DE102010002778A1

DE102010002778A1 - Konfokaler Multilamellenröntgenwellenleiter

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Publication number: DE102010002778A1
Application number: DE201010002778
Authority: DE
Inventors: Prof. Dr. Salditt Tim; Dipl.-Phys. Krüger Sven Philip
Original assignee: GEORG AUGUST UNI GOETTINGEN STIFTUNG OEFFENTLICHEN RECHTS; Georg August Universitaet Goettingen; Universitaetsmedizin Goettingen Georg August Universitaet
Current assignee: GEORG AUGUST UNI GOETTINGEN STIFTUNG OEFFENTLICHEN RECHTS; Georg August Universitaet Goettingen; Universitaetsmedizin Goettingen Georg August Universitaet
Priority date: 2010-03-11
Filing date: 2010-03-11
Publication date: 2011-09-15
Anticipated expiration: 2030-03-12
Also published as: DE102010002778B4; WO2011110616A1

Abstract

Es wird ein Multilamellenwellenleiter (110) zum Leiten von Röntgenwellen (154) vorgeschlagen. Der konfokale Multilamellenwellenleiter (110) umfasst mindestens zwei Wellenleiter (114, 116). Jeder der Wellenleiter (114, 116) weist einen Schichtaufbau (122) mit mindestens einem Kernbereich (124) und mindestens einem den Kernbereich (124) beidseitig umgebenden Mantelbereich (128) auf. Die Wellenleiter (114, 116) sind als Scheiben (118, 120) ausgebildet. Die Scheiben (118, 120) sind derart planar miteinander verbunden, dass die Röntgenwellen (154) diese Scheiben (118, 120) nacheinander passieren können. Die Scheiben (118, 120) sind derart zueinander gedreht, dass die Schichtaufbauten (122) benachbarter Wellenleiter (114, 116) nicht-parallel zueinander angeordnet sind.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Multilamellenwellenleiter insbesondere einen konfokalen Multilamellenwellenleiter, zum Leiten von Röntgenwellen sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Multilamellenwellenleiters. Weiterhin betrifft die Erfindung einen, ein Verfahren zur Bereitstellung einer quasi-punktförmigen Röntgenquelle unter Verwendung mindestens eines Multilamellenwellenleiters sowie ein Verfahren zur Abbildung mindestens eines Gegenstands unter Verwendung mindestens eines Multilamellenwellenleiters. Derartige Multilamellenwellenleiter und Verfahren werden beispielsweise in der Röntgenstrahlen-Optik eingesetzt, beispielsweise an Synchrotron-Strahlenquellen oder anderen Strahlenquellen zur Bereitstellung von Röntgenwellen.
Stand der Technik
Röntgenwellen weisen Wellenlängen im Bereich zwischen ca. 10^–8 und 10^–12 m sowie Photonenenergien zwischen ca. 100 eV und 250 keV auf. Aufgrund dieser geringen Wellenlängen und der hohen Photonenenergien unterscheidet sich die Optik der Röntgenwellen erheblich von herkömmlicher Lichtoptik. Insbesondere sind Materialien, welche in der Lichtoptik für die Brechung und/oder Reflexion von Licht eingesetzt werden, in vielen Fällen für diesen Zweck in der Röntgenoptik nicht einsetzbar.
Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Beispiele von Röntgenoptiken bekannt. So beschreibt beispielsweise JP 2008 281421 A eine Röntgenstrahlen-Kondensorlinse. Diese umfasst einen konventionellen Röntgenwellenleiter und eine Fresnel'sche Zonenplatte, welche in Kombination insgesamt die Röntgenwellen bündeln.
US 7,561,662 B2 beschreibt ein Röntgenstrahlen-Projektionsabbildungssystem. Dieses umfasst eine Röntgenstrahlen-Quelle und einen Probenbewegungstisch. Der Probenbewegungstisch rotiert eine Probe in den Röntgenwellen, um eine tomographische Datenakquisition zu ermöglichen.
In US 7,170,969 B1 wird ein Strahlungskondensor-System für ein Röntgenstrahlen-Mikroskop beschrieben. Dieses umfasst eine Röhre mit einer elliptischen Krümmung zum Aufnehmen und Fokussieren von Strahlung.
Einen Überblick über optische Elemente für die Röntgenstrahlen-Optik zeigt insbesondere auch die Dissertation von A. Jarre: Hard X-ray Waveguide Optics, Universität Göttingen, Juni 2005, Seiten 9–16 (erhältlich unter: http://webdoc.sub.gwdg.de/diss/2005/jarre/).
Eine besondere Rolle kommt in der Röntgenstrahl-Optik den wellenleitenden Strukturen zu. Beispielsweise beschreibt US 6,504,901 B1 eine Röntgenstrahlen-Fokussierapparatur. Diese umfasst einen polykapillaren Wellenleiter, der eng gekoppelt ist an einen fokussierenden Spiegel für Röntgenwellen. Letzterer weist eine innere reflektierende Oberfläche auf, die eine Rotationssymmetrie aufweist.
In US 3,893,231 wird ein Vakuum-Wellenleiter für den Röntgenstrahlen-Bereich beschrieben. Dabei wird ein Röntgenwellenleiter rechteckigen Querschnitts durch ein Ätzverfahren und verschiedene Metallisierungstechniken in ein ebenes Substrat eingebracht.
In A. Jarre et al.: X-ray waveguide nanostructures: Design, fabrication, and characterisation, Journal of Applied Physics 101, 054306 (2007) wird ein zweidimensionaler Röntgenwellenleiter beschrieben. Auch hier werden mittels lithographischer Techniken Wellenleiterstrukturen verschiedener Querschnitte hergestellt. Ähnliche Strukturen sind auch in A. Kohlstedt et al.: Two-dimensional X-ray waveguide: fabrication by wafer-bonding process and characterisation, Applied Physics A 91, 7–12 (2008) dargestellt.
In S. Lagomarsino et al.: Chrystal research technology 37(7), 758–769 (2002) wird ebenfalls ein Röntgenwellenleiter beschrieben. Dieser weist ein Sandwich-System mit einer Leitschicht eines Materials geringer Ordnungszahl auf, beispielsweise Beryllium, welche von einem umgebenden Material einer hohen Ordnungszahl, beispielsweise Molybdän, beidseitig umgeben ist.
In T. Salditt et al.: High-Transmission Planar X-Ray Waveguids, Phys. Rev. Lett. 100, 184801 (2008) wird ebenfalls ein mehrschichtiges Wellenleitersystem beschrieben, welches eine Leitschicht mit einer Dicke von weniger als 20 nm aufweist. Weiterhin wird eine mehrschichtige Mantelschicht verwendet, um die Transmission zu verbessern und Absorptionsverluste zu vermindern.
In L. De Caro et al.: In-line holography and coherent diffractive imaging with x-ray waveguides, Phys. Rev. B 77, 081408(R) (2008) wird ein kohärentes Fresnel-Bildgebungsexperiment mit harten Röntgenwellen beschrieben. Dabei werden zwei planare, gekreuzte Wellenleiter als optische Elemente eingesetzt, um eine virtuelle punktartige Quelle zu erzeugen. Die beiden planaren Wellenleiter weisen jeweils Silizium-Schichten auf, die voneinander durch eine Photolackschicht beabstandet sind. Dabei wurde der erste Wellenleiter in ungefähr dem doppelten Abstand von einer zu beleuchtenden Probe platziert wie der zweite Wellenleiter, um Strahl-Divergenzen des Austritts des ersten Wellenleiters zu kompensieren.
Einen allgemeinen Überblick über die Funktionsweise von Röntgenstrahlen-Wellenleitern liefert wiederum die oben beschriebene Dissertation von A. Jarre, Seiten 17 bis 25 oder die Dissertation von C. Fuhse: X-ray waveguides and waveguide-based lensless imaging, Universität Göttingen, 2006, Seiten 6 bis 12 (erhältlich beispielsweise unter: http://webdoc.sub.gwdg.de/diss/2006/fuhse/).
Bei vielen Experimenten sind zweidimensional-kollimierende Kanalwellenleiter für Röntgenwellen erforderlich oder zumindest wünschenswert. Insbesondere sind bei der Röntgenholographie derartige Strukturen mit zweidimensional kollimierenden Eigenschaften erforderlich. Hierbei hat sich gezeigt, dass die lithographische Herstellung von zweidimensional kollimierenden Kanalwellenleitern technisch vergleichsweise aufwendig ist und in vielen Fällen an ihre Grenzen stößt. Auch die Verwendung von zwei gekreuzten, planaren Röntgenstrahlen-Wellenleitern, wie sie in der oben dargestellten Publikation von L. De Caro et al. beschrieben wird, weist in der Praxis Nachteile auf. So ist bei derartigen gekreuzten Strukturen eine aufwendige Positionierung und Fokussierung der planaren Röntgenwellenleiter zueinander erforderlich, welche aufgrund der in der Regel an Großforschungseinrichtungen wie Synchrotronen zur Verfügung stehenden knappen Experimentierzeit äußerst nachteilig sind. Dies schränkt den Nutzen solcher gekreuzter Wellenleiter für bildgebende Verfahren wie z. B. Röntgenholographie erheblich ein.
Aufgabe der Erfindung
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Röntgenwellenleiter zur Verfügung zu stellen, insbesondere mit wellenleitenden Eigenschaften in mindestens zwei Dimensionen, welcher auf einfache Weise herstellbar ist und welcher einen Justage-Aufwand für die Fokussierung erheblich vermindern kann.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch einen Multilamellenwellenleiter sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Multilamellenwellenleiters mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weiterhin werden ein Verfahren zur Bereitstellung einer quasi-punktförmigen Röntgenquelle sowie ein Verfahren zur Abbildung mindestens eines Gegenstands vorgeschlagen, welche beide auf der Verwendung eines erfindungsgemäßen Multilamellenwellenleiters basieren.
In einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Multilamellenwellenleiter vorgeschlagen. Insbesondere kann es sich dabei um einen zumindest näherungsweise konfokalen Multilamellenwellenleiter handeln, Weiterhin kann der Multilamellenwellenleiter insbesondere als mehrkomponentiger Röntgenwellenleiter ausgestaltet sein, also als Röntgenwellenleiter, welcher mehrere Komponenten umfasst, insbesondere mehrerer einzelne Wellenleiter, oder welcher aus mehreren Komponenten zusammengesetzt ist. Der Multilamellenwellenleiter kann insbesondere als zweidimensionaler Röntgenwellenleiter ausgestaltet sein oder als zweidimensionaler Röntgenwellenleiter wirken.
Unter einem Multilamellenwellenleiter ist dabei allgemein im Rahmen der folgenden Erfindung ein Wellenleiter für Röntgenwellen zu verstehen, welcher mindestens zwei einzelne Röntgenwellenleiter aufweist. Diese können insbesondere als Lamellen ausgestaltet sein, also als Scheiben oder Plättchen, insbesondere als planparallele Schreiben oder Plättchen, welche vorzugsweise nacheinander von den Röntgenwellen durchdrungen werden. Unter einem konfokalen Multilamellenwellenleiter ist ein Multilamellenwellenleiter zu verstehen, dessen einzelne Röntgenwellenleiter im Wesentlichen dieselbe Fokusebene aufweisen. Unter einer Fokusebene ist dabei eine Ebene zu verstehen, in der die virtuelle Quelle der durch die Röntgenwellenleiter transmittierten Röntgenwellen angeordnet ist, beispielsweise eine streifenförmige oder insgesamt punktförmige Quelle. Sind die Lamellen dünn genug ausgestaltet, so können die Fokusebenen beispielsweise derart dich beieinander liegen, dass der Abstand zwischen dieses Fokusebenen beispielsweise um nicht mehr als zwei Millimeter, vorzugsweise um nicht mehr als einen Millimeter und besonders bevorzugt um nicht mehr als 500 Mikrometer auseinander liegt, was im Rahmen der vorliegenden Erfindung noch unter „konfokal” subsumiert werden soll.
Unter einem Röntgenwellenleiter ist dabei allgemein im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Element zu verstehen, welches eingerichtet ist, um Röntgenwellen unter Verwendung interner Reflexionen an Schichtgrenzen zu leiten, beispielsweise unter Verwendung interner Totalreflexion. Unter einem eindimensionalen Röntgenwellenleiter wird dabei ein planarer Röntgenwellenleiter verstanden, bei welchem der. Leiteffekt und die Totalreflexionen lediglich in einer Richtung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Röntgenwellen auftreten, wohingegen in einer zweiten Richtung keine oder nur eine stark verminderte Leitung der Röntgenwellen erfolgt. Unter einem zweidimensionalen Röntgenwellenleiter wird dementsprechend eine Vorrichtung verstanden, welche in mindestens zwei Richtungen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Röntgenwellen eine derartige Totalreflexion bereitstellt, beispielsweise in zwei zueinander senkrechten Richtungen.
Unter Röntgenwellen werden allgemein im Rahmen der vorliegenden Erfindung elektromagnetische Wellen einer Wellenlängezwischen 10^–8 und 10^–12 m verstanden. Diese können eine Photonenenergie von ungefähr 100 eV bis 250 keV aufweisen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es besonders bevorzugt, wenn die Röntgenwellen eine Photonenenergie im Bereich von 100 eV bis 50 keV aufweisen, besonders bevorzugt von 100 eV bis 25 keV, insbesondere im Bereich von 6 keV bis 20 keV. Dies sind typische Photonenenergien, welche beispielsweise durch ein Synchrotron dargestellt werden können. Je nach ausgewähltem Energiebereich werden unterschiedliche Materialsysteme eingesetzt. Bei diesen handelt es sich zum Beispiel um das System Ge/Mo/C/Mo/Ge oder das System umfassend Cr/Ni/Be/Ni/Cr. Diese Material-Systeme sind zum Beispiel sehr gut geeignet für die Energien zwischen 11,5 keV und 20 keV bzw. für die Energien zwischen 6 keV und 8 keV. Abhängig von den unterschiedlichen Energiebereichen für die Photonenenergie ist ein Materialsystem dann als Röntgenwellenleiter geeignet, wenn das Elektronendichteprofil ρ bestimmte Eigenschaften im räumlichen Verlauf ρ (z) erfüllt. Dies ist in guter Näherung abseits von Absorptionskanten erfüllt. Weiterhin ist das Verhältnis β/δ interessant, was wiederum von der Photonenenergie E abhängt, jedoch in einem geringeren Umfang als die Faktoren β und δ im Einzelnen. Die hier maßgebliche Elektronendichte ist näherungsweise proportional zur Massendichte. Dies bedeutet, dass hier alle Elektronen gezählt werden und nicht nur die Leitungselektronen.
Anzustreben ist, dass die leitende Schicht des Wellenleiters ein möglichst geringes β aufweist, um Absorptionsverluste zu minimieren. Die Mantelschicht sollte möglichst stark absorbierend ausgebildet sein, um geringe Wellenleiterlängen (Dicke der Scheibe) realisieren zu können und somit die Absorption in der leitenden Schicht zu minimieren. Eine stark absorbierende Mantelschicht führt jedoch zu starken Verlusten an der Grenzfläche zwischen der leitenden Schicht und dem Mantel. Wird eine dünne Zwischenschicht eingesetzt, so können diese Verluste minimiert werden ohne die Absorption der gesamten Mantelschicht merklich zu verringern. Die Zwischenschicht ist dazu dahingehend auszulegen, dass diese ein geringeres β als der Mantel aufweist und somit die Verluste an der Grenzfläche zwischen der leitenden Schicht und der Zwischenschicht minimiert werden können; andererseits ist die Zwischenschicht so dünn zu gestalten, dass die Strahlenanteile aus der Zwischenschicht die Absorption des Primärstrahls nicht wesentlich beeinträchtigen können. Das Verhältnis von der Transmission der leitenden Schicht zur Transmission der Mantelschicht wird durch die Verwendung einer geeigneten Zwischenschicht vergrößert. Des Weiteren ist anzustreben, dass die Zwischenschicht ein höheres δ als der Mantel und die leitende Schicht aufweisen, so dass die Röntgenstrahlen in einer Art „Potentialtopf” gefangen werden können.
Die genannten beiden Schichtsysteme, d. h. das Ge/Mo/C/Mo/Ge-System ist besonders gut geeignet für Energien zwischen 11,5 keV und 20 keV, während sich das beispielsweise herangezogene Schichtsystem Cr/Ni/Be/Ni/Cr besonders gut für Photonenenergien zwischen 6 keV und 8 keV eignet.
Der Multilamellenwellenleiter umfasst mindestens zwei, vorzugsweise genau zwei, Wellenleiter. Insbesondere kann es sich, wie unten noch näher ausgeführt wird, bei diesen Wellenleitern um eindimensionale Röntgenwellenleiter handeln, insbesondere planare, eindimensionale Röntgenwellenleiter. Jeder der Wellenleiter umfasst einen Schichtaufbau mit mindestens einem Kernbereich und mindestens einem den Kernbereich beidseitig umgebenden Mantelbereich, welcher einen Absorptionsbereich und optional einen Zwischenbereich umfasst. Unter einem Kernbereich ist dabei ein Bereich zu verstehen, welcher eine Ausbreitung von Röntgenwellen ermöglicht. Der Mantelbereich ist hingegen, wie unten noch näher ausgeführt wird, vorzugsweise mit einer höheren Absorption für die Röntgenwellen ausgestaltet und bewirkt, in Zusammenwirkung mit dem Kernbereich, die oben beschriebenen Totalreflexionen und damit den Wellenleitereffekt. Insbesondere sollte der Mantelbereich stark absorbierend ausgestaltet sein Dementsprechend kann der Mantelbereich beispielsweise derart ausgestaltet sein, dass Röntgenwellen, welche auf diesen auftreffen und nicht vom Wellenleiter geleitet werden, nach Durchdringen des Mantelbereichs des Wellenleiters um mindestens einen Faktor 5, vorzugsweise um mindestens einen Faktor 10, insbesondere um mindestens einen Faktor 100 und besonders bevorzugt um mindestens einen Faktor 1000 oder sogar 10.000 in ihrer Intensität vermindert sind.
Der Kernbereich und der Mantelbereich unterscheiden sich dementsprechend vorzugsweise in ihren Brechungsindices n. Wie beispielsweise in der oben dargestellten Literatur beschrieben wird, spielt bei der Ausbreitung von Röntgenwellen der komplexe Brechungsindex des Ausbreitungsmediums (welches auch ein Vakuum sein kann) eine wichtige Rolle. Dieser Brechungsindex wird üblicherweise folgendermaßen dargestellt: n = 1 – δ + iβ.
Dabei stellt δ die Abweichung des Realteils des Brechungsindexes von 1 dar und β den Imaginärteil. Im vorliegenden Fall sollte vorzugsweise der Mantelbereich einen kleineren Realteil des Brechungsindexes für die Röntgenwellen aufweisen als der Kernbereich. Hierdurch wird am Übergang zwischen dem Kernbereich und dem Mantelbereich durch mindestens eine Reflexion, vorzugsweise eine Mehrfach-Reflexion, der oben beschriebene Wellenleiteffekt bewirkt.
Zur Lösung der oben beschriebenen Problematik der komplexen Herstellung und/oder der komplexen Montage bekannter Röntgenwellenleiter wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Wellenleiter als Scheiben ausgebildet sind. Unter einer Scheibe ist dabei allgemein ein Element zu verstehen, welches zwei ebene Oberflächen aufweist, welche um einen Abstand (Dicke der Scheibe) voneinander beabstandet sind, der in der Regel die laterale Ausdehnung der Scheibe quer zu diesem Abstand erheblich unterschreitet.
Die Oberflächen können dabei, wie unten noch näher ausgeführt wird, zwar eine gewisse Rauigkeit aufweisen, sollten jedoch vorzugsweise keine größeren Welligkeiten oder Ähnliches aufweisen. Die Oberflächen sind vorzugsweise im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet, wobei auch leichte Abweichungen von der Parallelität toleriert werden können, vorzugsweise Abweichungen um nicht mehr als 5 Grad.
Die Scheiben sind dabei erfindungsgemäß planar miteinander verbunden. Unter einer planaren Verbindung ist eine Verbindung in der Ebene der Scheiben zu verstehen, so dass beispielsweise die Scheibenoberflächen direkt oder indirekt, also unter Zwischenschaltung mindestens eines Verbindungselements, miteinander verbunden sein können. Insbesondere, sind die planar verbundenen Scheiben vorzugsweise nur aufgrund der Rauigkeit der Grenzflächen der Scheiben durch maximal 0.03 mm Vakuum/Luft voneinander getrennt. Diese planare Verbindung der Scheiben soll vorzugsweise derart erfolgen, dass die Röntgenwellen ohne Durchtritt durch ein weiteres absorbierendes Material diese Scheiben nacheinander passieren können.
Dabei wird vorgeschlagen, die Scheiben derart zueinander gedreht anzuordnen, dass die Schichtaufbauten benachbarter Wellen nicht parallel zueinander angeordnet sind. In anderen Worten sollen die Richtungen quer zur Ausbreitungsrichtung der Röntgenwellen, in denen der Wellenleiteffekt erfolgt, zueinander verdreht angeordnet sein. Insbesondere können die planar miteinander verbundenen Wellenleiter gekreuzt zueinander angeordnet sein.
Beispielsweise kann jeder Schichtaufbau jeweils eine Schichtnormale zu dem Schichtaufbau definieren. Diese Schichtnormale stellt somit eine virtuelle Achse dar, welche die Ebenen des Schichtaufbaus senkrecht durchdringt. Da die Schichtaufbauten benachbarter Wellenleiter nicht parallel zueinander angeordnet sind, sind die Schichtnormalen dieser benachbarten Wellenleiter somit nicht parallel zueinander angeordnet. Vorzugsweise schließen die Schichtnormalen benachbarter Wellenleiter miteinander einen Winkel von 20 Grad bis 160 Grad, vorzugsweise von 70 Grad bis 110 Grad und besonders bevorzugt von 90 Grad, ein. Besonders bevorzugt ist es also, wenn die benachbarten Wellenleiter derart gekreuzt zueinander angeordnet sind, dass der Wellenleiteffekt in um 90 Grad verdrehte Richtungen zueinander auftritt. Dabei sind auch leichte Abweichungen von 90 Grad möglich, vorzugsweise um nicht mehr als 5 Grad, insbesondere um nicht mehr als 2 Grad.
Besonders bevorzugt ist es, wenn genau zwei Scheiben verwendet werden, die planar miteinander verbunden werden. Somit ist ein besonders bevorzugter Aufbau ein Wellenleiter-Aufbau, bei welchem zwei Scheiben planar miteinander verbunden sind, deren Schichtaufbauten um 90 Grad zueinander verdreht sind. Auch andere Aufbauten sind jedoch grundsätzlich möglich.
Die Scheiben können jeweils eine Scheibennormale senkrecht zu ihren Oberflächen definieren. Unter den Oberflächen sind hierbei die Eintritts- und Austrittsoberflächen der Scheiben zu verstehen, durch welche die Röntgenwellen in die Scheiben eintreten beziehungsweise aus diesen Scheiben wieder austreten. Die Scheibennormale durchdringt diese Oberflächen, welche vorzugsweise eben ausgestaltet sind, senkrecht.
Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn die Oberflächen senkrecht zu dem Schichtaufbau angeordnet sind. Dementsprechend können die Schichtnormalen eines, mehrerer oder aller Wellenleiter mit den jeweils zugehörigen Scheibennormalen einen Winkel einschließen, welcher vorzugsweise von 60 bis 120 Grad beträgt, insbesondere von 80 Grad bis 100 Grad und besonders bevorzugt 90 Grad. Dies bedeutet, dass die Schichtebenen vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zu den Oberflächen der Scheiben angeordnet sind.
Dies kann beispielsweise durch eine entsprechende Sägetechnik erfolgen. Auch andere Techniken können jedoch alternativ oder zusätzlich eingesetzt werden. Damit können sich die Scheiben insbesondere erheblich von den planaren Wellenleitern, wie sie beispielsweise aus dem oben beschriebenen Stand der Technik bekannt sind, unterscheiden, bei welchen zwar ebenfalls scheibenförmige Anordnungen verwendet werden, bei welchen die Ausbreitung der Röntgenwellen jedoch im Wesentlichen parallel zur Scheibenebene erfolgt.
Wie oben dargestellt, sind benachbarte Scheiben miteinander verbunden. Dies bedeutet, dass die benachbarten Scheiben physikalisch miteinander entweder unmittelbar oder mittelbar über mindestens ein Zwischenelement in Kontakt stehen. Vorzugsweise sind die Scheiben derart miteinander verbunden, dass die Scheiben zueinander hinsichtlich ihrer räumlichen Ausrichtung und/oder Orientierung fixiert sind. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dieser Verbindung um eine permanente Verbindung.
Insbesondere kann die Verbindung zwischen benachbarten Scheiben ein Verbindungsmittel umfassen, welches nur an Bereichen der Oberflächen und Seitenflächen der Scheiben aufgetragen wird, die nicht an der Wellenleitung beteiligt sind. Insbesondere kann dies dadurch realisiert werden, dass die Scheiben unmittelbar aneinandergrenzen oder so dicht zueinander platziert sind, dass das Verbindungsmittel nicht zwischen die Scheiben gelangen kann.
Die Verbindung kann insbesondere dicht für Röntgenwellen ausgestaltet sein. Dies bedeutet, dass die Verbindung derart ausgestaltet sein kann, dass an dieser Verbindung weniger als 5%, vorzugsweise weniger als 1% und besonders bevorzugt weniger als 1‰, der diese Verbindung passierenden Röntgenwellen derart aus der Verbindung austreten können, dass diese nicht von einer Scheibe in die angrenzende Scheibe gelangen können. Insbesondere kann dies dadurch realisiert werden, dass die Scheiben unmittelbar aneinandergrenzen oder so dicht zueinander platziert sind, dass ein Austreten von Röntgenwellen aus der Verbindung, ohne dass diese anschließend wieder in eine benachbarte Scheibe eingekoppelt werden, praktisch nicht möglich ist.
Die Verbindung kann insbesondere eine stoffschlüssige Verbindung umfassen. Insbesondere kann es sich bei dieser Verbindung um eine Klebstoffverbindung handeln, beispielsweise um eine Klebstoffverbindung mit einem Epoxydharzkleber oder ähnlichen Klebstoffen, beispielsweise einem selbsthärtenden Klebstoff lichthärtenden Klebstoff Zwei-Komponenten-Klebstoff, einem thermisch aushärtenden Klebstoff oder einer Kombination der genannten oder anderer Arten von Klebstoffen. Die stoffschlüssige Verbindung kann dabei insbesondere in einem Bereich außerhalb des Wellenleiterbereichs hergestellt werden, so dass beispielsweise der Kernbereich und/oder ein optionaler Zwischenbereich zumindest teilweise, also zumindest in einem Bereich, frei von Klebstoff bleibt.
Besonders bevorzugt ist es, wie oben dargestellt, wenn die Oberflächen der Scheiben, also diejenigen Flächen, durch welche die Röntgenwellen in die Scheiben eintreten und/oder austreten, im Wesentlichen glatt ausgestaltet sind. Insbesondere kann der Wellenleiterbereich, also der Bereich, der den Kernbereich und den Übergangsbereich zum Mantelbereich, der optional den Zwischenbereich umfasst, ganz oder teilweise glatt ausgestaltet sein, wobei, wie unten noch näher ausgeführt wird, insbesondere eine glatte Ausgestaltung des Zwischenbereichs, beispielsweise einer oder mehrerer Molybdänschichten, bevorzugt ist. Dementsprechend ist es besonders bevorzugt, wenn die Scheiben auf ihren Oberflächen zumindest bereichsweise, beispielsweise in dem Wellenleiterbereich und insbesondere in dem Zwischenbereich, eine mittlere rms-Oberflächenrauigkeit von weniger als 50 nm, vorzugsweise von weniger als 10 nm, aufweisen.
Beispielsweise kann ein Sägeprozess zum Erzeugender Scheiben, wie er unten noch näher ausgeführt wird, zu einer rms-Rauigkeit von insbesondere maximal 0.015 mm an den Oberflächen der Scheiben führen, aufgrund der Sägeblatteigenschaften. Bei gebondeten Scheiben, wie sie im Rahmen der Erfindung besonders bevorzugt sind, kann die Rauigkeit jedoch in der Regel nur lokal, beispielsweise im Kernbereich und/oder optional im Zwischenbereich, durch fokussierte Ionenstrahlen reduziert werden. Zum Beispiel kann mechanisches Polieren der Oberflächen von gebondeten Scheiben wegen mechanischer Kräfte zum Ablösen der Deckelung führen. Die Rauigkeit der gesamten Lamelle bestimmt in der Regel im Wesentlichen nur die Dicke des ggf. entstehenden Luftspalts. Wichtiger ist in der Regel bei der Gesamtlamelle die Ebenheit, so dass beispielsweise die Scheiben glatt und planar aufeinander aufliegen können. Eine Politur des Kernbereichs und/oder optional des Zwischenbereichs sollte jedoch vorzugsweise in diesen Bereichen zu den beschriebenen bevorzugten rms-Rauigkeiten führen, vorzugsweise also zu einer rms-Oberflächenrauigkeit kleiner als 50 nm, besonders bevorzugt kleiner 10 nm.
Auf diese Weise können insbesondere Streuverluste an den Oberflächen vermieden werden, da die einander zuweisenden Oberflächen der Scheiben im wellenleitenden Kernbereich im Wesentlichen glatt ausgestaltet werden können. Weiterhin kann gewährleistet werden, dass die einander zuweisenden Oberflächen der Scheiben im Bereich der Verbindung im Wesentlichen glatt sind, so dass beispielsweise die Scheiben glatt und planar aufeinander aufliegen können.
Durch die Ausgestaltung als Lamellen kann sich als weiterer Vorteil ergeben, dass das System insgesamt relativ unempfindlich gegenüber einer Verkippung der Lamellenebenen zueinander ausgestaltet werden kann. Der Weg der Röntgenwellen im Wellenleiter ist insgesamt in der Regel vergleichsweise kurz. Dies bedeutet auch, dass die Anforderungen an die Genauigkeit des Sägeprozesses in der Regel relativ gering sind.
Die Scheiben können insbesondere als dünne Scheiben ausgestaltet sein. Insbesondere können die Scheiben eine Dicke von weniger als 2,0 mm aufweisen, vorzugsweise von weniger als 1,0 mm, besonders bevorzugt von weniger als 500 μm. Dies bedeutet, dass insbesondere die von den Röntgenwellen durchdrungene Netto-Schichtdicke der Scheiben, unter Vernachlässigung der Lichtwege bei der Totalreflexion, weniger als 2,0 mm betragen kann. In anderen Worten können dünne Scheiben senkrecht von den Röntgenwellen durchdrungen werden, wobei mindestens zwei derartige dünne Scheiben hintereinander angeordnet und miteinander verbunden sein können. Senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Röntgenwellen können die Scheiben grundsätzlich eine im Wesentlichen beliebige Gestalt aufweisen.
Die Scheiben können in einer Durchstrahlungsrichtung, in welcher die Röntgenwellen den Multilamellenwellenleiter durchdringen, eine erste Scheibe und eine auf diese Scheibe folgende zweite Scheibe umfassen. Wie oben beschrieben, können weitere Scheiben vorgesehen sein. Darüber hinaus kann der konfokale Multilamellenwellenleiter, wie oben dargestellt, optional weitere Scheiben umfassen, wobei jedoch allgemein ein Aufbau mit zwei Scheiben bevorzugt ist. Die Scheiben können dabei eine gleiche oder auch eine unterschiedliche Dicke aufweisen. Unter einer Dicke der Scheibe kann dabei allgemein eine Dimension parallel zur Scheibennormalen und/oder zur Scheibenachse bezeichnet werden oder, alternativ oder zusätzlich, der effektiv von den Röntgenwellen innerhalb der Scheibe zurückgelegte Weg, ohne Berücksichtigung der Totalreflexionen. Beispielsweise kann die zweite Scheibe dabei dünner ausgestaltet sein als die erste Scheibe. Beispielsweise kann die erste Scheibe eine Dicke von 200 μm bis 600 µm aufweisen, insbesondere eine Dicke von 400 µm zum Beispiel bei einer Energie der Röntgenwelle im Bereich von 11,5 bis 20 keV, beispielsweise bei 17,5 keV. Die zweite Scheibe kann insbesondere eine Dicke von 100 µm bis 400 µm aufweisen, vorzugsweise von 207 µm zum Beispiel bei einer Energie der Röntgenwelle im Bereich von 11,5 bis 20 keV, beispielsweise bei 17,5 keV. Der Energiebereich der Röntgenwelle kann auch zwischen 6 keV und 8 keV gewählt werden; sowie auf kleinere Röntgenenergien als die vorstehend erwähnten Energien zwischen 11,5 keV und 20 keV bis hinunter zu 6 keV. Prinzipiell steht der gesamte Bereich der Photonenenergie zwischen 100 eV bis 250 keV als Auswahl zur Verfügung.
Die obenstehend angegebenen Dicken der ersten Scheibe zwischen 200 µm und 600 µm, insbesondere von 400 µm sowie die Dicke der zweiten Scheibe zwischen 100 µm und 400 µm, insbesondere 207 µm gehört zum Materialsystem Ge/Mo/C/Mo/Ge, wobei sich bei anderen Energien als dem beispielhaft herausgegriffenen Bereich zwischen 11,5 keV bis 20 keV, anderen Schichtsystemen andere günstige Dicken ergeben.
Der Brechungsindex von Materie im Energiebereich der Röntgenstrahlen ist durch n = 1 – δ + i* β gegeben, wobei n < 1 gilt.
β und δ variieren mit der Photonenenergie E. Energieunabhängig formuliert, ist ein Materialsystem dann als Röntgenwellenleiter geeignet, wenn das Elektronendichteprofil ρ bestimmte Eigenschaften im räumlichen Verlauf ρ (z) erfüllt. Das ist jedenfalls in guter Näherung abseits von Absorptionskanten erfüllt. Weiterhin ist das Verhältnis ρ/β interessant, das selbst von E abhängt, aber viel schwächer als β und δ einzeln. Die hier maßgebliche Elektronendichte ist näherungsweise proportional zur Massendichte, daher alle Elektronen werden gezählt, nicht nur die Leitungselektronen. Man könnte also Verläufe und Schranken in der Elektronendichte (oder um Verwechslung mit Leitungselektronen zu vermeiden) in der Massendichte angeben.
Die leitende Schicht des Wellenleiters sollte ein möglichst geringes β aufweisen, um Absorptionsverluste zu minimieren. Der Mantelbereich (MB) mit Absorptionsbereich (AS) und optionalem Zwischenbereich (ZS) sollte insgesamt möglichst stark absorbierend sein, um geringe Wellenleiterlängen (Dicke der Scheibe) realisieren zu können und somit die Absorption in der leitenden Schicht zu minimieren. Grenzt ein stark absorbierender Absorptionsbereich des Mantelbereiches direkt an den Kernbereich, führt dies allerdings zu starken Verlusten an der Grenzfläche zwischen leitender Schicht und Mantel. Deshalb ist es vorteilhaft, einen geeigneten dünnen Zwischenbereich (ZS) einzusetzen. Dieser sollte ein geringeres β als der Absorptionsbereich des Mantelbereiches aufweisen, sodass diedie Verluste an der Grenzfläche leitende Schicht-Mantelbereich minimiert werden. Andererseits ist der Zwischenbereich dünn genug, so dass die Strahlanteile aus dem Zwischenbereich die Absorption des Primarstrahls nicht wesentlich erniedrigen. Zudem sollte der Zwischenbereich ein höheres δ als der Absorptionsbereich des Mantelbereiches und die leitende Schicht aufweisen, so dass die Röntgenstrahlen in einem „Potentialtopf” gefangen werden.
Absorptionskanten ausgenommen, steigt das Verhältnis δ/β mit zunehmender Energie an. Und zwar umso stärker, je geringer die Elektronendichte des Materials. Für einen gegebenen Schichtaufbau in einem geeigneten Energiebereich, lässt sich daher die Effizienz des Wellenleiters leichter für höhere Energien steigern. Das Profil in δ und β bleibt aber über viele keV in seinem Verlauf so erhalten, dass die Funktion der Wellenleitung bestehen bleibt. Das Material des Absorptionsbereichs sollte so gewählt sein, dass die Absorptionkante gerade unterhalb des ausgesuchten Energiebereichs liegt, da für diese Energien die Absorption besonders hoch ist. Das Material des Zwischenbereichs sollte so gewählt sein, dass die Absorptionkante noch knapp oberhalb des ausgesuchten Energiebereichs liegt, da für diese Energien die Absorption besonders niedrig ist. Damit das δ des Materials des Zwischenbereichs höher als das des Materials des Absorptionsbereichs ist, hat das Material des Zwischenbereichs im Allgemeinen eine höhere Elektronendichte.
Erfindungsgemäß werden beispielhaft zwei Schichtsysteme, die jeweils eine Zwischenschicht umfassen, vorgeschlagen, die diese Kriterien besonders gut für zwei verschiedene Energiebereiche erfüllen und auch technisch realisierbar sind. Beide Systeme sind auch bei Verzicht auf die jeweilige Zwischenschicht als Wellenleiter geeignet.

Ein Schichtsystem ist ein Ge/Mo/C/Mo/Ge Schichtsystem als Beispiel einer effizienten Materialsystemwahl für einen Wellenleiter. Die zugehörigen Werte sind in der Tabelle 1 aufgeführt. Dieses Schichtsystem eignet sich bevorzugt für Energien im Bereich von 11.5–20 keV. Tabelle 1 Ge/Mo/C/Mo/Ge-Wellenleiter

Energie
[keV]	Material	δ	β
11,5	Ge	6,75E-06	8,51E-07
11,5	Mo	1,39E-05	4,93E-07
11,5	C	3,46E-06	2,34E-09
15	Ge	4,31E-06	3,27E-07
15	Mo	8,04E-06	1,81E-07
15	C	3,03E-06	7,77E-10
18	Ge	3,03E-06	1,66E-07
18	Mo	5,48E-06	9,08E-08
18	C	1,41E-06	3,51E-10
20	Ge	2,46E-06	1,12E-7
20	Mo	3,37E-6	6,14E-8
20	C	1,14E-6	3,96E-10

Ein besonders geeignetes Schichtsystem für einen Wellenleiter im Bereich 6–8 keV stellt ein Cr/Ni/Be/Ni/Cr-Schichtsystem da. Die zugehörigen Werte sind in der Tabelle 2 aufgeführt. Tabelle 2 Cr/Ni/Be/Ni/Cr

Energie

[keV] Material δ β

6 Cr 2,33E-05 6,12E-06

6 Ni 4,70E-05 1,56E-06

6 Be 9,48E-06 7,35E-09

8 Cr 2,14E-05 2,21E-06

8 Ni 2,47E-05 5,22E-07

8 Be 5,33E-06 2,34E-09
Die minimale Dicke des konfokalen Multilamellenwellenleiters, also die Dimension dieses konfokalen Multilamellenwellenleiters in Durchtrittsrichtung der Röntgenwellen, skaliert typischerweise mit den Absorptionseigenschaften der Schichten, welche eine Abhängigkeit von der Wellenlänge der Röntgenwellen aufweisen. Absorptionskanten der Schichten ausgenommen, fällt die Absorption in der Regel mit zunehmender Energie der Röntgenwelle mit der dritten Potenz der Energie ab. Um beispielsweise diese für niederenergetische Röntgenwellen anzupassen, sollte somit der Multilamellenwellenleiter eine geringere Dicke aufweisen, welche aber grundsätzlich auch angepasst werden kann. Die Lamellen oder mindestens eine der Lamellen sollten insgesamt mindestens so dick sein, dass außerhalb des eigentlichen Wellenleiterbereichs, also außerhalb des Kernbereichs und optional des Zwischenbereichs, ein nennenswerter Anteil der Röntgenwellen absorbiert wird. Die Qualität kann am besten beschrieben werden durch das Verhältnis von im Wellenleiter transmittierten Röntgenstrahlen zu außerhalb nicht absobierten Röntgenstrahlen. Ein für hohe Energien hinreichend dicker Wellenleiter kann in der Regel auch für niedrige Energien verwendet werden, allerdings mit nicht optimaler Transmission.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung betreffen die verwendeten Materialien des Schichtaufbaus einer, mehrerer oder aller der verwendeten Scheiben. So kann insbesondere mindestens einer der Kernbereiche der Schichtaufbauten, vorzugsweise mehrere oder alle der Kernbereiche, mindestens ein Kernbereichsmaterial umfassen. Insbesondere kann es sich dabei um ein im Wesentlichen reines Kernbereichsmaterial handeln. Dieses kann insbesondere ausgewählt sein aus einem oder mehreren der folgenden Materialien: Kohlenstoff, Lithium, Beryllium, Polymere, Borcarbid (B₄C), Magnesiumcarbid (MgC₂). Das Kernbereichsmaterial kann insbesondere in Reinform vorliegen. Das Kernbereichsmaterial kann insbesondere ein Material mit einer geringen Ordnungszahl umfassen, beispielsweise einer Ordnungszahl von weniger als 20, vorzugsweise maximal 6. Diesbezüglich sei jedoch darauf hingewiesen, dass grundsätzlich der Kernbereich eines oder mehrerer der Schichtaufbauten nicht notwendigerweise ein Material umfassen muss, insbesondere kein festes Material. So kann dieser Kernbereich grundsätzlich auch ein Vakuum oder ein Gas umfassen. Dementsprechend kann der Kernbereich auch beispielsweise einfach einen Spalt zwischen benachbarten Mantelbereichen umfassen, wie dies bereits aus der Literatur bekannt ist. Aus herstellungstechnischen Gründen ist jedoch die Verwendung mindestens eines Kernbereichsmaterials bevorzugt.
Besonders bevorzugt ist es, wenn mindestens einer, vorzugsweise mehrere oder alle, der Kernbereiche der verwendeten Scheiben eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften aufweisen:

– einen Realteil eines Brechungsindexes, welcher um nicht mehr als 1,0 × 10^–5, vorzugsweise um nicht mehr als 9,5 × 10^–6 und besonders bevorzugt um nicht mehr als 3,5 × 10^–6 von 1,0 abweicht;
– einen Imaginärteil eines Brechungsindexes, welcher maximal 1 × 10^–8 beträgt, vorzugsweise maximal 7,4 × 10^–9 und besonders bevorzugt maximal 2,8 × 10^–9;
– eine Dicke von weniger als 100 nm, vorzugsweise von weniger als 50 nm, besonders eine Dicke von maximal 35 nm.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen betreffen die Mantelbereiche. So ist es besonders bevorzugt, wenn mindestens einer, vorzugsweise mehrere oder sogar alle, der Schichtaufbauten einen mehrschichtigen Mantelbereich aufweisen. Unter einem mehrschichtigen Mantelbereich ist dabei allgemein ein Schichtaufbau des Mantelbereichs zu verstehen, welcher mindestens zwei Schichten umfasst. Dabei sei allgemein bezüglich dieses Schichtaufbaus oder allgemein bezüglich des Schichtaufbaus der Scheiben darauf hingewiesen, dass die Schichten des Schichtaufbaus vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise, als klar voneinander abgegrenzte Schichten ausgestaltet sind. Benachbarte Schichten können auch ineinander übergehen oder es können Schichten in Form von Gradienten vorgesehen sein, wie dies zum Beispiel aus der Technik der Lichtwellenleiter bekannt ist.
Bei einem mehrschichtigen Mantelbereich kann der Mantelbereich beispielsweise mindestens einen dem Kernbereich zuweisenden Zwischenbereich und mindestens einen Absorptionsbereich aufweisen. In anderen Worten kann der Kernbereich Sandwich-artig beidseitig von einem oder mehreren Zwischenbereichen umgeben sein, welche ihrerseits Sandwich-artig auf dem Kernbereich gegenüberliegenden Seiten einseitig oder beidseitig von Absorptionsbereichen umgeben sein können. Die Absorptionsbereiche können insbesondere, wie unten noch näherausgeführt wird, ein höheres Absorptionsvermögen für Röntgenwellen aufweisen als die Zwischenbereiche. Dementsprechend können die Eigenschaften des mindestens einen Zwischenbereichs für die Röntgenwellenleitung optimiert sein, wohingegen die Eigenschaften des mindestens einen Absorptionsbereichs für eine Absorption der Röntgenwellen, welche nicht in den Multilamellenwellenleiter eingekoppelt werden können, ausgestaltet sein können.
Der mindestens eine Zwischenbereich kann insbesondere eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften aufweisen:

– einen Realteil eines Brechungsindexes, welcher kleiner ist als die Realteile der Brechungsindices des Absorptionsbereichs und des Kernbereichs;
– einen Realteil eines Brechungsindexes, welcher um mehr als 1,0 × 10^–6, vorzugsweise um mehr als 3,4 × 10^–6;
– einen Imaginärteil eines Brechungsindexes, welcher zwischen den Imaginärteilen der Brechungsindices des Kernbereichs und des Absorptionsbereichs liegt;
– einen Imaginärteil von 6 × 10^–8 bis 2 × 10^–6; vorzugsweise von 6,1 × 10^–8 bis 5 × 10^–7
– eine Dicke von 10 nm bis 100 nm, insbesondere von 20 bis 40 nm und besonders bevorzugt von 30 nm.

Der Zwischenbereich kann insbesondere ein Zwischenbereichsmaterial umfassen und/oder ganz aus diesem Zwischenbereichsmaterial hergestellt sein. Insbesondere kann das Zwischenbereichsmaterial ein reines Material umfassen. Insbesondere kann das Zwischenbereichsmaterial ausgewählt sein aus einem oder mehreren der folgenden Materialien: Molybdän, Niob, Kupfer, Kupferoxid, Nickel, Nickeloxid, Eisen, Eisenoxid Chrom, Chromoxid, Tantal, Wolfram, Gold, Zinn, Indium.
Der Absorptionsbereich kann insbesondere eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften aufweisen:

– einen Realteil eines Brechungsindexes, welcher zwischen den Realteilen der Brechungsindices des Zwischenbereichs und des Kernbereichs liegt;
– einen Realteil eines Brechungsindexes, welcher um einen Betrag δ von 1,0 abweicht, wobei δ in einem Bereich von 1,0 × 10^–6 bis 2,4 × 10^–5 liegt, vorzugsweise in einem Bereich von 2,4 × 10^–6 bis 2,4 × 10^–5, besonders vorzugsweise in einem Bereich von 2,4 × 10^–6 bis 6,8 × 10^–6;
– einen Imaginärteil eines Brechungsindexes, welcher größer ist als 1,0 × 10^–7, vorzugsweise größer als 1,1 × 10^–7.

Anstatt durch absolute Werte können geeignete Schichtsysteme auch durch die Angabe der jeweiligen Verhältnisse der Größe β charakterisiert werden. β(AS)/β(ZS) > 1, β(AS)/β(LS) > 1 × 10², β(ZS)/β(LS) > 1 × 10².
Der Absorptionsbereich kann insbesondere ein Absorptionsmaterial umfassen. Wiederum kann dies auch den Fall umfassen, dass der Absorptionsbereich ganz aus einem derartigen Absorptionsbereichsmaterial besteht. Insbesondere kann es sich bei dem Absorptionsbereichsmaterial wiederum um ein reines Absorptionsbereichsmaterial handeln. Das Absorptionsbereichsmaterial kann insbesondere ausgewählt sein aus Germanium, Silizium, Glas, Quartz, Tantal, Wolfram, Gold, Silber.
Es wird darauf hingewiesen, dass jeder Wellenleiter mindestens einen der beschriebenen Schichtaufbauten aufweisen soll. Es ist dabei grundsätzlich auch möglich, dass einer oder mehrere der Wellenleiter mehrere der genannten Schichtaufbauten aufweisen. Beispielsweise können einer oder mehrere der Wellenleiter einen komplexen Gesamt-Schichtaufbau aufweisen, bei welchem mehrere, räumlich voneinander getrennte Kernbereiche vorgesehen sind, welche jeweils optional und vorzugsweise beidseitig von jeweils mindestens einem Zwischenbereich und optional von mindestens einem Absorptionsbereich umgeben sind. Beispielsweise kann eine Schichtfolge der Art Absorptionsbereich-Zwischenbereich-Kernbereich-Zwischenbereich-Absorptionsbereich-Zwischenbereich-Kernbereich-Zwischenbereich-Absorptionsbereich in einem oder mehreren der Wellenleiter vorgesehen sein, optional ergänzt durch weitere Schichtfolgen vom Typ Absorptionsbereich-Zwischenbereich-Kernbereich-Zwischenbereich-Absorptionsbereich. Auf diese Weise können einer oder mehrere der Wellenleiter jeweils mehrere Teil-Wellenleiter umfassen, beispielsweise eindimensionale Teil-Wellenleiter, deren optische Achsen oder Schichtebenen oder Schichtnormalen im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind. Auf diese Weise lassen sich auch mehrere Röntgenquellen gleichzeitig bereitstellen. Beispielsweise lassen sich Röntgenquellen realisieren, die mehrere quasi-punktförmige einzelne Röntgenquellen umfassen, oder Röntgenquellen, die mindestens eine oder mehrere quasi-punktförmige Röntgenquellen und eine oder mehrere linienförmige Röntgenquellen kombinieren. Wird zur Beleuchtung derartig gestalteter Multilamellenwellenleiter dieselbe Primär-Röntgenquelle verwendet, so können nach Durchtritt durch den Multilamellenwellenleiter die mehreren Röntgenquellen kohärent emittieren.
Beispielsweise ist es denkbar leicht möglich, eine einzelne Lamelle derart herzustellen, dass sich die Schichtenfolge ganz oder teilweise wiederholt. So lässt sich beispielsweise zunächst einen Stapel von eindimensionalen Wellenleiterschichten erzeugen. Hierbei kann beispielsweise die Dicke der Absorptionsschichten und/oder der Zwischenschichten, bzw. die Tatsache, ob zwischen den einzelnen eindimensionalen Wellenleiterschichten des Gesamt-Schichtaufbaus überhaupt derartige Schichten vorhanden sind, und/oder die Dicke der einzelnen Wellenleiterschichten selbst den Abstand zwischen den einzelnen eindimensionalen Wellenleiterschichten bestimmen. Wenn beispielsweise ein Stapel mehrerer eindimensionaler Wellenleiterschichten gekreuzt wird mit einem einzelnen Wellenleiter mit lediglich einer einzelnen Wellenleiterschicht, dann lassen sich eine Reihe mit mehreren zweidimensionalen Wellenleitern und/oder mehrere benachbarte bzw. fest beabstandete Punktlichtquellen erzeugen. Natürlich lassen sich auch Stapel kreuzen. Mit Anordnungen mit zwei, vier oder einer anderen Anzahl an Punktlichtquellen lassen sich beispielsweise Messungen des ”differentiellen Phasenkontrasts” in einer Richtung (2 Punktlichtquellen) bzw. in zwie Richtungen (4 Punktlichtquellen) durchführen. Zwei Punktlichtquellen ermöglichen außerdem auch die Durchführung einer ”Off-Axis-Holographie”, bei der Strahl einer Quelle durch das Objekt beeinflusst auf den Detektor strahlt, während der Strahl (beispielsweise zumindest näherungsweise eine Kugelwelle und/oder ein Segment einer Kugelwelle, auch für den ”Objekt-Strahl”) der zweiten Quelle ungehindert zum Detektor strahlt. Der Detektor detektiert nun das Interferenzmuster aus beiden Teilstrahlen. Anordnungen mit mehreren Punktlichtquellen können einerseits genutzt werden, um Messungen zu parallelisieren, nämlich dann, wenn die einzelnen Quellen derart beabstandet sind, dass die Messungen untereinander unabhängig werden. Andererseits können aber gerade eindimensional oder zweidimensional periodisch angeordnete Punktlichtquellen, insbesondere, wenn diese untereinander kohärent oder zumindest teil-kohärent sind, noch für besondere Anwendungen genutzt werden.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Multilamellenwellenleiters vorgeschlagen. Das Verfahren kann insbesondere eingesetzt werden, um einen Multilamellenwellenleiter, insbesondere einen konfokalen Multilamellenwellenleiter, gemäß einer oder mehreren der obigen Ausführungsformen herzustellen. Auch andere Arten von Multilamellenwellenleitern sind jedoch grundsätzlich mittels des vorgeschlagenen Verfahrens herstellbar. Umgekehrt kann der oben beschriebene Multilamellenwellenleiter in einer oder mehreren der oben beschriebenen Ausgestaltungen mit einem Verfahren gemäß einem oder mehreren der im Folgenden beschriebenen Ausgestaltungen herstellbar sein. Dementsprechend kann für mögliche Ausgestaltungen des Verfahrens auf die Beschreibung möglicher Ausgestaltungen des Multilamellenwellenleiters verwiesen werden und umgekehrt.
Bei dem Verfahren werden mindestens zwei Wellenleiter hergestellt. Jeder der Wellenleiter weist einen Schichtaufbau mit mindestens einem Kernbereich und mindestens einem den Kernbereich beidseitig umgebenden Mantelbereich auf. Die Wellenleiter werden dabei als Scheiben ausgebildet und die Scheiben werden derart planar miteinander verbunden, dass die Röntgenwellen diese Scheiben nacheinander passieren können. Die Scheiben sind dabei derart zueinander gedreht, dass die Schichtaufbauten benachbarter Wellenleiter nicht parallel zueinander angeordnet sind. Bezüglich der Definitionen und möglichen Ausgestaltungen kann auf die obige Beschreibung verwiesen werden.
Die Schichtaufbauten können insbesondere unter Verwendung eines Halbleiterprozesses hergestellt werden. Dementsprechend können gängige Verfahren, wie sie in der Halbleitertechnik eingesetzt werden, in einem oder mehreren Verfahrensschritten des Herstellungsverfahrens eingesetzt werden. Insbesondere kann es sich hierbei um Abscheideverfahren zum Abscheiden einer oder mehrerer Schichten handeln. Diese Abscheideverfahren können beispielsweise nass-chemische Verfahren beinhalten und/oder trockene Abscheideverfahren, beispielsweise physikalisches Abscheiden im Vakuum (Physical Vapor Deposition, PVD, insbesondere Sputtern und/oder Aufdampfen und/oder Epitaxieverfahren) und/oder chemische Abscheideverfahren, beispielsweise Abscheideverfahren im Vakuum wie insbesondere chemische Dampfphasenabscheidung (Chemical Vapor Deposition, CVD).
Insbesondere kann das Verfahren derart durchgeführt werden, dass die Schichtaufbauten eines, mehrerer oder aller der Wellenleiter, wobei vorzugsweise wiederum genau zwei Wellenleiter vorgesehen sind, durch Abscheiden mehrerer Schichten auf mindestens einem Substrat, insbesondere mindestens einem Wafer, hergestellt werden. Dabei können insbesondere großflächige Abscheideverfahren eingesetzt werden. Auf die Verwendung lithographischer Strukturierungstechniken kann vorzugsweise verzichtet werden. Insbesondere kann es sich bei dem Substrat um ein Substrat eines Halbleiters handeln, beispielsweise, wie unten noch näher ausgeführt wird, einen Germanium-Wafer. Auch andere Materialien sind jedoch grundsätzlich einsetzbar.
Anschließend können die Scheiben mittels eines mechanischen Trennverfahrens unter Aufteilung des beschichteten Substrats hergestellt werden, insbesondere unter Verwendung eines Sägeverfahrens. Alternativ oder zusätzlich sind auch andere mechanische Trennverfahren möglich. Dieses mechanische Trennverfahren kann insbesondere derart durchgeführt werden, dass die Aufteilung im Wesentlichen senkrecht zu einer Schichtnormale des Schichtaufbaus auf dem Substrat erfolgt, wie oben beschrieben wurde. Dementsprechend kann der Wafer beispielsweise senkrecht zu seiner Wafer-Ebene zersägt werden. Das mechanische Trennverfahren kann dabei unmittelbar nach dem Abscheiden der mehreren Schichten auf dem Substrat erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann das mechanische Trennverfahren jedoch, wie unten noch näher ausgeführt wird, erst durchgeführt werden, wenn weitere Elemente auf diesem Schichtaufbau aufgebracht sind, beispielsweise mittels eines Bonding-Verfahrens. Auf diese Weise können beispielsweise dickere Schichten eines Absorptionsbereichsmaterials auf dem Schichtaufbau aufgebracht werden und anschließend kann das mechanische Trennverfahren durchgeführt werden. Das vorgeschlagene Verfahren kann darüber hinaus weitere, nicht aufgeführte Verfahrensschritte umfassen.
Vor dem Verbinden, insbesondere nach dem mechanischen Trennverfahren, wie beispielsweise dem Sägeverfahren, können die Scheiben mindestens einem Glättungsverfahren unterzogen werden. Dieses Glättungsverfahren kann insbesondere die Oberflächen der Scheiben betreffen, welche über die Verbindung miteinander verbunden werden. Das mindestens eine Glättungsverfahren kann insbesondere mindestens ein Polierverfahren umfassen. Als Polierverfahren können Verfahren aus der Transmissionselektronenmikroskopie-Probenherstellung (TEM-Probenherstellung) genutzt werden, beispielsweise mechanisches Schleifen und/oder chemisches Polieren und/oder Elektropolieren. Besonders bevorzugt ist hierbei die Verwendung einer Innenstrahl-Politur. Auf diese Weise können beispielsweise Verschmierungen, welche an den Oberflächen auftreten können, beispielsweise beim Sägen, zumindest teilweise beseitigt werden. Insbesondere können Bereiche der Scheiben poliert werden, welche als Ein- und Austrittsflächen der Röntgenwelle dienen.
Das Herstellungsverfahren kann insbesondere derart durchgeführt werden, dass mindestens eine der Schichtaufbauten der Scheiben, vorzugsweise mehrere Schichtaufbauten mehrerer Scheiben oder sogar alle Schichtaufbauten aller Scheiben, einen mehrschichtigen Mantelbereich aufweisen. Der Mantelbereich kann insbesondere wiederum mindestens einen dem Kernbereich zuweisenden Zwischenbereich und mindestens einen Absorptionsbereich aufweisen. Bezüglich möglicher Ausgestaltungen dieser Bereiche kann auf die obige Beschreibung verwiesen werden.
Das Verfahren kann dann insbesondere folgende Schritte aufweisen:

a) ein Substrat wird bereitgestellt, wobei das Substrat mindestens ein Absorptionsbereichsmaterial umfasst, insbesondere Germanium, vorzugsweise ein kristallines Germanium;
b) mindestens ein Zwischenbereichsmaterials wird auf das Absorptionsbereichsmaterial aufgebracht, vorzugsweise Molybdän;
c) mindestens ein Kernbereichsmaterial wird auf das Zwischenbereichsmaterial aufgebraucht, vorzugsweise Kohlenstoff
d) mindestens ein Zwischenbereichsmaterial wird auf das Kernbereichsmaterial aufgebracht, vorzugsweise Molybdän;
e) mindestens ein Absorptionsbereichsmaterial wird auf das Zwischenbereichsmaterial aufgebracht, vorzugsweise Germanium.

Bezüglich der möglichen Ausgestaltungen des Absorptionsbereichsmaterials, des Zwischenbereichsmaterials und des Kernbereichsmaterials kann auf die obige Beschreibung verwiesen werden. Dabei können auf beiden Seiten des Kernbereichsmaterials unterschiedliche Zwischenbereichsmaterialien und/oder unterschiedliche Absorptionsbereichsmaterialien vorgesehen sein. Besonders bevorzugt ist es jedoch, wenn die Materialien auf beiden Seiten des Kernbereichsmaterials gleich ausgestaltet sind, zumindest hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung gleichartig. Das Substrat kann dabei das Absorptionsbereichsmaterial bereits intrinsisch umfassen, so dass das Substrat beispielsweise vollständig aus dem Absorptionsbereichsmaterial, wie beispielsweise Germanium, besteht. Alternativ kann das Substrat das Absorptionsbereichsmaterial jedoch auch auf andere Weise umfassen, beispielsweise indem das Substrat mit dem Absorptionsbereichsmaterial bereits beschichtet bereitgestellt wird. Verschiedene Ausgestaltungen sind möglich.
Bei dem oben beschriebenen Verfahren kann in Schritt e), in welchem das Absorptionsbereichsmaterial auf das Zwischenbereichsmaterial aufgebracht wird, insbesondere zunächst mindestens eine erste Schicht des Absorptionsbereichsmaterials auf das Zwischenbereichsmaterial aufgebracht werden. Anschließend kann mindestens eine weitere Schicht des Absorptionsbereichsmaterials und/oder eines anderen Absorptionsbereichsmaterials auf diese erste Schicht aufgebracht werden, beispielsweise in Form mindestens eines Wafers des Absorptionsbereichsmaterials. Unter einem Wafer kann dabei allgemein eine freitragende Schicht eines Materials verstanden werden. Die weitere Schicht, insbesondere der Wafer, wird dabei im Folgenden auch als „Cap-Layer” bezeichnet. Insbesondere kann ein Wafer des Absorptionsbereichsmaterials, beispielsweise ein Germanium-Wafer, direkt oder indirekt auf die erste Schicht des Absorptionsbereichsmaterials aufgebracht werden, beispielsweise mittels eines Bonding-Verfahrens. Unter einem Bonding-Verfahren oder allgemein einem Bonden werden dabei hier und im Folgenden allgemein ein oder mehrere Verbindungsprozesse bezeichnet, welche in der Halbleitertechnik, der Aufbau- oder Verbindungstechnik eingesetzt werden um zwei oder mehrere Elemente, insbesondere Halbleiterelemente und/oder metallische Elemente, miteinander zu verbinden. Beispielsweise können hierfür metallische Bonding-Verfahren eingesetzt werden, insbesondere ein oder mehrere Legierungsbildungsbonding-Verfahren. Bei dem Bonding kann auf die erste Schicht des Absorptionsbereichsmaterials und/oder den Wafer, welcher auf diese erste Schicht aufgebracht wird, vor dem Bonding insbesondere mindestens eine Haftvermittlerschicht aufgebracht werden. Insbesondere kann es sich hierbei um mindestens eine metallische Haftvermittlerschicht handeln. Beispielsweise können eine oder mehrere Chromschichten und/oder eine oder mehrere Nickelschichten eingesetzt werden.
Bei der Verbindung der Scheiben können insbesondere die (optional vorbehandelten) Scheiben direkt aufeinander gelegt werden und fixiert werden, beispielsweise von außen. Für die Wellenleitung ist es in der Regel vorteilhaft, wenn die Wände des Wellenleiterbereichs, also die Wände des Kernbereichs und/oder des Zwischenbereichs, glatt sind. Bei einem Sägen wird jedoch in der Regel jeweils der Eintritts- und Austrittsbereich der einzelnen Wellenleiter beschädigt, so dass in diesem Bereich die Wände zumeist nicht mehr glatt sind. Mittels einer Politur, beispielsweise einer Ionenstrahlpolitur, können die derart beschädigten Bereiche abgetragen werden. Auf diese Weise können die Wände des Wellenleiterbereichs geglättet werden. Beispielsweise kann eine Molybdänschicht des Zwischenbereichs poliert werden. In der Praxis wir dabei in der Regel über die Zwischenschicht, beispielsweise die Molybdänschicht, hinaus auch der Absorptionsbereich, beispielsweise das Germanium, mitpoliert. Als Nebeneffekt wird weiterhin in vielen Fällen auch der Kernbereich, beispielsweise der Kohlenstoff, geglättet. Es ist jedoch festzustellen, dass diese Glättung des Kernbereichs in der Regel unkritisch ist, so dass keine oder nur geringe nachteilige Effekte auftreten, wenn der Kernbereich nicht so gut geglättet wird und/oder sogar aus dem Wellenleiter herausstünde oder eingesenkt wäre, da der Brechungsindex für Röntgenwellen ohnehin nahe an dem Brechungsindex für Luft bzw. Vakuum liegt.
Somit ist insgesamt festzustellen, dass in der Regel nicht notwendigerweise die gesamten Scheiben, insbesondere die Lamellen, poliert werden müssen. Eine Gesamtpolitur kann zwar grundsätzlich erfolgen, ist jedoch in der Regel mit hohen Kosten und einem hohen Zeitaufwand verbunden. Es sollte jedoch der Wellenleiterbereich, also zumindest der an den Kernbereich angrenzende Teil des Mantelbereichs, d. i. bei Verwendung Zwischenbereichs insbesondere der Zwischenbereich, poliert werden.
Alternativ oder zusätzlich zu einem Bonding-Verfahren zum Aufbringen der optionalen mindestens einen weiteren Absorptionsschicht können weitere Verfahren eingesetzt werden. Beispielsweise ist ein weiteres Verfahren zur Auftragung der optionalen mindestens einen weiteren Absorptionsschicht auf die Haftvermittlerschichten ein elektrochemisches Verfahren, beispielsweise eine Elektrolyse oder elektrolytische Abscheidung, und/oder ein Chemisch-Nickel-Prozess. Zur Abscheidung der optionalen mindestens einen weiteren Absorptionsschicht können verschiedene Materialien genutzt werden, bevorzugt das Material Nickel. Alle verwendeten Materialien zur Auftragung mindestens einer weiteren Absorptionsschicht sollten, abhängig von ihrer Schichtdicke und der Gesamtlänge des Wellenleiters, entsprechend der Energie der Röntgenwelle ausreichend absorbierend sein.
Wird die Cap-Lager nicht gebondet, sondern direkt abgeschieden, kann beispielsweise nach dem optionalen Sägen und vor dem optionalen Ionenstrahl-Polieren die gesamte Lamelle mechanisch poliert werden. Das Ionenstrahl-Polieren des Kernbereichs und/oder des Zwischenbereichs, beispielsweise der Molybdän-Schicht, ist jedoch in der Regel nach wie vor erforderlich. Wird die Cap-Layer nachträglich gebondet, so tritt in vielen Fällen die Schwierigkeit auf, dass beim mechanischen Polieren die Cap-Layer abgehoben wird. Überraschenderweise hat es sich jedoch gezeigt, dass zur Sicherstellung der Funktion des Multilamellenwellenleiters in der Regel lediglich eine ausreichende Politur des Kernbereichs und/oder des Zwischenbereichs erforderlich ist. Die Rauigkeit der übrigen Lamellen ist in der Regel unkritisch, solange die Lamelle als ganzes eben ist, so dass mehrere Lamellen gut und ohne Verkippung der optischen Achsen aneinander angepasst werden können.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung betreffen die Verbindung der mindestens zwei Lamellen miteinander. Hierbei können, insbesondere ein oder mehrere stoffschlüssige Verfahren, in Alleinstellung oder in Kombination mit anderen Verbindungsverfahren, eingesetzt werden. Insbesondere können hierbei eine oder mehrere Lotverfahren zum Einsatz kommen, beispielsweise mittels einem oder mehreren Loten. Insbesondere ein InSn-Lot kann eingesetzt werden, welches die erforderlichen Fließ- und Hafteigenschaften aufweist. Anstelle eines Lotes kann zum Beispiel zur Fixierung ein Kleber, zum Beispiel ein lichthärtender Kleber eingesetzt werden. Des Weiteren kann zum Beispiel auch Leitsilber zur Fixierung eingesetzt werden, was eine günstige Aushärtungszeit aufweist. Es können Lote eingesetzt werden, die entsprechen Haftungs- und Fließeigenschaften aufweisen; bei der Fixierung muss es sich nicht unbedingt um eine permanente Verbindung handeln, sonst ist zum Beispiel auch eine mechanische Fixierung über eine Art Klemme möglich.
Weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung betreffen die Verwendung des Multilamellenwellenleiters, insbesondere des konfokalen Multilamellenwellenleiters, in einer oder mehreren der im Rahmen der vorliegenden Erfindung beschriebenen möglichen Ausgestaltungen desselben. So kann in einem ersten Aspekt der Multilamellenwellenleiter insbesondere verwendet werden, um eine quasi-punktförmige Röntgenquelle bereitzustellen. Dementsprechend wird ein Verfahren zur Bereitstellung einer quasi-punktförmigen Röntgenquelle vorgeschlagen, wobei Röntgenwellen, beispielsweise aus einer Synchrotron-Strahlenquelle, in mindestens einen Multilamellenwellenleiter gemäß einer oder mehreren der im Rahmen der vorliegenden Erfindung beschriebenen Ausgestaltungen, insbesondere mindestens einen konfokalen Multilamellenwellenleiter, eingekoppelt werden. Nach Durchtritt durch den konfokalen Multilamellenwellenleiter werden die Röntgenwellen aus diesem ausgekoppelt.
Aufgrund der optional gekreuzten Wellenleiter des Multilamellenwellenleiters können die ausgekoppelten Röntgenwellen insbesondere in mindestens zwei Dimensionen begrenzt sein, so dass für einen Betrachter, einen Detektor oder ein Experiment diese ausgekoppelten Röntgenwellen von einer quasi-punktförmigen Röntgenquelle herrühren können. Unter einer quasi-punktförmigen Röntgenquelle kann dabei eine Röntgenquelle verstanden werden, welche senkrecht zur Ausbreitungsachtung der Röntgenwelle eine Ausdehnung aufweist, die geringer ist als die angestrebte Auflösung und die in einer Ebene zu liegen scheint. Das System der Wellenleiter kann in sehr guter Näherung als in einer Ebene liegend betrachtet werden, wenn es entlang der Ausbreitungsrichtung eine Ausdehnung kleiner, vergleichbar oder geringfügig größer als die Rayleighlänge (Schärfentiefe der Quelle) besitzt. Die Rayleighlänge selbst skaliert quadratisch mit den Ausdehnungen senkrecht zur Strahlrichtung. Dies hat zur Folge, dass obige Bedingung für die Ausdehnung in Strahlrichtung nur für Multilamellenwellenleiter mit relativ großen lateralen Ausdehnungen, die relativ niedrigen Auflösungen entsprechen, erreicht werden kann, Im weiteren Sinne kann das System als in einer Ebene liegend betrachtet werden, wenn im Experiment der Objektabstand sehr groß gegenüber der Ausdehnung des Systems in Strahlrichtung ist. Entlang der Ausbreitungsrichtung weist die Röntgenquelle vorzugsweise eine Ausdehnung von weniger als 1,0 mm auf, besonders bevorzugt von weniger als 500 μm. Senkrecht zur Ausbreitungsrichtung weist die Röntgenquelle vorzugsweise eine Ausdehnung von weniger als 1 µm auf, bevorzugt von weniger als 200 nm, besonders bevorzugt von 100 nm oder sogar von 35 nm oder weniger.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung eines konfokalen Multilamellenwellenleiters gemäß einer oder mehreren der in der vorliegenden Erfindung beschriebenen Ausgestaltungen zur Abbildung mindestens eines Gegenstands. Dementsprechend wird ein Verfahren zur Abbildung mindestens eines Gegenstands vorgeschlagen, wobei Röntgenwellen in mindestens einen Multilamellenwellenleiter gemäß einer oder mehreren der oben beschriebenen Ausgestaltungen, insbesondere in mindestens einen konfokalen Multilamellenwellenleiter, eingekoppelt werden und die Röntgenwellen nach Durchtritt durch den Multilamellenwellenleiter aus diesem ausgekoppelt werden und der Gegenstand mit den ausgekoppelten Röntgenwellen beleuchtet wird und die Röntgenwellen anschließend nach Beleuchtung des Gegenstands von mindestens einem Detektor erfasst werden.
Dabei können die durch den Gegenstand transmittierten Röntgenwellen und/oder von dem Gegenstand gestreute Röntgenwellen und/oder von dem Gegenstand reflektierte Röntgenwellen und/oder auch um den Gegenstand herum sich ausbreitende Röntgenwellen erfasst werden. Insbesondere kann bei dem Verfahren ein holographisches Bildgebungsverfahren verwendet werden, wobei von dem Gegenstand ausgehende Röntgenwellen beispielsweise mit Referenzröntgenwellen überlagert werden können, beispielsweise auf einem oder mehreren Detektoren und/oder auf einem oder mehreren Schirmen. Die Referenzröntgenwellen können beispielsweise Röntgenwellen umfassen, welche kohärent sind und mit den Röntgenwellen, die von dem Gegenstand gestreut werden, in einer festen Phasenbeziehung stehen. Insbesondere, können Referenzröntgenwellen Röntgenwellen sein, die von dem konfokalen Multilamellenwellenleiter ausgehen und bei Durchtritt durch den Gegenstand nicht von dem Gegenstand gestreut werden.
Die optionalen Referenzröntgenwellen können auch von dem Wellenleiter ausgehen. Da Röntgenwellen meist schwach mit dem Gegenstand Wechselwirken, sind in der Regel auch Anteile der Wellenleiterwelle vorhanden, die nicht von dem Gegenstand gestreut werden. Die Überlagerung dieser Referenzwelle mit der gestreuten Welle kann dann von dem Detektor aufgenommen werden. Beispielsweise kann ein bildgebendes Experiment mit gekreuzten Scheiben durchgeführt werden, die jeweils nur ein Kernbereich aufweisen. Diese Anordnung kann auch als „in-line Holographie” bezeichnet werden. Alternativ oder zusätzlich zu einer in-line Holographie ist auch eine so genannte „off-axis Holografie” möglich. In diesem Fall stammen die Referenzwelle und die gestreute Welle von zwei verschiedenen Quellen. Im Falle des Multilamellenwellenleiters kann dies beispielsweise dadurch realisiert werden, dass zumindest eine der Scheiben zwei oder mehr Kernbereiche aufweist. Auf diese Weise kann der Multilamellenwellenleiter beispielsweise gleichzeitig mehrere Röntgenquellen bereitstellen, beispielsweise mehrere quasi-punktförmige Röntgenquellen oder eine oder mehrere quasi-punktförmige Röntgenquellen und eine oder mehrere Linienförmige Röntgenquellen. Verschiedene bildgebende Experimente mit unterschiedlichen Ausgestaltungen des Multilamellenwellenleiters sind denkbar.
Der vorgeschlagene Multilamellenwellenleiter, insbesondere der konfokale Multilamellenwellenleiter, sowie die vorgeschlagenen Verfahren in einer oder mehreren der beschriebenen Ausgestaltungen weisen gegenüber bekannten Röntgenwellenleitern und gegenüber bekannten Verfahren eine Vielzahl von Vorteilen auf.
Der vorgeschlagene Multilamellenwellenleiter kann insbesondere als in zwei Dimensionen einen Röntgenstrahl kollimierender Röntgenwellenleiter ausgestaltet sein. Der Röntgenwellenleiter kann insbesondere aus mindestens zwei eng gegeneinander gestellten Lamellen hergestellt sein. Der Röntgenwellenleiter kann sich insbesondere gegenüber dem Stand der Technik durch folgende funktionellen Vorteile auszeichnen:

– Optische Schichten der einzelnen Lamellen können mit Dünnschichttechnik herstellbar sein und können gegenüber einer Herstellung mittels Lithographieverfahren daher mit höherer Präzision und einer höheren Anzahl an Designmerkmalen (beispielsweise hinsichtlich einer Schichtfolge) gefertigt werden.
– Der Wellenleiter kann eine hohe Strahldichtigkeit auch für kleine Lamellendicken (optimierte Tranmission) aufweisen.
– Gegenüber existierenden Systemen aus zwei sequentiellen Wellenleitern ist der Wellenleiter vorzugsweise dadurch ausgezeichnet, dass die Lamellen in konfokaler oder aber nahezu konfokaler Anordung stehen, der horizontale und der vertikale Fokus können im Hinblick auf die Abbildungsbedingungen näherungsweise als in einer Ebene liegend betrachtet werden. Für diese Anordnung ergibt sich beispielsweise eine quasi-punktförmige Röntgenquelle (Quellpunkt für die Abbildung). Darunter wird eine für die kohärente Abbildung geeignete Röntgenquelle verstanden, welche weiterhin senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Röntgenwelle eine Ausdehnung aufweist, die geringer ist als die angestrebte Auflösung.
– Gegenüber existierenden Systemen aus zwei sequentiellen Wellenleitern zeichnet sich der Wellenleiter durch einen wesentlich geringeren Justage-Aufwand aus, da beide Lamellen gemeinsam im gleichen Schritt justiert werden können.

Weiterhin kann der Multilamellenwellenleiter beispielsweise in einer Röntgen-Beam-Line eines Synchrotrons eingesetzt werden, um eine punktförmige kohärente virtuelle Röntgenlichtquelle zu erzeugen. Beispielsweise kann der Multilamellenwellenleiter einfach in einem Strahl dieser Röntgen-Beam-Line platziert werden, ohne dass der Strahl zusätzlich bearbeitet werden müsste. Insbesondere kann der Multilamellenwellenleiter ohne Einsatz von Kristallmonochromatoren an der Röntgen-Beam-Line genutzt werden, dass heißt, die Bedingungen an die Monochromasie der auf den Wellenleiter einfallenden Röntgenwelle können relaxiert werden. Alternativ oder zusätzlich kann jedoch vor Einkopplung des Strahls in den Multilamellenwellenleiter auch eine Bearbeitung des Strahls erfolgen, beispielsweise eine Fokussierung des Strahls auf den Röntgenwellenleiter. Die Eigenschaften der ausgekoppelten Röntgenwellen nach Durchtritt durch den Multilamellenwellenleiter sind dabei in der Regel unabhängig von der Vorbehandlung des Strahls vor Einkopplung und hängen in der Regel fast ausschließlich von den Eigenschaften und/oder Abmessungen des Multilamellenwellenleiters ab.
Der Ausgang des Multilamellenwellenleiters, insbesondere des konfokalen Multilamellenwellenleiters, kann im weiteren Strahlengang dabei in vielen Fällen in der Regel nahezu als Punkt-Lichtquelle betrachtet werden. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn wieder ein kollimiertes Strahlenbündel der Röntgenwellen erzeugt werden soll, da eine Kollimierung von Röntgenwellen, die von einer quasi-punktförmigen Strahlenquelle ausgehen, vergleichsweise einfach ist. Weiterhin ist eine punktförmige Lichtquelle von Vorteil, wenn direkt Röntgenholographie betrieben werden soll. Dabei kann ein Objekt von dieser quasi-punktförmigen Quelle beleuchtet werden und beispielsweise ein Bild aus aufgenommenen Sensordaten rekonstruiert werden. Insbesondere kann bei der Bildgebung bzw. dem oben beschriebenen Verfahren zur Abbildung mindestens eines Gegenstands ein differenzielles Phasenkontrast-Verfahren realisiert oder verwendet werden.
Mittels des vorgeschlagenen Multilamellenwellenleiters, insbesondere des konfokalen Multilamellenwellenleiters, können insbesondere die Punktlichteigenschaften, beispielsweise von der Brillanz des Ausgangsstrahls, entkoppelt werden, im Unterschied beispielsweise zu einer einfachen Fokussierung von Röntgenwellen, bei welcher im Strahlengang hinter dem Fokus die Strahlungscharakteristik direkt abhängig ist von der Charakteristik der Ausgangsstrahlung. Dies gilt insbesondere für die Realisierung des Multilamellenwellenleiters in Form eines zweidimensionalen Röntgenwellenleiters. Bei einer komplexeren Realisierung, beispielsweise in Form eines komplexeren Schichtaufbaus, bei welchem mindestens einer der Wellenleiter mehrere Kernbereiche aufweist, beispielsweise einem „Mehr-Punktquellensystemen”, gilt der genannte Vorteil dann in guter Näherung für den optionalen Fall, dass die Punktquellen als unabhängig betrachtet werden können und die Quellen zur Parallelisierung des Messprozesse eingesetzt werden. Die weitgehende Abkopplung der Eigenschaften von den Eigenschaften des Eingangsstrahls gilt in der Regel nicht mehr für Mehr-Punktquellen-Systeme, die die Kohärenz der Punktquellen untereinander ausnutzen.
Im Unterschied zur oben beschriebenen Veröffentlichung von L. De Caro et al. wird in der Veröffentlichung von L. De Caro et al. zunächst mit einem ersten eindimensionalen Röntgenwellenleiter eine Linie erzeugt, aus welcher dann mittels eines zweiten eindimensionalen Röntgenwellenleiters ein Punkt ausgeschnitten wird. Das Problem im weiteren Strahlengang besteht jedoch bei dieser Veröffentlichung darin, dass die Blendenorte für die einzelnen Richtungen, also beispielsweise für einen horizontalen und einen vertikalen Röntgenwellenleiter, auseinanderfallen. Dies gestaltet es beispielsweise technisch nahezu unmöglich, das resultierende Licht mit einer rotationssymmetrischen Optik wieder derart zu kollimieren, da entweder der erste eindimensionale Lichtwellenleiter im Fokus liegt oder der zweite eindimensionale Lichtwellenleiter, jedoch nicht beide Lichtwellenleiter gleichzeitig. Bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen optional konfokal ausgestalteten Multilamellenwellenleiter hingegen fallen vorzugsweise beide Wellenleiter und damit beide „Teilblenden” örtlich praktisch zusammen, da die beiden Wellenleiter vollständig oder teilweise als Scheiben ausgebildet sind, welche miteinander verbunden und somit örtlich eng miteinander gekoppelt sind.
Der Multilamellenwellenleiter gemäß der vorliegenden Erfindung, insbesondere der konfokale Multilamellenwellenleiter, weist also insbesondere eine gute Fokussierbarkeit für die aus diesem ausgekoppelte beziehungsweise mittels diesem bereitgestellte Röntgenwelle auf. Entsprechende Vorteile ergeben sich auch, wenn ein entsprechendes Objekt in den Strahlengang gestellt wird, um beispielsweise ein Bild zu rekonstruieren.
Der Brechungsindex von Materie im Energiebereich der Röntgenstrahlen ist durch n = 1 – δ + i* β gegeben, wobei n < 1 gilt.
β und δ variieren mit der Photonenenergie E. Energieunabhängig formuliert, ist ein Materialsystem dann als Röntgenwellenleiter geeignet, wenn das Elektronendichteprofil ρ bestimmte Eigenschaften im räumlichen Verlauf ρ (z) erfüllt. Das ist jedenfalls in guter Näherung abseits von Absorptionskanten erfüllt. Weiterhin ist das Verhältnis β/δ interessant, das selbst von E abhängt, aber viel schwächer als β und δ einzeln. Die hier maßgebliche Elektronendichte ist näherungsweise proportional zur Massendichte, daher alle Elektronen werden gezählt, nicht nur die Leitungselektronen. Man könnte also Verläufe und Schranken in der Elektronendichte (oder um Verwechselung mit Leitungselektronen zu vermeiden) in der Massendichte angeben.
Die leitende Schicht des Wellenleiters sollte ein möglichst geringes β aufweisen, um Absorptionsverluste zu minimieren. Der Mantelbereich (MB) mit Absorptionsbereich (AS) und Zwischenbereich (ZS) sollte möglichst stark absorbierend sein, um geringe Wellenleiterlängen (Dicke der Scheibe) realisieren zu können und somit die Absorption in der leitenden Schicht minimiert wird. Grenzt ein stark absorbierender Absorptionsbereich des Mantelbereiches direkt an den Kernbereich, führt dies allerdings zu starken Verlusten an der Grenzfläche zwischen leitender Schicht und Mantel. Deshalb ist es vorteilhaft, einen geeigneten dünnen Zwischenbereich (ZS) einzusetzen. Dieser sollte ein geringeres β als der Absorptionsbereich des Mantelbereiches aufweisen und somit die Verluste an der Grenzfläche leitende Schicht-Zwischenbereich minimieren. Andererseits ist der Zwischenbereich dünn genug, so dass die Strahlanteile aus dem Zwischenbereich die Absorption des Primärstrahls nicht wesentlich erniedrigen. Zudem sollte der Zwischenbereich ein höheres δ als der Absorptionsbereich des Mantelbereiches und die leitende Schicht aufweisen, so dass die Röntgenstrahlen in einem „Potentialtopf” gefangen werden.
Absorptionskanten ausgenommen, steigt das Verhältnis δ/β mit zunehmender Energie an. Und zwar umso stärker, je geringer die Elektronendichte des Materials. Für einen gegebenen Schichtaufbau in einem geeigneten Energiebereich, lässt sich daher die Effizienz des Wellenleiters leichter für höhere Energien steigern. Das Profil in δ und β bleibt aber über viele keV in seinem Verlauf so erhalten, dass die Funktion der Wellenleitung bestehen bleibt.
Das Material des Absorptionsbereichbereichs sollte so gewählt sein, dass dessen Absorptionkante gerade unterhalb des ausgesuchten Energiebereichs liegt, da für diese Energien die Absorption besonders hoch ist. Das Material des Zwischenbereichs sollte so gewählt sein, dass die Absorptionkante noch knapp oberhalb des ausgesuchten Energiebereichs liegt, da für diese Energien die Absorption besonders niedrig ist. Damit das δ des Materials des Zwischenbereichs höher als das des Materials des Absoptionsbereichs ist, hat das Material des Zwischenbereichs im Allgemeinen eine höhere Elektronendichte.
Erfindungsgemäß werden zwei Schichtsysteme vorgeschlagen, die diese Kriterien besonders gut für zwei verschiedene Energiebereiche erfüllen und auch technisch realisierbar sind.
Ein Schichtsystem ist ein Ge/Mo/C/Mo/Ge Schichtsystem als Beispiel einer effizienten Materialsystemwahl für einen Wellenleiter. Die zugehörigen Werte sind in der Tabelle 1 (siehe dort) aufgeführt. Dieses Schichtsystem eignet sich bevorzugt für Energien im Bereich von 11.5–20 keV.
Ein besonders geeignetes Schichtsystem für einen Wellenleiter im Bereich 6–8 keV stellt ein Cr/Ni/Be/Ni/Cr-Schichtsystem da. Die zugehörigen Werte sind in der Tabelle 2 (siehe dort) aufgeführt.
Die leitenden Schichten (LS) der beiden Beispiele haben ein β, dass 8 × 10^–9 nicht überschreitet. Man kann diese Bedingung aber auch noch relaxieren und trotzdem effiziente Wellenleiter erhalten. Insbesondere wenn für geeignete Schichtsysteme/Energien die Scheiben noch kürzer werden dürfen. Man kann die Einschränkung nicht mehr als 1,0 × 10^–7 für die LS wählen. Entsprechend darf β(ZS) auch mindestens 2 Größenordnungen darunter liegen. Gleichzeitig muss β(AS) auch nicht zwangsläufig größer als 1,0 × 10^–7 sein, wenn beispielsweise β(LS) < 1,0 × 10^–11 ist.
Anstatt durch absolute Werte können geeignete Schichtsysteme auch durch die Angabe der jeweiligen Verhältnisse der Größe β charakterisiert werden. β(AS)/β(ZS) > 1, β(AS)/β(LS) > 1 × 10², β(ZS)/β(LS) > 1 × 10².
Die minimale Dicke des konfokalen Multilamellenwellenleiters, also die Dimension dieses konfokalen Multilamellenwellenleiters in Durchtrittsrichtung der Röntgenwellen, skaliert typischerweise mit den Absorptionseigenschaften der Schichten, welche eine Abhängigkeit von der Wellenlänge der Röntgenwellen aufweisen. Absorptionskanten der Schichten ausgenommen, fällt die Absorption in der Regel mit zunehmender Energie der Röntgenwelle mit der dritten Potenz der Energie ab. Um beispielsweise diese für niederenergetische Röntgenwellen anzupassen, sollte somit der Multilamellenwellenleiter eine geringere Dicke aufweisen, welche aber grundsätzlich auch angepasst werden kann. Die Lamellen oder mindestens eine der Lamellen sollten insgesamt mindestens so dick sein, dass außerhalb des eigentlichen Wellenleiterbereichs, also außerhalb des Kernbereichs und optional des Zwischenbereichs, ein nennenswerter Anteil der Röntgenwellen absorbiert wird. Die Qualität kann am besten beschrieben werden durch das Verhältnis von im Wellenleiter transmittierten Röntgenstrahlen zu außerhalb nicht absobierten bzw. rückwärts gestreuten (d. i. sowohl vorwärts gestreutes als auch direkt transmittiertes ”Licht”). Ein für hohe Energien hinreichend dicker Wellenleiter kann in der Regel auch für niedrige Energien verwendet werden, allerdings mit nicht optimaler Transmission.
Der Multilamellenwellenleiter, insbesondere der konfokale Multilamellenwellenleiter, kann bei der Herstellung prinzipiell hinsichtlich der Moden, welche von dem konfokalen Multilamellenwellenleiter geleitet werden, und damit hinsichtlich der Punktlichteigenschaften beziehungsweise der Eigenschaften der Röntgenwellen im Fernfeld angepasst werden. Diese Anpassung ist in der Regel abhängig von der Wellenlänge der Röntgenwelle, der Dicke der leitenden Schicht senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Röntgenwelle und der Dicke der leitenden Schicht entlang der Ausbreitungsrichtung der Röntgenwelle. Die Anzahl der Moden kann durch das Ausdämpfen der Moden aufgrund von der Absorption der Röntgenwelle in dem Mantelbereich, reduziert werden. Insbesondere ist es möglich, monomodale und somit kohärent ausleuchtende, mehrkomponentige, zweidimensionale Röntgenwellenleiter für den weichen und/oder harten Röntgenenergiebereich herzustellen. Die Anzahl der Moden kann, unter Einbeziehung der Energie der Röntgenwelle, der Eigenschaften und der Abmessungen des konfokalen Multilamellenwellenleiters durch numerische Simulation bestimmt werden.
Der vorgeschlagene Multilamellenwellenleiter, insbesondere der konfokale Multilamellenwellenleiter, kann insbesondere auf einfache Weise als einzelnes Bauteil gehandhabt und beispielsweise im Strahlengang der Röntgenwellen justiert werden. Weiterhin weist dieser vorzugsweise eine hohe Transmission durch die unmittelbare serielle Hintereinanderschaltung der mindestens zwei Wellenleiter geringer Dicke auf. Von Vorteil ist hierbei insbesondere die Möglichkeit einer Deckelung des Schichtaufbaus durch ein weiteres Absorptionsbereichsmaterial, was zu einer hohen Strahldichtigkeit führt. Weiterhin haben sich die oben beschriebene optionale Sägetechnik, die auch für gedeckelte Wellenleiter geeignet ist und die Reinigung und/oder Polierung der Oberflächen, insbesondere der Frontflächen, der Scheiben als vorteilhaft erwiesen. Die Scheiben können insbesondere als Lamellen ausgestaltet sein und als solche einfach hergestellt und gehandhabt werden. Diese Lamellen können unmittelbar aufeinander gelegt und gemeinsam einjustiert werden, so dass der Fokus der mindestens zwei Scheiben praktisch zusammenfällt, beispielsweise ein horizontaler und ein vertikaler Fokus. Insbesondere die oben beschriebene optionale Schichtfolge Germanium-Molybdän-Kohlenstoff-Molybdän-Germanium als Absorptionsbereichsmaterial-Zwischenbereichsmaterial-Kernbereichsmaterial-Zwischenbereichsmaterial-Absoptionsbereichsmaterial hat sich dabei als besonders geeignet für eine Herstellung der Wellenleiter in Form von Lamellen erwiesen. Hierdurch lassen sich auf einfache Weise technisch zuverlässige und gut handhabbare Multilamellenwellenleiter mit hervorragenden optischen Eigenschaften erzeugen.
Der Multilamellenwellenleiter gemäß der vorliegenden Erfindung, insbesondere der konfokale Multilamellenwellenleiter, ist insbesondere für eine holographische und/oder interaktive und vorzugsweise eine Linsen-lose Abbildung von Materie geeignet. Insbesondere sind als abzubildende Gegenstände funktionelle Materialien, Nanostrukturen, Biomoleküle, Zellen, biologische Gewebe oder ähnliche Gegenstände geeignet. Die Abbildung kann insbesondere mit einem quantitativen Phasenkontrast-Verfahren erfolgen. Die Rekonstruktion der Abbildung kann mit allen gängigen Rekonstruktionsalgorithmen, insbesondere iterativen Rekonstruktionsalgorithmen, erfolgen. Insbesondere kann durch ein Abtasten der Probe in dem Röntgenwellenstrahl, die Abbildung durch einen holographischen und/oder einem ptychographischen Algorithmus rekonstruiert werden. Der vorgeschlagene konfokale Multilamellenwellenleiter kann einzeln oder in Kombination mit anderen röntgenoptischen Elementen insbesondere für die Instrumentierung an Synchrotron-Strahlenquellen eingesetzt werden. Auch ein Einsatz an einem Freie-Elektronen-Laser ist möglich. Alternativ oder zusätzlich kann der Multilamellenwellenleiter als Spezialoptik für die Holographie und/oder die kohärente diffraktive Bildgebung eingesetzt werden. Alternativ oder zusätzlich ist auch ein Einsatz in der Raster-Röntgenmikroskopie und/oder Röntgenspektroskopie und/oder der Röntgenfluoreszenz möglich. Der Spektralbereich der Röntgenwellen kann sich von 25 keV bis hinunter in den Bereich des Wasserfensters unterhalb von 1,2 keV erstrecken. Auch ein Einsatz im Rahmen so genannter table-top-Quellen für Röntgenstrahlen ist möglich. Bei derartigen Anwendungen machen sich die genannten Vorteile, insbesondere der Vorteil der Entkopplung der Punktquellen-Eigenschaften von denen der Quelle, besonders positiv bemerkbar.
Kurze Beschreibung der Figuren
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen, insbesondere in Verbindung mit den Unteransprüchen. Hierbei können die jeweiligen Merkmale für sich alleine oder zu mehreren in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Ausführungsbeispiele sind in den Figuren schematisch dargestellt. Gleiche Bezugsziffern in den einzelnen Figuren bezeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche beziehungsweise hinsichtlich ihrer Funktionen einander entsprechende Elemente.
Im Einzelnen zeigen:
1a Ein Ge/Mo/C/Mo/Ge Schichtsystem als Beispiel einer effizienten Materialsystemwahl für einen Wellenleiter, für einen Energiebereich von 11,5 keV bis 20 keV,
1b eine graphische Darstellung der Abweichung des Realteils des Brechungsindex n von 1, also die Größe δ, in Abhängigkeit vom Abstand zur Mitte des Schichtsystems Ge/Mo/Co/Mo/Ge;
1c eine graphische Darstellung des Imaginärteils des Brechungsindex n, also die Größe β, in Abhängigkeit vom Abstand zur Mitte des Schichtsystems Ge/Mo/Co/Mo/Ge;
2 eine schematische perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines konfokalen Multilamellenwellenleiters;
3 einen Verlauf der Brechungsindices durch die Schichtaufbauten der Wellenleiter des konfokalen Multilamellenwellenleiters in 2;
4 eine elektronenmikroskopische Aufnahme eines Schichtaufbaus eines Wellenleiters;
5 einen vergrößerten Ausschnitt der Darstellung gemäß 4;
6 einen Experimentaufbau zur Röntgenphasenkontrastbildgebung unter Verwendung eines konfokalen Multilamellenwellenleiters;
7 eine Messung eines Fernfeld-Beugungsmusters des konfokalen Multilamellenwellenleiters;
8 ein Modell eines Intensitätsmusters;
9 eine rekonstruierte Nahfeldverteilung in der effektiven konfokalen Ebene;
10 ein Hologramm eines NTT-Testmusters; und
11 eine rekonstruierte Phase in der Objektebene des Bildes gemäß 10.
In Bezug auf 1b und 1c wird angemerkt, dass der sich von der Angabe 12 keV (obere fette Linie) zur Angabe 18 keV jeweils erstreckende Pfeil den jeweiligen Verlauf der Größe δ bzw. β darstellt. Der untere Rand des grau unterlegten Bereiches in den 1b und 1c stellt den Verlauf der Größen für die Energie von 18 keV dar; innerhalb des grau unterlegten Bereiches verlaufen nicht dargestellte Kurven für Zwischenenergien.
Röntgenwellenleiter können allgemein eingesetzt werden, um kurzwellige Strahlung zu filtern und im nanoskaligen Dimensionsbereich bereitzustellen. Damit übernehmen Röntgenwellenleiter die Funktion von makroskopischen Spalten und Blendenöffnungen konventioneller Röntgenstrahlenexperimente. Wellenleiter können lokalisierte Strahlungen für Beugungsexperimente bei signifikant reduziertem Probenvolumen bereitstellen. Weiterhin können diese im Mono-Mode-Bereich eine Steuerung der Wellenfront-Phase ermöglichen, welche hochgradig wünschenswert ist für kohärente Röntgenstrahlbildgebung und Röntgenstrahlholographie. In Abhängigkeit von den Materialien, welche für einen Kernbereich (auch als „Guiding Layer” bezeichnet) und einen Mantelbereich (auch als „Cladding Layer” bezeichnet) verwendet werden, sind Wellenleiter im Prinzip in der Lage, um Strahlen mit Querschnitten bis hinunter zu ungefähr 10 nm bereitzustellen, also unterhalb der Werte, welche derzeit durch fokussierende Optiken erreicht werden. Weiterhin sind die Kohärenzeigenschaften und die Querschnitte der bereitgestellten Strahlen entkoppelt von denjenigen der Primärquelle. Schließlich wird eine Über-Beleuchtung und Streustrahlung, welche andere Formen von Röntgenstrahlfokussierungen mit Fernfeld-Optiken oftmals begleitet, effizient durch den Mantelbereich und eventuelle Deckschichten blockiert, da die Strahlung im Nahfeld auf ungefähr die Dicke d des Kernbereichs begrenzt ist.
Röntgenstrahlausbreitung ist vergleichsweise gut verstanden, zumindest unter Verwendung idealisierter Geometrien, die durch analytische Theorie und finite Differenz-Simulationen erfasst werden, wobei in jüngster Zeit auch eine Verallgemeinerung auf komplexere Strukturen und Effekte, die sowohl Dickenvariationen als auch Rauhheiten umfassen, erfolgt ist. Um die Transmission zu optimieren und um Absorptionsverluste zu minimieren, wurde kürzlich ein Röntgenesellenleiter-Schichtaufbau mit einem mehrschichtigen Mantelbereich veröffentlicht (siehe T. Salditt et al.: High-Transmission Planar X-Ray Waveguides, Physical Review Letters, 100, 184801 (2008)). Dabei wurde ein mehrschichtiger Mantelbereich eingesetzt, bei welchem ein Zwischenbereich zwischen den Kernbereich und den hochgradig absorbierenden Absorptionsbereich eingefügt war. Dies resultierte in einer signifikant erhöhten Transmission, welche in der genannten Veröffentlichung anhand eines planaren, eindimensionalen Wellenleiters (auch als One-Dimensional Waveguide, 1DWG, bezeichnet) demonstriert wurde, wie in nahezu allen vorhergehenden Röntgenwellenleiter-Experimenten. Dem steht jedoch für die überwiegende Mehrzahl der Anwendungen ein Bedarf an zweidimensionalen Wellenleitern (auch als Two-Dimensional Waveguides, 2DWG, bezeichnet) gegenüber. Derartige zweidimensionale Röntgenwellenleiter weisen jedoch, sofern diese technisch überhaupt realisierbar sind, eine die praktische Anwendung nahezu ausschließende niedrige Effizienz auf. Die hauptsächliche Herausforderung besteht daher bislang in der Herstellung von in zwei oder mehr Dimensionen einschränkenden Wellenleitern, welche einfach zu handhaben sind und dennoch eine hohe Effizienz aufweisen.
Der Brechungsindex von Materie im Energiebereich der Röntgenstrahlen ist durch n = 1 – δ + i* β gegeben, wobei n < 1 gilt.
β und δ variieren mit der Photonenenergie E. Energieunabhängig formuliert, ist ein Materialsystem dann als Röntgenwellenleiter geeignet, wenn das Elektronendichteprofil ρ bestimmte Eigenschaften im räumlichen Verlauf ρ (z) erfüllt. Das ist jedenfalls in guter Näherung abseits von Absorptionskanten erfüllt. Weiterhin ist das Verhältnis β/δ interessant, das selbst von E abhängt, aber viel schwächer als β und δ einzeln. Die hier maßgebliche Elektronendichte ist näherungsweise proportional zur Massendichte, daher alle Elektronen werden gezählt, nicht nur die Leitungselektronen. Man könnte also Verläufe und Schranken in der Elektronendichte (oder um Verwechselung mit Leitungselektronen zu vermeiden) in der Massendichte angeben.
Die leitende Schicht des Wellenleiters sollte ein möglichst geringes β aufweisen, um Absorptionsverluste zu minimieren. Der Mantelbereich (MB) sollte möglichst stark absorbierend sein, um geringe Wellenleiterlängen (Dicke der Scheibe) realisieren zu können und somit die Absorption in der leitenden Schicht minimiert wird. Grenzt ein stark absorbierender Absorptionsbereich des Mantelbereiches direkt an den Kernbereich, führt dies allerdings zu starken Verlusten an der Grenzfläche zwischen leitender Schicht und Mantel. Deshalb ist es vorteilhaft, einen geeigneten dünnen Zwischenbereich (ZS) einzusetzen. Dieser sollte ein geringeres β als der Mantel aufweisen und somit die Verluste an der Grenzfläche leitende Schicht-Zwischenbereich minimieren. Andererseits ist der Zwischenbereich dünn genug, so dass die Strahlanteile aus dem Zwischenbereich die Absorption des Primärstrahls nicht wesentlich erniedrigen. Zudem sollte der Zwischenbereich ein höheres δ als der Mantel und die leitende Schicht aufweisen, so dass die Röntgenstrahlen in einem „Potentialtopf” gefangen werden.
Absorptionskanten ausgenommen, steigt das Verhältnis δ/β mit zunehmender Energie an. Und zwar umso stärker, je geringer die Elektronendichte des Materials. Für einen gegebenen Schichtaufbau in einem geeigneten Energiebereich, lässt sich daher die Effizienz des Wellenleiters leichter für höhere Energien steigern. Das Profil in δ und β bleibt aber über viele keV in seinem Verlauf so erhalten, dass die Funktion der Wellenleitung bestehen bleibt.
Das Material des Absorptionsbereichs sollte so gewählt sein, dass dessen Absorptionkante gerade unterhalb des ausgesuchten Energiebereichs liegt, da für diese Energien die Absorption besonders hoch ist. Das Material des Zwischenbereichs sollte so gewählt sein, dass die Absorptionkante noch knapp oberhalb des ausgesuchten Energiebereichs liegt, da für diese Energien die Absorption besonders niedrig ist. Damit das δ des Materials des Zwischenbereichs höher als das des Materials des Absorptionsbereichs ist, hat das Material des Zwischenbereichs im Allgemeinen eine höhere Elektronendichte.
Dem Rahmen der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung folgend, werden beispielhaft zwei Schichtsysteme vorgeschlagen, die diese Kriterien besonders gut für zwei verschiedene Energiebereiche erfüllen und auch technisch realisierbar sind.
In 1a ist ein Ge/Mo/C/Mo/Ge Schichtsystem als Beispiel einer effizienten Materialsystemwahl für einen Wellenleiter gezeigt. Die zugehörigen Werte sind in der Tabelle 1 (siehe dort) aufgeführt. Dieses Schichtsystem eignet sich bevorzugt für Energien im Bereich von 11.5–20 keV.
In 1b beziehungsweise 1c sind graphische Darstellung der Abweichung von Realteil und Imaginärteil des Brechnungsindex n für Energien zwischen 12 und 18 keV abhängig vom Abstand zur Mitte des Schichtsystems Ge/Mo/C/Mo/Ge wiedergegeben.
Ein besonders geeignetes Schichtsystem für einen Wellenleiter im Bereich 6 keV bis 8 keV stellt ein Cr/Ni/Be/Ni/Cr-Schichtsystem da. Die zugehörigen Werte sind in der Tabelle 2 (siehe dort) aufgeführt.
Die leitenden Schichten (LS) der beiden Beispiele haben ein β, dass 8 × 10^–9 nicht überschreitet. Man kann diese Bedingung aber auch noch relaxieren und trotzdem effiziente Wellenleiter erhalten. Insbesondere wenn für geeignete Schichtsysteme/Energien die Scheiben noch kürzer werden dürfen. Man kann die Einschränkung nicht mehr als 1,0 × 10^–7 für die LS wählen. Entsprechend darf β(ZS) auch mindestens 2 Größenordnungen darunter liegen. Gleichzeitig muss β(AS) auch nicht zwangsläufig größer als 1,0 × 10^–7 sein, wenn beispielsweise β(LS) > 1,0 × 10^–11 ist.
Anstatt absolute Werte anzugeben, kann es eine Einschränkung für die Schichtmaterialien alternativ auch durch die Elektronendichte und das jeweilige Verhältnis β/β geben. β(AS)/β(ZS) > 1, β(AS)/β(LS) > 10², β(ZS)/β(LS) > 10². Der Wert von δ ist an den Wert von β gekoppelt und liegt im allg. 1–4 Größenordnungen darunter, abhängig von Energie und Elektronendichte des Materials.
Ausführungsbeispiele:
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen eines Mulitlamellenwellenleiters 110 eingehender beschrieben, der mit einer Röntgenquelle betrieben wird, die im Bereich zwischen 11,5 und bis 20 keV sowie in einem Bereich zwischen 6 und 8 keV betrieben werden kann. Zur Vermeidung von Wiederholungen folgt die Beschreibung der Ausführungsbeispiele anhand eines beispielsweise herausgegriffenen Energiebereiches von 17,5 keV. Anstelle dieses Wertes für die Energie könnten selbstverständlich auch andere Energien der Röntgenquelle aus den Bereichen von 11,5 bis 20 keV bzw. 6 bis 8 keV herangezogen werden.
In 2 ist als Ausführungsbeispiel eines Multilamellenwellenleiters allgemein ein konfokaler Multilamellenwellenleiter 110 gezeigt. Dieser ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als zweidimensionaler Röntgenwellenleiter 112 ausgestaltet. Auch andere Ausgestaltungen sind jedoch möglich. Der zweidimensionale Röntgenwellenleiter 112 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei einzelne Wellenleiter 114, 116 auf, welche jeweils als Scheiben 118, 120 ausgebildet sind. 2 zeigt einen schematischen perspektivischen Aufbau dieses konfokalen Multilamellenwellenleiters 110, wobei von den Röntgenwellen exemplarisch zuerst der erste Wellenleiter 114 und anschließend der zweite Wellenleiter 116 durchdrungen wird. Jeder dieser Wellenleiter 114, 116 weist jeweils einen Schichtaufbau 122 auf, jeweils mit einer Schichtnormale N₁ beziehungsweise N₂. Dabei sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Wellenleiter 114, 116 derart zueinander angeordnet, dass die Schichtnormalen N₁ und N₂ im Wesentlichen senkrecht zueinander orientiert sind.
Jeder Schichtaufbau 122 weist jeweils einen Kernbereich 124 auf, welcher beispielsweise als Kernschicht ausgestaltet sein kann und welcher beispielsweise ein Kernbereichsmaterial 126 umfassen kann. Im dargstellten Ausführungsbeispiel ist für beide Wellenleiter 114, 116 Kohlenstoff (C) als Kernbereichsmaterial exemplarisch dargestellt.
Die Schicht des Kernbereichs 124 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel von einem den Kernbereich 124 beidseitig umgebenden Mantelbereich 128 umschlossen. Dieser Mantelbereich 128 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel mehrschichtig aufgebaut und umfasst exemplarisch jeweils einen Zwischenbereich 130 mit einem Zwischenbereichsmaterial 132, welches den Mantelbereich 128 umgibt, und einen Absorptionsbereich 134 mit einem Absorptionsbereichsmaterial 136, welches den Zwischenbereich 130 umschließt. Exemplarisch ist dabei als Zwischenbereichsmaterial 132 in dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 Molybdän (Mo) verwendet und als Absorptionsbereichsmaterial 136 Germanium (Ge). Zur Vereinfachung der Darstellung sind diese Schichten in 2 lediglich für einen ersten Wellenleiter 114 gekennzeichnet. Der zweite Wellenleiter 116 kann eine identische oder auch eine andere Schichtfolge aufweisen. Im Folgenden sei angenommen, dass die Schichtfolge in beiden Wellenleitern 114, 116 identisch ist.
Die Scheiben 118, 120 weisen jeweils Oberflächen 138 auf, welche vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zu einer Bestrahlungsrichtung 140 stehen, aus welcher Röntgenwellen den konfokalen Multilamellenwellenleiter 110 durchdringen können. Diese Oberflächen 138 definieren jeweils Scheibennormalen S, welche beispielsweise parallel oder antiparallel zur Bestrahlungsrichtung 140 ausgerichtet sein können und welche vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zu den Schichtnormalen N₁ und N₂ ausgerichtet sind. Die Scheiben 118, 120 weisen jeweils eine Dicke I₁ beziehungsweise I₂ auf. Weiterhin ist als Dimension d in 2 die Schichtdicke des Kernbereichs 124 bezeichnet. Weiterhin sind in 2 die Brechungsindices des Kernbereichs 124 (n₁), des Zwischenbereichs 130 (n₂) und des Absorptionsbereichs (n₃) dargestellt.
In diesem Ausführungsbeispiel wurden also zwei eindimensionale Wellenleiter 114, 116 hoher Transmission miteinander kombiniert. Diese Wellenleiter 114, 116, welche als Scheiben 118, 120 ausgebildet sind, sind derart planar miteinander verbunden, dass die Röntgenwellen die Scheiben 118, 120 nacheinander passieren können. Die Scheiben 118, 120 sind dabei in ihrem Schichtaufbauten 122 zueinander gedreht, vorzugsweise um zumindest näherungsweise 90°. Die Scheiben 118, 120 sind dabei durch eine Klebstoffverbindung miteinander verbunden, so dass effektiv ein zweidimensionaler Röntgenwellenleiter 112 entsteht, welcher eine quasi-punktförmige Quelle, beispielsweise für eine holographische Bildgebung, bereitstellen kann. Im Vergleich zu der aus L. De Caro et al: In-line holography and coherent diffractive imaging with x-ray waveguides, Phys. Rev. B 77, 081408(R) (2008) bekannten seriellen Anordnung zweier gekreuzter eindimensionaler Wellenleiter ist der konfokale Multilamellenwellenleiter 110 gemäß der vorliegenden Erfindung erheblich kompakter, so dass die horizontale und die vertikale Fokusebene näherungsweise zusammenfallen.
Exemplarisch wurde hier als Absorptionsbereichsmaterial 136 Germanium gewählt. Die Wahl dieses Materials und die dargestellte Konstruktion ermöglichen insbesondere sehr kleine Dicken I₁, I₂ der Scheiben 118, 120, welche unterhalb von 500 μm liegen können.
Weiterhin ist bei den Schichtaufbauten 122 des konfokalen Multilamellenwellenleiters 110 die Schichtdicke d des Kernbereichs 124, welcher auch als „Leit-Schicht” (englisch: guiding layer) bezeichnet werden kann, um mehr als eine Größenordnung im Vergleich zu bekannten Wellenleiterstrukturen reduziert.
Die Schichten des Schichtaufbaus 122 der Wellenleiter 114, 116 in 2 stellen also eine Abfolge von einem Absorptionsbereichsmaterial 136 in Form von Germanium, einer ersten Schicht eines Zwischenbereichsmaterials 132 in Form von Molybdän mit einer Schichtdicke d_i von 30 nm, einem Kernbereichsmaterial 126 in Form beispielsweise von Kohlenstoff mit einer Schichtdicke d von 35 nm, einer zweiten Schicht des Zwischenbereichsmaterials 132 mit einer Schichtdicke d_i von 30 nm und einer weiteren Schicht eines Absorptionsbereichsmaterials 136 in Form von Germanium dar. Auch andere Schichtdicken und/oder Materialien sind jedoch grundsätzlich möglich.
In 3 sind die Brechungsindices der Schichten des genannten Schichtaufbaus 122 exemplarisch aufgetragen. Auf der horizontalen Achse ist dabei eine Position z parallel zur Schichtnormale N₁ beziehungsweise N₂ aufgetragen. Der Nullpunkt wurde hierbei willkürlich in die Mitte des Kernbereichs 124 gelegt. Der Brechungsindex n für jede Schicht ergibt sich dabei als Kombination aus einem Realteil und einem Imaginärteil: n = 1. – δ + iδ. Wie oben ausgeführt, stellt δ somit die Abweichung des Realteils des Brechungsindexes von 1 dar und β den Imaginärteil des Brechungsindexes. Entsprechend bezeichnet in 3 die Kurve 142 die Größe δ, welcher die linke vertikale Achse zugeordnet ist. Die Kurve 144 bezeichnet hingegen den Imaginärteil β des Brechungsindexes, wobei die rechte vertikale Achse dieser Kurve 144 zugeordnet ist. Die angegebenen Werte stellen berechnete Werte des Brechungsindexes für eine Photonenenergie E von 17,5 keV dar. Die Transmission der geführten Moden in dem Kohlenstoff-Kernbereich 124 wird unterstützt durch das hohe δ des umgebenden Zwischenbereichsmaterials 132 Molybdän, welches jedoch gleichzeitig einen vergleichsweise geringen Imaginärteil β aufweist. Für weitere Einzelheiten der wellenleitenden Eigenschaften kann beispielsweise auf T. Salditt et al.: High-Transmission Planar X-Ray Waveguides, Phys. Rev. Lett. 100, 184801 (2008) verwiesen werden.
In den 4 und 5 sind elektronenmikroskopische Aufnahmen des Schichtaufbaus 122 dargestellt. Dabei zeigt 5 eine vergrößerte Detaildarstellung des Kernbereichs 124 und des diesen umgebenden Mantelbereichs 128. Zur Herstellung dieses Schichtaufbaus 122 wurde der genannte Schichtaufbau Ge-Mo-C-Mo-Ge auf ein einkristallines G-Substrat mit einer Dicke von 3 mm (in Incoatec GmbH Deutschland) abgeschieden. Die Kernbereichsschichtdicke d = 30 nm wurde gewählt um die evaneszente Wellenkomponente der fundamentalen Mode einzuschließen. Auf den als optische Schichten wirkenden Molybdän-Kohlenstoff-Molybdän-Schichten wurde ein weiteres Absorptionsbereichsmaterial 136 als Deckschicht (capping layer) aufgebracht, in Form einer Germanium-Schicht mit einer Dicke von 1,0 μm, welche durch ein Sputter-Verfahren aufgebracht wurde. Diese „capping layer” schließt die Einheit ab, welche auch als Wellenleiter-Wafer bezeichnet werden kann.
Für Bildgebungsanwendungen ist jedoch in vielen Fällen eine dicke und absorbierende zusätzliche Abdeckschicht von Absorptionsbereichsmaterial 136 auf dem Wellenleiter-Wafer erforderlich, um die Bereiche des einfallenden Röntgenwellen-Strahls zu blockieren, welche nicht auf den Wellenleiter-Eingang, das heißt auf den Kernbereich 124, auftreffen. Zu diesem Zweck wurde in den Versuchen ein zusätzlicher Wafer des Absorptionsbereichsmaterials 136 auf den Wellenleiter-Wafer aufgebracht und mit diesem durch ein Bonding-Verfahren verbunden. Dieser Wafer, der auch als Cap-Wafer bezeichnet werden kann, kann beispielsweise ein Germanium-Wafer mit einer Schichtdicke von 440 μm sein. Als Bonding-Verfahren kann beispielsweise ein Legierungsbildungsbonding verwendet werden.
Um die Haftung und die Benetzungseigenschaften der Legierung zu verbessern, wurde ein Haftvermittlerschicht in Form einer Chrom-Zwischenschicht einer Dicke von 3 nm und eine Nickel-Zwischenschicht einer Dicke von 120 nm sowohl auf den Wellenleiter-Wafer als auch auf den Cap-Wafer mittels Elektronenstrahlverdampfung aufgebracht. Das Bonding wurde erreicht durch eine In52Sn48-Legierung (GPS Technologies GmbH, Indalloy number 1E (TEMP solidus 118°C)). Diese Indium-Zinn-Legierung ist in 4 mit der Bezugsziffer 146 bezeichnet. Die Legierung 146 ist eingebettet zwischen die Nickel-Oberflächen des Wellenleiter-Wafers und des Cap-Wafers. Die Anwendung erfolgte unter einem Druck von p = 67 mbar, gefolgt von einer Erwärmung auf T = 250°C unter Vakuumbedingungen (Druck unterhalb 1 mbar).
Der derart resultierende eindimensionale Wellenleiter 114, 116 wurde anschließend mittels einer Wafer-Säge (Disco DAD 321 Diamant-Sägeblatt: Disco NBC-ZB 1070 59 × 0,15 × 40, Zufuhrrate 0,5 mm/s) in Scheiben geschnitten, welche eine Dicke I₁ von 400 µm beziehungsweise I₂ von 207 µm aufweisen. Die derart hergestellten Scheiben 118, 120 dienen als horizontal beziehungsweise vertikal ausgerichtete Wellenleiter 114, 116 des konfokalen Multilamellenwellenleiters 110. Da das mechanische Trennverfahren in Form des Schneideprozesses beziehungsweise Sägeprozesses zu einem Ausschmieren von Material an den Eingangs- und Ausgangsoberflächen 138 der Scheiben 118, 120 führte, wurden die Scheiben 118, 120 weiterhin einem Politurverfahren unterzogen. Hierbei wurde ein fokussiertes Ionenstrahl-Polierverfahren (Focussed Ion Beam polishing, FIB-polishing) eingesetzt (FEI, Nova 600 Nanolab, Ga-Ionen-Quelle bei 30 keV, Ionenstrom 5 nA, Verweildauer 300 ns, Überlapp in x-,y-Richtung 50%, Scan-Art Raster). Die Aufnahmen in den 3 und 4 zeigen die Oberflächen 138 nach der fokussierten Ionenstrahl-Politur. Wie oben dargestellt, zeigen diese einen Kernbereich 124 mit einer Dicke d von 35 nm, den Mantelbereich 128 und die Bonding-Legierung 146.
Die derart polierten Wellenleiter-Scheiben 118, 120 wurden dann an den Germanium-Teilen des Absorptionsbereichsmaterials 136 mittels eines lösungsmittelfreien Zwei-Komponenten-Epoxydharzklebers (UHU plus schnellfest, UHU GmbH & Co. KG, 77813 Bühl, Deutschland, Einwirkzeit 5 min, Endstärke 1900 N/cm²) verbunden. Eine hohe vertikale Genauigkeit wurde erreicht durch ein Markieren der adhäsiven Verbindungsstellen durch fokussierte Ionenstrahl-Politur polierter Flächen von 10 × 80 μm, welche unter einem Stereo-Lichtmikroskop (Zeiss, Stemi DV4, Vergrößerung 32-fach) sichtbar gemacht wurden.
Auf diese Weise ergibt sich das in 3 dargestellte, idealisierte Brechungsindex-Profil, welches simuliert dargestellt ist für eine experimentelle Photonenenergie von 17,5 keV und für optische Konstanten, die idealen Bulk-Elektronendichten entsprechen. Die Kohlenstoff-Schicht des Kernbereichs 124, welche in die Mo-Schichten des Zwischenbereichsmaterials 132 mit hohem δ (δ_Mo = 1,49 × 10^–6) eingebettet sind, bilden einen vergleichsweise tiefen Potentialtopf. Gleichzeitig reduziert der vergleichsweise geringe Imaginärteil des Molybdän Zwischenbereichsmaterials 132 (β_Mo = 1,01 × 10^–7) die Absorption in dem Zwischenbereich 130 und ermöglicht somit eine erhöhte Transmission T. Zu beachten ist, dass bei dieser Energie das Kohlenstoff-Kernbereichsmaterial 126 mit seiner niedrigen Elektronendichte und seinem Imaginärteil β_c = 2,77 × 10^–10 zu einem Anteil von weniger als 2% zu der effektiven Absorption μ_eff beiträgt. In anderen Worten weist Kohlenstoff als Kernbereichsmaterial 126 ähnliche Eigenschaften auf wie Vakuum und stellt somit einen guten Ersatz für einen Vakuum-Kernbereich 124 dar, welcher gleichwohl alternativ oder zusätzlich verwendet werden kann.
Mit dem konfokalen Multilamellenwellenleiter 110 gemäß dem in den 1 bis 5 beschriebenen Aufbau wurden verschiedene Abbildungsexperimente durchgeführt. 6 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung 148 zur Abbildung eines Gegenstands 150. Die Vorrichtung 148 umfasst mindestens einen konfokalen Multilamellenwellenleiter 110, beispielsweise einen zweidimensionalen Röntgenwellenleiter 112, gemäß dem anhand der 1 bis 5 beschriebenen Aufbau. Bei dem Gegenstand 150 handelt es sich in der dargestellten Vorrichtung 148 exemplarisch um einen sogenannten Siemensstern. Der Siemensstern ist ein typisches Testmuster der Bildverarbeitung und umfasst einen Kreis mit abwechselnd weißen (das heißt transparenten) und schwarzen (das heißt intransparenten) Sektoren. Da ein bildverarbeitendes Gerät dieses Muster nicht perfekt wiedergeben kann, entsteht in der Mitte eines abgebildeten Musters in der Regel ein unscharfer Fleck. Über die Größe des unscharfen Flecks kann das Auflösungsvermögen der Vorrichtung 148 und/oder eines optischen Ausgabegeräts und/oder der Fokus eines optischen Eingabegeräts ermittelt werden.
Die Vorrichtung 148 umfasst weiterhin eine in 6 lediglich angedeutete Strahlenquelle 152 zur Bereitstellung von Röntgenwellen 154. Beispielsweise kann es sich, wie unten noch näher ausgeführt wird, bei dieser Strahlenquelle 152 um eine Synchrotron-Strahlenquelle handeln.
Weiterhin kann die Vorrichtung 148 ein oder mehrere röntgenoptische Elemente 156 umfassen. In dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel sind exemplarisch zwei Röntgenspiegel 158 vorgesehen. Beispielsweise kann es sich bei diesen Röntgenspiegeln 158 um KB-Spiegel handeln. Beispielsweise kann ein Röntgenspiegel 158 für eine horizontale Ablenkung der Röntgenwellen 154 vorgesehen sein und/oder ein Röntgenspielgel 158 für eine vertikale Ablenkung der Röntgenwellen 154. Die Röntgenspiegel 158 können neben reflektierenden Eigenschaften optional auch fokussierende Eigenschaften aufweisen, beispielsweise indem diese vollständig oder teilweise gekrümmt ausgestaltet sind, und somit beispielsweise als Hohlspiegel wirken. Dementsprechend können die Röntgenspiegel 158 auch ganz oder teilweise als Linsen wirken. Die Vorrichtung 148 kann darüber hinaus weitere röntgenoptische Elemente 156 umfassen, wie beispielsweise Blenden, Röntgenlinsen, weitere Spiegel oder Ähnliches.
Die Röntgenwellen 154 bilden einen Eingangsstrahl 160, welcher in den konfokalen Multilamellenwellenleiter 110 eingekoppelt wird. Auf der der Einkopplung gegenüberliegenden, dem Gegenstand 150 zuweisenden Seite wird ein Ausgangsstrahl 162 aus dem konfokalen Multilamellenwellenleiter 110 ausgekoppelt. Der konfokale Multilamellenwellenleiter 110 wirkt dabei aufgrund der kleinen Abmessungen des Überlapps der gekreuzten Kernbereiche 124, welcher eine Strahlungsfläche von beispielsweise quadratischem Querschnitt mit sehr kleiner Fläche bildet, als quasi-punktförmige Röntgenquelle, da der Ausgangsstrahl 162 quasi von diesem Punkt herrührt. Aufgrund der geringen Dicken I₁, I₂ der Scheiben 118, 120, und somit des konfokalen Multilamellenwellenleiters 110 insgesamt, stellt somit die dem Gegenstand von 150 zuweisende Oberfläche 138 des konfokalen Multilamellenwellenleiters 110 quasi eine Fokusebene dar, welche in 6 mit der Bezugsziffer 164 bezeichnet ist. Der Gegenstand 150, beispielsweise der Siemensstern, ist in einer Gegenstandsebene 166 angeordnet. Dieser Gegenstand 150 wird somit von dem konfokalen Multilamellenwellenleiter 110 ausgehend quasi punktförmig mit Röntgenwellen 154 beleuchtet. Der Abstand zwischen der Fokusebene 164 und der Gegenstandsebene 166 ist in 6 mit z₁ bezeichnet.
Weiterhin umfasst die Vorrichtung 148 in der in 6 dargestellten Anordnung vorzugsweise mindestens einen Detektor 168. Dieser Detektor 168 kann auf verschiedene Weisen ausgestaltet sein und kann beispielsweise einen Bildschirm oder einen ähnlichen nicht elektronischen Detektor umfassen. Alternativ oder zusitzlich kann der Detektor 168 auch mindestens einen ortsauflösenden Detektor umfassen, beispielsweise einen CCD-Detektor, in Alleinstellung oder optional gekoppelt beispielsweise mit einem Leuchtschirm oder einer anderen Vorrichtung. Dementsprechend ist in 6 der Detektor 168 exemplarisch mit „CCD” (ladungsgekoppeltes Bauteil, charge-coupled device) gekennzeichnet. Auch andere Technologien sind jedoch grundsätzlich einsetzbar. Der Detektor 168 ist beispielsweise in einer Bildebene 170 angeordnet, welche von der Gegenstandsebene 166 um einen Abstand z₂ beabstandet ist.
Die Röntgenwellen 154, welche auf dem Detektor 168 auftreffen, stellen einen Beleuchtungsstrahl dar, welcher die Bildinformation trägt. Diese Röntgenwellen 154 können eine Überlagerung einer Referenzwelle mit der von der Probe gestreuten Welle darstellen. Auf diese Weise kann beispielsweise eine Röntgenholographie betrieben werden, so dass auf dem Detektor 168 beispielsweise ein Hologramm 172 entsteht. Auch andere Abbildungsverfahren sind jedoch grundsätzlich einsetzbar.
Mit der in 6 dargestellten Anordnung wurden verschiedene Experimente durchgeführt. Die Experimente wurden an der ID22NI Undulator-Beamline an der Synchrotron-Einrichtung der dritten Generation ESRF in Grenoble durchgeführt. Zwei Undulatoren wurden gleichzeitig eingesetzt, welche bei der zweiten beziehungsweise der fünften Harmonischen arbeiteten. Die Strahlung wurde in der sogenannten „pink mode” verwendet (ohne Kristallmonochromatoren) bei einer Photonenenergie von E = 17,5 keV, wobei die intrinsische Monochromatizität der Undulatoren und der Bandpassfilter des Vielschicht-Kirckpatrick-Baez-Spiegelsystems (KB) 158 verwendet wurde. Dies resultierte in einer spektralen Breite von Δλ/λ = 0,02, wobei λ die Wellenlänge der Röntgenwellen 154 und Δλ die spektrale Halbwertsbreite dieser Röntgenwellen 154 ist. Zusätzlich wurde ein flacher, horizontal ablenkender, Palladium-beschichteter Silizium-Spiegel bei einem Einfallswinkel von 0,15° eingesetzt, um höhere Harmonische auszuschließen. Der Fokus der KB-Spiegel 158 wurde charakterisiert durch Hindurchführen eines Goldstreifens auf dem Testmuster des Gegenstands 150, wobei sowohl die transmittierte Intensität mittels einer Diode erfasst wurde als auch die AuL_α mittels eines Silizium-Driftdetektors (Vortex-EX, SII NanoTechnology Inc.). Die gemessene Fokus-Größe betrug horizontal D_horz = 129 nm (Halbwertsbreite, FWHM) und vertikal D_vert = 166 nm (ebenfalls Halbwertsbreite, FWHM). Diese hohe Verkleinerung der Quelle wurde ermöglicht, indem Hochleistungsblenden, welche ungefähr 36 m aufwärts der Endstation angeordnet waren, horizontal geschlossen wurden, um eine virtuelle Stahlenquelle 152 von 10 μm zu schaffen. Die gesamte Intensität im Fokuspunkt betrug von der Größenordnung her 10¹¹ cps (cps: counts per second, Ereignisse pro Sekunde), abhängig von dem Ringstrom und den Spalteinstellungen vor den KB-Röntgenspiegeln 158.
Zwei koaxiale optische Mikroskope wurden eingesetzt, um die Ausrichtung (alignment) des konfokalen Multilamellenwellenleiters 110 und des Gegenstands 150 zu erleichtern. Das erste, selbst hergestellte Mikroskop wurde hergestellt auf der Basis eines verkippten Spiegels mit einem gebohrten Loch, welches den Durchtritt der Röntgenwellen ermöglichte. Dieses wurde stromabwärts in Strahlrichtung ausgerichtet, mit einer Fokusebene, welche auf die Fokusebene der KB-Röntgenspiegel 158 eingestellt war. Ein zweites koaxiales (auf der Achse angeordnetes) optisches Mikroskop (Accel, Deutschland) mit einer lateralen optischen Auflösung von circa 1 µm wurde hinter dem Gegenstand 150 angeordnet und stromaufwärts ausgerichtet. Die gebohrte Linse des Mikroskops ermöglichte eine Parallaxen-freie Beobachtung des Gegenstands 150, sogar während der Beleuchtung mit den Röntgenwellen 154. Unter Verwendung der wohldefinierten Fokusebene des Mikroskops als Referenz war eine sehr präzise Messung des Abstandes zwischen dem konfokalen Multilamellenwellenleiter 110 und dem Gegenstand 150 (z₁ in 6) möglich.
Für eine Demonstration der Holographie wurde als Gegenstand 150 ein Hochauflösungsdiagramm (NTT-AT, Japan, Model-Nr. ATN/XRESO 50HC) eingesetzt, der aus einer nanostrukturierten Tantal-Schicht einer Dicke von 500 nm auf einer SiC-Membran bestand. Diese wurde in den Strahl bei einer Distanz z₁ = 4,48 mm von dem konfokalen Multilamellenwellenleiter 110 platziert, was optisch mittels des auf der Achse befindlichen Mikroskops bestimmt wurde. Bei beispielsweise 17,5 keV beträgt die erwartete Phasenverschiebung eines Tantal-Patterns von 500 nm 39,9% und die Transmission beträgt 0,93. Ein direkter Photonen-zählender Pixel-Detektor mit niedrigem Rauschen (Medipix, ESRF) mit einer Pixelgröße von 55 um und 256×256 Pixeln wurde verwendet, um das In-Lire-Hologramm bei einer Distanz z₂ = 3,09 m von dem Gegenstand 150 aufzunehmen, welcher wiederum in einem Abstand z₁ hinter der KB-Fokusebene 164 angeordnet war, wie in 6 dargestellt. Der gesamte Abstand zwischen der KB-Fokusebene 164 und dem Detektor 168 wurde konstant gehalten bei z₁ + z₂ = 3,0945 m.
Der konfokale Multilamellenwellenleiter 110 wurde ausgerichtet, indem die Transmission, wie sie mit einer PiN-Diode gemessen wurde, optimiert wurde hinsichtlich der zwei orthogonalen Translationen xy in der Fokusebene 164 der KB-Röntgenspiegel 158 sowie die zugehörigen Rotationsachsen ω_x beziehungsweise ω_y. Die Ausrichtung in diesem vierdimensionalen Raum wurde erleichtert, indem zunächst die planaren eindimensionalen Wellenleiter 114, 116 des konfokalen Multilamellenwellenleiters 110 ausgerichtet wurden. Der Gesamtfluss, welcher aus den Wellenleitern 114, 116 nach Integration über das Fernfeld austrat, betrug 6 × 10⁸ eps, was einer Transmission des zweidimensionalen Röntgenwellenleiters 112 von T = 0,039 entsprach, was wiederum signifikant kleiner ist als der Wert von T_sim = 0,904, der mittels einer Simulation errechnet wurde. Die Diskrepanz lässt sich der Tatsache zuschreiben, dass die Simulation auf der Annahme einer kohärenten ebenen Welle basiert, welche auf den konfokalen Multilamellenwellenleiter 110 auftrifft, wohingegen die Wellenfront im Fokus der KB-Röntgenspiegel 158 in Realität nicht gut durch eine idealisierte ebene Welle beschreiben werden könnte.
7 zeigt ein gemessenes Fernfeld-Pattern des konfokalen Multilamellenwellenleiters 110 als Funktion von den reziproken Raumkoordinaten q_x und q_y nach einer Kombination von jeweils 15 zweisekündlichen Akkumulationen, wobei der Detektor 168 in der xy-Ebene verschoben wurde, um das Betrachtungsfeld zu vergrößern. q steht dabei für eine Größe im reziproken Raum, der reziproken Raumkoordinate mit der Einheit m^–1·q hängt linear von sin(θ) ab, wobei θ der Öffnungswinkel des Wellenleiterstrahls nach Austritt aus dem Wellenleiter ist, also die Divergenz des Wellenleiterstrahls definiert. Man benutzt im Allgemeinen reziproken Raumkoordinaten zur Darstellung, da sie eine von der Energie unabhängige Größe ist (im Gegensatz zu θ). Eine vergleichsweise gleichförmige und flache Intensitätsverteilung in der Mitte ist umrahmt durch eine charakteristische Anordnung von vertikalen und horizontalen Beugungsstreifen. Das Pattern lässt sich erklären durch eine Kombination von verschiedenen Anteilen: Ψ_xy korrespondiert zu einer Welle, die durch beide eindimensionale Wellenleiter 114, 116 geleitet wurde, Ψ_xt_y zu einer Welle, die durch den ersten Wellenleiter 114 geleitet und dann durch den zweiten Wellenleiter 116 transmittiert wurde, und Ψ_yt_x zu einer Welle, die durch den ersten Wellenleiter 114 transmittiert und durch den zweiten Wellenleiter 116 geleitet wurde. Nach Ausbreitung hin zum Detektor wird die Fernfeldintensität beschrieben durch eine inkohärente Überlagerung I ∝ |Ψ_xy|² + |Ψ_xt_y|² + |Ψ_yt_x|². Ein stark vereinfachtes Modell ist in 8 gestellt, in welcher die Höhe der Transmission in Graustufen dargestellt ist. Mit Hilfe dieses Modells lässt sich qualitativ das Wellenleiterfernfeld simulieren. Es sei darauf hingewiesen, dass nur die kombinierte Dicke der zwei gekreuzten Scheiben 118, 120 dick genug ist, um den Strahl der Röntgenwellen 154 vollständig zu blockieren, wohingegen eine einzelne Scheibe 118, 120 endliche Transmissionswerte aufweist, wie dies durch die grauen Schatten in 8 deutlich wird. Daher wird der zweidimensionale Röntgenwellenleiter 112 überlagert durch zwei schwächere, orthogonale eindimensionale Wellenleiter 114, 116, welche verschwinden würden, wenn die Dicke der Scheiben 118, 120 erhöht würde. Für die vorliegend verwendeten Parameter wird jedoch die Ausrichtung des zweidimensionalen Röntgenwellenleiters 112 erheblich vereinfacht und die Überlagerung behindert nicht die holographische Abbildung, wie unten noch näher gezeigt wird.
Anstelle einer Modellierung des Fernfelds durch eine Vorwärtsberechnung, basierend auf einem qualitativen Model, kann auch der umgekehrte Ansatz gewählt werden, wobei die Nahfeldverteilung iterativ unter Verwendung des ER(error reduction)-Algorithmus aus der Intensitätsverteilung berechnet wird. Durch Anwendung einer Unterstützungsbedingung in der Fokusebene 164 kann die Nahfeldintensität und das Phasenmuster in der effektiven konfokalen Ebene des zweidimensionalen Röntgenwellenleiters 112 quantitativ erhalten werden, wie dies in 9 dargestellt ist. Die Halbwertsbreite ist aufgrund von Modenkopplung deutlich geringer als die Dicke der Leit-Schicht. Die Verstärkung durch den Effekt des zweidimensionalen Röntgenwellenleiters 112 in der Mitte ist deutlich sichtbar, sowie die schwächeren Komponenten der eindimensionalen Wellenleiter 114, 116.
Nach Charakterisierung der Nah- und Fernfeld-Pattern wurde der Siemensstern als eine wohldefinierte Teststruktur mit kontrollierter Erhöhung der räumlichen Frequenzen, ausgehend von den äußeren hin zu den inneren Bereichen, eingesetzt um eine holographische Bildgebung mit dem zweidimensionalen Röntgenwellenleiter 112 zu demonstrieren. Der Siemensstern wurde abgetastet durch eine Translation in der xy-Ebene (also in einer Ebene senkrecht zur Ausbreitung der Röntgenwellen 154) in einem Abstand z₁ außerhalb der Fokusebene 164, was einer Strahlbreite mit einem Querschnitt von 6,72 μm (Halbwertsbreite FWHM der Intensität) am Ort des Gegenstands 150 entsprach. Ein Netz von 15 × 15 Abtastpunkten wurde aufgenommen. 10 zeigt beispielhaft ein Fernfeldmuster einer derartigen Aufnahme. Für eine holographische Rekonstruktion wurde die hier verwendete Projektionsgeometrie auf eine Parallelstrahlausbreitung abgebildet (mapping) mittels einer Variablen-Transformation. Bei gegebenem Abstand z₁ zwischen der Quelle (in diesem Fall dem Austritt des zweidimensionalen Röntgenwellenleiters 112) und der Probe (das heißt dem Gegenstand 150, in diesem Fall dem Siemensstern) und bei gegebenem Abstand z₂ zwischen der Probe (das heißt dem Gegenstand 150) und dem Detektor 168 kann eine Parallelstrahlrekonstruktion mittels einer Fresnel-Kirchhoff-Zurückausbreitung der aufgenommenen Intensität angewandt werden unter Verwendung einer effektiven Defokussierung (Ausbreitung) z = z₁z₂/(z₁ + z₂). Gleichzeitig wird das Hologramm vergrößert entsprechend der geometrischen Projektion um ein Faktor M = (z₁ + z₂)/z₁.
11 zeigt eine Bildrekonstruktion nach Summierung über die 15 × 15, Scanpunkte im realen Raum. Es wird darauf hingewiesen, dass jedes Hologramm rekonstruiert wurde aus der Intensität in der Mitte des Fernfeldes, entsprechend |q_x|, |q_y| < 0.035 nm^–1 unter Vermeidung der auf die eindimensionalen Wellenleiter 114, 116 rückzuführenden Komponenten. Die 100-nm-Linien und Abstände in 11 sind deutlich aufgelöst. Der innere Ring von 50-nm-Linien und deren Abständen ist nicht aufgelöst bei der vorgegebenen, relativ großen Defokussierung z₁. Die Gesamtqualität und das Betrachtungsfeld des rekonstruierten Bildes ist, wie sich aus 11 deutlich ergibt, sehr gut.
Zusammenfassend zeigen die Ausführungsbeispiele also, dass erfindungsgemäß ein konfokaler Multilamellenwellenleiter 110, hier gezeigt in Form eines zweidimensionalen Röntgenwellenleiters 112, hergestellt werden konnte, welcher als quasi-punktförmige Quelle eingesetzt werden kann. Die Herstellung des konfokalen Multilamellenwellenleiters 110 erfolgte durch zwei gekreuzte, eindimensionale Wellenleiter 114, 116, welche jeweils einen Kernbereich 124 (Leitschicht, guiding layer) mit einer Breite d von 35 nm aufwiesen. Der konfokale Multilamellenwellenleiter 110 wies eine kompakte Geometrie auf, wobei der horizontale und der vertikale Fokus auf 207 µm zusammenfielen. Ein gesamter Fluss in dem Wellenleiterstrahl von 6 × 10⁸ cps wurde erzielt, indem mittels KB-Röntgenspiegeln 158 Röntgenwellen 154 auf die vordere Oberfläche 138 des konfokalen Multilamellenwellenleiters 110 fokussiert wurden. Es wird darauf hingewiesen, dass sowohl die KB-Röntgenspiegel 158 als auch die Wellenleiteroptik des konfokalen Multilamellenwellenleiters 110 im Wesentlichen nicht dispersiv sind, so dass Experimente mit breitem Bandpassfilter (sogenannte „Pink”-Strahlen) eingesetzt werden können.
Bezugszeichenliste

110: konfokaler Multilamellenwellenleiter
112: zweidimensionaler Röntgenwellenleiter
114: erster Wellenleiter
116: zweiter Wellenleiter
118: erste Scheibe
120: zweite Scheibe
122: Schichtaufbau
124: Kernbereich
126: Kernbereichsmaterial
128: Mantelbereich
130: Zwischenbereich
132: Zwischenbereichsmaterial
134: Absorptionsbereich
136: Absorptionsbereichsmaterial
138: Oberflächen
140: Bestrahlungsrichtung
142: Abweichung δ des Realteils des Brechungsindex von Eins
144: Imaginärteil β des Brechungsindexes
146: Legierung
148: Vorrichtung zur Abbildung eines Gegenstandes
150: Gegenstand
152: Strahlenquelle
154: Röntgenwellen
156: röntgenoptische Elemente
158: Röntgenspiegel
160: Eingangsstrahl
162: Ausgangsstrahl
164: Fokusebene
166: Gegenstandsebene
168: Detektor
170: Bildebene
172: Hologramm

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2008281421 A [0003]
US 7561662 B2 [0004]
US 7170969 B1 [0005]
US 6504901 B1 [0007]
US 3893231 [0008]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

A. Jarre: Hard X-ray Waveguide Optics, Universität Göttingen, Juni 2005, Seiten 9–16 [0006]
http://webdoc.sub.gwdg.de/diss/2005/jarre/ [0006]
A. Jarre et al.: X-ray waveguide nanostructures: Design, fabrication, and characterisation, Journal of Applied Physics 101, 054306 (2007) [0009]
A. Kohlstedt et al.: Two-dimensional X-ray waveguide: fabrication by wafer-bonding process and characterisation, Applied Physics A 91, 7–12 (2008) [0009]
S. Lagomarsino et al.: Chrystal research technology 37(7), 758–769 (2002) [0010]
T. Salditt et al.: High-Transmission Planar X-Ray Waveguids, Phys. Rev. Lett. 100, 184801 (2008) [0011]
L. De Caro et al.: In-line holography and coherent diffractive imaging with x-ray waveguides, Phys. Rev. B 77, 081408(R) (2008) [0012]
A. Jarre, Seiten 17 bis 25 oder die Dissertation von C. Fuhse: X-ray waveguides and waveguide-based lensless imaging, Universität Göttingen, 2006, Seiten 6 bis 12 [0013]
http://webdoc.sub.gwdg.de/diss/2006/fuhse/ [0013]
L. De Caro et al. [0014]
T. Salditt et al.: High-Transmission Planar X-Ray Waveguides, Physical Review Letters, 100, 184801 (2008) [0123]
L. De Caro et al: In-line holography and coherent diffractive imaging with x-ray waveguides, Phys. Rev. B 77, 081408(R) (2008) [0140]
T. Salditt et al.: High-Transmission Planar X-Ray Waveguides, Phys. Rev. Lett. 100, 184801 (2008) [0144]

Claims

Multilamellenwellenleiter (110) zum Leiten von Röntgenwellen (154), umfassend mindestens zwei Wellenleiter (114, 116), wobei jeder der Wellenleiter (114, 116) einen Schichtaufbau (122) mit mindestens einem Kernbereich (124) und mindestens einem den Kernbereich (124) beidseitig umgebenden Mantelbereich (128) aufweist, wobei die Wellenleiter (114, 116) als Scheiben (118, 120) ausgebildet sind, wobei die Scheiben (118, 120) derart planar miteinander verbunden sind, dass die Röntgenwellen (154) diese Scheiben (118, 120) nacheinander passieren können, wobei die Scheiben (118, 120) derart zueinander gedreht sind, dass die Schichtaufbauten (122) benachbarter Wellenleiter (114, 116) nicht-parallel zueinander angeordnet sind.
Multilamellenwellenleiter (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, jeder Schichtaufbau (122) jeweils eine Schichtnormale zu dem Schichtaufbau (122) definiert, wobei die Schichtnormalen benachbarter Wellenleiter (114, 116) einen Winkel von 20° bis 160°, vorzugsweise von 70° bis 110° und besonders bevorzugt von 90° einschließen.
Multilamellenwellenleiter (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Scheiben (118, 120) eine Dicke von weniger als 2,0 mm aufweisen, vorzugsweise eine Dicke von weniger als 1,0 mm, besonders bevorzugt von weniger als 500 um.
Multilamellenwellenleiter (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens einer der Kernbereiche (124) der Schichtaufbauten (122) ein Kernbereichsmaterial (126) umfasst, welches ausgewählt ist aus Kohlenstoff, Lithium, Beryllium, Polymere, Borcarbid (B₄C), Magnesiumcarbid (MgC₂) oder Verbindungen mit einer niedrigen Dichte, insbesondere niedriger als 4 g pro Kubikzentimeter, bevorzugt so niedrig wie möglich.
Multilamellenwellenleiter (110) nach einem der vier vorhergehenden Ansprüche, wobei β(AS)/β(LS) > 1 × 10² wobei β(LS) für den Imaginärteil β des Brechungsindex n der leitenden Schicht und β(AS) für den Imaginärteil β des Brechungsindex n des Absorptionsbereichs steht.
Multilamellenwellenleiter (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens einer der Kernbereiche (124) eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften aufweist: – einen Realteil eines Brechungsindexes, welcher um nicht mehr als 1,0 × 10^–5, vorzugsweise um nicht mehr als 9,5 × 10^–6 und besonders bevorzugt um nicht mehr als 3,5 × 10^–6 von 1,0 abweicht; – einen Imaginärteil eines Brechungsindexes, welcher maximal 1 × 10^-8 beträgt, vorzugsweise maximal 7,4 × 10^–9 und besonders bevorzugt maximal 2,8 × 10^–9; – eine Dicke von weniger als 200 nm, vorzugsweise von weniger als 100 nm, besonders eine Dicke von maximal 35 nm.
Multilamellenwellenleiter (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens einer der Absorptionsbereiche (134) eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften aufweist: – einen Realteil eines Brechungsindexes, welcher um um einen Betrag δ von 1,0 abweicht, wobei δ in einem Bereich von 1,0 × 10^–6 bis 2,4 x 10^–5 liegt, vorzugsweise in einem Bereich von 2,4 × 10^–6 bis 2,4 × 10^–5 besonders vorzugsweise in einem Bereich von 2,4 × 10^–6 bis 6,8 × 10^–6; – einen Imaginärteil eines Brechungsindexes, welcher größer ist als 1,0 × 10^–7, vorzugsweise größer als 1,1 × 10^–7.
Multilamellenwellenleiter (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Absorptionsbereich (134) ein Absorptionsbereichsmaterial (136) umfasst, welches ausgewählt ist aus Germanium, Silizium, Glas, Quartz, Tantal, Wolfram, Gold, Silber.
Multilamellenwellenleiter (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens einer der Schichtaufbauten (122) einen mehrschichtigen Mantelbereich (128) aufweist, wobei der Mantelbereich (128) mindestens einen dem Kernbereich (124) zuweisenden Zwischenbereich (130) und mindestens einen Absorptionsbereich (134) aufweist.
Multilamellenwellenleiter (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei β(AS)/β(ZS) > 1 und β(ZS)/β(LS) > 1 × 10² wobei β(ZS) für den Imaginärteil β
Multilamellenwellenleiter (110) nach Anspruch 9, wobei der Zwischenbereich (130) eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften aufweist: – einen Realteil eines Brechungsindexes, welcher kleiner ist als die Realteile der Brechungsindices des Mantelbereichs (128) und des Kernbereichs (124); – einen Realteil eines Brechungsindexes, welcher um mehr als 2,4 × 10^–6, vorzugsweise um mehr als 3,3 × 10^–6 von 1,0 abweicht; – einen Imaginärteil eines Brechungsindexes, welcher zwischen den Imaginärteilen der Brechungsindices des Kernbereichs (124) und des Absorptionsbereichs (134) liegt; – einen Imaginärteil von 6 × 10^–8 bis 2 × 10^–6; bevorzugt von 6,1 × 10^–8 bis 5,0 × 10^–7 – eine Dicke von 10 nm bis 100 nm, insbesondere von 20 bis 40 nm und besonders bevorzugt von 30 nm.
Multilamellenwellenleiter (110) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei der Zwischenbereich (130) ein Zwischenbereichsmaterial (132) umfasst, welches ausgewählt ist aus Molybdän, Niob, Kupfer, Kupferoxid, Nickel, Nickeloxid, Eisen, Eisenoxid Chrom, Chromoxid, Tantal, Wolfram, Gold, Zinn, Indium.
Verfahren zur Herstellung eines Multilamellenwellenleiters (110), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens zwei Wellenleiter (114, 116) hergestellt werden, wobei jeder der Wellenleiter (114, 116) einen Schichtaufbau (122) mit mindestens einem Kernbereich (124) und mindestens einem den Kernbereich (124) beidseitig umgebenden Mantelbereich (128) aufweist, wobei die Wellenleiter (114, 116) als Scheiben (118, 120) ausgebildet werden, wobei die Scheiben (118, 120) derart planar miteinander verbunden werden, dass die Röntgenwellen (154) diese Scheiben (118, 120) nacheinander passieren können, wobei die Scheiben (118, 120) derart zueinander gedreht werden, dass die Schichtaufbauten (122) benachbarter Wellenleiter (114, 116) nicht-parallel zueinander angeordnet sind.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Schichtaufbauten (122) unter Verwendung eines Halbleiterprozesses durch Abscheiden mehrerer Schichten auf mindestens einem Substrat hergestellt werden, wobei anschließend die Scheiben (118, 120) mittels eines mechanischen Trennverfahrens unter Aufteilung des beschichteten Substrats hergestellt werden, insbesondere unter Verwendung eines Sägeverfahrens.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wobei die Scheiben (118, 120) vor dem Verbinden mindestens einem Glättungsverfahren unterzogen werden, insbesondere einem Polierverfahren.
Verfahren nach dem vorhergehenden Verfahrensanspruch, wobei der Kernbereich (124) der Scheiben und der daran angrenzende Teil des Mantelbereichs (128) vor dem Verbinden mindestens einem weiteren Glättungsverfahren unterzogen werden, insbesondere einem Polierverfahren, besonders bevorzugt einer Ionenstrahlpolitur.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wobei mindestens einer der Schichtaufbauten (122) einen mehrschichtigen Mantelbereich (128) aufweist, wobei der Mantelbereich (128) mindestens einen dem Kernbereich (124) zuweisenden Zwischenbereich (130) und mindestens einen Absorptionsbereich (134) aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: a) ein Substrat wird bereitgestellt, wobei das Substrat mindestens ein Absorptionsbereichsmaterial (136) umfasst, insbesondere Germanium, vorzugsweise einkristallines Germanium; b) mindestens ein Zwischenbereichsmaterial (132) wird auf das Absorptionsbereichsmaterial (136) aufgebracht, vorzugsweise Molybdän; c) mindestens ein Kernbereichsmaterial (126) wird auf das Zwischenbereichsmaterial (132) aufgebracht, vorzugsweise Kohlenstoff; d) mindestens ein Zwischenbereichsmaterial (132) wird auf das Kernbereichsmaterial (126) aufgebracht, vorzugsweise Molybdän; e) mindestens ein Absorptionsbereichsmaterial (136) wird auf das Zwischenbereichsmaterial (132) aufgebracht, vorzugsweise Germanium.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei in Schritt e) zunächst mindestens eine erste Schicht des Absorptionsbereichsmaterials (136) auf das Zwischenbereichsmaterial (132) aufgebracht wird und anschließend mindestens ein Wafer des Absorptionsbereichsmaterials (136) direkt oder indirekt auf die erste Schicht gebondet wird.
Verfahren zur Bereitstellung einer quasi-punktförmigen Röntgenquelle, wobei Röntgenwellen (154) in mindestens einen Multilamellenwellenleiter (110) nach einem der vorhergehenden, einen Multilamellenwellenleiter (110) betreffenden Ansprüche eingekoppelt werden und die Röntgenwellen (154) nach Durchtritt durch den Multilamellenwellenleiter (110) aus diesem ausgekoppelt werden.
Verfahren zur Abbildung mindestens eines Gegenstands (150), wobei Röntgenwellen (154) in mindestens einem Multilamellenwellenleiter (110) nach einem der vorhergehenden, einen Multilamellenwellenleiter (110) betreffenden Ansprüche eingekoppelt werden und die Röntgenwellen (154) nach Durchtritt durch den Multilamellenwellenleiter (110) aus diesem ausgekoppelt werden und der Gegenstand (150) mit den ausgekoppelten Röntgenwellen (154) beleuchtet wird und die Röntgenwellen (154) anschließend nach Beleuchtung des Gegenstands (150) von mindestens einem Detektor (168) erfasst werden.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei ein Phasenkontrastverfahren oder ein differentielles Phasenkontrastverfahren verwendet wird.