[发明专利]一种高分辨率高集光效率的X射线显微成像光学结构

说明书

本发明公开了X射线光学技术领域的一种高分辨率高集光效率的X射线显微成像光学结构，包括开放式旋转双曲面镜、开放式旋转椭球面镜、成像探测器和成像物平面；建立光学结构的方法如下：建立空间直角坐标系，将开放式旋转双曲面镜和开放式旋转椭球面镜置于空间直角坐标系的第八象限，其中，开放式旋转双曲面镜与开放式旋转椭球面镜保持相近的掠入射角度；开放式旋转双曲面镜与开放式旋转椭球面镜保持同轴共焦点；调节开放式旋转双曲面镜和开放式旋转椭球面镜之间的角度，确定双曲面焦点和椭球面焦点的位置；双曲面焦点和椭球面焦点均位于空间直角坐标系的x轴上，成像物平面位于双曲面焦点处，成像探测器位于椭球面焦点处。

技术领域

本发明属于X射线光学技术领域，具体是一种高分辨率高集光效率的X射线显微成像光学结构。

背景技术

在激光惯性约束聚变中，高精密的X射线成像诊断设备或技术已经成为深入理解内爆过程和定量化反演内爆参数的关键。在辐照均匀性、内爆压缩对称性、流体力学不稳定性以及燃料混合等多个物理问题的研究中发挥重要作用。

目前在惯性约束聚变诊断中得到应用的X射线成像类诊断设备主要包括针孔相机、Kirkpatrick-Baez(KB)显微镜、Wolter显微镜以及球面弯晶等。针孔相机和KB显微镜的空间分辨率受光学构型制约，被限制在5～10μm，集光立体角分别被限制在～10^-8sr和～10^-7sr量级。传统的封闭式Wolter显微镜构型可以获得理论上的高空间分辨率，但由于难以实现小口径封闭式内表面超光滑反射镜的加工，难以获得符合成像要求的反射镜面型和表面粗糙度，所以难以发挥出高分辨成像的优势。球面弯晶主要作为一种单色化成像技术手段，其空间分辨率被限制在～5μm，难以进一步提升。综上所示，现有X射线成像诊断设备的空间分辨率受光学构型及关键光学元件加工能力制约，空间分辨率被限制在5～10μm，难以满足惯性约束聚变对高精密X射线成像诊断的需求。

中国专利公布号CN 102945688 A提出一种X射线KBA显微成像系统，该系统包括物镜M1、物镜M2、物镜M3、物镜M4、光学棱镜块N1及光学棱镜块N2，其中在子午方向上的物镜M1和物镜M2的工作反射面顶靠在光学棱镜块N1具有夹角η1的两个相邻面T1面和T2面上，在弧矢方向上的物镜M3和物镜M4的工作反射面顶靠在光学棱镜块N2具有夹角η2的两个相邻面T3面和T4面上。

但是，上述技术方案中，采用的是球面反射镜的KBA构型，子午和弧矢方向分别聚焦成像，每个聚焦方向的两块球面反射镜具有相同的曲率半径，上述技术方案提出的KBA结构在子午和弧矢聚焦方向上互成孔径光阑，形成小通光区域，不具备高集光效率的特点，因此，有必要提出一种高分辨率高集光效率的X射线显微成像光学结构。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种高分辨率高集光效率的X射线显微成像光学结构。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种高分辨率高集光效率的X射线显微成像光学结构，包括开放式旋转双曲面镜、开放式旋转椭球面镜、成像探测器和成像物平面；建立光学结构的方法如下：建立空间直角坐标系，将开放式旋转双曲面镜和开放式旋转椭球面镜置于空间直角坐标系的第八象限，调节开放式旋转双曲面镜和开放式旋转椭球面镜之间的角度，确定双曲面焦点和椭球面焦点的位置；双曲面焦点和椭球面焦点均位于空间直角坐标系的x轴上，成像物平面位于双曲面焦点处，成像探测器位于椭球面焦点处。

开放式旋转双曲面镜和开放式旋转椭球面镜镜长均为5～200mm，镜宽均为2～20mm，面型精度rms值均为λ/10～λ/100，粗糙度均大于0.3nm。

空间分辨能力与垂轴像差呈负相关，垂轴像差表达式如下：

其中，σ是视场角，可以近似根据σ＝q/u计算得出，q是物方视场的垂轴距离，u是从物点至开放式旋转双曲面镜和开放式旋转椭球面镜中心的物距，K₁和K₂分别为拟合系数；