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    重庆时时彩代理软件: 一种焦斑可调的二维X射线平面组合折射透镜.pdf

    关 键 词:
    一种 可调 二维 射线 平面 组合 折射 透镜
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    摘要
    申请专利号:

    CN201510079096.X

    申请日:

    2015.02.13

    公开号:

    CN104681118A

    公开日:

    2015.06.03

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G21K 1/06申请日:20150213|||公开
    IPC分类号: G21K1/06 主分类号: G21K1/06
    申请人: 浙江工业大学
    发明人: 付明磊; 乐孜纯
    地址: 310014浙江省杭州市下城区朝晖六区潮王路18号浙江工业大学
    优先权:
    专利代理机构: 杭州斯可睿专利事务所有限公司33241 代理人: 王利强
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201510079096.X

    授权公告号:

    104681118B||||||

    法律状态公告日:

    2017.05.24|||2015.07.01|||2015.06.03

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    一种焦斑可调的二维X射线平面组合折射透镜,包括二维透镜装配架,一维水平聚焦X射线平面组合折射透镜和一维垂直聚焦X射线平面组合折射透镜,所述二维透镜装配架包括抛物面型前端、抛物面型后端、顶部正方形装配孔和侧面正方形装配孔,所述顶部正方形装配孔和侧面正方形装配孔等间隔交替排列的,所述抛物面型前端和抛物面型后端具有相同的抛物面面型结构参数,所述顶部正方形装配孔和侧面正方形装配孔具有相同的边长,且相互之间装配孔光轴正交。本发明提供一种可以根据实际的光源情况、实验环境和研究需求而灵活地调节垂直方向和水平方向的焦斑尺寸,进而获得良好的二维焦斑形状和焦斑深度的二维聚焦X射线组合折射透镜。

    权利要求书

    权利要求书
    1.  一种焦斑可调的二维X射线平面组合折射透镜,其特征在于:包括二维透镜 装配架,一维水平聚焦X射线平面组合折射透镜和一维垂直聚焦X射线平面组合 折射透镜,所述二维透镜装配架包括抛物面型前端、抛物面型后端、顶部正方形 装配孔和侧面正方形装配孔,所述顶部正方形装配孔和侧面正方形装配孔等间隔 交替排列的,所述抛物面型前端和抛物面型后端具有相同的抛物面面型结构参数, 所述顶部正方形装配孔和侧面正方形装配孔具有相同的边长,且相互之间装配孔 光轴正交;
    所述一维水平聚焦X射线平面组合折射透镜由基底和等间隔排列的抛物面型 双凹折射单元组成,通过顶部正方形装配孔装配于二维透镜装配架;所述一维垂 直聚焦X射线平面组合折射透镜由基底和等间隔排列的抛物面型双凹折射单元组 成,通过侧面正方形装配孔装配于二维透镜装配架;所述顶部正方形装配孔数量 大于或者等于一维水平聚焦X射线平面组合折射透镜的抛物面型双凹折射单元数 量,所述侧面正方形装配孔数量大于或者等于一维垂直聚焦X射线平面组合折射 透镜的抛物面型双凹折射单元数量。

    2.  如权利要求1所述的焦斑可调的二维X射线平面组合折射透镜,其特征在于: 所述一维水平聚焦X射线平面组合折射透镜的抛物面型双凹折射单元的抛物面顶 点曲率半径Rh和抛物面型双凹折射单元数量Nh需满足公式(1),
    B h 2 = L 2 2 L 1 2 · d h 2 + 0.07 · λ 2 · L 2 2 · μ · N h R h - - - ( 1 ) ]]>
    公式(1)中,Bh表示焦斑的水平尺寸,L1表示同步辐射光源到二维X射线 平面组合折射透镜的距离,L2表示二维X射线平面组合折射透镜到焦斑的距离, dh表示同步辐射光源出射X射线光束的水平尺寸,λ表示同步辐射光源出射X射 线波长,μ表示透镜材料对当前波长为λ的X射线的吸收系数。

    3.  如权利要求1或2所述的焦斑可调的二维X射线平面组合折射透镜,其特征 在于:所述一维垂直聚焦X射线平面组合折射透镜的抛物面型双凹折射单元的抛 物面顶点曲率半径Rv和抛物面型双凹折射单元数量Nv需满足公式(2):
    B v 2 = L 2 2 L 1 2 · d v 2 + 0.07 · λ 2 · L 2 2 · μ · N v R v - - - ( 2 ) ]]>
    公式(2)中,Bv表示焦斑的垂直尺寸,L1表示同步辐射光源到二维X射线 平面组合折射透镜的距离,L2表示二维X射线平面组合折射透镜到焦斑的距离, dv表示同步辐射光源出射X射线光束的垂直尺寸,λ表示同步辐射光源出射X射 线波长,μ表示透镜材料对当前波长为λ的X射线的吸收系数。

    4.  如权利要求1或2所述的焦斑可调的二维X射线平面组合折射透镜,其特征 在于:所述二维透镜装配架的抛物面型前端和抛物面型后端的抛物面面型结构参 数与一维水平聚焦X射线平面组合折射透镜的抛物面型双凹折射单元的抛物面面 型结构参数,以及一维垂直聚焦X射线平面组合折射透镜的抛物面型双凹折射单 元的抛物面面型结构参数相同。

    5.  如权利要求1或2所述的焦斑可调的二维X射线平面组合折射透镜,其特征 在于:所述二维透镜装配架的顶部正方形装配孔数量和侧面正方形装配孔数量相 同。

    说明书

    说明书一种焦斑可调的二维X射线平面组合折射透镜
    技术领域
    本发明涉及一种新型的X射线微结构光学器件,即:一种聚焦焦斑可调的二 维X射线平面组合折射透镜的设计方法和器件结构,适用于硬X射线光束聚焦领 域。
    背景技术
    自1996年,欧洲同步辐射中心的Snigirev等人首次设计和实现X射线组合 折射透镜,并利用其完成对光子能量为8KeV的X射线线束聚焦后,国内外科研 人员针对X射线组合折射透镜已经进行了接近20年的研究。与K-B镜、波带片、 多层膜镜片等X射线聚焦光学器件相比,X射线组合折射透镜具有结构紧凑、易 校准、相干性保持等优点,特别适用于硬X射线光束聚焦。目前,X射线组合折 射透镜已经成为了第三代同步辐射线束上的标准X射线光学器件之一,并且在世 界上的绝大多数同步辐射线束上得到了广泛的应用。以X射线组合折射透镜为核 心光学器件的X射线无损探测与成像系统,如X射线显微镜、X射线荧光谱仪、 X射线衍射仪等,得到了长足的发展和性能提升。
    按照焦斑类型分类,X射线组合折射透镜可以分为一维聚焦X射线组合折射 透镜和二维聚焦X射线组合折射透镜。其中,一维聚焦X射线组合折射透镜只能 对入射X射线光束进行一维聚焦,其焦斑为线状。二维聚焦X射线组合折射透镜 可以对入射X射线光束进行二维聚焦,其焦斑为点状。因此,对于X射线无损探 测与成像系统而言,二维聚焦X射线组合折射透镜是一种实用器件,且其焦斑性 能直接影响系统分辨率。目前,代表性的二维聚焦X射线组合折射透镜主要有: 1)正交结构型二维聚焦X射线组合透镜(专利申请号:CN200810059017),这 种透镜将一个一级X射线组合透镜(实现垂直方向聚焦)与一个二级X射线组合 透镜(实现水平方向聚焦)正交布置,以达到二维聚焦的目的;2)镶嵌式二维聚 焦X射线组合折射透镜(专利申请号:CN201110039806)和抛物面型二维聚焦X 射线组合折射透镜(专利申请号:CN201110062978),这两种透镜均通过在母镜 体上交替镶嵌子镜,由母镜和子镜交替正交排列,以实现对入射X射线的二维聚 焦。
    然而,虽然目前已经具有了较好的实现二维聚焦X射线组合折射透镜的技术 方案,但是在实际应用中依然存在两个技术难题。1)由于同步辐射光源以及器件 制作工艺误差的影响,制作成型的二维聚焦X射线组合折射透镜的焦斑形状一般 为椭圆形,而不是较理想的圆形;2)二维聚焦X射线组合折射透镜的焦斑尺寸 和焦斑深度无法随着不同的应用需求而做相应地调整。
    发明内容
    为了克服现有的二维聚焦X射线组合折射透镜在焦斑形状、焦斑尺寸和焦斑 深度等性能指标缺乏调节性的缺点,本发明提供一种可以根据实际的光源情况、 实验环境和研究需求而灵活地调节垂直方向和水平方向的焦斑尺寸,进而获得良 好的二维焦斑形状和焦斑深度的二维聚焦X射线组合折射透镜。
    本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
    一种焦斑可调的二维X射线平面组合折射透镜,包括二维透镜装配架,一维 水平聚焦X射线平面组合折射透镜和一维垂直聚焦X射线平面组合折射透镜,所 述二维透镜装配架包括抛物面型前端、抛物面型后端、顶部正方形装配孔和侧面 正方形装配孔,所述顶部正方形装配孔和侧面正方形装配孔等间隔交替排列的, 所述抛物面型前端和抛物面型后端具有相同的抛物面面型结构参数,所述顶部正 方形装配孔和侧面正方形装配孔具有相同的边长,且相互之间装配孔光轴正交;
    所述一维水平聚焦X射线平面组合折射透镜由基底和等间隔排列的抛物面型 双凹折射单元组成,通过顶部正方形装配孔装配于二维透镜装配架;所述一维垂 直聚焦X射线平面组合折射透镜由基底和等间隔排列的抛物面型双凹折射单元组 成,通过侧面正方形装配孔装配于二维透镜装配架;所述顶部正方形装配孔数量 大于或者等于一维水平聚焦X射线平面组合折射透镜的抛物面型双凹折射单元数 量,所述侧面正方形装配孔数量大于或者等于一维垂直聚焦X射线平面组合折射 透镜的抛物面型双凹折射单元数量。
    进一步,所述一维水平聚焦X射线平面组合折射透镜的抛物面型双凹折射单 元的抛物面顶点曲率半径Rh和抛物面型双凹折射单元数量Nh需满足公式(1),
    B h 2 = L 2 2 L 1 2 · d h 2 + 0.07 · λ 2 · L 2 2 · μ · N h R h - - - ( 1 ) ]]>
    公式(1)中,Bh表示焦斑的水平尺寸,L1表示同步辐射光源到二维X射线 平面组合折射透镜的距离,L2表示二维X射线平面组合折射透镜到焦斑的距离, dh表示同步辐射光源出射X射线光束的水平尺寸,λ表示同步辐射光源出射X射 线波长,μ表示透镜材料对当前波长为λ的X射线的吸收系数。
    再进一步,所述一维垂直聚焦X射线平面组合折射透镜的抛物面型双凹折射 单元的抛物面顶点曲率半径Rv和抛物面型双凹折射单元数量Nv需满足公式(2):
    B v 2 = L 2 2 L 1 2 · d v 2 + 0.07 · λ 2 · L 2 2 · μ · N v R v - - - ( 2 ) ]]>
    公式(2)中,Bv表示焦斑的垂直尺寸,L1表示同步辐射光源到二维X射线 平面组合折射透镜的距离,L2表示二维X射线平面组合折射透镜到焦斑的距离, dv表示同步辐射光源出射X射线光束的垂直尺寸,λ表示同步辐射光源出射X射 线波长,μ表示透镜材料对当前波长为λ的X射线的吸收系数。
    进一步,所述二维透镜装配架的抛物面型前端和抛物面型后端的抛物面面型 结构参数与一维水平聚焦X射线平面组合折射透镜的抛物面型双凹折射单元的抛 物面面型结构参数,以及一维垂直聚焦X射线平面组合折射透镜的抛物面型双凹 折射单元的抛物面面型结构参数相同。也可以根据不同的应用场合选择不同。
    进一步,所述二维透镜装配架的顶部正方形装配孔数量和侧面正方形装配孔 数量相同,也可以根据不同的应用场合选择不同。
    本发明的技术构思为:所述二维透镜装配架在顶部和侧面具有交替排列的正 交正方形装配孔,这些装配孔只用于固定一维水平聚焦X射线平面组合折射透镜 和一维垂直聚焦X射线平面组合折射透镜,而不改变入射的X射线光束的光学性 能。一维水平聚焦X射线平面组合折射透镜具有独立结构参数和数量的抛物面型 双凹折射单元,用于实现对入射的X射线光束的水平聚焦。并且,通过改变抛物 面顶点曲率半径Rh和抛物面型双凹折射单元数量Nh,可以调整焦斑的水平尺寸 Bh。一维垂直聚焦X射线平面组合折射透镜具有独立结构参数和数量的抛物面型 双凹折射单元,用于实现对入射的X射线光束的垂直聚焦。并且,通过改变抛物 面顶点曲率半径Rv和抛物面型双凹折射单元数量Nv,可以调整焦斑的垂直尺寸 Bv。一维水平聚焦X射线平面组合折射透镜和一维垂直聚焦X射线平面组合折射 透镜共同完成对入射X射线光束的二维聚焦。
    本发明的有益效果主要表现在:(1)可根据实际的光源情况、实验环境和研 究需求,独立地分别地设计一维水平聚焦X射线平面组合折射透镜和一维垂直聚 焦X射线平面组合折射透镜的抛物面面型结构参数和数量。(2)二维透镜装配架、 一维水平聚焦X射线平面组合折射透镜和一维垂直聚焦X射线平面组合折射透镜 均可以采用LIGA技术或者UV-LIGA技术制作,相关工艺成熟,成本低廉,器件 成型效果好。(3)二维聚焦X射线组合折射透镜的调试和操作简便,无需反复地 进行光轴校准。(4)可根据实际测试结果灵活地对不同抛物面面型结构参数和数 量的一维聚焦X射线平面组合折射透镜进行组合调试,易于得到较理想的焦斑形 状和焦斑尺寸。
    附图说明
    图1是二维透镜装配架的结构示意图。
    图2是二维透镜装配架的俯视图。
    图3是二维透镜装配架的正视图。
    图4是一维水平(或垂直)聚焦X射线平面组合折射透镜的结构示意图。
    图5是一维水平(或垂直)聚焦X射线平面组合折射透镜的俯视图。
    图6是一维水平(或垂直)聚焦X射线平面组合折射透镜的正视图。
    其中,O表示坐标原点,x,y和z分别表示坐标轴,1,3和N表示侧面正 方形装配孔编号,2,N-1表示顶部正方形装配孔编号,1,2和M表示抛物面型 双凹折射单元编号。
    具体实施方式
    下面结合附图对本方面作进一步描述。
    参照图1~图6,一种焦斑可调的二维X射线平面组合折射透镜,包括二维透 镜装配架,一维水平聚焦X射线平面组合折射透镜和一维垂直聚焦X射线平面组 合折射透镜,所述二维透镜装配架包括抛物面型前端、抛物面型后端、顶部正方 形装配孔和侧面正方形装配孔,所述顶部正方形装配孔和侧面正方形装配孔等间 隔交替排列的,所述抛物面型前端和抛物面型后端具有相同的抛物面面型结构参 数,所述顶部正方形装配孔和侧面正方形装配孔具有相同的边长,且相互之间装 配孔光轴正交;
    所述一维水平聚焦X射线平面组合折射透镜由基底和等间隔排列的抛物面型 双凹折射单元组成,通过顶部正方形装配孔装配于二维透镜装配架;所述一维垂 直聚焦X射线平面组合折射透镜由基底和等间隔排列的抛物面型双凹折射单元组 成,通过侧面正方形装配孔装配于二维透镜装配架;所述顶部正方形装配孔数量 大于或者等于一维水平聚焦X射线平面组合折射透镜的抛物面型双凹折射单元数 量,所述侧面正方形装配孔数量大于或者等于一维垂直聚焦X射线平面组合折射 透镜的抛物面型双凹折射单元数量。
    如图1~图3所示,所述二维透镜装配架由抛物面型前端、抛物面型后端、等 间隔交替排列的顶部正方形装配孔和侧面正方形装配孔组成。所述抛物面型前端 和抛物面型后端具有相同的抛物面面型结构参数。所述抛物面型前端和抛物面型 后端的抛物面顶点曲率半径为R,最大开口尺寸为l1+2d,抛物面最大深度为w1。 其中,w1=(d+0.5l1)2/2R。所述顶部正方形装配孔和侧面正方形装配孔具有相同的 边长l1,且装配孔光轴正交。所述抛物面型前端、顶部正方形装配孔、侧面正方 形装配孔和抛物面型后端的间距均为d。
    参照图4~图6,所述一维水平聚焦X射线平面组合折射透镜由基底和等间隔 排列的抛物面型双凹折射单元组成。所述一维水平聚焦X射线平面组合折射透镜 通过顶部正方形装配孔装配于二维透镜装配架。所述一维水平聚焦X射线平面组 合折射透镜的抛物面型双凹折射单元的抛物面顶点曲率半径Rh和抛物面型双凹 折射单元数量Nh需满足公式(1),
    B h 2 = L 2 2 L 1 2 · d h 2 + 0.07 · λ 2 · L 2 2 · μ · N h R h - - - ( 1 ) ]]>
    公式(1)中,Bh表示焦斑的水平尺寸,L1表示同步辐射光源到二维X射线 平面组合折射透镜的距离,L2表示二维X射线平面组合折射透镜到焦斑的距离, dh表示同步辐射光源出射X射线光束的水平尺寸,λ表示同步辐射光源出射X射 线波长,μ表示透镜材料对当前波长为λ的X射线的吸收系数。
    所述一维垂直聚焦X射线平面组合折射透镜由基底和等间隔排列的抛物面型 双凹折射单元组成。所述一维垂直聚焦X射线平面组合折射透镜通过侧面正方形 装配孔装配于二维透镜装配架。所述一维垂直聚焦X射线平面组合折射透镜的抛 物面型双凹折射单元的抛物面顶点曲率半径Rv和抛物面型双凹折射单元数量Nv需满足公式(2):
    B v 2 = L 2 2 L 1 2 · d v 2 + 0.07 · λ 2 · L 2 2 · μ · N v R v - - - ( 2 ) ]]>
    公式(2)中,Bv表示焦斑的垂直尺寸,L1表示同步辐射光源到二维X射线 平面组合折射透镜的距离,L2表示二维X射线平面组合折射透镜到焦斑的距离, dv表示同步辐射光源出射X射线光束的垂直尺寸,λ表示同步辐射光源出射X射 线波长,μ表示透镜材料对当前波长为λ的X射线的吸收系数。
    所述一维水平聚焦X射线平面组合折射透镜或者一维垂直聚焦X射线平面组 合折射透镜的抛物面型双凹折射单元的抛物面最大深度为w2。对于一维水平聚焦 X射线平面组合折射透镜,w2=(0.5l1-d)2/2Rh+0.5d。对于一维垂直聚焦X射线平 面组合折射透镜,w2=(0.5l1-d)2/2Rv+0.5d。
    所述二维透镜装配架的抛物面型前端和抛物面型后端的抛物面面型结构参数 与一维水平聚焦X射线平面组合折射透镜的抛物面型双凹折射单元的抛物面面型 结构参数,以及一维垂直聚焦X射线平面组合折射透镜的抛物面型双凹折射单元 的抛物面面型结构参数可以相同或者不同。
    所述二维透镜装配架的顶部正方形装配孔数量和侧面正方形装配孔数量可以 相同或者不同,顶部正方形装配孔数量大于或者等于一维水平聚焦X射线平面组 合折射透镜的抛物面型双凹折射单元数量,侧面正方形装配孔数量大于或者等于 一维垂直聚焦X射线平面组合折射透镜的抛物面型双凹折射单元数量。

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