[发明专利]X射线波导和X射线波导系统

说明书

技术领域

本发明涉及X射线波导及包含X射线源和X射线波导的X射线波导系统。根据本发明的实施例的X射线波导可被用在例如用于诸如X射线分析技术、X射线成像技术和X射线曝光技术的X射线光学系统中，并且可进一步被用作在X射线光学系统中使用的X射线光学部件。

背景技术

当处理具有几十nm或更短的短波长的电磁波时，不同物质之间的折射率的差异对于这种电磁波是非常小的。因此，关于不同物质之间的界面的全反射的临界角和折射角也是非常小的。出于这种原因，到目前为止，大尺寸空间光学系统主要被用于控制具有短波长的电磁波，并且，这仍然是主流。构成大尺寸空间光学系统的主要部件的例子是晶体镜和其中交替地层叠具有不同折射率的材料的多层镜。多层镜具有各种功能，诸如射束整形、斑点尺寸的转换和波长选择。

与上述的空间光学系统相反，使用X射线波导的部件，例如已知的整体毛细管（polycapillary），是在将X射线禁闭于波导中的同时传播X射线。此外，近年来，对于传播电磁波、同时将其禁闭于薄膜或多层膜内的X射线波导进行了研究，旨在实现光学系统的尺寸减小和较高的性能。具有最基本的结构的X射线波导是用作芯部的足够薄空气层被夹在包层之间的单模式波导。单模式波导可形成沿与X射线的引导方向垂直的方向具有空间相干性的波导模式中的X射线。但是，单模式波导具有以下这样的缺点：芯部厚度非常薄以满足波导的单模式条件并且单位时间实际能够传播的X射线的量少。为了应对这种问题，提出具有锥形形状的X射线波导，该X射线波导通过逐渐减小波导的芯部宽度并逐渐转换混合的多波导模式而在具有非常小的宽度的芯部中集中X射线（参见Optics Communications,Volume 281,Issue10,p.2779（2008））。还提出了另一X射线波导，在该X射线波导中，沿引导方向周期性地形成包层，使得只有特定的波导模式与要被选择性地引导的波导谐振，由此，即使在具有宽的截面的芯部中，也能够形成单波导模式（参见Optics Letters,Volume 36,Number 14,p.2602（2011））。

但是，在这些现有技术文献中提出的X射线波导具有以下的问题。

在所提到的第一个文献中提出的X射线波导意图在波导的输出端附近形成准点光源。出于这种目的，在具有宽的截面的芯部区域中混合的许多不同的波导模式逐渐集中于具有窄的截面的芯部区域中。虽然波导的芯部截面逐渐减小，但是，在波导的输出端附近在复杂混合状态中形成多个波导模式，而不是单波导模式，并且，它们在芯部截面上不空间同相。换句话说，不能形成具有空间相干性的单波导模式。

在提到的第二个文献中提出的X射线波导意图选择性地引导要被选择性地传播的一个目标波导模式。该X射线波导被设计为使得，通过沿引导方向周期性地形成包层，导致只有与周期性谐振的目标波导模式在芯部与包层之间的界面处全反射，而其它的波导模式不与该周期性谐振。目标波导模式以外的波导模式在不形成包层的部分中被放射，由此，只能传播目标波导模式。但是，由于波导模式基本上是由沿引导方向延伸的包层与芯部之间的整个界面处的X射线重复全反射形成的，因此，目标波导模式中的X射线被部分地放射到不形成包层的部分中的波导的芯部的外部。因此，产生大的传播损失，并且，目标波导模式相对于其它波导模式的选择性降低。

发明内容

本发明的实施例提供一种包含用于引导X射线的芯部和包层的X射线波导，其中，芯部沿与X射线引导方向垂直的方向包含由各自具有不同的折射率的实部值的多种物质制成的周期性结构，根据X射线的波长和周期性结构的周期性确定的布拉格（Bragg）角比芯部与包层之间的界面处的X射线的全反射的临界角小，布拉格角比构成周期性结构的多种物质之间的界面处的X射线的全反射的临界角大，并且，芯部（沿X射线引导方向）具有在构成芯部的周期性结构的周期数方面不同的两个或更多个区域，使得沿周期方向的芯部宽度与周期数的变化对应地在所述两个或更多个区域之间不同。

参照附图阅读示例性实施例的以下描述，本发明的其它特征将变得清晰。

附图说明

图1A是代表当周期性结构在波导截面中仅具有一维周期性结构时的基本矢量的示意图，图1B是代表当周期性结构在波导截面中具有二维周期性结构时的基本矢量的示意图，以及图1C是代表当周期性结构在波导截面中具有另一个二维周期性结构时的基本矢量的示意图。

图2是代表由等周期平面构成的周期性结构与X射线之间的关系以解释被近似定义的布拉格角的示意图。