[发明专利]硬X射线微聚焦用WSi2/Al0.98Si0.02多层膜Laue透镜

说明书

技术领域

本发明属于精密光学元件研究领域，应用于发展纳米级硬X射线显微聚焦技术，尤其是涉及一种硬X射线微聚焦用WSi₂/Al_0.98Si_0.02多层膜Laue透镜。

背景技术

X射线显微技术因其穿透性强、工作波长短、无损伤测量、元素灵敏度高等特点，被广泛应用于等离子体诊断、生物医学显微等研究领域。X射线显微成像系统的分辨率由它聚焦元件可获得的焦斑大小所决定。由于X射线的折射率n值接近1，衍射式聚焦元件相较于反射和折射式元件，实现X射线聚焦更为便捷。传统的衍射式聚焦元件为菲涅耳波带片。根据瑞利判据，菲涅耳波带片的分辨率取决于最外层带宽，且衍射效率随入射X射线能量增加而减小。因此为获得高效率和高分辨率的聚焦，需要尽可能增加波带片的高宽比。使用电子束刻蚀制备的波带片，分辨率可达12nm，但高宽比在30以内，适用于软X射线波段。使用溅射切片的方法可获得1000以上的高宽比，但分辨率在100nm量级。

为实现硬X射线波段的纳米聚焦，2004年美国Argonne国家实验室提出了多层膜Laue透镜(MLL)，在平面基底上，从最外层倒序镀制梯度结构的多层膜，再对其进行切片抛光装配，获得一维聚焦。将两片MLL正交放置，可获得二维聚焦。2011年，Argonne实验室使用两个正交放置的MLL在12keV波段获得了 25×27nm²的二维聚焦；2013年，Brookhaven实验室在相同波段获得了11nm的一维聚焦。

MLL是基于多层膜技术制备的一维波带片结构。多层膜沉积过程中应力的累加会大大降低可获得的口径大小，减小衍射效率；界面粗糙度、位置误差等成膜质量因素导致多层膜结构的不完美性，影响聚焦性能。限制了硬X射线显微成像系统的性能。

中国专利CN103151089A公开了硬X射线微聚焦多厚度比复合多层膜Laue透镜，针对透镜结构中，从中心到外层不同区域的局部光栅选择不同的膜层厚度比γ(以WSi₂/Si材料组合为例，γ＝dsi/(dWSi₂+dsi)：对中心区域周期较大的光栅选择较小的γ，减小应力；对外层区域周期较小的光栅选择相对较大的γ，保证衍射效率。并通过计算获得了γ为0.5的WSi₂/Si多层膜Laue透镜93％的衍射效率。而本发明选用的的WSi₂/Al_0.98Si_0.02材料在应力上优于WSi₂/Si材料，且可获得的衍射效率大于专利CN103151089A所设计的WSi₂/Si多厚度比复合多层膜Laue透镜，达到了γ为0.5的WSi₂/Si多层膜Laue透镜的99％。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种进一步提高 Laue透镜的口径和聚焦性能的硬X射线微聚焦用WSi₂/Al_0.98Si_0.02多层膜Laue透镜。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

硬X射线微聚焦用WSi₂/Al_0.98Si_0.02多层膜Laue透镜，该多层膜Laue透镜由 WSi₂层和掺杂2wt％Si的金属Al层交替镀制形成。

所述的多层膜Laue透镜的厚度比(一个膜层周期内，WSi₂层膜厚与总膜层厚度的比值)在0.1～0.9范围内。

所述的多层膜Laue透镜为倾斜式结构或楔形式结构。

倾斜式结构的多层膜Laue透镜为整体倾斜固定角度的透镜。

楔形式结构的多层膜Laue透镜为从透镜中心到外层的不同局部光栅分别倾斜对应的Bragg角，以完全满足Bragg条件的透镜。

所述的多层膜Laue透镜的结构采用以下方法确定：

(1)根据高通量显微实验应用时要求的能段、工作距离、聚焦成像分辨率和口径，选择WSi₂/Al_0.98Si_0.02多层膜Laue透镜的工作波长λ、焦距f和最外层带宽的厚度dr_out；

(2)多层膜Laue透镜在入射面处，膜层位置由公式(1)确定：