本文關(guān)鍵詞：硬X射線折射透鏡的納米聚焦特性研究

  更多相關(guān)文章： X射線光學 折射透鏡 納米聚焦 Kinoform 物理模型

【摘要】：X射線折射透鏡是基于光學折射原理的X射線聚焦和成像器件，它由多個頂點曲率半徑較大的凹透鏡或者單個頂點曲率半徑較小的Kinoform透鏡構(gòu)成。利用微機械加工或者半導體工藝，X射線折射透鏡通常被集成于一塊襯底材料上，有著結(jié)構(gòu)簡單、緊湊等優(yōu)點。與X射線反射和衍射聚焦器件相比較，X射線折射透鏡還有一些優(yōu)點，例如，安裝和調(diào)試簡單，對面型加工的粗糙度要求低，能夠工作在更高的光子能量等。由于以上優(yōu)點，X射線折射透鏡已廣泛應(yīng)用于各大同步輻射裝置，成為了X射線準直和聚焦的主要器件。另外，隨著科學研究對納米空間分辨率X射線分析技術(shù)的迫切需求，使得各種X射線聚焦器件的聚焦性能，尤其是焦斑尺寸備受關(guān)注。具有諸多優(yōu)勢的X射線折射透鏡已在全場納米成像和微束掃描探針中得到了應(yīng)用。未來，經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計的，具有納米，甚至亞納米焦斑，高透過率和光強增益的X射線折射透鏡有望成為高能硬X射線納米聚焦的首選器件。 本文主要研究X射線折射透鏡的聚焦性能和設(shè)計方法。建立了X射線折射透鏡的數(shù)值模擬研究平臺。設(shè)計了一種具有亞納米聚焦能力的折射透鏡，并采用數(shù)值模擬的方法驗證了設(shè)計結(jié)果。研究了X射線Kinoform單透鏡的聚焦性能，設(shè)計了具有高效納米聚焦能力的Kinoform單透鏡。提出了X射線彎曲折射透鏡和X射線薄片折射透鏡的設(shè)想，并做了初步的理論研究。論文取得的主要研究成果如下： 1.建立了折射透鏡聚焦X射線的物理模型和數(shù)值模擬研究平臺。該模擬研究平臺可以有效的驗證設(shè)計結(jié)果和分析聚焦性能，為后續(xù)研究奠定了基礎(chǔ)； 2.基于所建立的模擬研究平臺，首次實現(xiàn)了一種具有亞納米聚焦能力的硬X射線折射透鏡系統(tǒng)。該透鏡系統(tǒng)采用Kinoform單透鏡的孔徑與光束橫向尺寸逐級匹配的設(shè)計方案。模擬結(jié)果表明，該透鏡系統(tǒng)可實現(xiàn)0.92nm（FWHM）聚焦光斑、180nm焦深，同時可實現(xiàn)峰值增益高達49050倍，為接近原子分辨率的硬X射線納米探針提供了一種可能的實現(xiàn)方案； 3.較為系統(tǒng)地研究了X射線Kinoform單透鏡的聚焦特性。結(jié)果表明，孔徑為1mm的Kinoform單透鏡對30keV的X射線聚焦，可以得到14nm的焦斑、62μm的焦深、4個量級的光強增益和大于30%的光強透過率，，為X射線納米探針研究提供了一種高效聚焦X射線的設(shè)計方案。
【關(guān)鍵詞】：X射線光學 折射透鏡 納米聚焦 Kinoform 物理模型
【學位授予單位】：中國科學院研究生院（上海應(yīng)用物理研究所）
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TH74
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 緒論12-38
• 1.1 引言12-14
• 1.2 X射線顯微分析技術(shù)14-21
• 1.2.1 X射線顯微分析技術(shù)簡介14-16
• 1.2.2 X射線顯微分析技術(shù)在納米尺度研究中的應(yīng)用16-21
• 1.3 硬X射線聚焦器件的研究現(xiàn)狀及面臨的問題21-30
• 1.3.1 反射器件22-24
• 1.3.2 衍射器件24-26
• 1.3.3 折射器件26-27
• 1.3.4 硬X射線聚焦器件面臨的問題27-30
• 1.4 X射線折射透鏡的發(fā)展歷史30-36
• 1.5 本文的研究內(nèi)容和意義36-38
• 第二章 X射線折射透鏡的理論基礎(chǔ)38-60
• 2.1 物質(zhì)與X射線的相互作用38-41
• 2.1.1 物質(zhì)對X射線的折射38-39
• 2.1.2 物質(zhì)對X射線的衰減39-41
• 2.2 X射線折射透鏡的材料選擇41-43
• 2.3 X射線折射透鏡的基本理論43-53
• 2.3.1 單個X射線折射透鏡的理論分析43-47
• 2.3.2 X射線復合折射透鏡的理論分析47-53
• 2.4 X射線復合折射透鏡的性能參數(shù)53-57
• 2.4.1 焦距53-54
• 2.4.2 像距、放大率和像尺寸54
• 2.4.3 光強透過率54-55
• 2.4.4 有效孔徑和數(shù)值孔徑55
• 2.4.5 衍射極限像的尺寸55-56
• 2.4.6 分辨率56
• 2.4.7 光強增益56-57
• 2.5 康普頓散射對X射線復合折射透鏡聚焦性能的影響57-59
• 2.6 小結(jié)59-60
• 第三章 X射線折射透鏡的模擬算法與編程實現(xiàn)60-72
• 3.1 引言60-61
• 3.2 X射線光學器件模擬程序簡介61-63
• 3.3 X射線折射透鏡的數(shù)值模擬算法63-67
• 3.3.1 物理模型63-65
• 3.3.2 X射線衍射積分的算法65-67
• 3.4 編程實現(xiàn)67-70
• 3.5 小結(jié)70-72
• 第四章 亞納米硬X射線聚焦透鏡系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計72-88
• 4.1 X射線復合折射透鏡數(shù)值孔徑受限的因素分析72
• 4.2 孔徑逐級匹配透鏡的基本理論72-76
• 4.3 優(yōu)化設(shè)計76-83
• 4.4 模擬結(jié)果及分析83-87
• 4.5 小結(jié)87-88
• 第五章 Kinoform單透鏡的硬X射線聚焦性能研究88-104
• 5.1 引言88-89
• 5.2 X射線單折射透鏡在早期研究中面臨的困難89-90
• 5.3 X射線Kinoform單透鏡的物理模型90-93
• 5.4 優(yōu)化設(shè)計93-102
• 5.4.1 透鏡材料94-95
• 5.4.2 光子能量95-97
• 5.4.3 臺階數(shù)97-100
• 5.4.4 頂點曲率半徑100-102
• 5.5 小結(jié)102-104
• 第六章 彎曲透鏡和薄片透鏡聚焦硬X射線的設(shè)想及初步研究104-110
• 6.1 彎曲透鏡104-107
• 6.2 薄片透鏡107-108
• 6.3 小結(jié)108-110
• 第七章 總結(jié)和展望110-112
• 參考文獻112-124
• 攻讀學位期間撰寫論文情況124-126
• 致謝126-127

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 陳直;謝紅蘭;鄧彪;杜國浩;江懷東;肖體喬;;Toward one nanometer X-ray focusing: a complex refractive lens design[J];Chinese Optics Letters;2014年12期

本文編號：793926