扫描(CT)或X射线衍射)中，传统的X射线源会为成像和分析而产生足量的X射线；但是，超过99%的产生的X射线会在其中无法利用这些X射线来实现预期目的的方向中传播。未使用的X射线被源壳体或主要的X射线束准直器吸收。由于大部分产生的X射线未被用于预期目的，所以现有的X射线成像和分析应用会在被成像或分析的患者或样本处遭受不足的低X射线通量。

目前，可在市场上获得的光学装置从源中捕捉典型地1%或更少的未使用的X射线，并且沿合乎需要的方向使它们重新定向。因此，即使在X射线系统中采用可在市场上获得的光学装置之后，这些X射线也仍然未被使用。用于提高患者或样本上的X射线通量的现有技术的方法和目前可用的方法依赖于提高源中产生的X射线的数量。典型地通过增加冲击目标的电子束密度来提高X射线通量。虽然这种方法提供增强的通量值，但是对于照这样能产生的最大数量存在物理限制，该物理限制是目标材料所施加的。例如，当电子冲击目标且产生X射线时，如果产生的热没有足够快速地消散，则目标将蒸发或熔化。此外，通过使用这种增强电子束密度的方法，在目标完整性受到损害之前，X射线通量可比现有技术的现状提高仅大约50%。

在诸如医学CT或X射线衍射(例如，用于爆炸检测的行李扫描)的应用中，X射线束形状不是圆形对称的。在这种情况下，可通过使用多层全内反射(TIR)光学器件来提高患者或样本上的X射线通量，以使一些“未使用的”X射线重新定向到有用的方向中的一个中，诸如X射线束的圆锥方向。这样收集X射线束以及在一个方向中使其重新定向被称为一维压缩，并且可导致超过其它光学装置实现的增益超过几百倍的强度增益。在若干种情况下，例如用于减小心脏运动效果的心脏CT成像或使用X射线衍射来进行快速的行李扫描，其可具有甚至更高强度的X射线通量可为合乎需要的。

因而，提供能收集X射线且在圆锥方向之外的方向中使其重新定向以及提高患者或物体上的X射线通量的强度的光学装置将是合乎需要的。

发明内容

在一个实施例中，提供一种具有输入面和输出面的多层光学装置。该光学装置包括：具有第一实折射率1-δ₁和第一吸收系数                                               的高折射率材料层，其中，芯体包括第一表面和第二表面；具有第二实折射率1-δ₂和第二吸收系数的低折射率材料层；以及设置在高折射率材料层和低折射率材料层之间的分级区，该分级区包括具有第三实折射率1-δ₃和第三吸收系数的分级层，使得1-δ₁ > 1-δ₃ > 1-δ₂，其中，高折射率材料层、分级区和低折射率层中的一个或多个的至少一部分包括沿着第一方向的一个或多个波纹。

在另一个实施例中，提供一种制造光学装置的方法。该方法包括：提供具有共形地设置的高折射率层、分级区和低折射率层的第一多层区段，其中，高折射率层、分级区和低折射率层沿着第一轴线包括一个或多个波纹，以及其中，至少一个波纹沿着第二轴线弯曲；提供具有共形地设置的高折射率层、分级区和低折射率层的第二多层区段，其中，高折射率层、分级区和低折射率层沿着第一轴线包括一个或多个波纹，以及其中，至少一个波纹沿着第二轴线弯曲；以及将第一多层区段设置在第二多层区段上，使得第一多层区段的高折射率层和第二多层区段的高折射率层设置成邻近彼此。