[发明专利]一种菲涅尔波带片衍射效率的分区计算方法

说明书

本发明提供了一种菲涅尔波带片衍射效率的分区计算方法，基于菲涅尔波带片的应用需求确定菲涅尔波带片的结构；将菲涅尔波带片的环形光栅近似为二维线性光栅，并以一对相邻环带的总宽度作为近似线性光栅的周期；计算不同周期的二维线性光栅的衍射效率，并根据不同环带宽度的菲涅尔波带片每一环的衍射效率绘制衍射效率与环带宽度之间的关系曲线；根据不同环带宽度衍射效率的波动程度将菲涅尔波带片分成若干区域；计算各区域衍射效率和；根据各区域衍射效率和，计算菲涅尔波带片整个结构的全局衍射效率。解决了现有技术中的对于计算菲涅尔波带片衍射效率时，尤其对于环数较多、环带宽度变化明显的器件时，存在较大的误差和计算量的的技术问题。

技术领域

本发明涉及光学器件技术领域，尤其涉及一种菲涅尔波带片衍射效率的分区计算方法。

背景技术

X射线显微成像技术具有高分辨率、对样品损伤较小等诸多优点，为人类观察事物提供了新视野，已经广泛应用于生物科学、材料探测等各行各业，成为高分辨率下获得样品内部三维结构最有力的工具之一。菲涅尔波带片是X射线显微成像系统的关键器件，利用X射线穿透样品后位相的改变来获取样品内部的形貌。分辨率和衍射效率是菲涅尔波带片最重要的参数。分辨率与最外环宽度成正比，表示能够成像的最小尺寸；衍射效率是衍射光能量与入射光能量的比值，决定着器件的聚焦或成像质量。通过计算高分辨率结构的菲涅尔波带片衍射效率来优化器件性能一直是菲涅尔波带片领域中的难点。

菲涅尔波带片衍射效率的计算方法主要依靠复振幅叠加法和耦合波理论。复振幅叠加法通过衍射积分波带片透过率函数作或叠加波带片所有圆环的衍射场进行分析，计算速度快，然而当菲涅尔波带片最外环宽度较小时，体效应无法被忽略，此时复振幅叠加法难以对波带片进行精确分析。时域有限差分法基于麦克斯韦方程组在时域的递推模拟电磁波通过硬X射线FZP的传播过程，但硬X射线频段极小的网格需求及巨大的计算量严重阻碍了其应用。耦合波理论将菲涅尔波带片近似为许多小的线性光栅，再矢量叠加所有线性光栅衍射场得到菲涅尔波带片的衍射效率。该方法在分析环数较多、环带宽度变化明显的器件时有较大的误差和计算量，计算效率不高。因此，需要一种精确快速的菲涅尔波带片衍射效率的计算方法，来对任意结构的菲涅尔波带片衍射特性分析和优化提供理论分析依据。

现有技术至少存在如下技术问题：

现有技术中的对于计算菲涅尔波带片衍射效率时，尤其对于环数较多、环带宽度变化明显的器件时，存在较大的误差和计算量的的技术问题。

发明内容

本申请实施例提供了一种菲涅尔波带片衍射效率的分区计算方法，解决了现有技术中的对于计算菲涅尔波带片衍射效率时，尤其对于环数较多、环带宽度变化明显的器件时，存在较大的误差和计算量的的技术问题。

鉴于上述问题，提出了本申请实施例提供了一种菲涅尔波带片衍射效率的分区计算方法，所述方法包括：基于菲涅尔波带片的应用需求确定所述菲涅尔波带片的结构；将所述菲涅尔波带片的环形光栅近似为二维线性光栅，并以一对相邻环带的总宽度作为所述近似线性光栅的周期；计算不同周期的所述二维线性光栅的衍射效率，并根据不同环带宽度的菲涅尔波带片每一环的衍射效率绘制衍射效率与环带宽度之间的关系曲线；根据不同环带宽度衍射效率的波动程度将所述菲涅尔波带片分成若干区域；计算各区域衍射效率和；根据所述各区域衍射效率和，计算所述菲涅尔波带片整个结构的全局衍射效率。

优选的，所述基于菲涅尔波带片的应用需求确定所述菲涅尔波带片的结构，包括：根据所述菲涅尔波带片的应用需求，确定所需的分辨率、焦距；取某一光源能量为主应用光源，通过耦合波理论结合所述所需的分辨率、焦距计算，获得菲涅尔波带片的厚度、环带宽度和材料；根据所述菲涅尔波带片的厚度、环带宽度和材料，确定菲涅尔波带片的最佳厚度、环带宽度和最佳材料。

优选的，所述应用光源能量为0.1-20keV。

优选的，所述菲涅尔波带片的厚度为衍射效率最大时对应的厚度值。