CN103454071A

CN103454071A - 一种x射线组合折射透镜的聚焦性能测试方法

Info

Publication number: CN103454071A
Application number: CN2013103659618A
Authority: CN
Inventors: 乐孜纯; 董文
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Guangdong Gaohang Intellectual Property Operation Co ltd; Jiangsu Yier Heavy Industry Co ltd
Priority date: 2013-08-20
Filing date: 2013-08-20
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2033-08-20
Also published as: CN103454071B

Abstract

一种X射线组合折射透镜的聚焦性能测试方法，X射线光管/激光器、X射线组合折射透镜、X射线探测器件形成探测光路，包括如下步骤：（1）在显微镜下观察并制作标记标示X射线组合折射透镜的光轴；（2）将激光器移入探测光路，使得激光器与X射线组合折射透镜上的两个光轴标示线重合；（3）将激光器移出光路，同时X射线光管移入探测光路；（4）沿底座导轨纵轴方向移动金属丝，将金属丝横向移入探测光路；（5）将金属丝沿底座导轨纵轴方向向远离X射线组合折射透镜的方向移动，记录移动的位置坐标，重复步骤（4），记录X射线探测器件的探测值；（6）分析计算探测值，得到聚焦性能测试结果。本发明检测方便、大大减低成本、实用性良好。

Description

一种X射线组合折射透镜的聚焦性能测试方法

技术领域

本发明涉及X射线探测和成像领域，尤其是一种可以测量X射线组合折射透镜聚焦性能的方法。

背景技术

X射线组合折射透镜是一种基于折射效应的新型X射线聚焦器件，其理论聚焦光斑尺寸可达纳米量级，实际测试所得聚焦光斑尺寸通常在几个微米，并具有尺寸小、制作工艺简单、鲁棒性好、可批量加工的优点，适合高探测分辨率的X射线探测和成像系统；其次，X射线组合折射透镜覆盖的光子能量非常宽，因此基于它构架X射线探测和成像系统，适用于多种应用场合；最后由于其基于折射效应，因此在对X射线束聚焦时不需要折转光路，因此所形成的探测装置结构紧凑、尺寸小、重量轻。鉴于以上优点，X射线组合折射透镜有望在众多X射线探测和成像装置（包括X射线显微镜、X射线微探针、X射线衍射仪、X射线散射仪、X射线反射仪、X射线层析术、X射线投影光刻装置等等）获得应用。X射线组合折射透镜的聚焦性能是其作为X射线探测和成像系统核心器件的最重要的性能，因此发明测量X射线组合折射透镜聚焦性能的方法和装置极为重要。

因为X射线组合折射透镜是一种新型的X射线光学器件，迄今为止，尚无对其聚焦性能进行专门测试的装置，一般都是由该器件的研发者在同步辐射线束上对其聚焦性能进行实验研究和验证（乐孜纯，梁静秋，董文，等，高能X射线组合透镜聚焦性能的实验结果，光学学报，2006，26(2):317-320），但是同步辐射是超大型科学装置，运行维护费用极其昂贵，机时与需求相比非常稀缺，无法满足实际测试需求。

发明内容

为了克服已有X射线组合折射透镜聚焦性能测试方式的机构复杂、运行维护费用昂贵、实用性较差的不足,本发明提供了一种检测方便、大大减低成本、实用性良好的X射线组合折射透镜的聚焦性能测试方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种X射线组合折射透镜的聚焦性能测试方法，实现该方法的装置包括底座导轨、依次位于所述底座导轨上的调整台、X射线组合折射透镜、金属丝和X射线探测器件，X射线光管、激光器可横向移动地安装在所述调整台上，所述金属丝可横向移动和纵向移动地安装在底座导轨上，所述金属丝的尺寸要求是微米量级，所述X射线光管/激光器、X射线组合折射透镜、X射线探测器件形成探测光路，所述聚焦性能测试方法包括如下步骤：

（1）所述X射线组合折射透镜的光轴在制作时已经确定，在显微镜下观察并制作标记标示其光轴，以备激光校准时使用；

（2）将激光器移入探测光路，使得激光器与X射线组合折射透镜上的两个光轴标记线重合；

（3）将激光器移出光路，同时X射线光管移入探测光路；

（4）沿底座导轨纵轴方向移动金属丝，达到距离X射线组合折射透镜最近的位置，将金属丝横向移入探测光路，记录每次移动的位置坐标以及X射线探测器件的探测值；

（5）将金属丝沿底座导轨纵轴方向向远离X射线组合折射透镜的方向移动，记录移动的位置坐标，重复步骤（4），记录X射线探测器件的探测值；

（6）分析计算X射线探测器件的探测值，得到X射线组合折射透镜的聚焦光斑尺寸和光斑强度，得到聚焦性能测试结果。

进一步，调整台位于所述底座导轨的一侧，所述X射线光管、激光器可横向移动地安装在所述调整台上；将X射线光管和激光器安装在多维精密调整台上，精密调整并固定两个档位，保证机械轴与所述X射线光管和所述激光器的光轴平行。

更进一步，所述步骤（4）中，横向平移步长0.1～1微米，所述步骤（5）中，纵向平移步长0.5～5毫米。

本发明中，以X射线光管作为光源构建X射线组合折射透镜的测试装置，不仅可以满足实际测试需求，更可以探索和研发利用X射线光管作为光源的、基于X射线组合折射透镜的各种新型探测和成像系统，因此具有非常重要的意义。

本发明的有益效果主要表现在：1、发明了一种光源为X射线光管的X射线组合折射透镜聚焦性能测试方法，可以方便地对X射线组合折射透镜的聚焦性能进行测试；2、因为探测光源为小型化的X射线光管，也可以为研发基于X射线光管的X射线探测和成像系统提供技术基础；3、整个装置结构紧凑、尺寸小、重量轻，方便使用。

附图说明

图1是本发明X射线组合折射透镜聚焦性能测试装置的示意图，其中，1是X射线光管、2是激光器、3是多维精密调整台、4是X射线组合折射透镜、5是金属丝、6是X射线探测器件、7是底座导轨。

图2-1和2-2是二维聚焦X射线组合折射透镜的正视图和俯视图。具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1和图2，一种X射线组合折射透镜的聚焦性能测试方法，实现该方法的装置包括底座导轨7、依次位于所述底座导轨7上的调整台3、X射线组合折射透镜4、金属丝5和X射线探测器件6，X射线光管1、激光器2可横向移动地安装在所述调整台3上，所述金属丝5可横向移动和纵向移动地安装在底座导轨7上，所述金属丝5的尺寸要求是微米量级，所述X射线光管1/激光器2、X射线组合折射透镜4、X射线探测器件6形成探测光路，所述聚焦性能测试方法包括如下步骤：

（1）所述X射线组合折射透镜4的光轴在制作时已经确定，在显微镜下观察并制作标记标示其光轴，以备激光校准时使用；

（2）将激光器2移入探测光路，使得激光器2与X射线组合折射透镜4上的两个光轴标记线重合；

（3）将激光器2移出光路，同时X射线光管1移入探测光路；

（4）沿底座导轨7纵轴方向移动金属丝5，达到距离X射线组合折射透镜4最近的位置，将金属丝5横向移入探测光路，记录每次移动的位置坐标以及X射线探测器件6的探测值；

（5）将金属丝5沿底座导轨纵轴方向向远离X射线组合折射透镜4的方向移动，记录移动的位置坐标，重复步骤（4），记录X射线探测器件6的探测值；

（6）分析计算X射线探测器件的探测值，得到X射线组合折射透镜6的聚焦光斑尺寸和光斑强度，得到聚焦性能测试结果。

所述步骤（6）中，所述分析计算过程如下：

对于采用电离室作为X射线探测器件，每一次固定纵向位置后，记录纵向位置坐标，之后横向移动，每一次移动记录横向位置坐标和光强探测值，根据上述探测值，可以画出每一固定纵向位置坐标下的光强随横向位置坐标的变化曲线，该变化曲线就是光强分布，光强分布的半高全宽（FWHM，full width at half maximum）就是光斑的尺寸。沿底座导轨纵轴移动金属丝5，得到每个纵向位置坐标下的光强分布和光斑尺寸值，最小的光斑尺寸就是所述X射线组合折射透镜的聚焦光斑尺寸，对应的光强分布就是光斑强度。

进一步，调整台3位于所述底座导轨7的一侧，所述X射线光管1、激光器2可横向移动地安装在所述调整台3上；将X射线光管1和激光器2安装在多维精密调整台上，精密调整并固定两个档位，保证机械轴与所述X射线光管和所述激光器的光轴平行。

本实施例中，所述底座导轨7呈纵向布置；调整台3位于所述底座导轨7的一侧，所述X射线光管1、激光器2的光轴均呈纵向布置，所述X射线光管1、激光器2可横向移动地安装在所述调整台3上；待检测X射线组合折射透镜4位于所述底座导轨7的中部，所述待检测X射线组合折射透镜4的光轴呈纵向布置；所述X射线探测器件6位于所述底座导轨7的另一侧，所述X射线探测器6的光轴与所述X射线组合折射透镜4的光轴在同一直线上；所述X射线光管1或激光器2的出射端与所述待检测X射线组合折射透镜4的入射端呈相对设置，所述待检测X射线组合折射透镜4的出射端与X射线探测器件6呈相对设置；

在所述待检测X射线组合折射透镜4和X射线探测器件6之间的底座导轨7上可纵向移动地安装调节支架，所述调节支架上可横向移动地安装横向滑块，所述横向滑块上安装用于切割经X射线组合折射透镜聚焦后的探测光束的金属丝5，所述金属丝5的尺寸要求是微米量级。

所述底座导轨7的一侧安装第一支架，所述第一支架上安装所述调整台3，所述底座导轨7的中部安装用以放置待检测X射线组合折射透镜4的第二支架，所述底座导轨7的另一侧安装第三支架，所述第三支架上安装X射线探测器件6。所述第一支架、第二支架和第三支架可纵向移动地安装在所述底座导轨7上。

本发明中，第一支架在所述底座导轨上的纵向移动控制，所述X射线光管、激光器在所述调整台上的横向移动控制，第二支架在所述底座导轨上的纵向移动控制，第三支架在所述底座导轨上的纵向移动控制，调节支架在所述底座导轨上的纵向移动控制，所述横向滑块在所述调节支架上的横向移动控制；以上各种运动控制，可以采用手动控制，也可以采用电机控制或者其他驱动方式。

本实施例中，所述X射线光管1，作为发射X射线辐射的光源，所发射X射线光不可见。

所述激光器2，作为本发明光路校准光源，需选择可见光波段激光器（比如发射红光的He-Ne激光器），在校准X射线光管、X射线组合折射透镜和X射线探测器件同轴时使用。

所述多维精密调整台3，作为机械运行和调整机构，作用是保证X射线光管和激光器精确地移入移出光路。

所述X射线光管1和所述激光器2被装配在所述多维精密调整台3上，通过精密机械调整，使得X射线光管和激光器交替进入光路，当激光器移入光路时，是校准状态，利用可见光校准X射线组合折射透镜的光轴与本发明测试装置的光轴重合；当X射线光管移入光路时，是测试状态，对X射线组合折射透镜的聚焦性能进行测试。

所述X射线组合折射透镜4，是本发明中的被检目标，主要检测其聚焦性能。

所述金属丝5，在本发明中作为类似于刀口仪中刀口的功能，因此金属丝的尺寸要求在微米量级，测试时用其切割经X射线组合折射透镜聚焦后的探测光束，一般使用镍、铜、不锈钢、金等材料。

所述X射线探测器件6，用于记录当所述金属丝切割探测光束时光功率的变化，并以此得出所述X射线组合折射透镜的聚焦性能。

所述底座导轨7，其上装配有可沿导轨平移的多个支架，所述支架用于固定所述多维精密调整台、X射线组合折射透镜、金属丝、X射线探测器件。

所述待检测X射线组合折射透镜4的光轴需要预先标定，并在X射线组合折射透镜的表面沿其光轴制作标记，所述标记用于激光器2校准X射线组合折射透镜与探测光束同轴。

所述X射线光管1和激光器2需要预先装配在所述多维精密调整台上，并通过两个档位的调整保证所述X射线光管和激光器交替进入探测光路，所述多维精密调整台还具备对所述X射线光管和所述激光器分别进行位移和角度的精密微调功能。

所述固定金属丝5的调节支架和横向滑块，所述横向滑块具备将金属丝平行移入探测光路的功能，且平移步长0.1～1微米，所述调节支架具备沿底座导轨长轴方向精密平移的功能，且平移步长0.5～5毫米。

所述固定X射线探测器件6的第三支架，具备沿导轨长轴方向精密平移的功能，且平移步长0.5～5毫米。所述X射线探测器件6，选择能探测X射线束光强的探测器件，比如电离室。

Claims

1.一种X射线组合折射透镜的聚焦性能测试方法，其特征在于：实现该方法的装置包括底座导轨、依次位于所述底座导轨上的调整台、X射线组合折射透镜、金属丝和X射线探测器件，X射线光管、激光器可横向移动地安装在所述调整台上，所述金属丝可横向移动和纵向移动地安装在底座导轨上，所述金属丝的尺寸要求是微米量级，所述X射线光管/激光器、X射线组合折射透镜、X射线探测器件形成探测光路，所述聚焦性能测试方法包括如下步骤：

（1）所述X射线组合折射透镜的光轴在制作时已经确定，在显微镜下观察并制作标记，以备激光校准时使用；

（3）将激光器移出光路，同时X射线光管移入探测光路；

2.如权利要求1所述的X射线组合折射透镜的聚焦性能测试方法，其特征在于：调整台位于所述底座导轨的一侧，所述X射线光管、激光器可横向移动地安装在所述调整台上；将X射线光管和激光器安装在多维精密调整台上，精密调整并固定两个档位，保证机械轴与所述X射线光管和所述激光器的光轴平行。

3.如权利要求1或2所述的X射线组合折射透镜的聚焦性能测试方法，其特征在于：所述步骤（4）中，横向平移步长0.1～1微米，所述步骤（5）中，纵向平移步长0.5～5毫米。