[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

说明书

本发明公开了一种X射线微分相位衬度显微镜系统及其二维成像方法，所述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。本发明的有益效果是：该X射线微分相位衬度显微镜系统，仅在传统的X射线显微镜中增加分束光栅和环形分析光栅，就能实现相位衬度定量成像，具有结构简单、易于推广的优点。另外，可以将X射线光源、聚光镜、分束光栅集成为一个X射线环形栅源元件，则整个X射线微分相位衬度显微镜系统长度可以进一步缩短，不仅可以降低X射线显微镜系统的制造成本，而且光的利用效率也能进一步提高。

技术领域

本发明涉及纳米分辨X射线显微镜成像技术领域，尤其涉及X射线微分相位衬度显微镜系统及其二维成像方法。

背景技术

物质对X射线的作用可以用折射率代表，n＝1-δ+iβ，其中δ是折射率实部衰减率，β是吸收项。δ的物理意义是，经过单位长度物质的X射线相对于经过单位长度真空的X射线产生的波面移动；β的物理意义是经过单位长度物质的X射线产生的波幅下降。根据δ和β的物理意义，可得X射线经过一个样品后，其复振幅可以表达为其中

为经过样品的X射线相位相对经过相同长度真空的X射线相位的变化量，简称相移，l为X射线经过样品的路径；因为在样品外的积分值为零，所以积分的上下限可以扩展到无穷；

为吸收，μ为线性吸收系数。因为在硬X射线波段轻元素的δ比β大三个量级以上，所以相位变化有可能产生比吸收变化大得多的光强信号。荷兰科学家泽尼克(Zernik)是相位衬度成像的第一人。早在1935年，他就在可见光波段提出了相位衬度显微镜的理论和方法，为此他荣获了1953年的诺贝尔物理学奖。目前人们已经成功地将泽尼克相位衬度显微镜方法推广到以波带片作为物镜的X射线显微镜，研制成功利用相移环获得相位衬度的X射线相位衬度显微镜，如图1所示，该显微镜按照X射线传播方向依次包括X射线光源10、聚光镜1、中心光阑2、针孔3、样品台4、物镜5、相移环6和成像探测器7。然而，泽尼克发明的相位衬度成像存在明显的不足：其应用范围局限于吸收可以忽略的弱相位样品。当吸收不能忽略时，它不能区分吸收产生的光强响应和相移引起的光强响应；当样品不是弱相位物体，特别样品的相移超过π/4时，相移和光强响应的关系不再满足线性关系，光强响应将随着相位周期产生振荡。这些不足为定量研究样品密度结构带来困难。

发明内容

本发明的目的之一，提供一种能够定量研究样品密度结构的灵敏度高于传统吸收X射线显微镜的X射线微分相位衬度显微镜系统。

本发明的目的之二，提供一种用于所述高灵敏度的X射线微分相位衬度显微镜系统的二维成像方法。