[发明专利]一种X射线经过非均匀短程介质的传播的计算方法

说明书

本发明涉及一种X射线经过非均匀短程介质的传播的计算方法，包括以下步骤：S1将光源面分割成若干光源面面元，计算各个光源面面元内的X射线在入射面的复振幅，然后将所有光源面面元在入射面的复振幅相加，得到入射面上的总复振幅；S2以入射面的波矢法线方向作为X射线在入射面上的传播方向，沿光轴方向切割非均匀短程介质为若干切片，计算X射线沿切片的传播和X射线的波前调制，根据X射线与出射面的交点将出射面分割为若干出射面面元，由出射面面元分布确定出射面上的复振幅；S3计算各个出射面面元在焦平面的复振幅，然后将所有出射面面元在焦平面上的复振幅相加，得到焦平面上的总复振幅。

技术领域

本发明涉及同步辐射及自由电子激光光束线技术领域，更具体地涉及一种X射线经过非均匀短程介质的传播的计算方法。

背景技术

随着X射线技术的进步，波荡器电子束自然发散度不断降低，例如三代光源的发散度为10nmrad，衍射极限环和自由电子激光的发散度为0.1nmrad。低电子束发散度意味着高光子峰值亮度和高功率，这对光学元件的设计提出了新的挑战。在硬X射线波段(5KeV以上)，通常使用非均匀短程介质光学元件。该类元件具有聚焦，单色化，准直等功能，能够把X光从波荡器传输到实验站，满足不同的实验需求。非均匀短程介质光学元件主要有：复合折射透镜，Kinoform透镜，相位波带片等。复合折射透镜是基于折射原理，将多个双凹透镜沿光轴方向进行组合，可以将X射线聚焦到亚微米量级。该透镜具有使用灵活，不改变光路传播方向，工作能量高的优点。在复合折射透镜基础上，Kinoform透镜扣除X光波长整数倍长度的材料，Kinoform结构不改变聚焦特性，降低材料对X射线的吸收，具有高透过率的优点。相位波带片基于X光的相位调制，相邻半波片相位差为2π，在特定位置实现X光聚焦。以上元件都被广泛应用于同步辐射及自由电子激光的光束线站建设。

快速准确模拟X射线经过非均匀短程介质的传播，对于光束线的优化设计非常重要。现有技术中主要采用光束传播算法和薄透镜近似算法来处理X射线经过非均匀短程介质的传播，其中，光束传播算法基于波动光学，将介质切分成大量切片，然后利用角谱算法处理经过每个切片的传播，并考虑不均匀介质对X射线传播的相位调制，其计算精度虽然较高，但是计算效率低下；在处理二维聚焦光学元件中尤为明显，该算法几乎无法使用。薄透镜近似算法将光学元件近似为薄透镜，基于几何光学处理经过光学元件的传播，其计算速度快，但是计算精度差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种X射线经过非均匀短程介质的传播的计算方法，以精确高效地模拟X射线经过非均匀短程介质光学元件的传播。

本发明提供一种X射线经过非均匀短程介质的传播的计算方法，包括以下步骤：

S1：将光源面分割成若干光源面面元，计算各个光源面面元内的X射线在非均匀短程介质入射面的复振幅，然后将所有光源面面元在入射面的复振幅相加，得到入射面上的总复振幅；

S2：以入射面的波矢法线方向作为X射线在入射面上的传播方向，沿光轴方向切割非均匀短程介质为若干切片，计算X射线沿切片的传播和非均匀短程介质对X射线的波前调制，根据X射线与出射面的交点将出射面分割为若干出射面面元，由出射面面元分布确定出射面上的复振幅；

S3：计算各个出射面面元在焦平面的复振幅，然后将所有出射面面元在焦平面上的复振幅相加，得到焦平面上的总复振幅。

进一步地，每个光源面面元内的X射线在入射面上的复振幅由惠更斯菲涅尔原理计算得到，满足如下关系式：

z＝f₁(x,y)