[发明专利]硬X射线微聚焦多厚度比复合多层膜Laue透镜

说明书

技术领域

本发明涉及高分辨率X射线显微聚焦元件的研究，属精密光学元件研究领域，尤其是涉及一种硬X射线微聚焦多厚度比复合多层膜Laue透镜。

背景技术

根据瑞利判据，光源的波长越短，光学系统的分辨率越高。X射线波长远远小于可见光、可实现纳米级的分辨率。相比软X射线，硬X射线的能量高、穿透深度大，硬X射线显微术能实现高原子序数元素的鉴定，并可对更厚样品进行无损深度检测。扫描X射线荧光显微镜以及3维层析技术的发展使得硬X射线显微术在生命、材料、和环境科学等领域获得重要应用。X射线显微成像系统的分辨率由微聚焦光斑的尺寸决定。由于在X射线波段，所有材料的折射率都接近于1，传统的折射透镜无法实现X射线聚焦。波带片是X射线波段常用的微聚焦元件之一，能提供很高的分辨率。基于菲涅尔波带片的X射线显微镜已在软X射线波段获得接近10nm的成像分辨率。但在硬X射线波段，理想波带片的高宽比(深度/最外层宽度)要做到几百甚至上千，利用传统刻蚀的方法难以实现。这大大制约了高分辨率的硬X射线显微技术的发展。

为从根本上克服大高宽比的限制，美国Argonne国家实验室在2004年提出一种新型的一维多层膜波带片结构，多层膜Laue透镜(MLL)。它通过在平面基底上从最外层开始倒序镀制梯度多层膜结构，再进行切片减薄抛光，获得一维波带片结构。2个多层膜Laue透镜垂直拼接可实现2维聚焦。这种方法既可以获得非常大的高宽比，又保证了多层膜波带片膜层的精确位置和成膜质量，有效提高了硬X射线波带片的聚焦效率和分辨率。2008年，Argonne实验室利用多层膜Laue透镜在19.5keV处实现了16nm的一维线聚焦。2010年，2个Laue透镜通过精确垂直拼接实现了25×27nm²的二维聚焦。

由于Laue透镜是基于多层膜技术制作的一维波带片结构，上千层薄膜沉积过程中产生的应力问题使得透镜的口径难以做大。而为实现二维聚焦功能，需要将2块透镜进行垂直拼接，入射光经过2次衍射后通量衰减更大；这限制了利用多层膜Laue透镜进行聚焦成像实验时所能获得的光通量，影响了硬X射线显微成像的质量和采集时间。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

硬X射线微聚焦多厚度比复合多层膜Laue透镜，由WSi₂和Si两种材料层交替镀制形成，其中每层WSi₂材料层和Si材料层构成局部光栅结构。

所述的局部光栅结构具有厚度比γ，γ＝d_si/(d_WSi2+d_si)，其中d_si是局部光栅中Si膜层的厚度，d_WSi2是局部光栅中WSi₂膜层的厚度。

所述的厚度比γ取值在0.2～0.7。

复合多层膜Laue透镜可以采用倾斜式结构(tilted)或楔形式结构(wedged)。

所述的倾斜式结构是透镜整体倾斜固定角度，所述的楔形式结构是从透镜中心到外层的不同局部光栅分别倾斜对应的Bragg角，以完全满足Bragg条件。

(1)根据高通量显微实验应用时要求的能段、工作距离、聚焦成像分辨率和通量要求，选择WSi₂/Si多层膜Laue透镜的工作波长λ、焦距f和最外层光栅的周期Dr_out；并确定透镜结构是倾斜型(tilted)或是楔型(wedged)。