[发明专利]一种带通滤波的X射线光学系统及其制备方法

说明书

本发明公开了一种带通滤波的X射线光学系统及制备方法，该制备方法包括：根据设计目标能点确定滤片的材料和滤片的厚度；根据设计目标能点采用深度梯度法确定多层膜反射镜的膜层材料和各个膜层的初始膜层厚度；根据滤片的材料和滤片的厚度制备滤片；根据滤片的材料和滤片的厚度采用单纯形调优法优化多层膜反射镜的各个膜层的初始膜层厚度，得到各个膜层的实验优化膜层厚度；根据膜层材料和各个膜层的实验优化膜层厚度制备多层膜反射镜；对滤片和多层膜反射镜进行组装得到带通滤波的X射线光学系统。本发明通过滤片和多层膜反射镜使得滤片透射曲线与多层膜反射镜反射曲线的乘积在中心能点区域内保持恒定，实现无旁瓣、高通量、平坦响应的带通滤波。

技术领域

本发明涉及精密光学技术领域，特别是涉及一种带通滤波的X射线光学系统及其制备方法。

背景技术

X射线由于其具有波长短、穿透性强，可以实现无损伤测量的优势，常用作生物、材料、天文、物理与化学等学科重要的研究工具。X射线滤波系统是X射线光学系统的必备组件，一般用于X射线的单色化或噪声处理，其工作性能主要取决于其分辨率与带通强度。常规的X射线滤波器件包括滤片、晶体单色器、多层膜等，其中，滤片利用元素在其L或者K吸收边折射率的阶变以分割光谱，具有制备简单方便的特点。但滤片的吸收边固定，不能有效截止能量高于L或者K吸收边的X射线，而且分辨率差。晶体单色器具有较高的分辨率，是硬X射线主要的单色器件，但晶体单色器晶面常数固定，衍射效率低，带通强度有限。多层膜结构为一维的人工晶体，在极紫外到硬X射线波段，填补了传统色散元件光栅和晶体之间的工作波段空隙，并具有效率高，性能稳定等优点，但单一的多层膜元件存在谐波旁瓣显著，分辨率低等问题，因此需要配合其他元件来实现高旁瓣抑制的滤波。

滤片与多层膜器件相结合，可以有效抑制多层膜全反射区与低能量旁瓣，提高系统的分辨率。但由于滤片利用了元素吸收系数在L或者K吸收边的阶跃，其透射响应曲线不平坦。当与多层膜组合时，将破坏多层膜的反射曲线，无法实现平坦的光谱响应，对于信号光的提取精度较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种带通滤波的X射线光学系统及其制备方法，能够实现无旁瓣、高通量、平坦响应的带通滤波。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种带通滤波的X射线光学系统制备方法，包括：

根据设计目标能点，确定滤片的材料和滤片的厚度；

根据设计目标能点，采用深度梯度法，确定多层膜反射镜的膜层材料和各个膜层的初始膜层厚度；

根据所述滤片的材料和所述滤片的厚度，制备所述滤片；

根据所述滤片的材料和所述滤片的厚度，采用单纯形调优法优化所述多层膜反射镜的各个膜层的初始膜层厚度，得到各个膜层的实验优化膜层厚度；

根据所述膜层材料和各个膜层的所述实验优化膜层厚度，制备多层膜反射镜；

对所述滤片和所述多层膜反射镜进行组装，得到带通滤波的X射线光学系统。

可选地，所述根据设计目标能点，确定滤片的材料和滤片的厚度，具体包括：

根据设计目标能点，确定滤片的初始材料；

根据所述初始材料的吸收边能点和所述初始材料滤片带通的中心能点，确定滤片的材料；

根据所述滤片的材料的吸收系数和所述滤片的材料的各个厚度，计算所述滤片的材料的透过率光谱；

根据所述透过率光谱，确定所述滤片的厚度。

可选地，所述根据所述滤片的材料和所述滤片的厚度，采用单纯形调优法优化所述多层膜反射镜的各个膜层的初始膜层厚度，得到各个膜层的实验优化膜层厚度，具体包括：

根据所述滤片的材料，确定所述滤片的吸收系数；