CN114815206A - 一种在线x光高分辨探测器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种在线X光高分辨探测器，包括X光记录元件、旋转台、显微物镜、激光器、二向色镜和图像记录装置，采用以上技术方案，X光记录元件采用氟化锂材质制成，在室温环境下，氟化锂被被14eV以上的X光辐照后，会产生不同类型的点缺陷，即：色心，其中部分色心的吸收能带和发射能带均位于可见光谱范围内，从而能够方便地进行读取；并且氟化锂的这些色心在室温环境下非常稳定，保证了测量的准确性；同时氟化锂的这些色心能够通过加热等方式轻松地破坏，使氟化锂实现重复利用，大大降低了成本；而且分辨率高达亚μm～1μm，探测面积达到100cm2以上，具有分辨率高和探测面积大的优点。

Description

一种在线X光高分辨探测器
技术领域
本发明涉及X光测量技术领域，具体涉及一种在线X光高分辨探测器。
背景技术
目前，惯性约束聚变、实验室天体物理、材料科学等多个实验领域，均利用高空间分辨X射线诊断技术对样品进行诊断。
当前的X光探测器共三种：X光胶片、X光CCD和成像板。但是，每一种X光探测器均存在一定的优势和不足，导致X射线诊断常常受限。
X光胶片的空间分辨约几μm，优点是探测面积很大，通常很容易达到几十cm2，而且成本较低。X光胶片的缺点是动态范围非常小，通常只有5-8bits，并且，X光胶片在辐照之后必须先使用暗室进行处理，再通过数字化的方式获得数据，导致X光胶片不能用于X光的在线测量。
X光CCD相对来说具有非常高的灵敏度和较大的动态范围，通常能够达到10-16bits，并且，读出过程简单，可用于X光的在线测量。但是，X光CCD的空间分辨最高只能达到8.2μm左右，并且，探测面积仅为几cm2，同时价格非常昂贵。
成像板的空间分辨约70-100μm，且探测面积不受限，同时成本较低。但是，成像板在辐照之后必须取下，使用专门的扫描仪读取数据，同样不能用于X光的在线测量，而且成像板记录信号后，形成的色心是亚稳态的，会随时间和光照而衰减，进而会对X射线诊断带来诸多限制。
解决以上问题成为当务之急。
发明内容
为解决以上的技术问题，本发明提供了一种在线X光高分辨探测器。
其技术方案如下：
一种在线X光高分辨探测器，其要点在于，包括X光记录元件、旋转台、显微物镜、激光器、二向色镜和图像记录装置，所述X光记录元件采用氟化锂材质制成，该X光记录元件安装在旋转台上，并能够在旋转台带动下往返于X光辐照位置和图像采集位置；
当X光记录元件在X光辐照位置接受X光辐照后，经旋转台从X光辐照位置转运至图像采集位置；然后所述激光器发射的激光先由二向色镜反射至显微物镜，再由显微物镜聚焦照射至X光记录元件上；最后所述X光记录元件发射的荧光先由显微物镜放大后，再由二向色镜透射后成像在图像记录装置上。
作为优选：所述图像采集位置设置有加热板，该加热板置于三维调节平台上，并能够在三维调节平台带动下盖板进行位置调节，所述旋转台能够将X光记录元件转运至加热板上。
采用以上结构，加热板对氟化锂材质的X光记录元件加热，能够轻松破坏氟化锂的色心，使X光记录元件能够重复利用，大幅降低了在线X光高分辨探测器的使用成本，并且通过将加热板设置在三维调节平台上，能够对氟化锂的位置进行三维调节，以配合显微物镜进行图像采集。
作为优选：所述激光器与二向色镜之间设置有扩束镜。
采用以上结构，扩束镜能够对激光器发射出的激光光束进行扩束，从而获得较粗的平行激光。
作为优选：所述二向色镜和图像记录装置之间设置有滤光元件。
采用以上结构，能够有效滤除带来干扰的杂散光，使图像记录装置记录的图像更为清晰，确保成像质量，利于后续的处理。
作为优选：所述激光器发射的激光波长为450nm，所述二向色镜的反射带为435nm-488nm、透射带为大于500nm，所述滤光元件用于滤除波长为450nm的光。
采用以上设计，二向色镜的反射带能够完全覆盖波长为450nm的激光，同时透射带可透射氟化锂色心发出的670和540nm波段，且由于氟化锂的F2色心和F3 +色心的吸收能带峰值均为450nm，同时F2色心和F3 +色心的发射能带峰值分别为670nm和540nm，因此均位于可见光谱范围内，从而能够方便地进行读取，并且氟化锂的F2色心和F3 +色心在室温环境下相当稳定，保证了测量的准确性。
作为优选：所述滤光元件为陷波片或长波通滤光片，能够精确可靠地滤除波长为450nm的光，且成本相对低廉。
作为优选：所述滤光元件和图像记录装置之间设置有像增强器。
采用以上结构，能够有效增强图像信号，使图像记录装置记录的图像更加清晰。
作为优选：所述X光记录元件为氟化锂晶体或氟化锂薄膜，简单可靠，易于装配。
作为优选：所述图像记录装置为CCD或CMOS。
采用以上结构，读出过程简单，便于在线测量。
作为优选：所述激光器为光纤激光器。
采用以上结构，体积较小，使整体结构更加紧凑。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
采用以上技术方案的一种在线X光高分辨探测器，X光记录元件采用氟化锂材质制成，在室温环境下，氟化锂被被14eV以上的X光辐照后，会产生不同类型的点缺陷，即：色心，其中部分色心的吸收能带和发射能带均位于可见光谱范围内，从而能够方便地进行读取；并且氟化锂的这些色心在室温环境下非常稳定，保证了测量的准确性；同时氟化锂的这些色心能够通过加热等方式轻松地破坏，使氟化锂实现重复利用，大大降低了成本；而且分辨率高达亚μm～1μm，探测面积达到100cm2以上，具有分辨率高和探测面积大的优点。
附图说明
图1为本发明的示意图；
图2为氟化锂的F色心示意图；
图3为氟化锂的F2色心示意图；
图4为氟化锂的F3 +色心示意图。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种在线X光高分辨探测器，其包括X光记录元件1、旋转台2、显微物镜3、激光器4、扩束镜5、二向色镜6、滤光元件7、像增强器8、图像记录装置9、加热板10和三维调节平台11。
其中，激光器4优选采用光纤激光器，具有体积小巧的优势，能够使在线X光高分辨探测器的整体结构更加紧凑。
X光记录元件1采用氟化锂材质制成，在室温环境下，氟化锂被被14eV以上的X光辐照后，会产生不同类型的点缺陷，即：色心，其中部分色心的吸收能带和发射能带均位于可见光谱范围内，从而能够方便地进行读取。具体地说，X光记录元件1为氟化锂晶体或氟化锂薄膜，简单可靠，易于装配。本实施例中，激光器4发射的激光波长为450nm，由于氟化锂的F2色心和F3 +色心的吸收能带峰值均为450nm，同时F2色心和F3 +色心的发射能带峰值分别为670nm和540nm，因此均位于可见光谱范围内，从而能够方便地进行读取，并且氟化锂的F2色心和F3 +色心在室温环境下相当稳定，保证了测量的准确性。
需要指出的是，请参见图2-图4，一些原来无色透明的碱卤晶体有时会变得有颜色，在一定条件下又会被“漂白”退色。晶体的奇异颜色所产生的吸收谱带的积分面积与晶体中的缺陷中心有关，于是出现了“颜色中心”一词，简称为“色心”。根据色心的命名规则，色心专指包含与正常晶格负离子电荷数相同数目的电子的负离子空位(由一个负离子空位俘获一个电子所组成)。在具有单电荷的极性晶体(如NaCl)中，色心是带一个电子的负离子空位；在具有两个电荷的极性晶体(如MgO)中，色心是带两个电子的负离子空位。单个点缺陷的聚集由一数字下标说明，例如三个相邻的F色心用F3表示。如果所带电荷与理想晶格不同，则缺陷记号加有上标。从空格位上看，色心呈弱正阳性，但从较大的范围上看，呈局部电中性。由于F色心呈弱正电性，可能再俘获一个电子而形成F-色心，一个纯的负离子空位则称为F+色心。故F2表示两个相邻的F色心，F3 +表示三个相邻的F色心、且具有一个纯的负离子空位。
其中，X光记录元件1安装在旋转台2上，并能够在旋转台2带动下往返于X光辐照位置A和图像采集位置B。其中，X光辐照位置A为X光记录元件1接受X光辐照的位置，图像采集位置B为显微物镜3的焦点位置。X光记录元件1在X光辐照位置A被X光辐照后，旋转台2翻转180°，将X光记录元件1翻转180°至图像采集位置B，等待激光器4发出的激发光源照射。
图像采集位置B设置有加热板10，旋转台2能够将X光记录元件1转运至加热板10上，通过加热板10对氟化锂材质的X光记录元件1进行加热，能够轻松破坏氟化锂的色心，使X光记录元件1能够重复利用，大幅降低了在线X光高分辨探测器的使用成本。具体地说，氟化锂的F2色心和F3 +色心在400℃时会被轻松破坏，冷却后氟化锂材质的X光记录元件1仍然可以继续使用，大幅降低了成本。
并且，加热板10置于三维调节平台11上，并能够在三维调节平台11带动下进行位置调节，从而实现对氟化锂位置的三维调节，以配合显微物镜3进行图像采集。
显微物镜3位于图像采集位置B与二向色镜6之间。具体地说，由于图像采集位置B为显微物镜3的焦点位置，因此，显微物镜3具有两个功能，一是将激光器4发射的激光聚焦照射至位于图像采集位置B的X光记录元件1上，二是放大X光记录元件1发射的荧光。
扩束镜5设置在激光器4与二向色镜6之间，扩束镜5能够对激光器4发射出的激光光束进行扩束，从而获得较粗的平行激光。
二向色镜6具有反射和透射的功能。反射：激光器4发射的激光由扩束镜5后通过二向色镜6反射向显微物镜3。透射：X光记录元件1发射的荧光由显微物镜3放大后通过二向色镜6透射向滤光元件7。具体地说，二向色镜6的反射带为435nm-488nm、透射带为大于500nm，滤光元件7用于滤除波长为450nm的光。因此，既能够将激光器4发射的波长为450nm的激光反射向显微物镜3，又能够将F2色心和F3 +色心的发射的波长为670nm和540nm的荧光透射向滤光元件7。
滤光元件7位于二向色镜6远离显微物镜3的一侧，即：滤光元件7设置在二向色镜6和图像记录装置9之间。滤光元件7优选采用陷波片或长波通滤光片，能够精确可靠地滤除波长为450nm的光，且成本相对低廉。
像增强器8设置在滤光元件7和图像记录装置9之间，像增强器8能够有效增强图像信号，使图像记录装置9记录的图像更加清晰。
图像记录装置9为CCD或CMOS，CCD或CMOS读出过程简单，便于在线测量。
本发明的工作原理：
当X光记录元件1在X光辐照位置A接受X光辐照后，经旋转台2从X光辐照位置A转运至图像采集位置B；然后激光器4发射波长为450nm的激光，由扩束镜5扩束后由二向色镜6反射至显微物镜3，再由显微物镜3聚焦照射至X光记录元件1上；接下来，X光记录元件1发射的荧光先由显微物镜3放大后，再由二向色镜6透射至滤光元件7，滤光元件7滤除波长为450nm的干扰光后，通过像增强器8增强图像信号，最后成像在图像记录装置9上，由图像记录装置9完成记录；同时，加热板10对氟化锂材质的X光记录元件1进行加热，能够轻松破坏氟化锂的色心，使X光记录元件1能够重复利用。
最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种在线X光高分辨探测器，其特征在于：包括X光记录元件(1)、旋转台(2)、显微物镜(3)、激光器(4)、二向色镜(6)和图像记录装置(9)，所述X光记录元件(1)采用氟化锂材质制成，该X光记录元件(1)安装在旋转台(2)上，并能够在旋转台(2)带动下往返于X光辐照位置(A)和图像采集位置(B)；
当X光记录元件(1)在X光辐照位置(A)接受X光辐照后，经旋转台(2)从X光辐照位置(A)转运至图像采集位置(B)；然后所述激光器(4)发射的激光先由二向色镜(6)反射至显微物镜(3)，再由显微物镜(3)聚焦照射至X光记录元件(1)上；最后所述X光记录元件(1)发射的荧光先由显微物镜(3)放大后，再由二向色镜(6)透射后成像在图像记录装置(9)上。
2.根据权利要求1所述的一种在线X光高分辨探测器，其特征在于：所述图像采集位置(B)设置有加热板(10)，该加热板(10)置于三维调节平台(11)上，并能够在三维调节平台(11)带动下进行位置调节，所述旋转台(2)能够将X光记录元件(1)转运至加热板(10)上。
3.根据权利要求1所述的一种在线X光高分辨探测器，其特征在于：所述激光器(4)与二向色镜(6)之间设置有扩束镜(5)。
4.根据权利要求1所述的一种在线X光高分辨探测器，其特征在于：所述二向色镜(6)和图像记录装置(9)之间设置有滤光元件(7)。
5.根据权利要求4所述的一种在线X光高分辨探测器，其特征在于：所述激光器(4)发射的激光波长为450nm，所述二向色镜(6)的反射带为435nm-488nm、透射带为大于500nm，所述滤光元件(7)用于滤除波长为450nm的光。
6.根据权利要求5所述的一种在线X光高分辨探测器，其特征在于：所述滤光元件(7)为陷波片或长波通滤光片。
7.根据权利要求4所述的一种在线X光高分辨探测器，其特征在于：所述滤光元件(7)和图像记录装置(9)之间设置有像增强器(8)。
8.根据权利要求1所述的一种在线X光高分辨探测器，其特征在于：所述X光记录元件(1)为氟化锂晶体或氟化锂薄膜。
9.根据权利要求1所述的一种在线X光高分辨探测器，其特征在于：所述图像记录装置(9)为CCD或CMOS。
10.根据权利要求1所述的一种在线X光高分辨探测器，其特征在于：所述激光器(4)为光纤激光器。
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