專(zhuān)利名稱(chēng)：簡(jiǎn)易x射線(xiàn)干涉儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及干涉儀，特別是一種簡(jiǎn)易的X射線(xiàn)干涉儀，這種干涉儀可以用來(lái)測(cè)試同步輻射源和微聚焦X射線(xiàn)管空間相干性等。
背景技術(shù)：
X射線(xiàn)本質(zhì)和可見(jiàn)光一樣都是電磁輻射，X射線(xiàn)也具有波粒二象性，其微粒特性包括光電效應(yīng)、非相干以及相干散射、氣體電離等。其波動(dòng)性包括相速度、位相、反射、折射、衍射、干涉和偏振等。自從X射線(xiàn)被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，人們一直利用這些特性，從事各種有益于人類(lèi)的活動(dòng)，例如家喻戶(hù)曉的XCT成像技術(shù)。
X射線(xiàn)短波長(zhǎng)的性質(zhì)，使其在物質(zhì)中的折射率是一個(gè)稍小于1的量，因此不可能使用通常類(lèi)似于可見(jiàn)光中使用的光學(xué)元件，使X射線(xiàn)成像聚焦和分束等等。
由于X射線(xiàn)波長(zhǎng)比可見(jiàn)光短得多，用它來(lái)進(jìn)行精密檢測(cè)時(shí)，在理論上分辨率要比可見(jiàn)光高2-4個(gè)量級(jí)。因此，利用X射線(xiàn)可以進(jìn)行高分辨率干涉計(jì)量研究。又由于現(xiàn)有X射線(xiàn)源的時(shí)間相干性較差，例如Δλ/λ≈10-4，因此，時(shí)間相干長(zhǎng)度僅為微米量級(jí)，這些都為X射線(xiàn)干涉儀的制作帶來(lái)困難。
1965年，美國(guó)Cornell大學(xué)的U.Bonse和M.Hart研制成的第一臺(tái)X射線(xiàn)干涉儀，它是由三塊平行的單晶硅構(gòu)成的，如圖1所示，基于晶體衍射原理，第一塊晶體用來(lái)作為分束器，第二塊晶體將這兩束X射線(xiàn)復(fù)合，由于X射線(xiàn)波長(zhǎng)比可見(jiàn)光的要短得多，它們形成的干涉條紋太密，以致不能用肉眼直接觀察，第三塊晶體則解決了這個(gè)難題，它將兩束X射線(xiàn)之間的夾角變得很小，幾乎平行，用底片紀(jì)錄下條紋。這種干涉儀幾乎是等光程的，因此它成功地應(yīng)用于硬X射線(xiàn)相襯成像研究。這種干涉儀最大的缺點(diǎn)是需要三塊高質(zhì)量的晶體，不僅晶面方向要一致，而且三塊晶體要相互平行，無(wú)疑這給晶體生長(zhǎng)和加工帶來(lái)了困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述在先技術(shù)所存在的缺點(diǎn)，提出一種簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)X射線(xiàn)干涉儀，它只要兩塊玻璃板、一個(gè)X射線(xiàn)源和CCD探測(cè)器就可構(gòu)成，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、使用可靠的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案的依據(jù)如下根據(jù)電磁波理論，X射線(xiàn)在鏡面上的振幅反射率可由Fresnel公式給出。結(jié)果X射線(xiàn)從真空入射到折射率為 的介質(zhì)表面，則對(duì)垂直偏振波rs=sinθ-(n~2-cos2θ)1/2sinθ+(n~2-cos2θ)1/2]]>對(duì)水平偏振波rp=-n~2sinθ+(n~2-cos2θ)1/2n~2sinθ+(n~2-cos2θ)1/2]]>其中θ為掠入射角。對(duì)于正入射情況(θ＝90°)，以上兩式得到相同的值，且反射強(qiáng)度R=rr*=(1-n~1+n~)2≈δ2+β24]]>因?yàn)棣募唉轮稻浅Ｐ?，因此可以看出，?duì)于一般正入射情況，鏡面反射率幾乎可以忽略。
在普通光學(xué)中，我們知道，當(dāng)光線(xiàn)由光密介質(zhì)向光疏介質(zhì)傳播時(shí)，如果入射角超過(guò)一定值，光線(xiàn)將被全反射，正好發(fā)生全反射的角度稱(chēng)為全反射臨界角。
當(dāng)入射X射線(xiàn)以略入射方式入射到反射鏡面時(shí)，由于n~<1,]]>當(dāng)它從真空入射到某種物質(zhì)時(shí)，將可能發(fā)生“全反射”。按照Snell定律sinφ=n~sinφ′,]]>其中φ及φ’分別為入射角及折射角。用掠入角θ＝90°-φ代替φ’，則當(dāng)掠入射角小于某一臨界角θc時(shí)發(fā)生全反射，并可得到θc=cos-1n~.]]>如果忽略吸收作用，此時(shí)n＝1-δ，因而得到
sinθc＝(2δ)1/2θc≈(2δ)1/2δ=r0πλ2Nf]]>θc=λc(r0πNatf)1/2]]>式中r0為電子經(jīng)典半徑，f為單個(gè)質(zhì)子自由電子數(shù)，N為原子數(shù)密度。λc稱(chēng)為臨界波長(zhǎng)。當(dāng)δ＞＞β時(shí)，反射率在臨界角處發(fā)生劇烈變化，掠入射角小于臨界角時(shí)，反射率接近100％。
從以上討論可以得出一個(gè)結(jié)論當(dāng)X射線(xiàn)以小于臨界角入射到某一鏡面時(shí)，會(huì)產(chǎn)生全反射。根據(jù)這個(gè)原理，我們的具體技術(shù)方案如下一種簡(jiǎn)易X射線(xiàn)干涉儀，其特征在于它由X射線(xiàn)源、玻璃板、玻璃板、樣品和探測(cè)器組成在X射線(xiàn)源的X射線(xiàn)前進(jìn)的方向上，略入射地放置兩塊平面玻璃板，該兩平面玻璃板的夾角為1″，這兩塊平面玻璃板分別反射X射線(xiàn)，其中一束反射的X射線(xiàn)經(jīng)樣品后，再與另一束反射的X射線(xiàn)相交并相互干涉后，用探測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)。
所說(shuō)的X射線(xiàn)源可是一個(gè)同步輻射源，或者是一臺(tái)微聚焦的X射線(xiàn)管。
所說(shuō)的兩塊玻璃板都是一塊k9玻璃板，表面光潔度和平整度保證X射線(xiàn)波面無(wú)畸變地反射。
所說(shuō)的樣品是一個(gè)待測(cè)的生物體，或者其它材料。
所說(shuō)的探測(cè)器是一個(gè)能接受和記錄X射線(xiàn)干涉條紋的裝置。
本發(fā)明的技術(shù)效果如下本發(fā)明采用兩塊夾角在1″左右的玻璃板幾乎平行放置的條件下，X射線(xiàn)略入射到這兩塊玻璃板，它們產(chǎn)生全反射的兩束X射線(xiàn)夾角為1″，這兩組X射線(xiàn)相交以后，產(chǎn)生干涉條紋，不需要任何晶體，非常簡(jiǎn)單。
本發(fā)明的簡(jiǎn)易X射線(xiàn)干涉儀，與在先技術(shù)相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要任何分束器和晶體，由于是全反射，可充分利用X射線(xiàn)束。


圖1為在先技術(shù)中X射線(xiàn)干涉儀。
圖2為本發(fā)明的簡(jiǎn)易X射線(xiàn)干涉儀原理圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的簡(jiǎn)易X射線(xiàn)干涉儀如圖2所示，由圖可見(jiàn)，本發(fā)明簡(jiǎn)易X射線(xiàn)干涉儀，它由X射線(xiàn)源1、平面玻璃板2、平面玻璃板3、樣品4和探測(cè)器5組成在X射線(xiàn)源1的X射線(xiàn)前進(jìn)的方向上，略入射地放置該兩塊平面玻璃板2和玻璃板3，該平面玻璃板2和玻璃板3的夾角為1″，這兩塊平面玻璃板2和玻璃板3將反射X射線(xiàn)，其中一束反射的X射線(xiàn)經(jīng)樣品4后，再與另一束反射的X射線(xiàn)相交并相互干涉后，用探測(cè)器5進(jìn)行檢測(cè)。
所述的X射線(xiàn)源1是一臺(tái)同步輻射源，它的輸出波長(zhǎng)用單色器限定在X射線(xiàn)區(qū)域，為1左右。
所述的平面玻璃板2和3都是一塊k9玻璃，尺寸為20×20mm，表面光潔度達(dá)到鏡面水平。
所說(shuō)的樣品4是一個(gè)位相物體，如老鼠的肝。
所說(shuō)的探測(cè)器5是一個(gè)CCD接收器，信號(hào)送入到計(jì)算機(jī)中去。
本發(fā)明的簡(jiǎn)易X射線(xiàn)干涉儀的工作原理和基本過(guò)程如下當(dāng)X射線(xiàn)略入射到玻璃板2和3以后，產(chǎn)生全反射，其中一束X射線(xiàn)經(jīng)樣品，含有樣品信息和另一束X射線(xiàn)相交產(chǎn)生干涉，干涉圖形被CCD5接收，干涉條紋的距離取決于兩束X射線(xiàn)的交角，調(diào)整兩塊玻璃板的夾角，可以改變干涉條紋的距離，當(dāng)兩塊玻璃板的夾角趨大時(shí)，可以獲得X射線(xiàn)全息圖。
權(quán)利要求
1.一種簡(jiǎn)易X射線(xiàn)干涉儀，其特征在于它由X射線(xiàn)源(1)、玻璃板(2)、玻璃板(3)、樣品(4)和探測(cè)器(5)組成在X射線(xiàn)源(1)的X射線(xiàn)前進(jìn)的方向上，設(shè)置成略入射地放置兩塊平面玻璃板(2)和玻璃板(3)，該平面玻璃板(2)和玻璃板(3)的夾角為1″，這兩塊平面玻璃板(2)和玻璃板(3)反射X射線(xiàn)，其中一束反射的X射線(xiàn)經(jīng)樣品(4)后，再與另一束反射的X射線(xiàn)相交并相互干涉后，用探測(cè)器(5)進(jìn)行檢測(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的簡(jiǎn)易X射線(xiàn)干涉儀，其特征在于所說(shuō)的X射線(xiàn)源(1)是一臺(tái)同步輻射源，它的輸出波長(zhǎng)用單色器限定在X射線(xiàn)區(qū)域，為1左右。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的簡(jiǎn)易X射線(xiàn)干涉儀，其特征在于所述的平面玻璃板(2)和(3)，都是一塊k9玻璃，尺寸為20×20mm，表面光潔度達(dá)到鏡面水平。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的簡(jiǎn)易X射線(xiàn)干涉儀，其特征在于所述的探測(cè)器(5)是一個(gè)CCD接收器，信號(hào)送入到計(jì)算機(jī)中去。
全文摘要
一種簡(jiǎn)易X射線(xiàn)干涉儀，其特點(diǎn)是它由X射線(xiàn)源、兩塊平面玻璃板、樣品和探測(cè)器組成在X射線(xiàn)源的X射線(xiàn)前進(jìn)的方向上，略入射地放置兩塊平面玻璃板，該兩平面玻璃板的夾角為1″，這兩塊平面玻璃板分別反射X射線(xiàn)，其中一束反射的X射線(xiàn)經(jīng)樣品后，再與另一束反射的X射線(xiàn)相交并相互干涉后，用探測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、使用可靠的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01M11/02GK1563926SQ200410017870
公開(kāi)日2005年1月12日 申請(qǐng)日期2004年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月22日
發(fā)明者高鴻奕, 陳建文, 謝紅蘭, 朱化鳳, 李儒新, 徐至展 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所