專利名稱：測試同步輻射源空間相干性的x射線干涉儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及干涉儀，特別是一種測試同步輻射源空間相干性的X射線干涉儀，這種干涉儀可以用來測試同步輻射源和微聚焦X射線管空間相干性等。
背景技術：
X射線本質和可見光一樣都是電磁輻射，X射線也具有波粒二象性，其微粒特性包括光電效應、非相干以及相干散射、氣體電離等。其波動性包括相速度、位相、反射、折射、衍射、干涉和偏振等。自從X射線被發(fā)現(xiàn)以來，人們一直利用這些特性，從事各種有益于人類的活動，例如家喻戶曉的XCT成像技術。
X射線短波長的性質，使其在物質中的折射率是一個稍小于1的量，因此不可能使用通常類似于可見光中使用的光學元件，使X射線成像聚焦和分束等等。
由于X射線波長比可見光短得多，用它來進行精密檢測時，在理論上分辨率要比可見光高2-4個量級。因此，利用X射線可以進行高分辨率干涉計量研究。又由于現(xiàn)有X射線源的時間相干性較差，例如Δλ/λ≈10-4，因此，時間相干長度僅為微米量級，這些都為X射線干涉儀的制作帶來困難。
1965年，美國Cornell大學的U.Bonse和M.Hart研制成的第一臺X射線干涉儀，它是由三塊平行的單晶硅構成的，如圖1所示，基于晶體衍射原理，第一塊晶體用來作為分束器，第二塊晶體將這兩束X射線復合，由于X射線波長比可見光的要短得多，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難題，它將兩束X射線之間的夾角變得很小，幾乎平行，用底片紀錄下條紋。這種干涉儀幾乎是等光程的，因此它成功地應用于硬X射線相襯成像研究。這種干涉儀最大的缺點是需要三塊高質量的晶體，不僅晶面方向要一致，而且三塊晶體要相互平行，無疑這給晶體生長和加工帶來了困難。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型要解決的技術問題是針對上述在先技術所存在的缺點，提出一種簡易結構的測試同步輻射源空間相干性的X射線干涉儀，它只要兩塊玻璃板、一個X射線源和CCD探測器就可構成，具有結構簡單使用可靠的優(yōu)點。
本實用新型的技術解決方案的依據(jù)如下根據(jù)電磁波理論，X射線在鏡面上的振幅反射率可由Fresnel公式給出。結果X射線從真空入射到折射率為 的介質表面，則對垂直偏振波rs=sinθ-(n~2-cos2θ)1/2sinθ+(n~2-cos2θ)1/2]]>對水平偏振波rp=-n~2sinθ+(n~2-cos2θ)1/2n~2sinθ+(n~2-cos2θ)1/2]]>其中θ為掠入射角。對于正入射情況(θ＝90°)，以上兩式得到相同的值，且反射強度R=rr*=(1-n~1+n~)2≈δ2+β24]]>因為δ及β值均非常小，因此可以看出，對于一般正入射情況，鏡面反射率幾乎可以忽略。
在普通光學中，我們知道，當光線由光密介質向光疏介質傳播時，如果入射角超過一定值，光線將被全反射，正好發(fā)生全反射的角度稱為全反射臨界角。
當入射X射線以略入射方式入射到反射鏡面時，由于n~<1,]]>當它從真空入射到某種物質時，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’，則當掠入射角小于某一臨界角θc時發(fā)生全反射，并可得到θc=cos-1n~.]]>如果忽略吸收作用，此時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為單個質子自由電子數(shù)，N為原子數(shù)密度。λc稱為臨界波長。當δ＞＞β時，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，反射率接近100％。
從以上討論可以得出一個結論當X射線以小于臨界角入射到某一鏡面時，會產(chǎn)生全反射。根據(jù)這個原理，本實用新型的具體技術方案如下一種測試同步輻射源空間相干性的X射線干涉儀，其特征在于它由X射線源、玻璃板、玻璃板、樣品和探測器組成在X射線源的X射線前進的方向上，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，其中一束反射的X射線經(jīng)樣品后，再與另一束反射的X射線相交并相互干涉后，用探測器進行檢測。
所說的X射線源可是一個同步輻射源，或者是一臺微聚焦的X射線管。
所說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射線波面無畸變地反射。
所說的樣品是一個待測的生物體，或者其它材料。
所說的探測器是一個能接受和記錄X射線干涉條紋的裝置。
本實用新型的技術效果如下本實用新型采用兩塊夾角在1″左右的玻璃板幾乎平行放置的條件下，X射線略入射到這兩塊玻璃板，它們產(chǎn)生全反射的兩束X射線夾角為1″，這兩組X射線相交以后，產(chǎn)生干涉條紋，不需要任何晶體，非常簡單。
本實用新型的測試同步輻射源空間相干性的X射線干涉儀，與在先技術相比，具有結構簡單，不需要任何分束器和晶體，由于是全反射，可充分利用X射線束。


圖1為在先技術中X射線干涉儀。
圖2為本實用新型的測試同步輻射源空間相干性的X射線干涉儀原理圖。
具體實施方式
本實用新型的測試同步輻射源空間相干性的X射線干涉儀如圖2所示，由圖可見，本實用新型測試同步輻射源空間相干性的X射線干涉儀，它由X射線源1、平面玻璃板2、平面玻璃板3、樣品4和探測器5組成在X射線源1的X射線前進的方向上，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，其中一束反射的X射線經(jīng)樣品4后，再與另一束反射的X射線相交并相互干涉后，用探測器5進行檢測。
所述的X射線源1是一臺同步輻射源，它的輸出波長用單色器限定在X射線區(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，表面光潔度達到鏡面水平。
所說的樣品4是一個位相物體，如老鼠的肝。
所說的探測器5是一個CCD接收器，信號送入到計算機中去。
本實用新型的測試同步輻射源空間相干性的X射線干涉儀的工作原理和基本過程如下當X射線略入射到玻璃板2和3以后，產(chǎn)生全反射，其中一束X射線經(jīng)樣品，含有樣品信息和另一束X射線相交產(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射線的交角，調整兩塊玻璃板的夾角，可以改變干涉條紋的距離，當兩塊玻璃板的夾角趨大時，可以獲得X射線全息圖。
權利要求1.一種測試同步輻射源空間相干性的X射線干涉儀，其特征在于它由X射線源(1)、玻璃板(2)、玻璃板(3)、樣品(4)和探測器(5)組成在X射線源(1)的X射線前進的方向上，設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，其中一束反射的X射線經(jīng)樣品(4)后，再與另一束反射的X射線相交并相互干涉后，用探測器(5)進行檢測。
2.根據(jù)權利要求1所述的測試同步輻射源空間相干性的X射線干涉儀，其特征在于所說的X射線源(1)是一臺同步輻射源，它的輸出波長用單色器限定在X射線區(qū)域，為1左右。
3.根據(jù)權利要求1所述的測試同步輻射源空間相干性的X射線干涉儀，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，表面光潔度達到鏡面水平。
4.根據(jù)權利要求1所述的測試同步輻射源空間相干性的X射線干涉儀，其特征在于所述的探測器(5)是一個CCD接收器，信號送入到計算機中去。
專利摘要一種測試同步輻射源空間相干性的X射線干涉儀，其特點是它由X射線源、兩塊平面玻璃板、樣品和探測器組成，在X射線源的X射線前進的方向上，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，其中一束反射的X射線經(jīng)樣品后，再與另一束反射的X射線相交并相互干涉后，用探測器進行檢測。本實用新型具有結構簡單、成本低、使用可靠的優(yōu)點。
文檔編號G01J9/02GK2727714SQ20042008261
公開日2005年9月21日 申請日期2004年9月7日 優(yōu)先權日2004年9月7日
發(fā)明者高鴻奕, 陳建文, 朱化鳳, 李儒新, 徐至展 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所