[发明专利]一种用于聚焦X射线的光学器件、制作方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及材料和光学技术领域，尤其涉及一种用于聚焦X射线的光学器件、制作方法及系统。 

背景技术

同步辐射光源因其高亮度、能量连续可调性及其偏振可调性等这些独特的性质，成为揭示物质结构和生命现象的最重要工具，为几乎所有的前沿科技研究提供了先进的、不可替代的实验平台。目前，同步辐射光源处于第三代，今后国内外发展的第四代同步辐射光源的目标：高能量范围，小光斑，高准直性(接近平行光)。 

随着材料制造技术和微细加工技术的进步，利用反射、衍射和折射等原理的多种X射线聚焦光学器件(掠入射反射镜、菲涅尔波带片、多层膜反射镜、复合折射透镜和玻璃毛细管等)的发明和应用，成为X射线光学的重要研究内容和亮点。由于有了X射线聚焦元件，才有了X光路设计，形成了真正的X光学系统。这些光学系统在同步辐射光路设计中得到了广泛应用并取得了惊人的成就。 

对于利用反射原理的X射线聚焦光学器件，聚焦效果取决于反射材料的全反射临界掠射角和反射材料的表面粗糙度。可有公式其中k为比例系数，全反射临界掠射角θ与X射线的能量E成反比，与反射材料密度ρ的平方根成正比。同时，依据沃勒-德拜公式可知，随着反射面的粗糙度σ逐渐变大，X射线的反射率R会明显变小。所以，要想有效聚焦高能X射线，利用反射原理的X射线聚焦光学器件要有高密度和低表面粗糙 度的反射材料。 

其中，掠入射反射镜可以称为镀膜光学器件。镀膜光学器件是在衬底材料外表面镀上单层重金属薄膜来实现聚焦X射线作用。目前，镀膜光学器件的衬底材料大多使用硅单晶。镀膜前，通过施加外力使平的硅单晶弯曲，获得所需的衬底表面形状。但是，硅单晶的表面粗糙度还不够理想。另外，在硅单晶衬底获得抛物线型表面的难度和工艺复杂程度，都大大超过玻璃基体。 

发明内容

本发明实施例提供一种用于聚焦高能X射线的光学器件、制作方法及系统。 

一种聚焦高能X射线的光学器件，包括：基体和镀膜；其中，该基体的外侧母线为抛物线段；该基体在任一点的横截面为相同的圆弧；该基体的弧形开口朝向抛物线段的内侧；所述镀膜位于圆弧内侧，且至少位于抛物线段的中部，与弧形开口相对。本发明实施例中通过将镀膜置于基体内侧，利用基体光滑内表面使反射面光滑。以及，将空气与镀膜的临界面作为反射面，增加了临界面两侧材料的密度差，从而实现在X射线传输过程中减少其损失的能量。 

优选的，基体的材料为玻璃；镀膜的材料为金属。其中，玻璃材料的光滑性较好，有利于得到光滑的反射面。金属材料的镀膜易于工艺实现，且密度较大。 

优选的，玻璃包括Li、Be和B中的一种或多种元素。 

优选的，金属包括钨、金和铂中的一种或多种元素。 

一种制作用于聚焦高能X射线的光学器件的方法，包括以下步骤：对玻璃管进行拉丝处理，使成形后的玻璃管成抛物线型；沿着玻璃管的伸展方向，将玻璃管切割为两部分；将切割后的部分玻璃管作为基体，在基体内侧上进行镀膜，其中镀膜部分位于抛物线段的中部，与弧形开口相对。该工艺方法可实现前述结构的光学器件，并且工艺简单易实现。 

优选的，对玻璃管进行拉丝处理，使成形后的玻璃管成抛物线型的步骤包 括：对玻璃管进行加热；对加热的玻璃管进行拉丝处理，使成形后的玻璃管成抛物线型。如果玻璃管温度较低，则在拉丝过程中易断，因此对玻璃管进行加热，便于拉丝成形。 

优选的，对加热的玻璃管进行拉丝处理，使拉丝后的玻璃管成抛物线形的步骤包括：以每分钟1mm～30mm的速度范围以变化速率对加热的玻璃管进行拉丝处理，使拉丝后的玻璃管成抛物线形。以该速度加工便于得到抛物线形的光学器件，可根据所需光学器件的尺寸调整该速度。 

优选的，镀膜材料为金属。采用该镀膜材料得到的光学器件性能较好，且工艺实现简单。 

一种制作用于聚焦高能X射线的光学器件的系统，包括： 

拉丝装置，用于对玻璃管进行拉丝处理，使拉丝后的玻璃管成抛物线形； 

切割装置，用于沿着玻璃管的伸展方向，将玻璃管切割为两部分； 

镀膜装置，用于将切割后的部分玻璃管作为基体，在基体内侧上进行镀膜，其中镀膜部分位于抛物线段的中部，与弧形开口相对。 

优选的，所述系统还包括：加热装置，用于对玻璃管进行加热；拉丝装置对加热的玻璃管进行拉丝处理，使拉丝后的玻璃管成抛物线形。 

优选的，拉丝装置以每分钟1mm～30mm的速度范围以变化速率对加热的玻璃管进行拉丝处理，使拉丝后的玻璃管成抛物线形。