WO2013093334A1 - Device for filtering x-rays - Google Patents

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WO2013093334A1
WO2013093334A1 PCT/FR2012/052986 FR2012052986W WO2013093334A1 WO 2013093334 A1 WO2013093334 A1 WO 2013093334A1 FR 2012052986 W FR2012052986 W FR 2012052986W WO 2013093334 A1 WO2013093334 A1 WO 2013093334A1
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WO
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multilayer structure
layers
spectral response
energy
filtering
Prior art date
Application number
PCT/FR2012/052986
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French (fr)
Inventor
Philippe TROUSSEL
Bruno VILLETTE
Original Assignee
Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives
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    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21KTECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K1/00Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating
    • G21K1/06Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating using diffraction, refraction or reflection, e.g. monochromators
    • G21K1/062Devices having a multilayer structure
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • GPHYSICS
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    • GPHYSICS
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    • G21K2201/06Arrangements for handling radiation or particles using diffractive, refractive or reflecting elements
    • G21K2201/067Construction details

Definitions

  • the present invention relates to an X-ray filter device.
  • the invention applies to X-ray instrumentation domains such as spectrometry and X-ray imaging.
  • X-ray instrumentation domains such as spectrometry and X-ray imaging.
  • a device for filtering an X-ray beam used in these applications, must meet two specifications: having a bandwidth with a given width and a spectral response with a specific profile.
  • FIG. 1 shows the diagram of an example of such a Ross filter.
  • a band of energy is analyzed using two measurement channels 1 1, 12, each consisting of a screen, respectively F1 and F2; and a detector, respectively D1 and D2.
  • the two detectors D1 and D2 have identical responses and the screens F1 and F2 set the width of the spectral band.
  • the thicknesses of the screens F1 and F2 are chosen to allow the same transmission so that the difference of the signals is significant of the energy contained in the analyzed band.
  • This method has some disadvantages. First, it uses two channels for each measurement.
  • a second interesting filtering method consists in adding an X-ray mirror because the mirror eliminates the X-hard parasitic component transmitted by the filter and acts as a low-pass energy filter. Each path then results from three elements (filter + mirror + detector). This measurement principle is therefore an improvement over the previous system.
  • the spectral response of the measurement channel must integrate that of the detector and applies in the case where we can find materials whose absorption threshold is suitable. Few elements have discontinuities and, therefore, the scope is limited to the small number of existing materials. The energy position of this spectral band is therefore dependent on the filter. Moreover, the shape of this response is imposed, non-constant and a de-convolution of the signal is essential, which introduces a measurement uncertainty.
  • a Bragg reflector or a Bragg grating is a structure in which layers of two different refractive index materials alternate. The layers make it possible to reflect, thanks to constructive interference phenomena. This alternation of layers causes a periodic variation of the effective refractive index in the reflector.
  • Bragg reflectors can be made on supports of various shapes to make selective and focusing mirrors. These devices are known as the "Goebbels" mirror if they are placed on a parabolic support. They can be subject to various optimizations such as having a lateral gradient or depth to adapt the Bragg grating to the local curvature of the support to optimize the yield.
  • the spectral width of the maximum possible band is limited and incompatible with a broad band operation (that is to say of spectral resolution ⁇ such that ⁇ / ⁇ is close to 1)
  • wavelength adaptability only works by changing the angle of incidence.
  • One of the aims of the present invention is to overcome disadvantages of the state of the art mentioned above.
  • an X-ray filtering device in an energy range of 100eV to 50keV, preferably 400eV to 20keV comprising: an interference mirror capable of filtering X-rays, by reflection of Bragg, according to their energy, said interference mirror comprising a stack of refraction layers forming a multilayer structure, characterized in that the multilayer structure has an aperiodic structure, the spectral response of the interference filter being dependent on the characteristics of the multilayer structure, and in that the multilayer structure comprises at least one set (120_1 ..120_m; 220_1 ...
  • 220_m composed of at least one layer of a heavy material (A) and at least one layer of a light material (B), said layers being superimposed on one another and further comprising an absorbent filter capable of filtering X-rays due to the total reflection on the interference mirror by absorption at energies lower than an energy defining the lower limit of the bandwidth of the spectral response of the device.
  • the interference mirror is capable of filtering grazing incidence X-rays, for example X-rays having an angle of incidence between 0.2 ° and 10 °.
  • the heavy material (A) is chosen from the group comprising Co, Cr, Cu, Fe, Bi, V, Ni and Zn and the light material (B) is chosen from the group comprising B 4 C, SiC, Se, Ti.
  • the multilayer structure comprises a plurality of sets (120), the respective total thickness of each set varying as a function of the position of said set in the depth of the multilayer structure.
  • the respective ratio of the thickness (d A ) of the layer of a heavy material (A) to the total thickness (d) of each set is chosen to define the spectral response of the filter (1). 10, 210).
  • At least one of the layers is composed of several different materials.
  • the characteristics of the multilayer structure on which the spectral response of the interference filter (110; 210) depends comprise at least one of the number of layers, the thicknesses of the layers and the materials constituting the layers.
  • the width ⁇ of the spectral band of the device is such that 0.5 ⁇ / ⁇ ⁇ 4, E representing the central energy of the reflected X energy band.
  • a device further comprises a support on which the multilayer structure is disposed, the carrier being configured to function as a focusing optic.
  • a second aspect of the invention relates to a method of manufacturing an X-ray filtering device comprising identifying the desired spectral response of the filtering device; the configuration, according to the identified spectral response, of a multilayer structure comprising a plurality of refraction layers, the multilayer structure having an aperiodic structure characterized in that the configuration comprises the choice of characteristics of the multilayer structure to obtain the response spectral identified.
  • the choice of characteristics of the multilayer structure comprises the choice of at least two materials including a heavy material and a light material for the layers of the multilayer structure.
  • the choice of characteristics of the multilayer structure comprises the number of layers of the multilayer structure and / or the thicknesses of the layers.
  • the method further comprises a preliminary definition of a preliminary multilayer structure comprising a superposition of a plurality of periodic stacks producing interference at the energies of the respective Bragg peaks in the band of the identified spectral response.
  • the method according to the second aspect comprises a step of equalizing the spectral response of a system of analysis and in which the spectral response identified is calculated from the spectral response of the elements of the analysis system in order to obtain a constant spectral response.
  • FIG. 2 represents an example of a spectral response of the prior art
  • FIG. 3 schematically represents an X-ray filtering device according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 4 diagrammatically represents the preliminary definition according to one embodiment of the invention of a filter composed of several periodic stacks
  • FIG. 5A represents the spectral response of the filter of FIG.
  • FIG. 5B schematically represents a possible spectral response of an X-ray filtering device according to one embodiment of the invention
  • FIG. 6 schematically represents an X-ray filtering device according to a second embodiment of the invention.
  • This filtering device 100 comprises an interference mirror 110 able to filter selectively by Bragg reflection, X-rays according to their energy.
  • the interference filter consists of a stack of a plurality of layers 11 1 to 1 1 1 n of different refractive indices.
  • the layers 11 1_1 to 11_n are stacked to form a multilayer structure having an aperiodic structure.
  • the spectral response of the filtering device 100 can be chosen according to the characteristics of this multilayer structure.
  • the multilayer structure in this first embodiment consists of sets of monolayers 120_1 ... 120_m.
  • Each set is composed of two individual monolayer materials A and B alternately heavy and light and of respective thickness dA, of.
  • the total thickness of each set d d A + d B changes with its depth in the multilayer structure 1 10.
  • the choice of the number n of layers of the multilayer structure 1 10, and their respective thickness is made according to the desired spectral response of the filtering device 100.
  • the shape of the desired spectral response for the filtering device is identified.
  • a heavy material may be selected from the group consisting of Co, Cr, Cu, Fe, Bi, V, Ni and Zn and a light material may be selected from the group consisting of B 4 C, SiC, Se, Ti.
  • the multilayer structure may consist of sets of layers 120 to two materials of type Co / B 4 C; Co / SiC; Cr / B 4 C; Cr / Sc; Cu / B 4 C.
  • An exemplary theoretical response of this mirror illustrated in FIG. 5A is calculated by adjusting the parameters d1, d2, ... dn in order to make a first approximation of the shape of the desired spectral response.
  • the cyclic ratio (weight ratio heavy element on period (total thickness of the assembly)) of each period with ⁇ , ⁇ 2 , ... ⁇ ⁇ the respective ratios of each bilayer assembly 120 1, ..., is modified. 120 m.
  • an optimization of 2n parameters is obtained which offers possibilities of adjusting the shape of the spectral response of the mirror such as its selectivity, its flatness, or its optimization with respect to a defined profile.
  • an optimization algorithm can be used, such as, for example, that published by AA Tikhonravov Applied optics 32, 5417-5426 (1993) transposed in the X domain (but of course other methods can to be applied).
  • the photoelectric effect is predominant: the transposition in this area is done by taking into account the scattering parameters of the elements instead of conventional optical indices in the visible range.
  • the preliminary design of departure is a thick layer close to the total thickness of the final stack of the multilayer structure 1 10.
  • the algorithm determines the best place to insert a new layer of very low thickness and reiterates the process. It makes it possible to optimize the thickness of the layers but also their number and their order.
  • layers may consist of a mixture of several different materials.
  • the method described above is applied, in which the characteristics to be taken into account will be those of the mixture, rather than a pure material, for the layers concerned.
  • the method according to another embodiment includes making assemblies having a number of layers greater than 2.
  • Figure 6 illustrates an X-ray filtering device 200 according to another embodiment of the invention.
  • the multilayer structure 210 comprises sets 220_1 to 220_n of tri-layers consisting of 2 layers of light materials B and C and a layer of heavy material A.
  • the multilayer structure 210 may consist of sets 220 of three layers of different materials such as: Cr / B 4 C / SiC or Cu / Co / B 4 C. Of course any other combination can be used.
  • the advantage of this approach is to better control the interfaces between certain materials that are likely to be disturbed by an interdiffusion phenomenon.
  • the initial thicknesses of the dA, d B , d c , ... layers of each of the n initial periodic stacks are fixed and ⁇ , ⁇ 2 ⁇ ... ⁇ ⁇ are defined as being the respective ratios of the thickness of the (or heavy) material (s) over the period d.
  • the method described above for the first embodiment can then be applied with the parameters thus defined.
  • the two approaches can be combined if necessary, the only limits being those of the technological mastery of the realization of the layers.
  • the use of mono or bi-material bilayers or tri-layers already gives many degrees of freedom to meet many needs.
  • the multilayer structure may be deposited on a flat support or on a non-planar support which may for example act as a focusing optic.
  • the filtering device may further comprise a thin absorbent filter to better limit the spectral response of the device between two energies, [E1, E2].
  • the lower terminal E1 is provided by one of the elements of the multilayer mirror whose material is chosen to have an absorption discontinuity corresponding to this value.
  • the low energy components ⁇ E1 reflected by the mirror effect of the filtering device (total reflection phenomenon) can be eliminated by a judicious choice of the angle of attack (or the angle of incidence of the X-rays) allowing to push the bottom of the field of this reflection to the level of the cut of the mirror.
  • the interference mirror may be configured to operate at an angle of attack between 0.2 ° and 10 °.
  • the thin filter strengthens this elimination.
  • the upper bound E2 is given by the absorption discontinuity of one of the elements of the filtering device.
  • Known evaporation or vacuum spraying methods can be used for the manufacture of the filtering device. The improvement of these techniques makes it possible today to manufacture this type of complex spectral function component.
  • An X mirror operating at an angle of attack of 1.5 ° gives the desired profile for a spectral analysis channel of an X-ray spectrometer.
  • Cr / Sc-type supermirror deposits were used with nearly 200 alternations of layers. to reflect 10% of the X-rays in the energy band of 2 to 4 keV and with a reflectivity close to zero outside the spectral range targeted thanks to the combination with a 33 ⁇ filter with a thickness of C 10 H80 4 .
  • the periods (the total thicknesses of the layer sets) of the multilayer vary between 60 A and 92 A.
  • the X-ray filtering device can be used in broadband X-ray spectrometry or imaging from polychromatic sources for energies of between 100 eV and 50 keV, and in particular including energies. between 400 eV and 20 keV
  • a spectral response equalizer is to reflect a spectral window with a wide band and to allow the composite system that integrates it (for example a spectrometer or an imager) to have a constant spectral response or responding to a desired profile.
  • a device according to embodiments of the invention may thus be sized to have a flat spectral response over a wide range of wavelengths, or to have a spectral response compensating the spectral response of other elements of a system analysis, or to have a specific response to select one or more spectral bands and to exclude others, always in the X-ray field mentioned above. In spectrometry it is thus possible to directly restore the radiated power of an X source in a broad spectral band, corrected by the response of the constituent elements of the spectrometer.
  • the control of the bandwidth makes it possible to improve the quality and the contrast of the image and the control of the spectral profile at the output of the system makes it possible to improve the homogeneity of the image.
  • the use of several spectral bands makes it possible to simultaneously obtain several images at different energies of the same object with different contrasts (different transmissions of the object).
  • the device On a source X, the device according to the embodiments of the invention allows a better knowledge of the source and better control thereof by controlling its emission spectrum. This is important in the medical field where the control of received doses of radiation is fundamental.

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Abstract

A device for filtering x-rays comprising: a Bragg mirror able to filter x-rays by reflection depending on their energy, said interference filter comprising a stack of refracting layers forming a multilayer structure, characterised in that the multilayer structure has an aperiodic structure, the spectral response of the Bragg mirror being dependent on the characteristics of the multilayer structure.

Description

DISPOSITIF DE FILTRAGE DES RAYONS X  DEVICE FOR FILTERING X-RAYS
La présente invention concerne un dispositif de filtrage de rayons X.The present invention relates to an X-ray filter device.
Elle concerne en outre un procédé de fabrication d'un dispositif de filtrage de rayons X. It further relates to a method of manufacturing an X-ray filtering device.
L'invention s'applique à des domaines d'instrumentation de rayons X tels que la spectrométrie et l'imagerie X. A titre d'exemple, on peut citer de manière non limitative les applications suivantes :  The invention applies to X-ray instrumentation domains such as spectrometry and X-ray imaging. By way of example, the following applications can be cited in a nonlimiting manner:
- la physique des plasmas denses et chauds produits, par exemple, par l'interaction d'un faisceau laser de forte puissance avec la matière, les plasmas restituant une partie importante de l'énergie absorbée sous forme de rayonnement X ;  the physics of the dense and hot plasmas produced, for example, by the interaction of a high power laser beam with the material, the plasmas returning a large part of the absorbed energy in the form of X-radiation;
- l'imagerie médicale ;  - medical imaging;
- l'imagerie de contrôle non destructif en rayonnement X, - non-destructive X-ray imaging
- l'analyse X sur sources synchrotrons. - X-ray analysis on synchrotron sources.
Un dispositif pour la filtration d'un faisceau de rayonnement X, utilisé dans ces applications, doit répondre à deux spécifications: avoir une bande passante avec une largeur donnée et une réponse spectrale avec un profil spécifique.  A device for filtering an X-ray beam, used in these applications, must meet two specifications: having a bandwidth with a given width and a spectral response with a specific profile.
Dans le domaine des rayons X, il est connu de filtrer le rayonnement X en utilisant des écrans de matériaux absorbants. En effet, dans ce domaine, en dessous d'une énergie de 15 keV, le phénomène dominant pour la filtration du rayonnement X est l'absorption photoélectrique. Cette absorption photoélectrique se manifeste par des discontinuités de la transmission des écrans, à des énergies caractéristiques des niveaux atomiques du matériau.  In the X-ray field, it is known to filter X-radiation using screens of absorbent materials. Indeed, in this area, below an energy of 15 keV, the dominant phenomenon for X-ray filtration is photoelectric absorption. This photoelectric absorption is manifested by discontinuities in the transmission of screens, at energies characteristic of the atomic levels of the material.
La méthode de spectrométrie à large bande la plus ancienne, encore utilisée aujourd'hui, met en jeu ce principe de filtration. Elle a été utilisée par P .A. Ross et porte le nom de « filtres de Ross » ou des « écrans équilibrés ». La figure 1 représente le schéma d'un exemple d'un tel filtre de Ross. Une bande d'énergie est analysée en utilisant deux voies de mesure 1 1 , 12, chacune constituée d'un écran, respectivement F1 et F2 ; et d'un détecteur, respectivement D1 et D2. Les deux détecteurs D1 et D2 ont des réponses identiques et les écrans F1 et F2 fixent la largeur de la bande spectrale. Les épaisseurs des écrans F1 et F2 sont choisies pour permettre la même transmission pour que la différence des signaux soit significative de l'énergie contenue dans la bande analysée. Cette méthode présente quelques inconvénients. D'abord elle utilise deux voies pour chaque mesure. De plus, il s'agit d'une mesure par différence donc peu fiable quand les énergies de discontinuité sont proches. Enfin, l'équilibrage des énergies n'est pas possible à toutes les énergies. On voit aussi qu'il subsiste une composante spectrale d'énergie élevée qui provient du filtre et qui n'est pas éliminée car la fonction de transfert d'un tel système (filtre + détecteur) n'est pas totalement nulle au-delà de l'énergie de coupure sélectionnée. Elle remonte, présentant une réponse parasite de forme triangulaire comme illustré sur la figure 2. The oldest broadband spectrometry method, still in use today, involves this principle of filtration. It has been used by P.A. Ross and is called "Ross Filters" or "Balanced Screens". Figure 1 shows the diagram of an example of such a Ross filter. A band of energy is analyzed using two measurement channels 1 1, 12, each consisting of a screen, respectively F1 and F2; and a detector, respectively D1 and D2. The two detectors D1 and D2 have identical responses and the screens F1 and F2 set the width of the spectral band. The thicknesses of the screens F1 and F2 are chosen to allow the same transmission so that the difference of the signals is significant of the energy contained in the analyzed band. This method has some disadvantages. First, it uses two channels for each measurement. In addition, it is a measure of difference therefore unreliable when the discontinuity energies are close. Finally, the balancing of energies is not possible at all energies. We also see that there remains a spectral component of high energy that comes from the filter and which is not eliminated because the transfer function of such a system (filter + detector) is not completely zero beyond the cutoff energy selected. It rises, presenting a parasitic response of triangular shape as illustrated in Figure 2.
Une seconde méthode de filtrage intéressante consiste en l'ajout d'un miroir à rayons X car le miroir élimine la composante parasite X-durs transmise par le filtre et joue le rôle de filtre passe-bas en énergie. Chaque voie résulte alors de trois éléments (filtre + miroir + détecteur). Ce principe de mesure constitue donc une amélioration par rapport au système précédent.  A second interesting filtering method consists in adding an X-ray mirror because the mirror eliminates the X-hard parasitic component transmitted by the filter and acts as a low-pass energy filter. Each path then results from three elements (filter + mirror + detector). This measurement principle is therefore an improvement over the previous system.
Dans ces deux méthodes, la réponse spectrale du canal de mesure doit intégrer celle du détecteur et s'applique dans le cas où on peut trouver des matériaux dont le seuil d'absorption est convenable. Peu d'éléments présentent des discontinuités et, par conséquent, le domaine d'application est limité au petit nombre de matériaux existants. La position en énergie de cette bande spectrale est donc dépendante du filtre. De plus la forme de cette réponse est imposée, non constante et une dé-convolution du signal est indispensable, ce qui introduit une incertitude de mesure.  In these two methods, the spectral response of the measurement channel must integrate that of the detector and applies in the case where we can find materials whose absorption threshold is suitable. Few elements have discontinuities and, therefore, the scope is limited to the small number of existing materials. The energy position of this spectral band is therefore dependent on the filter. Moreover, the shape of this response is imposed, non-constant and a de-convolution of the signal is essential, which introduces a measurement uncertainty.
La réalisation des miroirs interférentiels multicouches périodiques utilisables comme réflecteurs de Bragg permet d'être plus sélectif ou réglable en fonction de l'énergie d'utilisation, et de définir une bande spectrale (monochromateur) située dans un large domaine spectral. Pour rappel un réflecteur de Bragg ou un réseau de Bragg est une structure dans laquelle alternent des couches de deux matériaux d'indices de réfraction différents. Les couches permettent de réfléchir, grâce à des phénomènes d'interférences constructives. Cette alternance de couches provoque une variation périodique de l'indice de réfraction effectif dans le réflecteur. The realization of periodic multilayer interference mirrors that can be used as Bragg reflectors makes it possible to be more selective or adjustable depending on the energy used, and to define a spectral band (monochromator) located in a broad spectral range. As a reminder, a Bragg reflector or a Bragg grating is a structure in which layers of two different refractive index materials alternate. The layers make it possible to reflect, thanks to constructive interference phenomena. This alternation of layers causes a periodic variation of the effective refractive index in the reflector.
Le principal intérêt des réflecteurs de Bragg réside dans la souplesse du choix de la nature et des constituants du miroir à rayons X. Ce choix est optimisé en fonction des caractéristiques de la source X à analyser. Un tel dispositif est décrit, par exemple, dans le brevet US4684565. Les réflecteurs Bragg peuvent être réalisés sur des supports de formes diverses pour réaliser des miroirs sélectifs et focalisants. Ces dispositifs sont connus sous le nom de miroir de « Goebbels » s'ils sont déposés sur un support parabolique. Ils peuvent faire l'objet de différentes optimisations telles que présenter un gradient latéral ou en profondeur afin d'adapter le réseau de Bragg à la courbure locale du support pour en optimiser le rendement. Toutefois, il subsiste pour ces systèmes trois limitations:  The main interest of Bragg reflectors lies in the flexibility of choice of the nature and constituents of the X-ray mirror. This choice is optimized according to the characteristics of the source X to be analyzed. Such a device is described, for example, in US4684565. Bragg reflectors can be made on supports of various shapes to make selective and focusing mirrors. These devices are known as the "Goebbels" mirror if they are placed on a parabolic support. They can be subject to various optimizations such as having a lateral gradient or depth to adapt the Bragg grating to the local curvature of the support to optimize the yield. However, there are three limitations for these systems:
- la largeur spectrale de la bande maximum possible est limitée et incompatible avec un fonctionnement large bande (c'est à dire de résolution spectrale ΔΕ telle que Ε/ΔΕ soit voisin de 1 ),  the spectral width of the maximum possible band is limited and incompatible with a broad band operation (that is to say of spectral resolution ΔΕ such that Ε / ΔΕ is close to 1),
- ces systèmes réflecteurs de Bragg diffractent (au même angle) certains harmoniques d'ordre supérieur de l'énergie hors de la bande passante concernée et diminuent la pureté spectrale arrivant sur le détecteur,  these reflective Bragg systems diffract (at the same angle) some higher order harmonics of the energy out of the bandwidth concerned and reduce the spectral purity arriving at the detector,
- l'adaptabilité en longueur d'onde ne fonctionne qu'en changeant l'angle d'incidence.  wavelength adaptability only works by changing the angle of incidence.
Pour essayer de remédier aux limitations des miroirs de Bragg, des dispositifs dénommés « supermiroirs » ont été conçus. Ce sont des miroirs interférentiels constitués par empilement de plusieurs miroirs de Bragg. Ils permettent de réfléchir plusieurs longueurs d'ondes incidentes simultanément par «addition» de la contribution de plusieurs pics de Bragg comme illustré sur la figure 5. Ces « supermirors » ont été appliqués dans le cas de la lumière visible avec des matériaux très peu absorbants, dans le cas des neutrons et dans le domaine des X-durs. To try to remedy the limitations of Bragg mirrors, devices called "supermiroirs" have been designed. They are interferential mirrors constituted by stacking several Bragg mirrors. They make it possible to reflect several incident wavelengths simultaneously by "adding" the contribution of several Bragg peaks as illustrated in FIG. 5. These "supermirors" were applied in the case of visible light with very little absorbent materials, in the case of neutrons and in the field of X-hard.
Dans cette technique, on réalise des empilements d'épaisseur différente, correspondant à chacune des longueurs d'ondes que l'on veut réfléchir. Toutefois ceci se fait au détriment d'une diminution de la réflectivité. Ces dispositifs ont donc été développés en multipliant le nombre de couches nécessaires à la réalisation des empilements de filtres de Bragg. Les profils spectraux des miroirs obtenus présentent de fortes oscillations dues aux interférences entre les filtres de Bragg. On constate que ces systèmes permettent de cibler quelques raies d'énergie (celles correspondant aux filtres de Bragg), mais ne permettent pas de créer un dispositif dont la réponse soit un continuum.  In this technique, stacks of different thickness are produced, corresponding to each of the wavelengths that one wants to reflect. However this is done to the detriment of a decrease in reflectivity. These devices have therefore been developed by multiplying the number of layers necessary for making the stacks of Bragg filters. The spectral profiles of the mirrors obtained show strong oscillations due to interference between the Bragg filters. It can be seen that these systems make it possible to target some energy lines (those corresponding to the Bragg filters), but do not make it possible to create a device whose response is a continuum.
Cette technique, développée initialement avec des matériaux peu absorbants utilisables dans le domaine visible, est encore plus difficile à mettre en œuvre dans le domaine X car la multiplication du nombre de couches nécessaires pour réaliser des empilements de réseau de Bragg conduit soit à une absorption trop forte, soit à un nombre trop limité de raies d'énergies réfléchies. Dans le domaine X, le nécessaire recours à des matériaux fortement absorbant n'a donc pas permis la réalisation de supermiroirs à spectre large continu jusqu'à ce jour. Au mieux l'homme de l'art a-t-il pu réaliser des empilements de réseaux de Bragg aux limitations indiquées ci-dessus, ou des miroirs de Bragg présentant un gradient afin d'adapter un réseau de Bragg à un support non plan.  This technique, initially developed with low-absorbency materials that can be used in the visible range, is even more difficult to implement in the X-domain because the multiplication of the number of layers required to make Bragg grating stackings leads to either absorption too much. strong, that is to say a too limited number of lines of reflected energies. In the X domain, the necessary use of highly absorbent materials has therefore not allowed the realization of continuous broad spectrum supermirrors to date. At best, those skilled in the art have been able to make Bragg grating stacks with the limitations indicated above, or Bragg mirrors having a gradient in order to adapt a Bragg grating to a non-plane support. .
Ces dispositifs ne permettent pas d'obtenir un miroir avec une bande spectrale large continue avec un profil spécifique dans le domaine du rayonnement X.  These devices do not make it possible to obtain a mirror with a continuous wide spectral band with a specific profile in the X-ray field.
Un des buts de la présente invention est de remédier à des inconvénients de l'état de la technique précité.  One of the aims of the present invention is to overcome disadvantages of the state of the art mentioned above.
Elle propose à cet effet un dispositif de filtrage de rayons X dans une gamme d'énergie de 100eV à 50keV, préférablement de 400eV à 20keV comportant : un miroir interférentiel apte à filtrer des rayons X, par réflexion de Bragg, en fonction de leur énergie, ledit miroir interférentiel comprenant un empilement de couches de réfraction formant une structure multicouche caractérisé en ce que la structure multicouche a une structure apériodique, la réponse spectrale du filtre interférentiel étant dépendante des caractéristiques de la structure multicouche, et en ce que la structure multicouche comprend au moins un ensemble (120_1 ..120_m ; 220_1 ...220_m) composé d'au moins une couche d'un matériau lourd (A) et d'au moins une couche d'un matériau léger (B), lesdites couches étant superposées l'une sur l'autre et comportant en outre un filtre absorbant apte à filtrer des rayons X dus à la réflexion totale sur le miroir interférentiel par absorption aux énergies inférieures à une énergie définissant la borne basse de la bande passante de la réponse spectrale du dispositif. It proposes for this purpose an X-ray filtering device in an energy range of 100eV to 50keV, preferably 400eV to 20keV comprising: an interference mirror capable of filtering X-rays, by reflection of Bragg, according to their energy, said interference mirror comprising a stack of refraction layers forming a multilayer structure, characterized in that the multilayer structure has an aperiodic structure, the spectral response of the interference filter being dependent on the characteristics of the multilayer structure, and in that the multilayer structure comprises at least one set (120_1 ..120_m; 220_1 ... 220_m) composed of at least one layer of a heavy material (A) and at least one layer of a light material (B), said layers being superimposed on one another and further comprising an absorbent filter capable of filtering X-rays due to the total reflection on the interference mirror by absorption at energies lower than an energy defining the lower limit of the bandwidth of the spectral response of the device.
L'utilisation d'une structure apériodique permet d'élargir considérablement la réponse spectrale du miroir, tout en limitant le nombre de couches nécessaires afin de minimiser la perte de réflectivité du miroir par rapport à une solution multi-Bragg.  The use of an aperiodic structure makes it possible to considerably broaden the spectral response of the mirror, while limiting the number of layers necessary in order to minimize the loss of reflectivity of the mirror with respect to a multi-Bragg solution.
Selon un mode de réalisation le miroir interférentiel est apte à filtrer des rayons X en incidence rasante, par exemple des rayons X ayant un angle d'incidence entre 0.2° et 10°.  According to one embodiment, the interference mirror is capable of filtering grazing incidence X-rays, for example X-rays having an angle of incidence between 0.2 ° and 10 °.
Selon un mode de réalisation, le matériau lourd (A) est choisi parmi le groupe comprenant Co, Cr, Cu, Fe, Bi, V, Ni et Zn et le matériau léger (B) est choisi parmi le groupe comprenant B4C, SiC, Se, Ti. According to one embodiment, the heavy material (A) is chosen from the group comprising Co, Cr, Cu, Fe, Bi, V, Ni and Zn and the light material (B) is chosen from the group comprising B 4 C, SiC, Se, Ti.
Selon un mode de réalisation, la structure multicouche comprend une pluralité d'ensembles (120), l'épaisseur totale respective de chaque ensemble variant en fonction de la position dudit ensemble dans la profondeur de la structure multicouche.  According to one embodiment, the multilayer structure comprises a plurality of sets (120), the respective total thickness of each set varying as a function of the position of said set in the depth of the multilayer structure.
Selon un mode de réalisation, le rapport respectif de l'épaisseur (dA) de la couche d'un matériau lourd (A) sur l'épaisseur totale (d) de chaque ensemble est choisi pour définir la réponse spectrale du filtre (1 10, 210). According to one embodiment, the respective ratio of the thickness (d A ) of the layer of a heavy material (A) to the total thickness (d) of each set is chosen to define the spectral response of the filter (1). 10, 210).
Selon un mode de réalisation, au moins une des couches est composée de plusieurs matériaux différents. Selon un mode de réalisation, les caractéristiques de la structure multicouche desquelles dépend la réponse spectrale du filtre interférentiel (1 10 ; 210) comprennent au moins une caractéristique parmi le nombre de couches, les épaisseurs des couches et les matériaux constituant les couches. According to one embodiment, at least one of the layers is composed of several different materials. According to one embodiment, the characteristics of the multilayer structure on which the spectral response of the interference filter (110; 210) depends comprise at least one of the number of layers, the thicknesses of the layers and the materials constituting the layers.
Selon un mode de réalisation, la largeur ΔΕ de la bande spectrale du dispositif est telle que 0.5 <Ε/ΔΕ<4, E représentant l'énergie centrale de la bande d'énergie X réfléchie.  According to one embodiment, the width ΔΕ of the spectral band of the device is such that 0.5 <Ε / ΔΕ <4, E representing the central energy of the reflected X energy band.
Un dispositif selon un mode de réalisation comporte en outre un support sur lequel la structure multicouche est disposée, le support étant configuré pour fonctionner comme un optique focalisatrice.  A device according to one embodiment further comprises a support on which the multilayer structure is disposed, the carrier being configured to function as a focusing optic.
Un deuxième aspect de l'invention concerne un procédé de fabrication d'un dispositif de filtrage de rayons X comprenant l'identification de la réponse spectrale souhaitée du dispositif de filtrage ; la configuration, en fonction de la réponse spectrale identifiée, d'une structure multicouche comportant une pluralité de couches de réfraction, la structure multicouche ayant une structure apériodique caractérisée en ce que la configuration comprend le choix de caractéristiques de la structure multicouche pour obtenir la réponse spectrale identifiée.  A second aspect of the invention relates to a method of manufacturing an X-ray filtering device comprising identifying the desired spectral response of the filtering device; the configuration, according to the identified spectral response, of a multilayer structure comprising a plurality of refraction layers, the multilayer structure having an aperiodic structure characterized in that the configuration comprises the choice of characteristics of the multilayer structure to obtain the response spectral identified.
Dans un mode de réalisation le choix de caractéristiques de la structure multicouche comprend le choix d'au moins deux matériaux dont un matériau lourd et un matériau léger pour les couches de la structure multicouche.  In one embodiment, the choice of characteristics of the multilayer structure comprises the choice of at least two materials including a heavy material and a light material for the layers of the multilayer structure.
Dans un mode de réalisation le choix de caractéristiques de la structure multicouche comprend le nombre de couches de la structure multicouche et/ou les épaisseurs des couches.  In one embodiment, the choice of characteristics of the multilayer structure comprises the number of layers of the multilayer structure and / or the thicknesses of the layers.
Selon un mode de réalisation, le procédé comporte en outre une définition préliminaire d'une structure multicouches préliminaire comprenant une superposition d'une pluralité d'empilements périodiques produisant des interférences aux énergies des pics de Bragg respectives dans la bande de la réponse spectrale identifiée.  According to one embodiment, the method further comprises a preliminary definition of a preliminary multilayer structure comprising a superposition of a plurality of periodic stacks producing interference at the energies of the respective Bragg peaks in the band of the identified spectral response.
Dans un mode de réalisation le procédé selon le deuxième aspect comporte une étape d'égalisation de la réponse spectrale d'un système d'analyse et dans lequel la réponse spectrale identifiée est calculée à partir de la réponse spectrale des éléments du système d'analyse afin d'obtenir une réponse spectrale constante. In one embodiment, the method according to the second aspect comprises a step of equalizing the spectral response of a system of analysis and in which the spectral response identified is calculated from the spectral response of the elements of the analysis system in order to obtain a constant spectral response.
D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront dans la description ci-après, illustrée par les dessins ci-joints, dans lesquels :  Other features and advantages of the invention will appear in the description below, illustrated by the accompanying drawings, in which:
- la figure 1 représente schématiquement un filtre de type Ross de l'art antérieur;  - Figure 1 schematically shows a Ross-type filter of the prior art;
- la figure 2 représente un exemple de une réponse spectrale de l'art antérieur;  FIG. 2 represents an example of a spectral response of the prior art;
- la figure 3 représente schématiquement un dispositif de filtrage de rayons X selon un premier mode de réalisation de l'invention ;  FIG. 3 schematically represents an X-ray filtering device according to a first embodiment of the invention;
- la figure 4 représente schématiquement la définition préliminaire selon un mode de réalisation de l'invention d'un filtre composé de plusieurs empilements périodiques ;  FIG. 4 diagrammatically represents the preliminary definition according to one embodiment of the invention of a filter composed of several periodic stacks;
- la figure 5A représente la réponse spectrale du filtre de la figure FIG. 5A represents the spectral response of the filter of FIG.
4; 4;
- la figure 5B représente schématiquement une réponse spectrale possible d'un dispositif de filtrage de rayons X selon un mode de réalisation de l'invention ;  FIG. 5B schematically represents a possible spectral response of an X-ray filtering device according to one embodiment of the invention;
- la figure 6 représente schématiquement un dispositif de filtrage de rayons X selon un deuxième mode de réalisation de l'invention.  FIG. 6 schematically represents an X-ray filtering device according to a second embodiment of the invention.
Un dispositif de filtrage de rayons X selon un premier mode de réalisation est représenté schématiquement sur la figure 3. Ce dispositif de filtrage 100 comprend un miroir interférentiel 110 apte à filtrer de façon sélective par réflexion de Bragg, des rayons X en fonction de leur énergie. Le filtre interférentiel est constitué d'un empilement d'une pluralité de couches 11 1_1 à 1 1 1_n d'indices de réfraction différents. Les couches 11 1_1 à 1 11_n sont empilées pour former une structure multicouche ayant une structure apériodique. La réponse spectrale du dispositif de filtrage 100 peut être choisie en fonction des caractéristiques de cette structure multicouche. La structure multicouche dans ce premier mode de réalisation est constituée des ensembles de monocouches 120_1 ... 120_m. Chaque ensemble est composé de deux matériaux monocouches individuels A et B alternativement lourds et légers et d'épaisseur respective dA, de. L'épaisseur totale de chaque ensemble d = dA + dB change avec sa profondeur dans la structure multicouche 1 10. Donc, par exemple dans le mode de réalisation de la figure 3 d3>d2>di . An X-ray filtering device according to a first embodiment is shown diagrammatically in FIG. 3. This filtering device 100 comprises an interference mirror 110 able to filter selectively by Bragg reflection, X-rays according to their energy. . The interference filter consists of a stack of a plurality of layers 11 1 to 1 1 1 n of different refractive indices. The layers 11 1_1 to 11_n are stacked to form a multilayer structure having an aperiodic structure. The spectral response of the filtering device 100 can be chosen according to the characteristics of this multilayer structure. The multilayer structure in this first embodiment consists of sets of monolayers 120_1 ... 120_m. Each set is composed of two individual monolayer materials A and B alternately heavy and light and of respective thickness dA, of. The total thickness of each set d = d A + d B changes with its depth in the multilayer structure 1 10. Thus, for example in the embodiment of FIG. 3 d 3 > d 2 > di.
Le choix du nombre n de couches de la structure multicouche 1 10, et de leur épaisseur respective est fait en fonction de la réponse spectrale souhaitée du dispositif de filtrage 100.  The choice of the number n of layers of the multilayer structure 1 10, and their respective thickness is made according to the desired spectral response of the filtering device 100.
Un procédé pour la détermination de la structure multicouche selon au moins un mode de réalisation de l'invention sera maintenant décrit.  A method for determining the multilayer structure according to at least one embodiment of the invention will now be described.
Dans une première étape, la forme de la réponse spectrale souhaitée pour le dispositif de filtrage est identifiée.  In a first step, the shape of the desired spectral response for the filtering device is identified.
Ensuite un choix d'au moins deux matériaux monocouches A et B, respectivement lourd et léger, est effectué. Un matériau lourd peut être choisi parmi le groupe comprenant Co, Cr, Cu, Fe, Bi, V, Ni et Zn et un matériau léger peut être choisi parmi le groupe comprenant B4C, SiC, Se, Ti. Par exemple, la structure multicouche peut être constituée des ensembles de couches 120 à deux matériaux de type Co/B4C; Co/SiC; Cr/B4C; Cr/Sc; Cu/B4C. Then a choice of at least two monolayer materials A and B, respectively heavy and light, is made. A heavy material may be selected from the group consisting of Co, Cr, Cu, Fe, Bi, V, Ni and Zn and a light material may be selected from the group consisting of B 4 C, SiC, Se, Ti. For example, the multilayer structure may consist of sets of layers 120 to two materials of type Co / B 4 C; Co / SiC; Cr / B 4 C; Cr / Sc; Cu / B 4 C.
Ensuite une définition préliminaire est faite d'un supermiroir de type Bragg comme illustré à la figure 4, constitué de la superposition de plusieurs empilements périodiques de période donnée d1 > d2> ... > dn produisant des interférences aux énergies des pics de Bragg respectives E1 < E2< ... < En dans la bande passante demandée.  Then a preliminary definition is made of a Bragg-type supermirror as illustrated in FIG. 4, consisting of the superposition of several periodic stacks with a given period d1> d2> ...> dn producing interference at the energies of the respective Bragg peaks. E1 <E2 <... <In the requested bandwidth.
Un exemple de réponse théorique de ce miroir illustré à la figure 5A est calculé en ajustant les paramètres d1 , d2, ... dn afin de réaliser une première approximation de la forme de la réponse spectrale désirée.  An exemplary theoretical response of this mirror illustrated in FIG. 5A is calculated by adjusting the parameters d1, d2, ... dn in order to make a first approximation of the shape of the desired spectral response.
Ensuite on modifie le rapport cyclique (rapport épaisseur élément lourd sur période (épaisseur totale de l'ensemble)) de chaque période avec Π, Γ2, ... Γη les rapports respectifs de chaque ensemble bicouche 120 1 , ... , 120 m. Ainsi, une optimisation de 2n paramètres est obtenue offrant des possibilités d'ajustage de la forme de la réponse spectrale du miroir comme sa sélectivité, sa platitude, ou son optimisation par rapport à un profil défini. Pour ce faire un algorithme d'optimisation peut être utilisé, tel que, à titre d'exemple, celui publié par A. A. Tikhonravov Applied optics 32, 5417-5426(1993) transposé dans le domaine X (mais bien entendu d'autres méthodes peuvent être appliquées). Dans le domaine des rayons X entre 50 eV et 100 keV, l'effet photoélectrique est prédominant: la transposition dans ce domaine se fait en prenant en compte les paramètres de diffusion des éléments en lieu et place des indices optiques classiques dans le domaine visible. Then the cyclic ratio (weight ratio heavy element on period (total thickness of the assembly)) of each period with Π, Γ 2 , ... Γ η the respective ratios of each bilayer assembly 120 1, ..., is modified. 120 m. Thus, an optimization of 2n parameters is obtained which offers possibilities of adjusting the shape of the spectral response of the mirror such as its selectivity, its flatness, or its optimization with respect to a defined profile. To do this an optimization algorithm can be used, such as, for example, that published by AA Tikhonravov Applied optics 32, 5417-5426 (1993) transposed in the X domain (but of course other methods can to be applied). In the X-ray domain between 50 eV and 100 keV, the photoelectric effect is predominant: the transposition in this area is done by taking into account the scattering parameters of the elements instead of conventional optical indices in the visible range.
Le design préliminaire de départ est une couche épaisse proche de l'épaisseur totale de l'empilement final de la structure multicouche 1 10. L'algorithme détermine le meilleur endroit pour insérer une nouvelle couche d'épaisseur très faible et réitère le processus. Elle permet d'optimiser l'épaisseur des couches mais également leur nombre et leur ordre.  The preliminary design of departure is a thick layer close to the total thickness of the final stack of the multilayer structure 1 10. The algorithm determines the best place to insert a new layer of very low thickness and reiterates the process. It makes it possible to optimize the thickness of the layers but also their number and their order.
Dans certains modes de réalisation de l'invention, il peut être souhaitable d'utiliser plus de deux matériaux différents pour réaliser la structure multicouche afin d'améliorer le pouvoir réflecteur du dispositif de filtrage.  In some embodiments of the invention, it may be desirable to use more than two different materials to achieve the multilayer structure to improve the reflectivity of the filter device.
Deux approches sont possibles. Dans une première approche des couches peuvent être constituées d'un mélange de plusieurs matériaux différents. Dans ce cas, on applique la méthode décrite ci-dessus, dans laquelle les caractéristiques à prendre en compte seront celles du mélange, plutôt que d'un matériau pur, pour les couches concernées.  Two approaches are possible. In a first approach layers may consist of a mixture of several different materials. In this case, the method described above is applied, in which the characteristics to be taken into account will be those of the mixture, rather than a pure material, for the layers concerned.
Dans une deuxième approche, le procédé selon un autre mode de réalisation inclut la réalisation des ensembles ayant un nombre de couches supérieur à 2. La figure 6 illustre un dispositif de filtrage de rayons X 200 selon un autre mode de réalisation de l'invention. Dans ce mode de réalisation la structure multicouche 210 comporte des ensembles 220_1 à 220_n de tri- couches constituées de 2 couches de matériaux légers B et C et une couche de matériau lourd A. La structure multicouche 210 peut être constituée d'ensembles 220 de trois couches de matériaux différents comme par exemple: Cr/B4C/SiC ou Cu/Co/B4C. Bien entendu toute autre combinaison pourra être utilisée. In a second approach, the method according to another embodiment includes making assemblies having a number of layers greater than 2. Figure 6 illustrates an X-ray filtering device 200 according to another embodiment of the invention. In this embodiment, the multilayer structure 210 comprises sets 220_1 to 220_n of tri-layers consisting of 2 layers of light materials B and C and a layer of heavy material A. The multilayer structure 210 may consist of sets 220 of three layers of different materials such as: Cr / B 4 C / SiC or Cu / Co / B 4 C. Of course any other combination can be used.
L'intérêt de cette approche est de mieux maîtriser les interfaces entre certains matériaux qui sont susceptibles d'être perturbées par un phénomène d'interdiffusion.  The advantage of this approach is to better control the interfaces between certain materials that are likely to be disturbed by an interdiffusion phenomenon.
Dans ce cas les épaisseurs initiales des couches dA, dB, dc, ... de chacun des n empilements périodiques initiaux sont fixées et on définit Π, Γ ... Γη comme étant les rapports respectifs de l'épaisseur du (ou des) matériau(x) lourd(s) sur la période d. La méthode décrite ci-dessus pour le premier mode de réalisation peut être ensuite appliquée avec les paramètres ainsi définis. In this case, the initial thicknesses of the dA, d B , d c , ... layers of each of the n initial periodic stacks are fixed and Π, Γ ... Γ η are defined as being the respective ratios of the thickness of the (or heavy) material (s) over the period d. The method described above for the first embodiment can then be applied with the parameters thus defined.
Dans un autre mode de réalisation les deux approches peuvent être combinées si nécessaire, les seules limites étant celles de la maîtrise technologique de la réalisation des couches. Dans la pratique l'utilisation de bicouches mono ou bi-matériaux ou de tri couches donne déjà beaucoup de degrés de liberté pour répondre à de nombreux besoins.  In another embodiment the two approaches can be combined if necessary, the only limits being those of the technological mastery of the realization of the layers. In practice, the use of mono or bi-material bilayers or tri-layers already gives many degrees of freedom to meet many needs.
Dans certains modes de réalisation de l'invention, la structure multicouche peut être déposée sur un support plan ou sur un support non plan qui peut par exemple jouer le rôle d'optique focalisatrice.  In certain embodiments of the invention, the multilayer structure may be deposited on a flat support or on a non-planar support which may for example act as a focusing optic.
Dans d'autres modes de réalisation de l'invention, le dispositif de filtrage peut comporter en outre un filtre mince absorbant pour mieux borner la réponse spectrale du dispositif entre deux énergies, [E1 , E2]. La borne basse E1 est apportée par l'un des éléments du miroir multicouche dont le matériau est choisi pour présenter une discontinuité d'absorption correspondant à cette valeur. Les composantes énergétiques basses < E1 réfléchies par l'effet miroir du dispositif de filtrage (phénomène de réflexion totale) peuvent être éliminées par un choix judicieux de l'angle d'attaque (ou l'angle d'incidence des rayons X) permettant de repousser le bas du domaine de cette réflexion au niveau de la coupure du miroir. Par exemple, le miroir interférentiel peut être configuré pour fonctionner sous un angle d'attaque entre 0,2° et 10°.  In other embodiments of the invention, the filtering device may further comprise a thin absorbent filter to better limit the spectral response of the device between two energies, [E1, E2]. The lower terminal E1 is provided by one of the elements of the multilayer mirror whose material is chosen to have an absorption discontinuity corresponding to this value. The low energy components <E1 reflected by the mirror effect of the filtering device (total reflection phenomenon) can be eliminated by a judicious choice of the angle of attack (or the angle of incidence of the X-rays) allowing to push the bottom of the field of this reflection to the level of the cut of the mirror. For example, the interference mirror may be configured to operate at an angle of attack between 0.2 ° and 10 °.
Le filtre mince renforce cette élimination. La borne haute E2 est donnée par la discontinuité d'absorption d'un des éléments du dispositif de filtrage. Des méthodes d'évaporation ou de pulvérisation sous vide connues peuvent être utilisées pour la fabrication du dispositif de filtrage. L'amélioration de ces techniques rend aujourd'hui possible la fabrication de ce type de composant à fonction spectrale complexe. The thin filter strengthens this elimination. The upper bound E2 is given by the absorption discontinuity of one of the elements of the filtering device. Known evaporation or vacuum spraying methods can be used for the manufacture of the filtering device. The improvement of these techniques makes it possible today to manufacture this type of complex spectral function component.
Exemple d'un cas pratique: Example of a practical case:
Un miroir X fonctionnant sous un angle d'attaque de 1 ,5° donne le profil souhaité pour une voie d'analyse spectrale d'un spectromètre X. Des dépôts supermiroir de type Cr/Sc ont été utilisés avec près de 200 alternances de couches pour réfléchir 10% des rayons X dans la bande d'énergie de 2 à 4 keV et avec une réflectivité voisine de zéro en dehors de la gamme spectrale visée grâce à la combinaison avec un filtre de 33μΐτι d'épaisseur de C10H804 . Dans cet exemple, les périodes (les épaisseurs totales des ensembles de couches) de la multicouche varient entre 60 A et 92 A. An X mirror operating at an angle of attack of 1.5 ° gives the desired profile for a spectral analysis channel of an X-ray spectrometer. Cr / Sc-type supermirror deposits were used with nearly 200 alternations of layers. to reflect 10% of the X-rays in the energy band of 2 to 4 keV and with a reflectivity close to zero outside the spectral range targeted thanks to the combination with a 33μΐτι filter with a thickness of C 10 H80 4 . In this example, the periods (the total thicknesses of the layer sets) of the multilayer vary between 60 A and 92 A.
Le dispositif de filtrage de rayons X selon les divers modes de réalisation de l'invention est utilisable en spectrométrie ou en imagerie X à large bande auprès de sources polychromatiques pour des énergies comprises entre 100 eV et 50 keV, et en particulier des .énergies comprises entre 400 eV et 20 keV  The X-ray filtering device according to the various embodiments of the invention can be used in broadband X-ray spectrometry or imaging from polychromatic sources for energies of between 100 eV and 50 keV, and in particular including energies. between 400 eV and 20 keV
L'intérêt de ce système selon certains mode de réalisation de l'invention qui peut être considéré comme « un égaliseur de réponse spectrale » est de réfléchir une fenêtre spectrale avec une large bande et de permettre au système composite qui l'intègre (par exemple un spectromètre ou un imageur) d'avoir une réponse spectrale constante ou répondant à un profil souhaité. Un dispositif selon des modes de réalisation de l'invention pourra ainsi être dimensionné pour avoir une réponse spectrale plate sur une large plage de longueurs d'onde, ou bien pour avoir une réponse spectrale compensant la réponse spectrale d'autres éléments d'un système d'analyse, ou encore pour avoir une réponse spécifique permettant de sélectionner une ou plusieurs bandes spectrales et d'en exclure d'autres, toujours dans le domaine de rayonnement X susmentionné. En spectrométrie on peut ainsi restituer directement la puissance rayonnée d'une source X dans une large bande spectrale, corrigée de la réponse des éléments constitutifs du spectromètre. The advantage of this system according to some embodiments of the invention which can be considered as "a spectral response equalizer" is to reflect a spectral window with a wide band and to allow the composite system that integrates it (for example a spectrometer or an imager) to have a constant spectral response or responding to a desired profile. A device according to embodiments of the invention may thus be sized to have a flat spectral response over a wide range of wavelengths, or to have a spectral response compensating the spectral response of other elements of a system analysis, or to have a specific response to select one or more spectral bands and to exclude others, always in the X-ray field mentioned above. In spectrometry it is thus possible to directly restore the radiated power of an X source in a broad spectral band, corrected by the response of the constituent elements of the spectrometer.
En imagerie X (ou radiographie) la maîtrise de la bande passante permet d'améliorer la qualité et le contraste de l'image et la maîtrise du profil spectral en sortie du système permet d'améliorer l'homogénéité de l'image. L'utilisation de plusieurs bandes spectrales permet d'obtenir simultanément plusieurs images à différentes énergies du même objet avec des contrastes différents (transmissions différentes de l'objet).  In X-ray imaging (or radiography) the control of the bandwidth makes it possible to improve the quality and the contrast of the image and the control of the spectral profile at the output of the system makes it possible to improve the homogeneity of the image. The use of several spectral bands makes it possible to simultaneously obtain several images at different energies of the same object with different contrasts (different transmissions of the object).
Sur une source X, le dispositif selon les modes de réalisation de l'invention permet une meilleure connaissance de la source et un meilleur contrôle de celle-ci en maîtrisant son spectre d'émission. Ceci est important dans le domaine médical où le contrôle des doses reçues de rayonnement est fondamental.  On a source X, the device according to the embodiments of the invention allows a better knowledge of the source and better control thereof by controlling its emission spectrum. This is important in the medical field where the control of received doses of radiation is fundamental.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Un dispositif de filtrage de rayons X (100 ; 200) dans une gamme d'énergie de 400eV à 20keV , comportant : 1. An X-ray filtering device (100; 200) in an energy range of 400eV to 20keV, comprising:
un miroir interférentiel (1 10 ; 210) apte à filtrer des rayons X, par réflexion de Bragg, en fonction de leur énergie, ledit miroir interférentiel comprenant un empilement de couches de réfraction (1 0 1 1 1 O n ; an interference mirror (1 10; 210) capable of filtering X-rays by Bragg reflection as a function of their energy, said interference mirror comprising a stack of refraction layers (1 0 1 1 1 1 n;
210_1 ...210_n) formant une structure multicouche ; 210_1 ... 210_n) forming a multilayer structure;
dans lequel la structure multicouche a une structure apériodique, la réponse spectrale du miroir interférentiel (1 10 ; 210) étant dépendante des caractéristiques de la structure multicouche et la structure multicouche comprend au moins un ensemble (120_1 ..120_m ; 220_1 ...220_m) composé d'au moins une couche d'un matériau lourd (A) et d'au moins une couche d'un matériau léger (B), lesdites couches étant superposées l'une sur l'autre et comportant en outre un filtre absorbant apte à filtrer des rayons X dus à la réflexion totale sur le miroir interférentiel par absorption aux énergies inférieures à une énergie définissant la borne basse de la bande passante de la réponse spectrale du dispositif.  wherein the multilayer structure has an aperiodic structure, the spectral response of the interference mirror (110; 210) being dependent on the characteristics of the multilayer structure and the multilayer structure comprises at least one set (120_1 .. 120_m; 220_1 ... 220_m ) composed of at least one layer of a heavy material (A) and at least one layer of a light material (B), said layers being superimposed on one another and further comprising an absorbent filter capable of filtering X-rays due to the total reflection on the interference mirror by absorption at energies lower than an energy defining the lower limit of the bandwidth of the spectral response of the device.
2. Un dispositif selon la revendication 1 dans lequel le miroir interférentiel est apte à filtrer des rayons X ayant un angle d'incidence entre 0.2° et 10°. 2. A device according to claim 1 wherein the interference mirror is capable of filtering X-rays having an angle of incidence between 0.2 ° and 10 °.
3. Un dispositif selon la revendication 1 ou 2 dans lequel le matériau lourd (A) est choisi parmi le groupe comprenant Co, Cr, Cu, Fe, Bi, V, Ni et Zn et le matériau léger (B) est choisi parmi le groupe comprenant B4C, SiC, Se, Ti. 3. A device according to claim 1 or 2 wherein the heavy material (A) is selected from the group consisting of Co, Cr, Cu, Fe, Bi, V, Ni and Zn and the light material (B) is selected from the group consisting of group comprising B 4 C, SiC, Se, Ti.
4. Un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 dans lequel la structure multicouche comprend une pluralité d'ensembles (120), l'épaisseur totale respective de chaque ensemble variant en fonction de la position dudit ensemble dans la profondeur de la structure multicouche. 4. A device according to any one of claims 1 to 3 wherein the multilayer structure comprises a plurality of sets (120), the respective total thickness of each set varying according to the position of said set in the depth of the multilayer structure.
5. Un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 dans lequel le rapport respectif de l'épaisseur (dA) de la couche d'un matériau lourd (A) sur l'épaisseur totale (d) de chaque ensemble est choisi pour définir la réponse spectrale du miroir interférentiel (1 10, 210). 5. A device according to any one of claims 1 to 4 wherein the respective ratio of the thickness (dA) of the layer of a heavy material (A) to the total thickness (d) of each set is chosen. to define the spectral response of the interference mirror (1 10, 210).
6. Un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel au moins une des couches est composée de plusieurs matériaux différents. 6. A device according to any one of the preceding claims wherein at least one of the layers is composed of several different materials.
7. Un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel les caractéristiques de la structure multicouche desquelles dépend la réponse spectrale du miroir interférentiel (1 10 ; 210) comprennent au moins une caractéristique parmi le nombre de couches, les épaisseurs des couches et les matériaux constituant les couches. A device according to any one of the preceding claims wherein the characteristics of the multilayer structure on which the spectral response of the interference mirror (110; 210) depends comprise at least one of the number of layers, the thicknesses of the layers and the materials constituting the layers.
8. Un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel la largeur ΔΕ de la bande spectrale du dispositif est telle que 0.5 <Ε/ΔΕ<4, E représentant l'énergie centrale de la bande d'énergie X réfléchie. 8. A device according to any preceding claim wherein the width ΔΕ of the spectral band of the device is such that 0.5 <Ε / ΔΕ <4, E representing the central energy of the X energy band reflected.
9. Un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes comportant en outre un support sur lequel la structure multicouche est disposée, le support étant configuré pour fonctionner comme une optique focalisatrice. 9. A device according to any one of the preceding claims further comprising a support on which the multilayer structure is disposed, the carrier being configured to function as a focusing optics.
10. Un procédé de fabrication d'un dispositif de filtrage de rayons X selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 comprenant A method of manufacturing an X-ray filtering device according to any one of claims 1 to 9 comprising
l'identification de la réponse spectrale souhaitée du dispositif de filtrage ; la configuration, en fonction de la réponse spectrale identifiée, d'une structure multicouche comportant une pluralité de couches de réfraction, la structure multicouche ayant une structure apériodique ; identifying the desired spectral response of the filtering device; configuring, according to the identified spectral response, a multilayer structure having a plurality of refractive layers, the multilayer structure having an aperiodic structure;
dans lequel la configuration comprend le choix de caractéristiques de la structure multicouche pour obtenir la réponse spectrale identifiée.  wherein the configuration comprises the choice of characteristics of the multilayer structure to obtain the identified spectral response.
1 1. Un procédé selon la revendication 10 dans lequel le choix de caractéristiques de la structure multicouche comprend le choix d'au moins deux matériaux dont un matériau lourd et un matériau léger pour les couches de la structure multicouche. 1. A method according to claim 10 wherein the choice of characteristics of the multilayer structure comprises the choice of at least two materials including a heavy material and a light material for the layers of the multilayer structure.
12. Un procédé selon la revendication 10 ou 1 1 dans lequel le choix de caractéristiques de la structure multicouche comprend le nombre de couches de la structure multicouche et/ou les épaisseurs des couches. 12. A method according to claim 10 or 11 wherein the choice of characteristics of the multilayer structure comprises the number of layers of the multilayer structure and / or the thicknesses of the layers.
13. Un procédé selon l'une quelconque des revendications 10 à 12 comprenant une définition préliminaire d'une structure multicouches préliminaire comprenant une superposition d'une pluralité d'empilements périodiques produisant des interférences aux énergies des pics de Bragg respectives dans la bande de la réponse spectrale identifiée. A method according to any one of claims 10 to 12 including a preliminary definition of a preliminary multilayer structure comprising a superposition of a plurality of periodic stacks producing interference at the energies of the respective Bragg peaks in the band of the spectral response identified.
14. Un procédé selon l'une quelconque des revendications 10 à13 comportant une étape d'égalisation de la réponse spectrale d'un système d'analyse et dans lequel la réponse spectrale identifiée est calculée à partir de la réponse spectrale des éléments du système d'analyse afin d'obtenir une réponse spectrale constante. A method according to any one of claims 10 to 13 including a step of equalizing the spectral response of an analysis system and wherein the identified spectral response is calculated from the spectral response of the elements of the analysis system. analysis to obtain a constant spectral response.
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