準(zhǔn)單色光成像系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種準(zhǔn)單色光成像系統(tǒng)，該準(zhǔn)單色光成像系統(tǒng)包括：X射線光源、準(zhǔn)單色器、毛細(xì)管X光會聚透鏡、會聚器、放大器及探測器；X射線光源設(shè)置在毛細(xì)管X光會聚透鏡的入口焦斑處，準(zhǔn)單色器設(shè)置在近于毛細(xì)管X光會聚透鏡入口端；毛細(xì)管X光會聚透鏡的出口焦斑處形成第一準(zhǔn)單色微焦斑；會聚器的入口焦斑與毛細(xì)管X光會聚透鏡的出口焦斑形成共聚焦結(jié)構(gòu)，會聚器的出口焦斑處形成第二準(zhǔn)單色微焦斑；會聚器的出口焦斑處放置有樣品；會聚器的入口端處配置有調(diào)節(jié)器，用于擋住入射或出射于會聚器的中間部分X射線；放大器設(shè)置于樣品之后的光路上，探測器設(shè)置在放大器之后。因此，實(shí)施本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)高效納米成像的同時降低設(shè)備成本。
【專利說明】準(zhǔn)單色光成像系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)成像【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種準(zhǔn)單色光成像系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，納米成像技術(shù)應(yīng)用廣泛，受到人們的高度重視。為符合高空間分辨納米成像的技術(shù)要求，現(xiàn)有的納米成像設(shè)備大都采用同步輻射光源，因?yàn)橥捷椛涔庠吹膹?qiáng)度高，可以通過單色器等插入件將同步輻射光單色化，使同步輻射光符合納米成像的技術(shù)要求。
[0003]但是，本申請的發(fā)明人發(fā)現(xiàn):同步輻射裝置體積龐大，造價昂貴，且數(shù)量有限，不便廣泛使用。另外，由于實(shí)驗(yàn)室普通微焦斑光源的功率低，通過這種低功率光源得到的單色光用于高分辨納米成像技術(shù)時，其成像效率會很低。由于高功率和微焦斑是一對矛盾，即:若光源焦斑小，則功率就會降低，若功率高，則光源焦斑就會大。簡單來講，這主要是因?yàn)楣β噬吡撕?，若光源焦斑太小的話，靶心就會被融化掉。因此，如何獲取微焦斑且高功率的光源至今為止也沒有得到很好的解決，也是本申請發(fā)明人一直致力解決的技術(shù)難題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，為解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明實(shí)施例提出一種準(zhǔn)單色光成像系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)高效納米成像的同時降低設(shè)備成本，并提升設(shè)備的功能和壽命。
[0005]進(jìn)一步來講，本發(fā)明實(shí)施例提出的準(zhǔn)單色光成像系統(tǒng)包括:X射線光源、準(zhǔn)單色器、毛細(xì)管X光會聚透鏡、會聚器、放大器及探測器；其中:所述X射線光源設(shè)置在所述毛細(xì)管X光會聚透鏡的入口焦斑處，所述準(zhǔn)單色器設(shè)置在所述X射線光源與所述毛細(xì)管X光會聚透鏡之間，近于所述毛細(xì)管X光會聚透鏡入口端；所述毛細(xì)管X光會聚透鏡的出口焦斑處形成第一準(zhǔn)單色微焦斑；所述會聚器的入口焦斑與所述毛細(xì)管X光會聚透鏡的出口焦斑形成共聚焦結(jié)構(gòu)，所述會聚器的出口焦斑處形成第二準(zhǔn)單色微焦斑；所述會聚器的出口焦斑處放置有樣品；所述會聚器的入口端處配置有所述調(diào)節(jié)器，用于擋住入射或出射于所述會聚器的中間部分X射線；所述放大器設(shè)置于所述樣品之后的光路上，用于會聚并放大所述樣品的成像信號；所述探測器設(shè)置在所述放大器之后，用于探測并收集所述樣品的成像信號。
[0006]可選地，在一些實(shí)施例中，所述X射線光源為X射線光管發(fā)射的X射線束，所述X射線光管的靶材為鉬、銀或鎢中的一種；和/或，所述X射線光源的功率范圍為I?1000瓦。
[0007]可選地，在一些實(shí)施例中，所述毛細(xì)管X光會聚透鏡為X射線會聚透鏡；所述毛細(xì)管X光會聚透鏡由單根單毛細(xì)管構(gòu)成；或者，所述毛細(xì)管X光會聚透鏡由多根單毛細(xì)管構(gòu)成，沿垂直于其中心線方向的橫截面為正六邊形，沿其長度方向上的截面空間橢球曲面段。
[0008]可選地，在一些實(shí)施例中，所述毛細(xì)管X光會聚透鏡中位于其中心位置的一根單毛細(xì)管所在的層數(shù)定義為第一層，從內(nèi)向外第η層中單毛細(xì)管的數(shù)目為6 (η-1)，且η > I ;和/或，所述毛細(xì)管X光會聚透鏡的長度范圍為3?10厘米，入口端直徑范圍為I?30毫米，出口端直徑范圍為I?10毫米，入口焦距4的范圍為I?20厘米，出口焦距f2的范圍為I?40毫米。
[0009]可選地，在一些實(shí)施例中，所述會聚器為橢球形，在沿其中心對稱線方向上的截面為旋轉(zhuǎn)橢球面段，沿垂直于其中心線方向的截面為圓形；其中，所述會聚器的長度范圍為I?170毫米，入口焦距F的取值范圍為5?50毫米，出口焦距f的取值范圍為I?30毫米，入口端直徑D的取值范圍為2?20毫米，出口端直徑d的取值范圍為2?20毫米。
[0010]可選地，在一些實(shí)施例中，所述準(zhǔn)單色器的制作材料為金屬材料；和/或，所述會聚器的制作材料為鉛玻璃。
[0011 ] 可選地，在一些實(shí)施例中，所述會聚器的長度為30毫米，入口直徑為10毫米，出口直徑為12毫米，入口焦距為30毫米，出口焦距為9毫米。
[0012]可選地，在一些實(shí)施例中，所述毛細(xì)管X光會聚透鏡的長度L為65毫米，入口端的直徑Din為17毫米，出口端的直徑D _為2毫米；其中，在17.4keV能量點(diǎn)，所述毛細(xì)管X光會聚透鏡的入口焦距4為73毫米，出口焦距f 2為13毫米，焦斑直徑為25微米，功率密度放大倍數(shù)為8000。
[0013]可選地，在一些實(shí)施例中，所述放大器為波帶片，所述波帶片的最外層透射X射線圓環(huán)的直徑與離開所述會聚器出口焦斑的X射線束的中空環(huán)狀結(jié)構(gòu)相匹配；波帶片最外層透射X射線圓環(huán)的寬度范圍I?200納米；和/或，所述X射線探測器為空間分辨探測器，空間分辨范圍為I?100微米，能量探測范圍為9?lOOkeV。
[0014]可選地，在一些實(shí)施例中，上述準(zhǔn)單色光成像系統(tǒng)還可包括:分析終端，與所述探測器連接，用于對所述樣品的成像信號進(jìn)行納米成像分析。
[0015]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明各實(shí)施例具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0016]采用本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案后，本發(fā)明準(zhǔn)單色光成像系統(tǒng)采用具有高功率密度增益的毛細(xì)管X光會聚透鏡，結(jié)合會聚器，使X射線從大焦斑光源出來后，被準(zhǔn)單色器和毛細(xì)管X光會聚透鏡會聚成第一準(zhǔn)單色微焦斑，X射線離開該第一準(zhǔn)單色微焦斑后，被會聚器再次會聚，得到直徑更小的并且準(zhǔn)單色X射線微焦斑，該第二準(zhǔn)單色微焦斑照射在到樣品上，樣品對應(yīng)的X射線成像信號經(jīng)過放大器后到達(dá)探測器，從而基于低功率光源的高分辨和高效率的X射線納米成像，降低高效納米成像技術(shù)對X射線源功率的要求，實(shí)現(xiàn)利用低功率的光源進(jìn)行高效納米成像，同時降低準(zhǔn)單色光成像系統(tǒng)的設(shè)備成本，使其便于推廣。
[0017]另外，本發(fā)明實(shí)施例充分利用毛細(xì)管X光會聚透鏡和會聚器的特點(diǎn)，采用共聚焦結(jié)構(gòu)對設(shè)備的功能和壽命都有很大的改善，進(jìn)而提高成像設(shè)備的成像分析效率。
[0018]本發(fā)明實(shí)施例的更多特點(diǎn)和優(yōu)勢將在之后的【具體實(shí)施方式】予以說明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]構(gòu)成本發(fā)明實(shí)施例一部分的附圖用來提供對本發(fā)明實(shí)施例的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0020]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的準(zhǔn)單色光成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為本發(fā)明實(shí)施例中毛細(xì)管X光會聚透鏡的示意圖；
[0022]圖3為圖2中毛細(xì)管X光會聚透鏡沿垂直于其中心線的剖面示意圖；
[0023]圖4為本發(fā)明實(shí)施例中會聚器的結(jié)構(gòu)及光路示意圖；
[0024]圖5為圖4中會聚器沿垂直于其中心線的剖面示意圖。
[0025]附圖標(biāo)記說明
[0026]IX射線光源
[0027]2準(zhǔn)單色器
[0028]3毛細(xì)管X光會聚透鏡
[0029]4第一準(zhǔn)單色微焦斑
[0030]5調(diào)節(jié)器
[0031]6會聚器
[0032]7第二準(zhǔn)單色微焦斑
[0033]8放大器
[0034]9探測器

【具體實(shí)施方式】
[0035]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0036]需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組入口 ο
[0037]為實(shí)現(xiàn)高效率的納米成像，本發(fā)明實(shí)施例采用準(zhǔn)單色器和毛細(xì)管X光會聚透鏡會聚大焦斑光源的發(fā)散X光得到第一準(zhǔn)單色微焦斑，在后續(xù)光路中，通過調(diào)節(jié)器和會聚器進(jìn)一步會聚第一準(zhǔn)單色的微焦斑得到更小的第二準(zhǔn)單色微焦斑，該第二準(zhǔn)單色微焦斑照射在樣品上，從而實(shí)現(xiàn)高效率納米成像。
[0038]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的各實(shí)施例作進(jìn)一步說明:
[0039]參照圖1，其示出了本實(shí)施例提出的一種準(zhǔn)單色光成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成，該單色光成像系統(tǒng)包括:x射線光源1、準(zhǔn)單色器2、毛細(xì)管X光會聚透鏡3、調(diào)節(jié)器5、會聚器6、放大器8以及探測器9。
[0040]如圖1所示，X射線光源I位于毛細(xì)管X光會聚透鏡3的入口焦斑處。準(zhǔn)單色器2設(shè)置在X射線光源I與毛細(xì)管X光會聚透鏡3之間，近于毛細(xì)管X光會聚透鏡3入口端。準(zhǔn)單色器2用于對X射線進(jìn)行單色，毛細(xì)管X光會聚透鏡3用于收集并會聚X射線光源I發(fā)出的X射線束，毛細(xì)管X光會聚透鏡3的出口焦斑處形成第一準(zhǔn)單色微焦斑4。
[0041]其中，會聚器6的入口焦斑與毛細(xì)管X光會聚透鏡3的第一準(zhǔn)單色微焦斑4位置重合形成共聚焦結(jié)構(gòu)，在會聚器6的出口焦斑形成第二準(zhǔn)單色微焦斑7。會聚器6的出口焦斑處放置有樣品，第二準(zhǔn)單色微焦斑7投射至樣品處。會聚器6的入口端處配置有調(diào)節(jié)器5，用于擋住入射或出射于會聚器6的中間部分X射線。放大器8設(shè)置于樣品之后的光路上，用于會聚并放大樣品的成像信號。探測器9設(shè)置在放大器8之后，用于探測并收集樣品的成像信號。
[0042]本實(shí)施例中，X射線光源1、毛細(xì)管X射線平行束透鏡3、會聚器6及放大器8共光軸設(shè)置，本實(shí)施例的光路系統(tǒng)中，可通過各自的調(diào)節(jié)架如五維調(diào)節(jié)架等調(diào)節(jié)相關(guān)部件至共光軸。
[0043]此外，會聚器6的入口端或出口端處配置有調(diào)節(jié)器5，用于擋住入射或出射于會聚器6的中間部分X射線，防止部分X射線沒有通過反射而照射到會聚器6出口形成的微焦斑處，從而保證了會聚器6會聚焦斑的尺寸，同時也保證離開會聚器6出口焦斑的X射線光束的形狀為中空的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，以符合高空間分辨納米成像的要求。其中，調(diào)節(jié)器5由重金屬構(gòu)成，如鉛和鎢等，它用于吸收入射或出射于會聚器6的中間部分X射線，以確保離開會聚器6出口焦斑的X射線光束的形狀為中空的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。
[0044]這樣，X射線在會聚器6的凹面上發(fā)生X射線衍射，從而實(shí)現(xiàn)對X射線的單色和會聚。該會聚器6的入口焦斑和毛細(xì)管X光透鏡的出口焦斑處在共聚焦?fàn)顟B(tài)。
[0045]因此，X射線從大焦斑光源出來后，被準(zhǔn)單色器2和毛細(xì)管X光會聚透鏡3會聚成第一準(zhǔn)單色微焦斑，X射線離開該第一準(zhǔn)單色微焦斑后，被會聚器6再次會聚，得到直徑更小的并且準(zhǔn)單色X射線微焦斑，該第二準(zhǔn)單色微焦斑照射在到樣品上，樣品對應(yīng)的X射線成像信號經(jīng)過放大器8后到達(dá)探測器9，從而基于低功率光源的高分辨和高效率的X射線納米成像。
[0046]上述實(shí)施例的準(zhǔn)單色光成像系統(tǒng)中，采用具有高功率密度增益的毛細(xì)管X光會聚透鏡3會聚大焦斑光源得到第一準(zhǔn)單色微焦斑，該第一準(zhǔn)單色微焦斑再被會聚器6會聚得到用于納米成像的更小的第二準(zhǔn)單色微焦斑，因此實(shí)現(xiàn)了利用大焦斑光源進(jìn)行高效納米成像，給納米成像領(lǐng)域?qū)砀锩缘淖兏?，解決了兼具微焦斑與高功率的光源難題。上述實(shí)施例采用具有高功率密度增益的毛細(xì)管X光會聚透鏡和會聚器，可降低高效高分辨納米成像技術(shù)對微焦斑高功率光源的依賴，從而降低納米成像設(shè)備的成本。另外，與現(xiàn)有的波帶片會聚器件相比，毛細(xì)管X光會聚透鏡和會聚器的會聚效率更高，且壽命更長，上述這些特點(diǎn)決定了基于毛細(xì)管X光會聚透鏡和橢球形玻璃會聚器的準(zhǔn)單色光成像系統(tǒng)造價低廉、壽命長和便于推廣。此外，由于采用了準(zhǔn)單色X光成像，所以該儀器成像效率高。
[0047]上述實(shí)施例中，X射線光源I為實(shí)驗(yàn)室普通X射線光管發(fā)射的X射線束，X射線光管的靶材為鉬、銀或鎢中的任一種?？蛇x的是，X射線光源的功率范圍為I?1000瓦。上述實(shí)施例采用毛細(xì)管X光會聚透鏡3和會聚器6能夠降低高效納米成像技術(shù)對X射線源功率的要求，使成像設(shè)備可以采用低功率光源實(shí)現(xiàn)高效的納米X射線成像，解決高效高分辨納米成像技術(shù)受微焦斑高功率光源限制的問題。
[0048]上述實(shí)施例中，為了得到符合納米成像的單色光微焦斑，采用大焦斑X射線光源1、毛細(xì)管X光會聚透鏡3、以及既具有會聚作用也具有單色作用的會聚器6，實(shí)現(xiàn)基于大焦斑較高功率光源進(jìn)行高分辨高效納米成像，這大大降低了高效和高分辨納米成像技術(shù)對高功率微焦斑光源的依賴，從而降低納米成像設(shè)備的成本，實(shí)現(xiàn)納米成像設(shè)備的造價低廉，便于推廣。
[0049]上述實(shí)施例中，準(zhǔn)單色器2由金屬材料制成，例如鋁、銅、鐵、鉬和鈮等。
[0050]上述毛細(xì)管X光會聚透鏡3由單根單毛細(xì)管構(gòu)成。或者，毛細(xì)管X光會聚透鏡3由多根單毛細(xì)管構(gòu)成。其中，單毛細(xì)管的材料為硅酸鹽玻璃，X射線光子在單毛細(xì)管內(nèi)壁發(fā)生全反射后，改變原來的傳輸方向，從而實(shí)現(xiàn)對X射線的會聚。
[0051]參照圖2和圖3，其分別示出了上述實(shí)施例中由多根單毛細(xì)管構(gòu)成的毛細(xì)管X光會聚透鏡3的結(jié)構(gòu)。該毛細(xì)管X光會聚透鏡3中，沿垂直于其中心線方向的截面可為正六邊形，沿其長度方向上的截面可為空間橢球曲面段。
[0052]需要說明的是，毛細(xì)管X射線會聚透鏡3由多根圓形的單毛細(xì)管構(gòu)成，單毛細(xì)管的橫截面的輪廓可為圓形。單毛細(xì)管緊密排列在一起，將毛細(xì)管X光會聚透鏡3位于其中心位置的一根單毛細(xì)管A所在的層數(shù)定義為第一層，從內(nèi)向外第η層中單毛細(xì)管的數(shù)目為6 (η-1)，且 η > I。
[0053]如圖2所示，毛細(xì)管X光會聚透鏡3靠近X射線光源I的一端稱之為入口端，另一端稱之為出口端。毛細(xì)管X光會聚透鏡3的幾何參量有:入口焦距f\(毛細(xì)管X射線會聚透鏡的入口端到X射線源的距離)，出口焦距f2 (毛細(xì)管X射線會聚透鏡的出口端到其出口焦斑處的距離)，細(xì)管X射線會聚透鏡長度L，透鏡入口端直徑Din、出口端直徑D-、最大尺寸直徑/對邊距Dmax (對圓形細(xì)管X射線會聚透鏡來講Dmax為其直徑，對多邊形細(xì)管X射線會聚透鏡來講Dmax為其對邊距離)。另外，毛細(xì)管X射線會聚透鏡3的物理參量有:焦斑直徑和功率密度增益，這里，焦斑直徑的大小范圍可為:1?200微米，功率密度增益的范圍可為:102 ?10 5O
[0054]上述實(shí)施例中，毛細(xì)管X光會聚透鏡3的長度L范圍為3?10厘米，入口端直徑Din范圍為I?30毫米，出口端直徑D wt范圍為I?10毫米。最大尺寸直徑/對邊距D max的范圍可為3?60毫米，入口焦距A的范圍可為I?20厘米，出口焦距f 2的范圍可為I?40毫米。
[0055]例如，毛細(xì)管X光會聚透鏡3可以由500000根單毛細(xì)管緊密結(jié)合在一起構(gòu)成，單毛細(xì)管額可以為圓形且內(nèi)徑大小相同?？蛇x的是，毛細(xì)管X光會聚透鏡3的長度L可為65毫米，入口端的直徑Din可為17毫米，出口端的直徑D wt可為2毫米。在17.4keV能量點(diǎn)，透鏡入口焦距可為73毫米，出口焦距f 2可為13毫米，焦斑直徑可為25微米，功率密度放大倍數(shù)可為8000。
[0056]又如，毛細(xì)管X光會聚透鏡3可以由900000根單毛細(xì)管緊密結(jié)合在一起構(gòu)成，毛細(xì)管X光會聚透鏡3的長度L可為75毫米，入口端的直徑Din可為10毫米，出口端的直徑Dwt可為4毫米。在SkeV能量點(diǎn)，透鏡入口焦距“可為100毫米，出口焦距f2可為18毫米，焦斑直徑可為45微米，功率密度放大倍數(shù)可為4000。
[0057]因此，具有上述這些特點(diǎn)的毛細(xì)管X光會聚透鏡3使基于低功率光源的高效X射線納米成像成為可能。由于毛細(xì)管X光會聚透鏡3可結(jié)合拋會聚器，提高第二準(zhǔn)單色微焦斑處的功率密度增益，進(jìn)而提高照射在樣品上的X射線的光通量，從而降低高效納米成像技術(shù)對X射線源功率的要求，使得成像設(shè)備可以采用低功率光源實(shí)現(xiàn)高效的納米X射線成像成為現(xiàn)實(shí)。
[0058]參照圖4和圖5，分別示出了上述實(shí)施例中會聚器6的結(jié)構(gòu)及光路布置方式，作為一種可選的實(shí)施方式，會聚器6可采用如圖4所示的結(jié)構(gòu)及光路布置方式。
[0059]如圖4所示，會聚器6的幾何參量有:長度G、入口焦距F、出口焦距f、入口端直徑D及出口端直徑d。其中，會聚器6的長度G的取值范圍可為I?170毫米，入口焦距F的取值范圍可為5?50毫米，出口焦距f的取值范圍可為I?30毫米，入口端直徑D的取值范圍可為2?20毫米，出口端直徑d的取值范圍可為2?20毫米。
[0060]例如，如圖5所示，會聚器6可為橢球形，其組成材料可為鉛玻璃，橢球形鉛玻璃會聚器6的長度G可為30毫米，入口直徑D可為10毫米，出口直徑d可為12毫米。會聚器6的入口焦距F和出口焦距f分別為30毫米和9毫米。
[0061]需要說明的是，X射線在會聚器6的內(nèi)表面發(fā)生反射，從而改變了傳播方向而被會聚。會聚器6沿其中心線中心對稱，并在沿其中心對稱線方向上的截面為旋轉(zhuǎn)橢球面段，沿垂直于其中心線方向的截面為圓形。
[0062]上述各實(shí)施例中，作為一種可選的實(shí)施方式，放大器8為波帶片，波帶片的最外層透射X射線圓環(huán)的直徑與離開會聚器出口焦斑的X射線束的中空環(huán)狀結(jié)構(gòu)相匹配，以提高X射線成像分辨率?？蛇x的是，波帶片最外層透射X射線圓環(huán)的寬度范圍為I?200納米。例如，波帶片最外層透射X射線圓環(huán)的寬度可為30納米，這可便于提高X射線成像分辨率。
[0063]上述各實(shí)施例中，作為一種可選的實(shí)施方式，X射線探測器9為空間分辨探測器，空間分辨范圍可為I?100微米，能量探測范圍可為9?lOOkeV。
[0064]基于前述各實(shí)施例，作為一種可選的實(shí)施方式，上述準(zhǔn)單色光成像系統(tǒng)還可包括分析終端，該分析終端與探測器9連接，用于對樣品的成像信號進(jìn)行成像分析。
[0065]這樣，X射線光源I發(fā)出的X射線束被準(zhǔn)單色器2和毛細(xì)管X光會聚透鏡3準(zhǔn)單色和會聚，從毛細(xì)管X光會聚透鏡3出射的X射線形成第一準(zhǔn)單色微焦斑4。會聚器6的入口焦斑和毛細(xì)管X光會聚透鏡的第一準(zhǔn)單色微焦斑4重合，形成共聚焦結(jié)構(gòu)，會聚器6的出口焦斑處形成第二準(zhǔn)單色微焦斑7，樣品放在第二準(zhǔn)單色微焦斑7處，樣品對應(yīng)的成像信號被放大器8會聚放大后到達(dá)探測器9而被探測，從而實(shí)現(xiàn)高效納米成像。分析終端對樣品的納米成像信號進(jìn)行后續(xù)分析，用于以高空間分辨率對生物、醫(yī)學(xué)、環(huán)境、食品、能源和國防等領(lǐng)域的樣品進(jìn)行高效的納米成像分析。
[0066]基于上述各實(shí)施例，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明各實(shí)施例具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0067]本發(fā)明實(shí)施例基于毛細(xì)管X光會聚透鏡和會聚器的準(zhǔn)單色光成像系統(tǒng)中，由于毛細(xì)管X光會聚透鏡具有高功率密度增益實(shí)現(xiàn)對X射線會聚，能降低高分辨高效率納米成像技術(shù)對微焦斑高功率的X射線光源的依賴。并且，由于本發(fā)明實(shí)施例準(zhǔn)單色光成像系統(tǒng)采用的是低功率的大焦斑光源，成本也隨之降低，便于推廣。
[0068]同時，本發(fā)明實(shí)施例充分利用毛細(xì)管X光會聚透鏡和會聚器的特點(diǎn)，采用共聚焦結(jié)構(gòu)使得該設(shè)備的功能和壽命都有很大的改善，進(jìn)而提高成像設(shè)備的成像分析效率，實(shí)現(xiàn)利用低功率的光源進(jìn)行高效納米成像。
[0069]以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種準(zhǔn)單色光成像系統(tǒng)，其特征在于，包括:X射線光源(I)、準(zhǔn)單色器(2)、毛細(xì)管X光會聚透鏡(3)、會聚器(6)、放大器⑶及探測器(9);其中: 所述X射線光源(I)設(shè)置在所述毛細(xì)管X光會聚透鏡(3)的入口焦斑處，所述準(zhǔn)單色器(2)設(shè)置在所述X射線光源(I)與所述毛細(xì)管X光會聚透鏡(3)之間，近于所述毛細(xì)管X光會聚透鏡(3)入口端；所述毛細(xì)管X光會聚透鏡(3)的出口焦斑處形成第一準(zhǔn)單色微焦斑⑷； 所述會聚器￠)的入口焦斑與所述毛細(xì)管X光會聚透鏡(3)的出口焦斑形成共聚焦結(jié)構(gòu)，所述會聚器￠)的出口焦斑處形成第二準(zhǔn)單色微焦斑(7);所述會聚器￠)的出口焦斑處放置有樣品；所述會聚器(6)的入口端處配置有所述調(diào)節(jié)器(5)，用于擋住入射或出射于所述會聚器(6)的中間部分X射線； 所述放大器(8)設(shè)置于所述樣品之后的光路上，用于會聚并放大所述樣品的成像信號；所述探測器(9)設(shè)置在所述放大器(8)之后，用于探測并收集所述樣品的成像信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的準(zhǔn)單色光成像系統(tǒng)，其特征在于: 所述X射線光源(I)為X射線光管發(fā)射的X射線束，所述X射線光管的靶材為鉬、銀或鎢中的一種；和/或， 所述X射線光源(I)的功率范圍為I?1000瓦。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的準(zhǔn)單色光成像系統(tǒng)，其特征在于: 所述毛細(xì)管X光會聚透鏡(3)為X射線會聚透鏡； 所述毛細(xì)管X光會聚透鏡(3)由單根單毛細(xì)管構(gòu)成；或者，所述毛細(xì)管X光會聚透鏡(3)由多根單毛細(xì)管構(gòu)成，沿垂直于其中心線方向的橫截面為正六邊形，沿其長度方向上的截面空間橢球曲面段。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的準(zhǔn)單色光成像系統(tǒng)，其特征在于: 所述毛細(xì)管X光會聚透鏡(3)中位于其中心位置的一根單毛細(xì)管所在的層數(shù)定義為第一層，從內(nèi)向外第η層中單毛細(xì)管的數(shù)目為6(11-1)，且11 > I ;和/或， 所述毛細(xì)管X光會聚透鏡(3)的長度范圍為3?10厘米，入口端直徑范圍為I?30毫米，出口端直徑范圍為I?10毫米，入口焦距4的范圍為I?20厘米，出口焦距f 2的范圍為I?40毫米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述的準(zhǔn)單色光成像系統(tǒng)，其特征在于，所述會聚器(6)為橢球形，在沿其中心對稱線方向上的截面為旋轉(zhuǎn)橢球面段，沿垂直于其中心線方向的截面為圓形； 其中，所述會聚器(6)的長度范圍為I?170毫米，入口焦距F的取值范圍為5?50毫米，出口焦距f的取值范圍為I?30毫米，入口端直徑D的取值范圍為2?20毫米，出口端直徑d的取值范圍為2?20毫米。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的準(zhǔn)單色光成像系統(tǒng)，其特征在于: 所述準(zhǔn)單色器(2)的制作材料為金屬材料；和/或， 所述會聚器￠)的制作材料為鉛玻璃。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的準(zhǔn)單色光成像系統(tǒng)，其特征在于，所述會聚器￠)的長度為30毫米，入口直徑為10毫米，出口直徑為12毫米，入口焦距為30毫米，出口焦距為9毫米。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7任一項所述的準(zhǔn)單色光成像系統(tǒng)，其特征在于，所述毛細(xì)管X光會聚透鏡⑶的長度L為65毫米，入口端的直徑Din為17毫米，出口端的直徑D wt為2毫米; 其中，在17.4keV能量點(diǎn)，所述毛細(xì)管X光會聚透鏡(3)的入口焦距4為73毫米，出口焦距f2為13毫米，焦斑直徑為25微米，功率密度放大倍數(shù)為8000。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的準(zhǔn)單色光成像系統(tǒng)，其特征在于: 所述放大器(8)為波帶片，所述波帶片的最外層透射X射線圓環(huán)的直徑與離開所述會聚器(6)出口焦斑的X射線束的中空環(huán)狀結(jié)構(gòu)相匹配；波帶片最外層透射X射線圓環(huán)的寬度范圍I?200納米；和/或， 所述X射線探測器(9)為空間分辨探測器，空間分辨范圍為I?100微米，能量探測范圍為9?10keV0
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9任一項所述的準(zhǔn)單色光成像系統(tǒng)，其特征在于，還包括:分析終端，與所述探測器(9)連接，用于對所述樣品的成像信號進(jìn)行納米成像分析。
【文檔編號】G01N23/04GK104502375SQ201410806952
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月22日
【發(fā)明者】孫天希, 孫學(xué)鵬, 劉志國, 須穎, 董友 申請人:北京師范大學(xué), 天津三英精密儀器有限公司