專(zhuān)利名稱(chēng):硬X射線微聚焦高級(jí)次多層膜Laue透鏡的制作方法
硬X射線微聚焦高級(jí)次多層膜Laue透鏡技術(shù)領(lǐng)域：
[0001]本發(fā)明屬于精密光學(xué)元件研究領(lǐng)域，尤其是涉及一種硬X射線微聚焦高級(jí)次多層 膜Laue透鏡。
背景技術(shù)：
[0002]硬X射線的能量高、穿透深度大，能激發(fā)高原子序數(shù)材料的內(nèi)殼層電子以實(shí)現(xiàn)重 元素含量和分布的鑒定，并可實(shí)現(xiàn)更厚樣品的無(wú)損深度檢測(cè)。因此，硬X射線顯微術(shù)已經(jīng)成 為目前國(guó)際上三代同步輻射實(shí)驗(yàn)室的研究熱點(diǎn)，硬X射線熒光、3維層析技術(shù)以及X射線相 襯和衍射分析技術(shù)已在生命、材料、和環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域獲得重要應(yīng)用。X射線顯微的空間分辨 率是利用顯微分析技術(shù)獲得物質(zhì)及其演化過(guò)程的精細(xì)微觀物理和化學(xué)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)指 標(biāo)。近年來(lái)，隨著同步輻射光源和X射線聚焦元件的發(fā)展，國(guó)際上X射線顯微分析的分辨率 已推進(jìn)到IOOnm以下。由于在X射線波段，所有材料的折射率都接近于1，傳統(tǒng)的折射透鏡 無(wú)法實(shí)現(xiàn)X射線聚焦。波帶片是X射線波段常用的微聚焦元件之一，其分辨率決定于最外 環(huán)的寬度?；诜颇鶢柌◣腦射線顯微鏡已在軟X射線波段獲得了 12nm的成像分辨 率。但在硬X射線波段，理想波帶片的高寬比(深度/最外層寬度)要做到幾百甚至上千， 刻蝕的方法難以完成。這大大限制了高分辨率的硬X射線微聚焦波帶片的制作和使用。[0003]為從根本上克服大高寬比的限制，美國(guó)Argonne國(guó)家實(shí)驗(yàn)室在2004年提出一種新 型的一維多層膜波帶片，多層膜Laue透鏡(MLL)。通過(guò)在平面基底上從最外層開(kāi)始倒序鍍 制梯度多層膜結(jié)構(gòu)，再進(jìn)行切片減薄，獲得一維波帶片結(jié)構(gòu)。2個(gè)MLL相互垂直拼接，可實(shí)現(xiàn) X射線的二維聚焦。這種方法既可以獲得非常大的高寬比，又保證了多層膜波帶片膜層的精 確位置和成膜質(zhì)量，極大的提高了硬X射線波帶片的聚焦效率和分辨率。2008年，Argonne 實(shí)驗(yàn)室利用WSi2/Si材料對(duì)制作的MLL利用I級(jí)次衍射在19. 5keV處實(shí)現(xiàn)了 16nm的線聚 焦。多層膜Laue透鏡的優(yōu)越性能使其成為目前國(guó)際X射線顯微領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)2008年， 日本兵庫(kù)縣大學(xué)利用MoSi2/Si制作的MLL在20keV處實(shí)現(xiàn)了 28. 2nm的線聚焦；2010年德 國(guó)哥廷根大學(xué)利用脈沖激光沉積和聚焦離子束技術(shù)制備了 MLL并進(jìn)行了一維拼接實(shí)驗(yàn)。多 層膜Laue透鏡已成為將硬X射線顯微成像分辨率推進(jìn)到IOnm以下最有希望的方法之一。
發(fā)明內(nèi)容
[0004]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種硬X射線微聚 焦高級(jí)次多層膜Laue透鏡，利用高級(jí)次衍射，進(jìn)一步提高硬X射線顯微聚焦的分辨率。本 發(fā)明的核心是采用具有高分辨率特性的高級(jí)次衍射對(duì)硬X射線進(jìn)行聚焦。同時(shí)針對(duì)目標(biāo)衍 射級(jí)次，通過(guò)優(yōu)化多層膜結(jié)構(gòu)中材料的厚度比，并選擇合適的截面深度，使入射能量在不同 級(jí)次間重新分配，極大的提高高級(jí)次衍射的效率，克服了傳統(tǒng)波帶片高級(jí)次衍射效率低下 的問(wèn)題。為最終實(shí)現(xiàn)高效率的納米級(jí)硬X射線聚焦提供新的方法。[0005]本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)[0006]硬X射線微聚焦高級(jí)次多層膜Laue透鏡，其特征在于，該Laue透鏡由吸收層和間隔層周期性構(gòu)成，其中所述吸收層的材料是局部光柵中的高原子序數(shù)材料A，間隔層材料是低原子序數(shù)材料B。[0007]多層膜Laue透鏡具有截面深度t，t為垂直于薄膜生長(zhǎng)方向的元件長(zhǎng)度。[0008]該多層I旲Laue透鏡具有厚度比Y = dA/ (dA+dB)，dA是吸收層的厚度，dB是間隔層的厚度，厚度比的確定包括以下步驟[0009](I)根據(jù)實(shí)驗(yàn)應(yīng)用時(shí)所需的能段、工作距離和聚焦成像的分辨率要求，選擇多層膜 Laue透鏡的工作波長(zhǎng)λ、1級(jí)次聚焦的焦距f和最外層的光柵周期Drrat ；[0010](2)采用wedged結(jié)構(gòu)的高級(jí)次多層膜Laue透鏡在入射面(深度t = O)處，膜層位置由公式⑴確定
權(quán)利要求
1.硬X射線微聚焦高級(jí)次多層膜Laue透鏡，其特征在于，該Laue透鏡由吸收層和間隔層周期性構(gòu)成，其中所述吸收層的材料是局部光柵中的高原子序數(shù)材料A，間隔層材料是低原子序數(shù)材料B。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的硬X射線微聚焦高級(jí)次多層膜Laue透鏡，其特征在于，多層膜Laue透鏡具有截面深度t，t為垂直于薄膜生長(zhǎng)方向的元件長(zhǎng)度。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的硬X射線微聚焦高級(jí)次多層膜Laue透鏡，其特征在于，該多層月旲Laue透鏡具有厚度比Y = dA/(dA+dB)，dA是吸收層的厚度，dB是間隔層的厚度，厚度比的確定包括以下步驟 (1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)應(yīng)用時(shí)所需的能段、工作距離和聚焦成像的分辨率要求，選擇多層膜Laue透鏡的工作波長(zhǎng)/、1級(jí)次聚焦的焦距f和最外層的光柵周期Drrat ； (2)采用wedged結(jié)構(gòu)的高級(jí)次多層膜Laue透鏡在入射面(深度t= 0)處，膜層位置由公式⑴確定
4.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的硬X射線微聚焦高級(jí)次多層膜Laue透鏡，其特征在于，所述的Y _在計(jì)算時(shí)，周期分別為D1, D^Dn的不同光柵的理想衍射效率隨深度的變化曲線 nn(Y_，t)和平均效率曲線 nmean(YQpt，t) = (n l(yopt, t)+n2(yopt, t)+---+ nn(y opt, t))/n，選擇平均效率最大值對(duì)應(yīng)的深度為透鏡的最優(yōu)深度t_。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的硬X射線微聚焦高級(jí)次多層膜Laue透鏡，其特征在于，該多層膜Laue透鏡采用wedged結(jié)構(gòu)，即從中心到外層，每層薄膜分別傾斜不同的Bragg角
專(zhuān)利摘要
本發(fā)明涉及硬X射線微聚焦高級(jí)次多層膜Laue透鏡，通過(guò)改變組成多層膜Laue透鏡局部光柵的2種材料的厚度比(γ＝dA/(dA+dB)，A為吸收層，B為間隔層)，選擇合適的截面深度t，極大的提高高級(jí)次衍射的效率，從而有效的利用高級(jí)次衍射光，進(jìn)一步提高硬X射線的聚焦分辨率。與傳統(tǒng)的多層膜Laue透鏡相比，本發(fā)明提出利用Laue透鏡的高級(jí)次衍射對(duì)硬X射線進(jìn)行聚焦，并通過(guò)改變Laue透鏡結(jié)構(gòu)中不同材料的厚度比，克服了傳統(tǒng)波帶片高級(jí)次衍射效率低下的問(wèn)題，是實(shí)現(xiàn)高效率納米級(jí)硬X射線聚焦的有效方法。
文檔編號(hào)G21K1/06GKCN103021496SQ201110287085
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2011年9月24日
發(fā)明者黃秋實(shí), 朱京濤, 李浩川, 王占山 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan