X光学的重要突破——谈X光透镜

 自从1895年德国科学家伦琴发现X射线,迄今已近百年.在此期间,人们不仅认识到X射线是短波长(10^-2～10²（?）)的电磁波,它是怎样产生的,而且深入研究了它和物质的各种相互作用.在X射线物理发展的同时,X射线得到了广泛的应用.我们无需查阅那些浩如烟海的文献库,就能说出X射线的若干应用:X光诊断、X光治疗、X光分析、X光探伤…….本世纪70年代以前,X光设备有一个明显的弱点,就是X光束无法调控,我们不能改变X光束的传播方向,不能会聚X光,也得不到平行的X光束.     

X光透镜在μ-XRF分析中的应用

介绍了使用Ｘ光透镜得到的Ｘ光微束的基本特性及其在微束Ｘ荧光分析中的应用． The brief review for the characteristics of X raymicro beam obtained by using X ray focusing lens and its application in μ is given.     

整体X光透镜及其在X射线衍射技术中的应用

概述了整体Ｘ光透镜的物理性能及其在Ｘ射线衍射技术中的应用研究，介绍了所研制的新型衍射装置及其测量结果． The basic physical properties and applications in X ray diffraction technology for the monolithic capillary lens are described. The new designed diffraction facility and its measurment results are laso introduced.     

基于多毛细管X光透镜的数值模拟

为了优化多毛细管X光透镜的设计,利用旋转坐标系的方法建立子管方程,根据光线追迹原理建立了X射线在导管中传输的模型,直接求解一元四次方程得到X射线每次反射时与管壁的交点,从而追踪单根X射线的运动轨迹,并由大量X射线的总的运动规律得到X射线在单根导管中的传输规律,再由单根导管拓展到整个透镜。在此基础上编写程序,实现了对X光透镜的传输效率和光斑的模拟计算。为了验证模拟的准确性,对两个平行束透镜分别进行了实验测试和模拟。在8.05 ke V下,所测的传输效率为13.0%,模拟计算结果为14.2%。在对光斑的模拟中,模拟所得的光斑也与实验结果相符合。结果表明,模型的建立是合理的,在类似透镜的设计制造中有着潜在应用。     

整体X光透镜性能实验研究

利用高计数率探测器和低功率光源,在大的能量范围内,同时测量了整体X光透镜的传输效率和焦斑直径与能量的关系。实验结果表明：透镜的焦斑直径随着能量的升高而减小;对04-5-10-5透镜而言,在高于5．8keV的能量范围内,透镜的传输效率随着能量的升高而降低,在低于5．8keV的能量范围内,透镜的传输效率随着能量的升高而增加。通过测量不同能量的X射线在透镜会聚光束中的空间分布,研究了短出口焦距透镜的光晕现象,光晕会导致透镜焦斑直径增大和传输效率测量值的增加。利用轴向扫描法研究了整体X光透镜出口焦距和能量的关系,实验结果表明：会聚透镜的出口焦距随着X射线能量的升高而增加。     

毛细管X光透镜共聚焦技术在测厚中的应用

为了实现对薄膜和镀层材料厚度的微区无损分析,利用多毛细管X光会聚透镜和多毛细管X光平行束透镜设计并搭建了普通实验室X射线光源的共聚焦微束X射线荧光测厚仪,对该共聚焦测厚仪的性能进行了系统表征。利用该测厚仪测定了厚度约为25μm的Ni独立薄膜样品和压于硅基表面厚度约为15μm的Ni薄膜样品厚度,对应它们的相对测量误差分别为3.7%和6.7%。另外,还对厚度约为10μm Ni薄膜样品的厚度均匀性进行了测量。该共聚焦测厚仪可以对样品进行微区深度分析,并且具有元素分辨能力,从而使得该谱仪可以测量多层膜样品不同层的膜厚,在薄膜和镀层厚度表征领域具有潜在的应用。     

毛细管X光透镜共聚焦微束X射线荧光技术在胶囊类药品分析中的应用

为了对胶囊类药品进行无损分析鉴别,利用两个多毛细管X光透镜搭建了共聚焦微束X射线荧光谱仪,两个处在共聚焦状态的透镜形成共聚焦微元,探测器只能探测到来自该共聚焦微元中的X射线信号,这有利于分别对胶囊壳和其内部药物进行原位无损元素分析,从而辨别它们的种类。分析了4种胶囊类药品对应的X射线荧光谱特征,从荧光谱图上可以看出不同胶囊类药品有不同的X射线荧光谱,对应不同的元素组成,所以可以利用胶囊内部药物对应的X射线荧光谱鉴别胶囊类药品的种类。实验证明,利用共聚焦微束X射线荧光技术可以在不破坏胶囊壳的情况下对胶囊类样品进行无损原位分析,该技术在胶囊类药品种类和真伪鉴别中具有潜在应用价值。     

整体毛细管X光透镜在大气颗粒物单颗粒分析中的应用

对大气颗粒物进行单颗粒X射线荧光(XRF)分析,是一种识别大气颗粒物来源的有力手段.为了利用实验室X射线光源对大气颗粒物进行单颗粒XRF分析,建立了基于整体毛细管X光透镜和实验室X射线光源的微束X射线谱仪.透镜焦斑处的功率密度增益在103数量级,焦斑直径为30 μm左右.该微束X射线谱仪对Fe-Kα线的最小探测极限为0.7 Pg.在Mo靶光源电压和电流分别为30 kV和50 mA的条件下,利用该谱仪对直径为9 μm的大气颗粒物单颗粒进行XRF分析时,测谱时间在180 s左右.实验表明,基于毛细管X光透镜和实验室X射线光源的微束X射线分析技术在大气颗粒物单颗粒分析中有着潜在的应用价值.     

一种基于毛细管X光透镜的微型锥束CT扫描仪

活体小动物成像系统是疾病研究、新药开发的重要组成部分.其中,X射线微型锥束计算机断层成像(X-ray micro cone-beam computed tomography,Micro-CBCT)能实现数十至数百微米空间分辨率的解剖结构成像研究.Micro-CBCT成像仪的一个关键挑战是其空间和对比度分辨率主要取决于X射线源焦斑大小、探测器分辨率和系统几何结构等因素.为提高Micro-CBCT的空间分辨率、对比度分辨率和成像均一性,本文基于毛细管X光透镜研制了一款能够调控照射X射线束斑孔径的Micro-CBCT扫描仪,用于小动物成像研究.此系统由微焦斑X射线源、非晶硅平板探测器、旋转工作台和控制电脑组成,并采用Feldkamp-Daivs-Kress算法重建投影图像.对该系统的性能进行了测试,结果表明,系统在10%调制传递函数下的空间分辨率为9.1 lp/mm,提高了1.35倍.同时,由于毛细管X光透镜对低能X射线的吸收和散射抑制作用,实现了2倍以上的对比度增强,减轻了多色X射线束硬化效应引起的图像均一性恶化问题.应用该Micro-CBCT系统对麻醉小鼠进行了活体成像,验证了该系统在小...     

利用整体毛细管X光透镜会聚同步辐射

利用整体毛细管X光透镜和超环面镜的组合会聚了同步辐射.在8keV能量点, 利用超环面镜, 将面积为2.3×26mm²、竖直发散度和水平发散度分别近似为零和1.1mrad的光束会聚为面积为0.9×0.3mm²、水平和竖直 发散度分别为1.4mrad和0.1mrad的束斑, 然后利用整体毛细管X光透镜将上述束斑会聚为直径为21.4μm的焦斑, 焦斑处单位面积上的强度(功率密度)增益为59, 焦距为13.3mm, 该整体毛细管X光透镜在8keV能量点, 对上述 束斑的传输效率为7.9%     

自聚焦透镜列阵及其应用

介绍自聚焦透镜列阵的成像原理、制作工艺及设计方法,并就应用前景作一简要分析。     

二维胶体晶体刻蚀法及其应用

二维胶体晶体刻蚀法合成二维有序纳米颗粒阵列具有操作简单、成本低、易于实现规模化的优点，它可方便地控制纳米颗粒阵列的形态（即颗粒的间距、尺寸、形状甚至成分等），从而实现阵列性质的大范围调制。而二维胶体晶体的合成是这种刻蚀技术的关键，文章着重介绍其形成的基本过程、影响因素及其合成技术；概述胶体晶体刻蚀技术的应用，并对此进行展望。     

质子激发X光源及其应用

本文介绍了用质子束激发靶元素发射特征线的方法建立的高强度、准单色低能X光源的主要特征、物理性能及其实际应用。当K-400加速器提供的质子流指标为1mA/270keV时,在0.183-3keV之间的9个能点上,其相应源强可达10~(10)-10~(13)个/s数量级,为低能X光诊断技术的发展提供了必要条件。     

抛物面型X射线组合折射透镜聚焦性能的理论与实验研究

结合衍射理论和矩阵光学方法得出抛物面型X射线组合折射透镜的光学性能指标(包括其焦距的严格表达式、薄透镜近似的判定准则、透过率和有效孔径,以及极限聚焦光斑尺寸等).采用X射线深度光刻技术实际制作了PMMA材料抛物面型X射线组合折射透镜并给出了工艺测试结果.最后在北京同步辐射装置(BSRF)上,实际构建了基于3种不同结构参数的PMMA材料抛物面型X射线组合折射透镜的微束聚焦实验系统.并实际测试了其聚焦性能,均获得了良好的聚焦效果,给出实测结果并对实测结果进行了分析和讨论.     

波导短程透镜的实验研究

波导透镜是集成光路〔IO〕中的最基本元件,它在IO中的作用类似体光学光路中的透镜.IO光信号处理系统如集成光学声光频谱分析器、导波声光卷积器、相关器、调频脉冲压缩器和矩阵乘法器等.系统中都需要用波导透镜.波导短程透镜较其它形式的波导透镜具有孔径大、旋转对称、无色差和插入损耗小的特点,所以特别引人注意.     

二维X射线衍射及其应用研究进展

介绍了三维、一维和二维X射线衍射的有关概念,给出二维X射线衍射的定义:在X射线衍射实验中使用二维探测器,并对由二维探测器记录的二维象、二维衍射花样的数据进行处理分析和解释的X射线衍射方法称为二维X射线衍射术。之后,分四部分综述二维X射线衍射(2D-XRD)和散射及其应用的进展。1)单晶样品的二维衍射包括经典的劳厄法定向和用二维探测器(带衰减底片组件、CCD和IP等)的劳厄法测定晶体结构的单晶样品现代二维衍射术;2)随后,评述多晶样品二维衍射的衍射几何、实验装置,以及在物相鉴定、应力测定和织构测定方面应用的方法和基本公式;3)二维小角散射(2D-SAXS)也作了简介。4)把一维和二维衍射术作了较全面的比较和综合评论。     

模折射率透镜的研制

本文报道在K7玻璃衬底上制作光波导模折射率透镜的实验结果,包括透镜的设计、制备及性能的测量。     

柱面透镜和圆锥透镜的相息图

本文基于新近提出的计算全息透镜制备原理，对柱面透镜和圆锥透铁相息图作了计算。该方法的优点是当这类全息光学元件的有关参数发生变化时能进行灵活调整，无须进行重新设计。     

高能X射线组合透镜聚焦性能的实验结果

高能X射线组合透镜是一种基于折射效应的新型X射线光学元件。报道了这种新型X射线光学元件聚焦性能的最新实验结果。设计的高能X射线组合透镜为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料,包括40个相同的、顺序排布的平凹折射单元,折射单元的球面半径为200μm,组合透镜的几何口径约为500μm,长度约为8 mm,焦距约为1.3 m。简要描述了PMMA材料X射线组合透镜的制作技术和制作过程。并给出了X射线组合透镜聚焦性能测试实验系统和实验条件。最后给出8 keV单色X射线辐射下,PMMA材料X射线组合透镜的聚焦性能的测试结果,对实际测试结果进行了分析和讨论,得出结论,焦距等参量与理论计算结果基本吻合。     

应用哈密顿公式研究傍轴光学系统

论述用Ｌ定义光学的哈密顿Ｈ，并给出哈密顿公式的基本方程式，利用哈密顿方程式，在旋转对称的光学系统里追迹光线，并利用哈密顿公式得到折射面和透镜的简单结果。最后通过举例说明这个方法是可行的。