專利名稱：X射線雙頻全息干涉儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及X射線干涉儀，特別是一種X射線雙頻全息干涉儀，主要用于各種球面反射鏡、激光等離子體的高精密檢測(cè)。
背景技術(shù)：
如我們所知道的，任何一個(gè)成像系統(tǒng)，它的分辨率和波長成反比，為了獲得高的分辨率，總是尋求短的波長，于是發(fā)明了電子顯微鏡，盡管電子的德布羅意波長很短，但它穿透樣品的能力很差。為了克服這種不足，人們采用X射線作為照明源。
近年來，由于同步輻射、激光等離子體X射線以及微光學(xué)元件等的快速發(fā)展，X射線全息術(shù)以及X射線干涉技術(shù)也取得了許多長足的進(jìn)步。目前使用的X射線干涉儀有兩種類型，一種是由三塊近完美的晶體平行放置，形成一個(gè)干涉儀，如圖1所示，它由七部分組成同步輻射源1，硅單晶片2，3，4，待測(cè)樣品5，相移器6和探測(cè)器7。同步輻射源1出射的X射線，經(jīng)第一塊硅單晶片2后，產(chǎn)生±一級(jí)衍射，其中負(fù)一級(jí)衍射經(jīng)相移器6以后，進(jìn)入到第二塊單晶片3，再產(chǎn)生衍射，由單晶片3產(chǎn)生的負(fù)一級(jí)衍射經(jīng)過待測(cè)樣品5，與硅單晶片3產(chǎn)生的正一級(jí)衍射，進(jìn)入到硅單晶片4上，再一次產(chǎn)生衍射形成干涉條紋。
Momose小組采用這種干涉儀進(jìn)行了相襯層析方面的工作(參見在先技術(shù)A.Momose etal.，Hitachi Review，1999，Vol.48，No.3，2314-2317)。將物樣旋轉(zhuǎn)，并在不同方向上獲得其干涉圖樣，利用Tsukuba Photon Factory的同步輻射光源對(duì)人體的乳房、肝以及腎的癌變組織進(jìn)行成像，他們?cè)诿芏茸兓系玫搅?0-9g/cm3量級(jí)的分辨率。由于其靈敏度十分高，X射線干涉儀要求具有高度的完美的晶體準(zhǔn)直度和機(jī)械穩(wěn)定性。在一塊單晶上制作成這種干涉儀可以獲得極佳的實(shí)驗(yàn)效果，但晶體的尺寸有限也限制了分析物樣的大小。
最近Marchall Joy等人在馬歇爾空間飛行中心建立了一臺(tái)掠入射X射線干涉儀，如圖2所示，它是一個(gè)改進(jìn)型的陽氏雙縫干涉儀，由九部分組成X射線源1、狹縫8、濾光器9、雙狹縫10和4個(gè)平面反射鏡11、12、13、14、一個(gè)探測(cè)器7(CCD)，其工作原理完全類似于雙縫干涉儀。這種干涉儀顯然結(jié)構(gòu)龐大，在天文物理上有著廣闊的應(yīng)用范圍，但在實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)是無能為力的。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)上述在先技術(shù)中的缺點(diǎn)，提供一種雙頻X射線全息干涉儀，即用兩個(gè)波長進(jìn)行兩次曝光的全息干涉儀。
本實(shí)用新型的基本原理如下設(shè)物光波O1的振幅為1，其在全息干板H上的位相分布為 參考光波R為波長λ1的平面波，與全息干板法向夾角為θ1，于是，在全息干板上的振幅分布U(x,y)=exp[i2πλ1φ(x,y)]+exp[i2πλ1xsinθ1]---(1)]]>強(qiáng)度分布則為I(x,y)=U(x,y)·U*(x,y)]]>=2+exp{i2πλ1[φ(x,y)-xsinθ1]}+exp{-i2πλ1[φ(x,y)-xsinθ1]}---(2)]]>假設(shè)曝光、顯影符合線性條件，則經(jīng)過處理后的全息圖透過率函數(shù)與式(2)成正比，而用另一種工作波長λ2的第二次曝光所得到的強(qiáng)度分布與式(2)相似，只是式中的λ1和θ1應(yīng)分別用λ2和θ2代替。兩次曝光可以同時(shí)進(jìn)行，也可以依次進(jìn)行。這樣，最后在全息干板上得到的強(qiáng)度分布為
I(x,y)=2+exp{i2πλ1[φ(x,y)-xsinθ1]}+exp{-i2πλ1[φ(x,y)-xsinθ1]}]]>+{2+exp[i2πλ2(φ(x,y)-xsinθ2)]+exp[-i2πλ2(φ(x,y))-xsinθ2]}]]>=4+exp[i2πλ1(φ(x,y)-xsinθ1)]+exp[-i2πλ1(φ(x,y)-xsinθ1)]]]>+exp[i2πλ2(φ(x,y)-xsinθ2)]+exp[-i2πλ2(φ(x,y)-xsinθ2)]---(3)]]>在雙曝光法中，仍然假設(shè)曝光、顯影符合線性記錄條件，則經(jīng)過處理后的全息圖透過率函數(shù)與式(3)成正比。假如全息圖用一平面波照明，并且如果θ1和θ2選擇合適，使空間濾波器能夠只讓式(3)中的第二項(xiàng)和第四項(xiàng)通過。這兩項(xiàng)疊加的結(jié)果，由簡單的運(yùn)算得到其強(qiáng)度分布(略去不重要的常量因子)為I(x,y)=1+cos2π{φ(x,y)(1λ1-1λ2)+x(sinθ2λ2-sinθ1λ1)}---(4)]]>假如全息圖用波長為λ3的兩個(gè)平面波照明，一個(gè)照明波的入射角為θ3，另一個(gè)為θ4，則根據(jù)式(3)，通過全息圖后的振幅分布中有下列兩項(xiàng)exp{i2π[1λ1φ(x,y)+x(sinθ3λ3-sinθ1λ1)]}---(5)]]>exp{i2π[1λ2φ(x,y)+x(sinθ4λ4-sinθ2λ2)]}---(6)]]>若θ1，θ2，θ3和θ4選擇得合適，就可以用空間濾波器把由式(5)和式(6)表示的兩個(gè)振幅分布項(xiàng)和其它項(xiàng)分離開。經(jīng)過濾波器后的這兩項(xiàng)分量疊加后得到的強(qiáng)度分布，根據(jù)相似的計(jì)算，有I(x,y)=1+cos2π[φ(x,y)(1λ1-1λ2)+x(sinθ2λ2-sinθ1λ1+sinθ3-sinθ4λ3)]---(7)]]>總之，結(jié)果都可視為等效波長λeq相干的結(jié)果，其中λeq=|λ1·λ2λ2-λ1|.]]>
若是采用共軛波重構(gòu)時(shí)，上述等效波長應(yīng)為λeq=λ1λ2λ1+λ2]]>當(dāng)λ1≈λ2時(shí)，等效波長比原波長小一倍，所以靈敏度能提高近一倍。
本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是一種X射線雙頻全息干涉儀，其特征在于它包括X射線源、微波帶片、小孔光闌、探測(cè)器和計(jì)算機(jī)，所說的微波帶片是一塊直徑為1mm，波帶數(shù)大于500的能對(duì)X射線進(jìn)行聚焦的微光學(xué)元件；所說的小孔光闌置于由微波帶片產(chǎn)生一級(jí)X射線衍射的焦點(diǎn)處；所說的探測(cè)器是一個(gè)能接受軟X射線的電荷耦合器；所說的計(jì)算機(jī)用來實(shí)施重構(gòu)X射線全息圖。
所說的X射線源是一臺(tái)同步輻射源。
所說的小孔光闌是一塊直徑為10μm的小孔。
根據(jù)所述的X射線雙頻全息干涉儀進(jìn)行測(cè)試的方法，包括下列步驟①將待測(cè)樣品和小孔光闌并列放置；②通過同步輻射源選擇第一次曝光波長進(jìn)行曝光當(dāng)硬X射線進(jìn)入到微波帶片以后，被微波帶片衍射所產(chǎn)生的一級(jí)焦點(diǎn)位于小孔光闌內(nèi)，除了部分零級(jí)波透過微波帶片以外，其它波長的X射線被小孔光闌阻擋，而透過微波帶片的零級(jí)X射線照明待測(cè)樣品以后，被樣品衍射成為物波，而通過小孔光闌的一級(jí)衍射波成為參考波。參考波和物波相遇在探測(cè)器上形成全息圖；③通過同步輻射源選擇第二次曝光波長進(jìn)行曝光；④計(jì)算機(jī)對(duì)兩次曝光所獲得的兩張全息圖進(jìn)行重構(gòu)，就可以獲得待測(cè)樣品的位相信息。
本實(shí)用新型的X射線雙頻全息干涉儀與在先技術(shù)相比，它可以測(cè)量樣品的位相信息，靈敏度可以調(diào)整，是其它任何一種全息干涉儀所不能比擬的，最高靈敏度可比一般同波長的干涉儀高兩倍，在特殊情況，它的靈敏度可以大大降低，根據(jù)實(shí)際需要決定靈敏度。


圖1在先技術(shù)中的平板晶體干涉儀。
圖2在先技術(shù)中所使用的掠入射陽氏雙縫干涉儀。
圖3本實(shí)用新型的雙頻X射線全息干涉儀示意圖。
具體實(shí)施方式
圖3是本實(shí)用新型的雙頻X射線全息干涉儀實(shí)施例示意圖，由五部分組成X射線源1、微波帶片15、小孔光闌16、探測(cè)器7和計(jì)算機(jī)18。
所說的X射線源1是一臺(tái)同步輻射源。
所說的微波帶片15是一塊直徑為1mm，波帶數(shù)大于500的能對(duì)X射線進(jìn)行聚焦的微光學(xué)元件。
所說的小孔光闌16，是一塊直徑為10μm的小孔，它置于由波帶片15產(chǎn)生一級(jí)X射線衍射的焦點(diǎn)處。
所說的探測(cè)器7，是一個(gè)能接受軟X射線電荷耦合器及CCD。
所說的計(jì)算機(jī)18是一臺(tái)能用來實(shí)施重構(gòu)X射線全息圖的計(jì)算機(jī)。
測(cè)試時(shí)，將待測(cè)樣品17，可能含生物樣品，與小孔光闌16并列放置。
我們知道同步輻射源是一臺(tái)寬頻源輸出，從遠(yuǎn)紅外直到硬X射線。在X射線波段調(diào)整兩塊硅單晶片的角度就可以選擇曝光波長，在第一次曝光時(shí)，選擇一個(gè)波長為1.51，第二次曝光時(shí)，選擇1.50進(jìn)行再次曝光。
當(dāng)硬X射線1進(jìn)入到微波帶片15以后，被微波帶片15所衍射產(chǎn)生的一級(jí)焦點(diǎn)位于小孔光闌16內(nèi)，除了部分零級(jí)波透過微波帶片15以外，其它波長的X射線被小孔光闌16阻擋，而透過微波帶片15的零級(jí)X射線照明待測(cè)樣品17以后，被樣品17衍射成為物波，而通過小孔光闌16的一級(jí)衍射波成為參考波。參考波和物波相遇在探測(cè)器上，形成全息圖。選擇第二次曝光波長，同樣又可形成另一全息圖；計(jì)算機(jī)將兩次曝光獲得的兩張全息圖進(jìn)行重構(gòu)，就可以獲得待測(cè)樣品的位相信息。
權(quán)利要求1.一種X射線雙頻全息干涉儀，其特征在于它包括X射線源(1)、微波帶片(15)、小孔光闌(16)、探測(cè)器(7)和計(jì)算機(jī)(18)，所說的微波帶片(15)是一塊直徑為1mm，波帶數(shù)大于500的能對(duì)X射線進(jìn)行聚焦的微光學(xué)元件；所說的小孔光闌(16)置于由波帶片(15)產(chǎn)生一級(jí)X射線衍射的焦點(diǎn)處；所說的探測(cè)器(7)是一個(gè)能接受軟X射線的電荷耦合器；所說的計(jì)算機(jī)(18)用來實(shí)施重構(gòu)X射線全息圖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線雙頻全息干涉儀，其特征在于所說的X射線源(1)是一臺(tái)同步輻射源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線雙頻全息干涉儀，其特征在于所說的小孔光闌(16)是一塊直徑為10μm的小孔。
專利摘要一種X射線雙頻全息干涉儀，其特征在于它包括X射線源、微波帶片、小孔光闌、探測(cè)器和計(jì)算機(jī)，所說的微波帶片是一塊直徑為1mm，波帶數(shù)大于500的能對(duì)X射線進(jìn)行聚焦的微光學(xué)元件；所說的小孔光闌，置于由微波帶片產(chǎn)生一級(jí)X射線衍射的焦點(diǎn)處；所說的探測(cè)器是一個(gè)能接受軟X射線的電荷耦合器；所說的計(jì)算機(jī)用來實(shí)施重構(gòu)X射線全息圖。本實(shí)用新型的靈敏度可以調(diào)整，最高可為同波長普通干涉儀的兩倍。
文檔編號(hào)G03H1/04GK2674400SQ20032010782
公開日2005年1月26日 申請(qǐng)日期2003年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月7日
發(fā)明者陳建文, 高鴻奕, 謝紅蘭, 李儒新, 徐至展 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所