RU184725U1 - Рентгеновский аксикон - Google Patents
Рентгеновский аксикон Download PDFInfo
- Publication number
- RU184725U1 RU184725U1 RU2017145381U RU2017145381U RU184725U1 RU 184725 U1 RU184725 U1 RU 184725U1 RU 2017145381 U RU2017145381 U RU 2017145381U RU 2017145381 U RU2017145381 U RU 2017145381U RU 184725 U1 RU184725 U1 RU 184725U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ray
- cone
- axis
- cavity
- parabolic
- Prior art date
Links
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 7
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 17
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N beryllium atom Chemical compound [Be] ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 claims description 2
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 claims description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 2
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
- G21K1/00—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области рентгенотехники и может быть использована для формирования пучка рентгеновского излучения. Техническим результатом, на получение которого направлена полезная модель, является создание устройства простой конструкции, способного формировать узкий осевой отрезок пучка рентгеновского излучения в широком диапазоне длин волн. Технический результат достигается в устройстве, изготовленном из прозрачного в рентгеновской области материала, которое представляет собой, по крайней мере, одну пластину рентгенопрозрачного материала, выполненную, по крайней мере, с одной осесимметричной полостью конической формы. 9 З.П., 4 ИЛ.
Description
Полезная модель относится к области рентгенотехники и может быть использована для формирования пучка рентгеновского излучения.
Существует множество практических задач требующих протяженных сфокусированных пучков, к ним относятся: юстировка оптических элементов в рентгеновском пучке, исследование объектов представляющих собой протяженную волокнистую структуру, например биологические материалы, многослойные структуры, кристаллы, капилляры, а также, в качестве фокусирующих оптических элементов, обладающих намного более протяженной глубиной фокуса по сравнению с рентгеновской параболической линзой.
В видимой области спектра известны оптические элементы – аксиконы, обладающие осевой симметрией, которые за счет отражения и/или преломления преобразуют падающее электромагнитное излучение, характеризующееся высокой степенью пространственной когерентности, в узкий осевой отрезок, в отличие от линзы, которая изображает такой точечный источник в точку. Это выпуклые оптические элементы из оптически прозрачного материала, содержащие одну или две преломляющие поверхности.
Недостатком таких устройств является невозможность их применения для рентгеновской области спектра ввиду особенностей преломления рентгеновских лучей связанных с наличием декремента показателя преломления материалов, из которых они изготавливаются.
Известны устройства для формирования рентгеновских пучков на основе дифракционных оптических элементах. В зависимости от созданной дифракционной структуры, такие устройства, например, могут выполнять множественную фокусировку, в одной или нескольких фокальных плоскостях, или преобразовывать когерентное монохроматическое рентгеновское излучение в пучок с определенной геометрической формой.
Недостатком таких устройств является дискретность поверхностных структур, а также сложность их изготовления. Кроме того, они могут работать лишь в ограниченном узком диапазоне энергий, обусловленном структурой его поверхности, рассчитанной для заранее определенной длины волны.
Техническим результатом, на получение которого направлена полезная модель, является создание устройства простой конструкции, способного формировать пучок рентгеновского излучения в широком диапазоне длин волн, представляющий собой узкий протяженный осевой отрезок.
Технический результат достигается в устройстве, изготовленном из прозрачного в рентгеновской области материала, которое представляет собой, по крайней мере, одну пластину рентгенопрозрачного материала, каждая сторона которой выполнена, не более чем с одной осесимметричной полостью конической формы.
В случае выполнения пластины устройства с двумя полостями, предпочтительно располагать их соосно.
В случае выполнения устройства с двумя полостями, предпочтительно выполнять его с расстоянием между полостями намного меньшим, чем длина затухания электромагнитной волны в материале из которого изготовлено устройство.
В одном из вариантов исполнения полезной модели, по крайней мере, одна осесимметричная полость конической формы, описываемая следующим уравнением в цилиндрической системе координат:
где ось z направлена вдоль оптической оси, r радиальная координата, α угол в вершине конуса.
В одном из вариантов исполнения полезной модели, по крайней мере, одна осесимметричная полость конической формы выполнена в виде параболического конуса, описываемого следующим уравнением в цилиндрической системе координат:
где ось z направлена вдоль оптической оси, r радиальная координата, R –радиус кривизны в вершине параболы, образующей поверхность полости, а d – сдвиг оси этой параболы относительно оси параболического конуса.
Предпочтительно изготавливать устройство из материала, характеризующегося большим декрементом показателя преломления и малым коэффициентом поглощения, например из бериллия Be, алюминия Al, кремния Si, никеля Ni, углерода C (например, алмаза), из полимеров SU8, PMMA или ORMOCOMP
Предпочтительно выполнение устройства с круглой физической апертурой, превышающей эффективную апертуру, при которой увеличение физической апертуры практически не влияет на сформированное амплитудно-фазовое распределение рентгеновского пучка.
В одном из вариантов устройства одна из полостей имеет форму конуса, а вторая полость – форму параболического конуса.
Вариантом исполнения устройства является выполнение его из нескольких конструктивно соединенных пластин с последовательно расположенными вдоль одной оси пластинами с полостями, выполненными в форме конуса и/или параболического конуса.
На фиг.1 приведено поперечное сечение рентгеновского аксикона с полостью, выполненной в форме конуса. А – физическая апертура устройства, α – угол при вершине конуса, образующего полость, а – поперечный размер устройства, b – толщина пластины рентгенопрозрачного материала.
На фиг.2 приведено поперечное сечение рентгеновского аксикона с двумя полостями, выполненными в форме конуса. А – физическая апертура устройства, α – угол при вершине конуса, а – поперечный размер устройства b – толщина пластины рентгенопрозрачного материала, образующего полость, р – расстояние между вершинами конусов, образующих полости.
На фиг..3 приведено поперечное сечение рентгеновского аксикона с полостью, выполненной в форме параболического конуса. Штриховой линией показаны параболы, образующие поверхность полости. А – физическая апертура устройства, R –радиус кривизны в вершине параболы, образующей поверхность полости, d – сдвиг оси этой параболы относительно оси параболического конуса, а – поперечный размер устройства, b – толщина пластины рентгенопрозрачного материала.
На фиг..4 приведено поперечное сечение рентгеновского аксикона с двумя полостями, выполненными в форме параболического конуса. Штриховой линией показаны параболы, образующие поверхность полости. А – физическая апертура устройства, R –радиус кривизны в вершине параболы, образующей поверхность полости, d – сдвиг оси этой параболы относительно оси параболического конуса, а – поперечный размер устройства b – толщина пластины рентгенопрозрачного материала, образующего полость, р – расстояние между вершинами конусов, образующих полости.
Полезная модель действует следующим образом.
Принцип действия аксиконовых преломляющих оптических элементов можно описать, используя положения геометрической оптики, приняв во внимание эффект преломления рентгеновских лучей, наблюдаемый на поверхности раздела двух сред, имеющих различные коэффициенты показателя преломления. Данный эффект можно описать при помощи закона Снеллиуса, согласно которому световые лучи на границе двух сред преломляются так, что произведение показателя преломления на синус угла между нормалью к границе раздела и направлением луча, остается постоянным. То есть, угол преломления луча при прохождении границы между двумя средами зависит от соотношения коэффициентов преломления этих сред. Таким образом, варьируя форму преломляющей поверхности (угол падающего луча), можно добиться желаемого перераспределения лучей прошедших через рентгеновский преломляющий оптический элемент. В рамках волновой оптики, это означает соответствующее преобразование амплитудной и фазовой составляющих падающего электромагнитного излучения, и как следствие перераспределение энергии (интенсивности) за оптическим элементом.
При конической форме осесимметричной полости в рентгенопрозрачном материале, описываемой уравнением в цилиндрической системе координат:
При конической форме осесимметричной полости в рентгенопрозрачном материале в виде параболического конуса, описываемого уравнением в цилиндрической системе координат (где ось z направлена вдоль оптической оси, r радиальная координата, R –радиус кривизны в вершине параболы, образующей поверхность полости, а d – сдвиг оси этой параболы относительно оси параболического конуса), за счет преломления на границе полости и рентгенопрозрачного материала, в котором эта полость образована, падающее излучение преобразуется как параболической (первое слагаемое), так и конусной (второе слагаемое) составляющими поверхности.
Исходя из соображений геометрической оптики, рентгеновский параболический аксикон фокусирует падающий плоский Гауссов пучок в кольцо с радиусом d, на расстоянии f от него. Величина f соответствует фокусному расстоянию параболической рентгеновской преломляющей линзы, имеющей радиус кривизны R. Ширина кольца ограничивается дифракционным пределом, а угловая зависимость в распределении интенсивности отсутствует, в силу осевой симметрии рассматриваемой оптической схемы. С увеличением расстояния z, радиус кольца линейно увеличивается, а его границы размываются. Кроме того, падающий когерентный рентгеновский пучок, проходя через рентгеновский параболический аксикон, образует область интерференции, расположенную между центром преломляющей поверхности и фокусом. В этой области рентгеновский параболический аксикон формирует, масштабно уменьшающийся с расстоянием z, яркий сходящийся осевой отрезок. Поперечное распределение интенсивности, формируемое осевым отрезком, описывается функцией Бесселя первого рода нулевого порядка.
При этом от длины волны падающего света зависят только параметры, образованного коническим или параболическим аксикономи, яркого осевого отрезка и расположенного за ним расходящегося кольцевого пучка.
Возможно также последовательное расположение аксиконов одинаковой или различной конструкции.
Составной рентгеновский конический аксикон преобразует падающий плоский рентгеновский Гауссов пучок в длинный осевой отрезок, длина и толщина которого зависит от параметров используемых оптических элементов. Поперечное распределение интенсивности, за составным рентгеновским коническим аксиконом описывается функцией Бесселя первого рода нулевого порядка. Его поперечный размер остается неизменным вдоль формируемого яркого осевого отрезка. За формируемым осевым отрезком, интенсивность перераспределяется в широкое расходящееся кольцо. Комбинация различных рентгеновских конических аксиконов, а также варьирование их числа позволяют гибко изменять поперечный размер и длину формируемого осевого отрезка.
Составной рентгеновский параболический аксикон преобразует падающий плоский рентгеновский Гауссов пучок в длинный сходящийся осевой отрезок, длина и толщина которого зависит от параметров используемых оптических элементов. Поперечное распределение интенсивности, за составным рентгеновским параболический аксиконом описывается функцией Бесселя первого рода нулевого порядка. Его поперечный размер уменьшается вдоль формируемого яркого осевого отрезка. За формируемым осевым отрезком, интенсивность перераспределяется в узкое сфокусированное кольцо. Комбинация различных рентгеновских конических аксиконов, рентгеновских параболических аксиконов и рентгеновских преломляющих линз, а также варьирование их числа позволяют гибко изменять поперечный размер и длину формируемого осевого отрезка, а также радиус и положение формируемого кольцевого распределения интенсивности.
Таким образом, достигается технический результат, на получение которого направлена полезная модель, в виде создания устройства простой конструкции, способного формировать узкий осевой отрезок пучка рентгеновского излучения в широком диапазоне длин волн.
Claims (14)
1. Рентгеновский аксикон, характеризующийся тем, что выполнен из прозрачного в рентгеновской области материала, в форме пластины, каждая сторона которой выполнена не более чем с одной осесимметричной полостью конической формы.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что выполнено в виде пластины из рентгенопрозрачного материала с двумя полостями, расположенными соосно.
3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что выполнено с расстоянием между полостями много меньшим, чем длина затухания электромагнитной волны в материале, из которого изготовлено устройство.
4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что форма по крайней мере одной осесимметричной полости конической формы выполнена в соответствии с уравнением в цилиндрической системе координат:
где ось z направлена вдоль оптической оси, r - радиальная координата, а α - угол в вершине конуса.
5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что по крайней мере одна осесимметричная полость выполнена в форме параболического конуса, описываемого уравнением в цилиндрической системе координат:
где ось z направлена вдоль оптической оси, r - радиальная координата, R - радиус кривизны в вершине параболы, образующей поверхность полости, a d - сдвиг оси этой параболы относительно оси параболического конуса.
6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что выполнено из материала, характеризующегося большим декрементом показателя преломления и малым коэффициентом поглощения.
7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что выполнено из бериллия, или из алюминия, или из кремния, или из никеля, или из углерода, или из полимера SU8, или из полимера РММА, или из полимера ORMOCOMP.
8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что выполнено с круглой физической апертурой, превышающей эффективную апертуру.
9. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что одна из полостей выполнена в форме конуса, а вторая полость выполнена в форме параболического конуса.
10. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что устройство выполнено в виде конструктивно соединенных между собой последовательно расположенных вдоль одной оси пластин с полостями, выполненными в форме конуса и/или параболического конуса.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017145381U RU184725U1 (ru) | 2017-12-22 | 2017-12-22 | Рентгеновский аксикон |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017145381U RU184725U1 (ru) | 2017-12-22 | 2017-12-22 | Рентгеновский аксикон |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU184725U1 true RU184725U1 (ru) | 2018-11-07 |
Family
ID=64103906
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017145381U RU184725U1 (ru) | 2017-12-22 | 2017-12-22 | Рентгеновский аксикон |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU184725U1 (ru) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU142219U1 (ru) * | 2013-10-11 | 2014-06-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли (Минпромторг РФ) | Подводный модуль для масс-спектрометрического и рентгенофлуоресцентного анализа |
| US20140192954A1 (en) * | 2013-01-07 | 2014-07-10 | Rapiscan Systems, Inc. | X-Ray Scanner with Partial Energy Discriminating Detector Array |
-
2017
- 2017-12-22 RU RU2017145381U patent/RU184725U1/ru active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140192954A1 (en) * | 2013-01-07 | 2014-07-10 | Rapiscan Systems, Inc. | X-Ray Scanner with Partial Energy Discriminating Detector Array |
| RU142219U1 (ru) * | 2013-10-11 | 2014-06-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли (Минпромторг РФ) | Подводный модуль для масс-спектрометрического и рентгенофлуоресцентного анализа |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| M. Renier, J. A. Laissue, and A. Bravin, "New technology enableshigh precision multislit collimators for microbeam radiation therapy",Review of Scientific Instruments 80, 074301 (2009) 6 с. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11550084B2 (en) | Low-contrast metasurfaces | |
| Monsoriu et al. | Bifocal Fibonacci diffractive lenses | |
| JP7199224B2 (ja) | 中空ナノジェットレンズによる近傍界フォーカシング | |
| CN106773030B (zh) | 一种均匀光针聚焦微结构及设计方法 | |
| CN107728242B (zh) | 多焦点类斐波那契波带片及其构造方法 | |
| CN111290062B (zh) | 费马螺旋希腊梯子光子筛的设计方法及其成像光路 | |
| CN104914492B (zh) | 可调贝塞尔光束产生装置及其高阶圆环达曼光栅的设计方法 | |
| Khonina et al. | Fractional axicon as a new type of diffractive optical element with conical focal region | |
| US11635377B2 (en) | Device for inspecting large area high speed object | |
| US11671706B2 (en) | Optical device comprising a multi-order diffractive Fresnel lens (MOD-DFL) and an achromatizing compensation mechanism, and a method for enhancing images captured using the MOD-DFL | |
| Geints | Minin IV. Controlling near-field focusing of a mesoscale binary phase plate in an optical radiation field with circular polarization | |
| RU184725U1 (ru) | Рентгеновский аксикон | |
| JP6496894B1 (ja) | 光学素子及びレーザ照射装置 | |
| RU184726U1 (ru) | Рентгеновский планарный аксикон | |
| Balli et al. | Rotationally tunable polarization-insensitive metasurfaces for generating vortex beams | |
| RU181311U1 (ru) | Формирователь набора рентгеновских микропучков | |
| CN107238940B (zh) | 表面微整形龙虾眼结构 | |
| Sypek et al. | Aberrations of the large aperture attenuating THz lenses | |
| RU181086U1 (ru) | Линза | |
| RU191608U1 (ru) | Устройство для расширения коллимированного рентгеновского пучка | |
| Aksu | Minimizing the Focal Shift Effect on 2D Metalenses | |
| RU189629U1 (ru) | Рентгеновский фазово-контрастный микроскоп с объективом, содержащим аксикон | |
| RU2819107C1 (ru) | Моноблочный преобразователь светового пучка с круговой поляризацией в пучок с азимутальной поляризацией | |
| RU2703016C2 (ru) | Расширитель параллельного пучка лазерного излучения | |
| Tormo et al. | On-chip axicon for light sheet microscopy |