一種x射線組合折射透鏡的聚焦性能測(cè)試方法
【專利摘要】一種X射線組合折射透鏡的聚焦性能測(cè)試方法，X射線光管/激光器、X射線組合折射透鏡、X射線探測(cè)器件形成探測(cè)光路，包括如下步驟：（1）在顯微鏡下觀察并制作標(biāo)記標(biāo)示X射線組合折射透鏡的光軸；（2）將激光器移入探測(cè)光路，使得激光器與X射線組合折射透鏡上的兩個(gè)光軸標(biāo)示線重合；（3）將激光器移出光路，同時(shí)X射線光管移入探測(cè)光路；（4）沿底座導(dǎo)軌縱軸方向移動(dòng)金屬絲，將金屬絲橫向移入探測(cè)光路；（5）將金屬絲沿底座導(dǎo)軌縱軸方向向遠(yuǎn)離X射線組合折射透鏡的方向移動(dòng)，記錄移動(dòng)的位置坐標(biāo)，重復(fù)步驟（4），記錄X射線探測(cè)器件的探測(cè)值；（6）分析計(jì)算探測(cè)值，得到聚焦性能測(cè)試結(jié)果。本發(fā)明檢測(cè)方便、大大減低成本、實(shí)用性良好。
【專利說(shuō)明】ー種X射線組合折射透鏡的聚焦性能測(cè)試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及X射線探測(cè)和成像領(lǐng)域，尤其是一種可以測(cè)量X射線組合折射透鏡聚焦性能的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]X射線組合折射透鏡是ー種基于折射效應(yīng)的新型X射線聚焦器件，其理論聚焦光斑尺寸可達(dá)納米量級(jí)，實(shí)際測(cè)試所得聚焦光斑尺寸通常在幾個(gè)微米，并具有尺寸小、制作エ藝簡(jiǎn)單、魯棒性好、可批量加工的優(yōu)點(diǎn)，適合高探測(cè)分辨率的X射線探測(cè)和成像系統(tǒng)；其次，X射線組合折射透鏡覆蓋的光子能量非常寬，因此基于它構(gòu)架X射線探測(cè)和成像系統(tǒng)，適用于多種應(yīng)用場(chǎng)合；最后由于其基于折射效應(yīng)，因此在對(duì)X射線束聚焦時(shí)不需要折轉(zhuǎn)光路，因此所形成的探測(cè)裝置結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小、重量輕。鑒于以上優(yōu)點(diǎn)，X射線組合折射透鏡有望在眾多X射線探測(cè)和成像裝置(包括X射線顯微鏡、X射線微探針、X射線衍射儀、X射線散射儀、X射線反射儀、X射線層析木、X射線投影光刻裝置等等)獲得應(yīng)用。X射線組合折射透鏡的聚焦性能是其作為X射線探測(cè)和成像系統(tǒng)核心器件的最重要的性能，因此發(fā)明測(cè)量X射線組合折射透鏡聚焦性能的方法和裝置極為重要。
[0003]因?yàn)閄射線組合折射透鏡是ー種新型的X射線光學(xué)器件，迄今為止，尚無(wú)對(duì)其聚焦性能進(jìn)行專門測(cè)試的裝置，一般都是由該器件的研發(fā)者在同步輻射線束上對(duì)其聚焦性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究和驗(yàn)證(樂(lè)孜純，梁靜秋，董文，等，高能X射線組合透鏡聚焦性能的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，光學(xué)學(xué)報(bào)，2006，26 (2): 317-320)，但是同步輻射是超大型科學(xué)裝置，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用極其昂貴，機(jī)時(shí)與需求相比非常稀缺，無(wú)法滿足實(shí)際測(cè)試需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服已有X射線組合折射透鏡聚焦性能測(cè)試方式的機(jī)構(gòu)復(fù)雜、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用昂貴、實(shí)用性較差的不足，本發(fā)明提供了一種檢測(cè)方便、大大減低成本、實(shí)用性良好的X射線組合折射透鏡的聚焦性能測(cè)試方法。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:
[0006]ー種X射線組合折射透鏡的聚焦性能測(cè)試方法，實(shí)現(xiàn)該方法的裝置包括底座導(dǎo)軌、依次位于所述底座導(dǎo)軌上的調(diào)整臺(tái)、X射線組合折射透鏡、金屬絲和X射線探測(cè)器件，X射線光管、激光器可橫向移動(dòng)地安裝在所述調(diào)整臺(tái)上，所述金屬絲可橫向移動(dòng)和縱向移動(dòng)地安裝在底座導(dǎo)軌上，所述金屬絲的尺寸要求是微米量級(jí)，所述X射線光管/激光器、X射線組合折射透鏡、X射線探測(cè)器件形成探測(cè)光路，所述聚焦性能測(cè)試方法包括如下步驟:
[0007](1)所述X射線組合折射透鏡的光軸在制作時(shí)已經(jīng)確定，在顯微鏡下觀察并制作標(biāo)記標(biāo)示其光軸，以備激光校準(zhǔn)時(shí)使用；
[0008](2)將激光器移入探測(cè)光路，使得激光器與X射線組合折射透鏡上的兩個(gè)光軸標(biāo)記線重合；
[0009](3)將激光器移出光路，同時(shí)X射線光管移入探測(cè)光路；[0010](4)沿底座導(dǎo)軌縱軸方向移動(dòng)金屬絲，達(dá)到距離X射線組合折射透鏡最近的位置，將金屬絲橫向移入探測(cè)光路，記錄每次移動(dòng)的位置坐標(biāo)以及X射線探測(cè)器件的探測(cè)值；
[0011](5)將金屬絲沿底座導(dǎo)軌縱軸方向向遠(yuǎn)離X射線組合折射透鏡的方向移動(dòng)，記錄移動(dòng)的位置坐標(biāo)，重復(fù)步驟(4)，記錄X射線探測(cè)器件的探測(cè)值；
[0012](6)分析計(jì)算X射線探測(cè)器件的探測(cè)值，得到X射線組合折射透鏡的聚焦光斑尺寸和光斑強(qiáng)度，得到聚焦性能測(cè)試結(jié)果。
[0013]進(jìn)ー步，調(diào)整臺(tái)位于所述底座導(dǎo)軌的ー側(cè)，所述X射線光管、激光器可橫向移動(dòng)地安裝在所述調(diào)整臺(tái)上；.χ射線光管和激光器安裝在多維精密調(diào)整臺(tái)上，精密調(diào)整并固定兩個(gè)檔位，保證機(jī)械軸與所述X射線光管和所述激光器的光軸平行。
[0014]更進(jìn)一歩，所述步驟(4)中，橫向平移步長(zhǎng)0.1?1微米，所述步驟(5)中，縱向平移步長(zhǎng)0.5?5暈米。
[0015]本發(fā)明中，以X射線光管作為光源構(gòu)建X射線組合折射透鏡的測(cè)試裝置，不僅可以滿足實(shí)際測(cè)試需求，更可以探索和研發(fā)利用X射線光管作為光源的、基于X射線組合折射透鏡的各種新型探測(cè)和成像系統(tǒng)，因此具有非常重要的意義。
[0016]本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在:1、發(fā)明了ー種光源為X射線光管的X射線組合折射透鏡聚焦性能測(cè)試方法，可以方便地對(duì)X射線組合折射透鏡的聚焦性能進(jìn)行測(cè)試；2、因?yàn)樘綔y(cè)光源為小型化的X射線光管，也可以為研發(fā)基于X射線光管的X射線探測(cè)和成像系統(tǒng)提供技術(shù)基礎(chǔ)；3、整個(gè)裝置結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小、重量輕，方便使用。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是本發(fā)明X射線組合折射透鏡聚焦性能測(cè)試裝置的示意圖，其中，1是X射線光管、2是激光器、3是多維精密調(diào)整臺(tái)、4是X射線組合折射透鏡、5是金屬絲、6是X射線探測(cè)器件、7是底座導(dǎo)軌。
[0018]圖2-1和2-2是ニ維聚焦X射線組合折射透鏡的正視圖和俯視圖。【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步描述。
[0020]參照?qǐng)D1和圖2，ー種X射線組合折射透鏡的聚焦性能測(cè)試方法，實(shí)現(xiàn)該方法的裝置包括底座導(dǎo)軌7、依次位于所述底座導(dǎo)軌7上的調(diào)整臺(tái)3、X射線組合折射透鏡4、金屬絲5和X射線探測(cè)器件6，X射線光管1、激光器2可橫向移動(dòng)地安裝在所述調(diào)整臺(tái)3上，所述金屬絲5可橫向移動(dòng)和縱向移動(dòng)地安裝在底座導(dǎo)軌7上，所述金屬絲5的尺寸要求是微米量級(jí)，所述X射線光管1/激光器2、X射線組合折射透鏡4、X射線探測(cè)器件6形成探測(cè)光路，所述聚焦性能測(cè)試方法包括如下步驟:
[0021](1)所述X射線組合折射透鏡4的光軸在制作時(shí)已經(jīng)確定，在顯微鏡下觀察并制作標(biāo)記標(biāo)示其光軸，以備激光校準(zhǔn)時(shí)使用；
[0022](2)將激光器2移入探測(cè)光路，使得激光器2與X射線組合折射透鏡4上的兩個(gè)光軸標(biāo)記線重合；
[0023](3)將激光器2移出光路，同時(shí)X射線光管1移入探測(cè)光路；
[0024](4)沿底座導(dǎo)軌7縱軸方向移動(dòng)金屬絲5，達(dá)到距離X射線組合折射透鏡4最近的位置，將金屬絲5橫向移入探測(cè)光路，記錄每次移動(dòng)的位置坐標(biāo)以及X射線探測(cè)器件6的探測(cè)值；[0025](5)將金屬絲5沿底座導(dǎo)軌縱軸方向向遠(yuǎn)離X射線組合折射透鏡4的方向移動(dòng)，記錄移動(dòng)的位置坐標(biāo)，重復(fù)步驟(4)，記錄X射線探測(cè)器件6的探測(cè)值；
[0026](6)分析計(jì)算X射線探測(cè)器件的探測(cè)值，得到X射線組合折射透鏡6的聚焦光斑尺寸和光斑強(qiáng)度，得到聚焦性能測(cè)試結(jié)果。
[0027]所述步驟(6)中，所述分析計(jì)算過(guò)程如下:
[0028]對(duì)于采用電離室作為X射線探測(cè)器件，每一次固定縱向位置后，記錄縱向位置坐標(biāo)，之后橫向移動(dòng)，每一次移動(dòng)記錄橫向位置坐標(biāo)和光強(qiáng)探測(cè)值，根據(jù)上述探測(cè)值，可以畫出每ー固定縱向位置坐標(biāo)下的光強(qiáng)隨橫向位置坐標(biāo)的變化曲線，該變化曲線就是光強(qiáng)分布，光強(qiáng)分布的半高全寬(FWHM, full width at half maximum)就是光斑的尺寸。沿底座導(dǎo)軌縱軸移動(dòng)金屬絲5，得到每個(gè)縱向位置坐標(biāo)下的光強(qiáng)分布和光斑尺寸值，最小的光斑尺寸就是所述X射線組合折射透鏡的聚焦光斑尺寸，對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)分布就是光斑強(qiáng)度。
[0029]進(jìn)ー步，調(diào)整臺(tái)3位于所述底座導(dǎo)軌7的ー側(cè)，所述X射線光管1、激光器2可橫向移動(dòng)地安裝在所述調(diào)整臺(tái)3上；將X射線光管1和激光器2安裝在多維精密調(diào)整臺(tái)上，精密調(diào)整并固定兩個(gè)檔位，保證機(jī)械軸與所述X射線光管和所述激光器的光軸平行。
[0030]更進(jìn)一歩，所述步驟(4)中，橫向平移步長(zhǎng)0.1?1微米，所述步驟(5)中，縱向平移步長(zhǎng)0.5?5暈米。
[0031]本實(shí)施例中，所述底座導(dǎo)軌7呈縱向布置；調(diào)整臺(tái)3位于所述底座導(dǎo)軌7的ー側(cè)，所述X射線光管1、激光器2的光軸均呈縱向布置，所述X射線光管1、激光器2可橫向移動(dòng)地安裝在所述調(diào)整臺(tái)3上；待檢測(cè)X射線組合折射透鏡4位于所述底座導(dǎo)軌7的中部，所述待檢測(cè)X射線組合折射透鏡4的光軸呈縱向布置；所述X射線探測(cè)器件6位于所述底座導(dǎo)軌7的另ー側(cè)，所述X射線探測(cè)器6的光軸與所述X射線組合折射透鏡4的光軸在同一直線上；所述X射線光管1或激光器2的出射端與所述待檢測(cè)X射線組合折射透鏡4的入射端呈相對(duì)設(shè)置，所述待檢測(cè)X射線組合折射透鏡4的出射端與X射線探測(cè)器件6呈相對(duì)設(shè)置；
[0032]在所述待檢測(cè)X射線組合折射透鏡4和X射線探測(cè)器件6之間的底座導(dǎo)軌7上可縱向移動(dòng)地安裝調(diào)節(jié)支架，所述調(diào)節(jié)支架上可橫向移動(dòng)地安裝橫向滑塊，所述橫向滑塊上安裝用于切割經(jīng)X射線組合折射透鏡聚焦后的探測(cè)光束的金屬絲5，所述金屬絲5的尺寸要求是微米量級(jí)。
[0033]所述底座導(dǎo)軌7的一側(cè)安裝第一支架，所述第一支架上安裝所述調(diào)整臺(tái)3，所述底座導(dǎo)軌7的中部安裝用以放置待檢測(cè)X射線組合折射透鏡4的第二支架，所述底座導(dǎo)軌7的另ー側(cè)安裝第三支架，所述第三支架上安裝X射線探測(cè)器件6。所述第一支架、第二支架和第三支架可縱向移動(dòng)地安裝在所述底座導(dǎo)軌7上。
[0034]本發(fā)明中，第一支架在所述底座導(dǎo)軌上的縱向移動(dòng)控制，所述X射線光管、激光器在所述調(diào)整臺(tái)上的橫向移動(dòng)控制，第二支架在所述底座導(dǎo)軌上的縱向移動(dòng)控制，第三支架在所述底座導(dǎo)軌上的縱向移動(dòng)控制，調(diào)節(jié)支架在所述底座導(dǎo)軌上的縱向移動(dòng)控制，所述橫向滑塊在所述調(diào)節(jié)支架上的橫向移動(dòng)控制；以上各種運(yùn)動(dòng)控制，可以采用手動(dòng)控制，也可以采用電機(jī)控制或者其他驅(qū)動(dòng)方式。
[0035]本實(shí)施例中，所述X射線光管1，作為發(fā)射X射線輻射的光源，所發(fā)射X射線光不可見(jiàn)。[0036]所述激光器2，作為本發(fā)明光路校準(zhǔn)光源，需選擇可見(jiàn)光波段激光器(比如發(fā)射紅光的He-Ne激光器)，在校準(zhǔn)X射線光管、X射線組合折射透鏡和X射線探測(cè)器件同軸時(shí)使用。
[0037]所述多維精密調(diào)整臺(tái)3，作為機(jī)械運(yùn)行和調(diào)整機(jī)構(gòu)，作用是保證X射線光管和激光器精確地移入移出光路。
[0038]所述X射線光管1和所述激光器2被裝配在所述多維精密調(diào)整臺(tái)3上，通過(guò)精密機(jī)械調(diào)整，使得X射線光管和激光器交替進(jìn)入光路，當(dāng)激光器移入光路時(shí)，是校準(zhǔn)狀態(tài)，利用可見(jiàn)光校準(zhǔn)X射線組合折射透鏡的光軸與本發(fā)明測(cè)試裝置的光軸重合；當(dāng)X射線光管移入光路吋，是測(cè)試狀態(tài)，對(duì)X射線組合折射透鏡的聚焦性能進(jìn)行測(cè)試。
[0039]所述X射線組合折射透鏡4，是本發(fā)明中的被檢目標(biāo)，主要檢測(cè)其聚焦性能。
[0040]所述金屬絲5，在本發(fā)明中作為類似于刀ロ儀中刀ロ的功能，因此金屬絲的尺寸要求在微米量級(jí)，測(cè)試時(shí)用其切割經(jīng)X射線組合折射透鏡聚焦后的探測(cè)光束，一般使用鎳、銅、不銹鋼、金等材料。
[0041]所述X射線探測(cè)器件6，用于記錄當(dāng)所述金屬絲切割探測(cè)光束時(shí)光功率的變化，并以此得出所述X射線組合折射透鏡的聚焦性能。
[0042]所述底座導(dǎo)軌7，其上裝配有可沿導(dǎo)軌平移的多個(gè)支架，所述支架用于固定所述多維精密調(diào)整臺(tái)、X射線組合折射透鏡、金屬絲、X射線探測(cè)器件。
[0043]所述待檢測(cè)X射線組合折射透鏡4的光軸需要預(yù)先標(biāo)定，并在X射線組合折射透鏡的表面沿其光軸制作標(biāo)記，所述標(biāo)記用于激光器2校準(zhǔn)X射線組合折射透鏡與探測(cè)光束同軸。
[0044]所述X射線光管1和激光器2需要預(yù)先裝配在所述多維精密調(diào)整臺(tái)上，并通過(guò)兩個(gè)檔位的調(diào)整保證所述X射線光管和激光器交替進(jìn)入探測(cè)光路，所述多維精密調(diào)整臺(tái)還具備對(duì)所述X射線光管和所述激光器分別進(jìn)行位移和角度的精密微調(diào)功能。
[0045]所述固定金屬絲5的調(diào)節(jié)支架和橫向滑塊，所述橫向滑塊具備將金屬絲平行移入探測(cè)光路的功能，且平移步長(zhǎng)0.1?1微米，所述調(diào)節(jié)支架具備沿底座導(dǎo)軌長(zhǎng)軸方向精密平移的功能，且平移步長(zhǎng)0.5?5毫米。
[0046]所述固定X射線探測(cè)器件6的第三支架，具備沿導(dǎo)軌長(zhǎng)軸方向精密平移的功能，且平移步長(zhǎng)0.5?5毫米。所述X射線探測(cè)器件6，選擇能探測(cè)X射線束光強(qiáng)的探測(cè)器件，比如電離室。
【權(quán)利要求】
1.ー種X射線組合折射透鏡的聚焦性能測(cè)試方法，其特征在于:實(shí)現(xiàn)該方法的裝置包括底座導(dǎo)軌、依次位于所述底座導(dǎo)軌上的調(diào)整臺(tái)、X射線組合折射透鏡、金屬絲和X射線探測(cè)器件，X射線光管、激光器可橫向移動(dòng)地安裝在所述調(diào)整臺(tái)上，所述金屬絲可橫向移動(dòng)和縱向移動(dòng)地安裝在底座導(dǎo)軌上，所述金屬絲的尺寸要求是微米量級(jí)，所述X射線光管/激光器、X射線組合折射透鏡、X射線探測(cè)器件形成探測(cè)光路，所述聚焦性能測(cè)試方法包括如下步驟: (1)所述X射線組合折射透鏡的光軸在制作時(shí)已經(jīng)確定，在顯微鏡下觀察并制作標(biāo)記，以備激光校準(zhǔn)時(shí)使用； (2)將激光器移入探測(cè)光路，使得激光器與X射線組合折射透鏡上的兩個(gè)光軸標(biāo)記線重合； (3)將激光器移出光路，同時(shí)X射線光管移入探測(cè)光路； (4)沿底座導(dǎo)軌縱軸方向移動(dòng)金屬絲，達(dá)到距離X射線組合折射透鏡最近的位置，將金屬絲橫向移入探測(cè)光路，記錄每次移動(dòng)的位置坐標(biāo)以及X射線探測(cè)器件的探測(cè)值； (5)將金屬絲沿底座導(dǎo)軌縱軸方向向遠(yuǎn)離X射線組合折射透鏡的方向移動(dòng)，記錄移動(dòng)的位置坐標(biāo)，重復(fù)步驟(4)，記錄X射線探測(cè)器件的探測(cè)值； (6)分析計(jì)算X射線探測(cè)器件的探測(cè)值，得到X射線組合折射透鏡的聚焦光斑尺寸和光斑強(qiáng)度，得到聚焦性能測(cè)試結(jié)果。
2.如權(quán)利要求1所述的X射線組合折射透鏡的聚焦性能測(cè)試方法，其特征在于:調(diào)整臺(tái)位于所述底座導(dǎo)軌的ー側(cè)，所述X射線光管、激光器可橫向移動(dòng)地安裝在所述調(diào)整臺(tái)上；將X射線光管和激光器安裝在多維精密調(diào)整臺(tái)上，精密調(diào)整并固定兩個(gè)檔位，保證機(jī)械軸與所述X射線光管和所述激光器的光軸平行。
3.如權(quán)利要求1或2所述的X射線組合折射透鏡的聚焦性能測(cè)試方法，其特征在于:所述步驟(4)中，橫向平移步長(zhǎng)0.1?1微米，所述步驟(5)中，縱向平移步長(zhǎng)0.5?5毫米。
【文檔編號(hào)】G01M11/02GK103454071SQ201310365961
【公開(kāi)日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月20日
【發(fā)明者】樂(lè)孜純, 董文 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)