[发明专利]一种X射线微分相位衬度显微镜系统及其二维成像方法

权利要求书

1.一种X射线微分相位衬度显微镜系统，包括：用于产生X射线的光源；以及沿X射线传播方向依次设置的聚光镜、中心光阑、分束光栅、针孔、样品台、物镜、环形分析光栅和成像探测器，其中：

所述用于产生X射线的光源为单色X射线光源；

所述聚光镜为椭球毛细管、锥形毛细管、波带片或者其它具有聚焦功能的X射线光学元件，用于产生照明样品的聚焦光束；

所述中心光阑位于所述聚光镜出口中心，用于阻挡来自所述X射线光源的直通光，形成照明样品的空心锥光束；

所述分束光栅为周期为微米量级的吸收光栅，位于所述中心光阑后，用于对来自所述聚光镜和所述中心光阑的空心锥光束进行分束，使其成为具有空间周期结构的空心锥光束；

所述针孔位于所述分束光栅后，用于阻挡来自所述X射线光源的直通光和杂散光；

所述样品台位于物面，用于承载样品，并能平移和旋转样品；

所述物镜为波带片或其它具有X射线透镜成像功能的光学元件，用于把位于物面的具有纳米量级的样品结构，放大为像面上具有微米量级结构的像，使具有微米量级像素的成像探测器能拍摄样品的放大像，并使所述分束光栅被空心锥光束照明的环形部分在物镜后焦面附近形成环形光栅像及环形光栅像光束；

所述环形分析光栅为周期为微米或者亚微米量级的吸收光栅，位于所述物镜后焦面附近，其形状和尺寸与所述分束光栅在物镜后焦面附近的环形光栅像相同，用于对所述物镜后焦面附近的环形光栅像光束进行滤波；

所述成像探测器位于像面，用于拍摄样品的二维放大像。

2.根据权利要求1所述的X射线微分相位衬度显微镜系统，所述分束光栅和所述环形分析光栅的材质为金或其它重金属。

3.根据权利要求1所述的X射线微分相位衬度显微镜系统，在所述分束光栅和所述环形分析光栅厚度不大的情况下，分束光栅的厚度为π相移的奇数倍，环形分析光栅的厚度为π相移的偶数倍。

4.一种用于权利要求1-3任一项所述的X射线微分相位衬度显微镜系统的二维成像方法，包括如下步骤：

S1，开启并调整光源：使所述光源产生的X射线光束对准聚光镜；

S2，调整聚光镜、中心光阑和针孔：使聚光镜和中心光阑产生的空心锥光束对准所述样品台上承载样品位置，使中心光阑和针孔阻挡来自所述X射线光源的直通光和杂散光；

S3，调整物镜：使物镜聚焦形成的成像光束对准位于像面的成像探测器；

S4，馈入分束光栅：在聚光镜出口的中心光阑后，馈入分束光栅，使空心锥光束照明分束光栅的环形部分在物镜后焦面附近形成环形光栅像及环形光栅像光束；

S5，馈入并调整环形分析光栅：使环形分析光栅对准分束光栅在物镜后焦面附近形成的环形光栅像，调整环形分析光栅栅条方向，使环形分析光栅栅条平行于分束光栅栅条；

S6，测角度信号响应曲线：沿着垂直于光轴和光栅栅条方向逐步移动分束光栅，使分束光栅的环形光栅像相对环形分析光栅发生剪切位移，用成像探测器在像面测得亮度随环形光栅像位移变化的角度信号响应曲线；

S7，用余弦曲线拟合角度信号响应曲线：角度信号响应曲线类似于余弦曲线，用余弦曲线拟合测得的角度信号响应曲线，使其获得余弦曲线的解析表达；

S8，拍摄样品二维放大像：把分束光栅的环形光栅像分别固定在所述角度信号响应曲线的谷位、上坡位、峰位、下坡位，在样品台上放置样品，拍摄样品的谷位放大像、上坡放大像、峰位放大像、下坡放大像；

S9，提取样品在物空间的定量二维像：从样品的谷位放大像、上坡放大像、峰位放大像、下坡放大像中提取样品在物空间的吸收像、折射像和散射像；从四种放大像中的任意三种放大像中提取样品在物空间的吸收像、折射像和散射像。