[发明专利]一种X射线折射闪耀光栅及制备方法

说明书

本发明公开了一种X射线折射闪耀光栅，包括从下至上依次堆叠的数层光栅基板；任一光栅基板包括支撑基底，以及周期阵列排布、且结构相同的多个微纳棱柱。通过上述方案，本发明具有高衍射效率、高角色散率、高信噪比等优点，在X射线光学技术领域具有很高的实用价值和推广价值。

技术领域

本发明涉及X射线光学技术领域，尤其是一种X射线折射闪耀光栅及制备方法。

背景技术

硬X射线(光子能量10keV-100keV)具有极强的穿透能力，是诊断高温高密度等离子体状态的有效手段，也是进行多种物质结构解析的重要探针。硬X射线色散元件是各类X射线光谱诊断仪器、单色化束线及实验站的核心器件，实现色散、选能、分束等多种功能，在激光驱动惯性约束聚变、X射线天文、高能同步辐射、硬X射线自由电子激光等科学工程中，发挥着关键作用。晶体、多层膜镜等元件被广泛应用于硬X射线光束色散调控和谱学测量。随着X射线光子能量的提升，这些器件效率降低，系统准直难度增大，亟需探索发展新型X射线色散机制和元器件技术。

X射线透射光栅是一种重要的色散元件，相比晶体、多层膜等元件具有轻量化、集成化、光谱范围宽、衍射效率高、系统对准方便等优点,得到广泛的应用。但是，现有技术中的X射线光栅主要工作在软X射线能段,在硬X射线能段，所有已知材料的折射率实部都非常接近1，虚部非常小(～10-6)，这种相移吸收二元性给色散调控带来极大的困难。发展高效率、高分辨、高信噪比硬X射线透射光栅，是多个大科学工程迫切需要的，也是当前X射线光学和微纳加工领域的研究热点。

目前，国内外在X射线透射光栅和纳米器件的制备上做了许多的工作，透射光栅器件也展现了其轻量化、集成化的优势。但在硬X射线能段应用仍然存在着一系列瓶颈问题：首先，依靠栅条高度和高线密度实现X射线振幅和相位调制的色散方式将矛盾完全集中在高宽比参数上，随着X射线能点的提升，这种方法难以为继，过大的高宽比结构非常不稳定，容易坍塌，成品率低，给应用操作带来极大的困难；其次，传统透射光栅一个明显的缺陷就是0级占据了衍射能量的很大一部分，导致1级谱强度较低，信噪比不高，而硬X射线的直穿本底又会进一步降低信噪比。

因此，急需要提出一种高衍射效率、高角色散率、高信噪比的新型透射光栅元件。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种X射线折射闪耀光栅及制备方法，本发明采用的技术方案如下：

一种X射线折射闪耀光栅，包括从下至上依次堆叠的多层光栅基板；任一层光栅基板包括支撑基底，以及周期阵列排布、且结构相同的多个微纳棱柱。

进一步地，所述微纳棱柱周期阵列排布呈矩形点阵。

进一步地，所述光栅基板为透射光栅；所述X射线折射闪耀光栅的周向方向与X射线入射方向垂直，且微纳棱柱的截面法线与X射线入射方向垂直。

更进一步地，所述微纳棱柱的水平截面为三角形或梯形。

更进一步地，所述微纳棱柱的水平截面为三角形，且三角形的一边与光栅周期方向垂直。

更进一步地，所述微纳棱柱的水平截面为梯形，且梯形的上底、下底与光栅周期方向垂直；所述梯形的上底的长度小于下底的长度。

优选地，所述三角形与微纳棱柱周期阵列排布方向垂直的一边的两个底角α₁、α₂满足以下公式：

其中，m表示闪耀级次，λ表示所需闪耀的X射线波长，M表示每个周期内包含的棱柱数目，d表示光栅周期，n表示微纳棱柱在波长λ下的折射率实部。

优选地，所述梯形的下底的两个底角α₁、α₂满足以下公式：

mλ/d＝Mδ(1/tanα₁+1/tanα₂)

δ＝1-n