CN1317802A - 记录离轴x射线全息图的装置 - Google Patents

Abstract

一种记录离轴X射线全息图的装置，包括置于外壳内的真空腔里有X射线源，X射线源发射的X射线通过双波带片分成参考束和物束两束X射线，待测样品放置在物束的焦点前或焦点后，参考束与物束相交重叠构成干涉场。在干涉场区域内置有接收器，接收器将接收到的干涉信号输入计算机内，重构出三维全息图。成功地实现了将X射线分束及交迭，记录下无“孪生像”的全息图。

Description

记录离轴X射线全息图的装置

本发明是关于一种记录离轴X射线全息图的装置。

全息术是一种双光束干涉过程，即将物体的特定波前以干涉条纹形式记录下来，然后利用光的衍射原理，再现记录时的波前。

由于X射线波长远小于可见光，可获得比可见光高得多的分辨率；又因X射线的穿透性较强，因此许多对可见光“不透明”的物体对X射线变得“透明”，因此，X射线全息术对自然科学及生命科学领域都有着其它成像手段无可比拟的优点：

1．可以获得生物样品的高分辨率的三维信息，对于X射线全息图而言，它不但记录了样品的表面信息，而且记录了样品深部的信息。它不但可以用光学方法观察经过放大的全息像，而且可以用计算机进行数字重现，得到一系列从不同角度观察的深度各异的平面断层图像。若用电子显微镜获得平面断层图像，需要对样品进行切片。

2．可用于对厚样品内部进行无损检测，这是其它各种探测技术所不具备的。

自1952年，巴而兹(Balz)把全息术的思想推广到X射线领域以来，在以后长达30多年的时间里，由于缺少高亮度的X射线源和必需的光学元件，以及高分辨记录介质，X射线全息在实验上没有取得较大的进展。

近年来，随着同步辐射技术的迅猛发展，和高分辨率记录介质(PMMA)的出现，为X射线全息提供了技术基础，从而该领域获得了一系列的进展：

1986年，豪威尔斯(Howells)等在布鲁克海文(Brookhaven)国家实验室，用高分辨率的光刻胶(PMMA)作记录介质，记录下同轴X射线全息图，然后用计算机数字重构，获得重现像，分辨率达40nm(参见在先技术：M.Hgwells,C.Jacobsen,et al.,Science,238,1957,514)。

1992年，麦克·纳尔蒂(McNulty)等人将无透镜傅立叶变换全息图以电荷耦合器(CCD)记录。数值重现分辨率达60nm。

1997年，中科院上海光机所和合肥国家同步辐射实验室合作，采用同轴记录的结构，也成功地拍摄和重现了生物样品的软X射线全息图(参见在先技术：陈建文，徐至展等，“生物样品软X射线全息图拍摄成功”，光学学报，1998,Vol.18,No.6)。

令人遗憾的是，尽管已经取得了令人瞩目的成绩，上述记录X射线全息图仅仅局限于同轴和无透镜傅立叶变换结构方式。前者的最大缺点是重现像受到孪生像的干扰(参见在先技术：陈建文，徐至展，朱佩平，王之江，“X射线全息术”，物理学进展，1995，Vol.15,No.2,125-146)；而后者需要高分辨率的波带片。限制这些技术发展的主要原因是，常规条件下X射线的折射率小于1，一般的光学元件都无法使X射线折射或反射，从而限制了离轴X射线全息技术的发展。

本发明的目的是提供一种离轴记录X射线全息图的装置。该装置利用X射线的衍射特性，可以很方便地实现对X射线的分束和交迭。以克服上述在先技术中同轴记录全息图中的孪生像。

本发明的记录离轴X射线全息图的装置，如图1所示。包括置于外壳6内的真空腔7里有X射线源1，有接收面对着X射线源1发射的X射线前进方向的接收器5。接收器5的输出连接到在真空腔7外的计算机8上。在X射线源1与接收器5之间置有双波带片2，由X射线源1发射的X射线经过双波带片2后分成两束X射线Cb和Wb，待测样品3置于其中一束X射线的焦点O前或焦点O后，通过待测样品3的一束X射线称为物束Wb，没有通过待测样品3的那一束X射线为参考束Cb。所说的接收器5是置放在两束X射线即物束Wb与参考束Cb相遇形成的干涉场4区域内。

所说的双波带片2是由两片波带片201和202连成一体的双体波带片构成，如图2所示。或者是由两片分立的波带片构成。

本发明的装置如上述的结构，置于真空腔7里的X射线源1发射的X射线经过双波带片2后，分成两束X射线，一束通过待测样品3为物束Wb，另一束作为参考束Cb。当参考束Cb与物束Wb相遇重叠时，就产生全息图的干涉条纹，干涉条纹的间距取决于物束Wb与参考束Cb之间的夹角。适当设计双波带片2的焦距，便可获得所需要的干涉条纹密度。在物束Wb与参考束Cb相交迭的区域放置一由电荷耦合器(CCD)组成的接收器5(见图3)，将接收信号经A/D转换后输入计算机8，便可重构出高分辨率的三维全息图。整套记录装置处在真空环境下。

本发明的优点：

1．本发明的装置中，由于置有双波带片2，成功地解决了对X射线的分束和交迭问题。

2．本发明的装置从根本上克服了同轴全息中“孪生像”干扰的缺点。成功地记录下无“孪生像”的全息图。还克服了无透镜傅立叶变换结构记录时对波带片的高分辨率的要求，对接收器5分辨率的要求不苛刻，从而可以采用CCD记录全息图，大大方便了计算机处理。

3．使用本发明的装置可以很方便地用两次曝光记录全息图。

附图说明：

图1为本发明的记录离轴X射线全息图的装置的结构示意图。

图2为本发明所使用的双波带片2由双体波带片构成的结构示意图。

图3为本发明的装置在实施例中的结构示意图。

实施例：

本实施例中所使用的装置如图3所示。为了获得单色性好的X射线，本实施例中x射线源1是由同步辐射源101、色散波带片102和针孔光阑103组成，色散波带片102的直径为2.8mm，最外环宽度0.465μm，环数N=1506，一级衍射焦距为566mm。色散波带片102的工作波长在1.97nm～2.78nm范围。它与针孔光阑103的距离为490mm～710mm，改变色散波带片到针孔光阑103的距离，可以选择工作波长。针孔直径分别为8、30和200微米，通过针孔直径选择，决定光束的空间相干性。同步辐射源101距离色散波带片102为9890mm-10110mm。

当同步辐射光入射到色散波带片102上时，产生一级衍射波，经针孔光阑103后，只有特定波长的X射线才能通过，因此从103处出射的X射线有一定的单色性，约为 $\frac{\mathrm{\Δ\λ}}{\mathrm{\λ}}={10}^{-3}$ 。当针孔光阑103的针孔尺寸选为30μm时，就足以产生有较高能见度的干涉场。本实施例中所用的双波带片2是由两片波带片201和202连成一体的双体波带片构成，如图2所示。

上述结构的X射线源1出射的X射线具有较好的时间和空间相干性，经过双波带片2后，分别在201和202的一级衍射焦点处，形成两束分离的相干光束参考束Cb和物束Wb。构成双体波带片的每个部分波带片201和202的直径均为80μm，最外环宽度40nm，焦距为1333μm。

让物束Wb通过待测样品3，待测样品3可以处于物束Wb的焦点O前面也可以在焦点O的后面。在物束和参考束相交迭的区域内放置接收器5，接收器5采用电荷耦合器(CCD)，接收信号经A/D转换后输入计算机8，由计算机8重构出高分辨率的三维全息图。整套记录装置处在真空环境下。

Claims (2)

1．一种记录离轴X射线全息图的装置，包括置于外壳(6)内的真空腔(7)里有X射线源(1)，有接收面对着X射线源(1)发射的X射线前进方向的接收器(5)，接收器(5)的输出连接到在真空腔(7)外的计算机(8)上，其特征在于在X射线源(1)与接收器(5)之间置有双波带片(2)，由X射线源(1)发射的X射线经过双波带片(2)后分成两束X射线(Cb、Wb)，待测样品(3)置于其中一束X射线的焦点(O)前或焦点(O)后，所说的接收器(5)是置放在两束X射线(Cb、Wb)相遇，形成干涉场(4)的区域内。

2．根据权利要求1所述的记录离轴X射线全息图的装置，其特征在于所说的双波带片(2)是由两片波带片(201、202)连成一体的双体波带片构成，或者是由两片分立的波带片构成。

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