專利名稱:硬X射線微聚焦多厚度比復(fù)合多層膜Laue透鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高分辨率X射線顯微聚焦元件的研究，屬精密光學(xué)元件研究領(lǐng)域，尤其是涉及一種硬X射線微聚焦多厚度比復(fù)合多層膜Laue透鏡。
背景技術(shù)：
根據(jù)瑞利判據(jù)，光源的波長(zhǎng)越短，光學(xué)系統(tǒng)的分辨率越高。X射線波長(zhǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于可見(jiàn)光、可實(shí)現(xiàn)納米級(jí)的分辨率。相比軟X射線，硬X射線的能量高、穿透深度大，硬X射線顯微術(shù)能實(shí)現(xiàn)高原子序數(shù)元素的鑒定，并可對(duì)更厚樣品進(jìn)行無(wú)損深度檢測(cè)。掃描X射線熒光顯微鏡以及3維層析技術(shù)的發(fā)展使得硬X射線顯微術(shù)在生命、材料、和環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域獲得重要應(yīng)用。X射線顯微成像系統(tǒng)的分辨率由微聚焦光斑的尺寸決定。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，能提供很高的分辨率?；诜颇鶢柌◣腦射線顯微鏡已在軟X射線波段獲得接近IOnm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，利用傳統(tǒng)刻蝕的方法難以實(shí)現(xiàn)。這大大制約了高分辨率的硬X射線顯微技術(shù)的發(fā)展。
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結(jié)構(gòu)，多層膜Laue透鏡(MLL)。它通過(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)行切片減薄拋光，獲得一維波帶片結(jié)構(gòu)。2個(gè)多層膜Laue透鏡垂直拼接可實(shí)現(xiàn)2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，有效提高了硬X射線波帶片的聚焦效率和分辨率。2008年，Argonne實(shí)驗(yàn)室利用多層膜Laue透鏡在19.5keV處實(shí)現(xiàn)了 16nm的一維線聚焦。2010年,2個(gè)Laue透鏡通過(guò)精確垂直拼接實(shí)現(xiàn)了 25X27nm2的二維聚焦。
由于Laue透鏡是基于多層膜技術(shù)制作的一維波帶片結(jié)構(gòu)，上千層薄膜沉積過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)力問(wèn)題使得透鏡的口徑難以做大。而為實(shí)現(xiàn)二維聚焦功能，需要將2塊透鏡進(jìn)行垂直拼接，入射光經(jīng)過(guò)2次衍射后通量衰減更大；這限制了利用多層膜Laue透鏡進(jìn)行聚焦成像實(shí)驗(yàn)時(shí)所能獲得的光通量，影響了硬X射線顯微成像的質(zhì)量和采集時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容
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。
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):
硬X射線微聚焦多厚度比復(fù)合多層膜Laue透鏡，由WSi2和Si兩種材料層交替鍍制形成，其中每層WSi2M料層和Si材料層構(gòu)成局部光柵結(jié)構(gòu)。
所述的局部光柵結(jié)構(gòu)具有厚度比Y，Y = dsi/(dWSi2+dsi)，其中dsi是局部光柵中Si膜層的厚度，dffSi2是局部光柵中WSi2膜層的厚度。
所述的厚度比Y取值在0.2 0.7。
復(fù)合多層膜Laue透鏡可以采用傾斜式結(jié)構(gòu)(tilted)或楔形式結(jié)構(gòu)(wedged)。[0011]所述的傾斜式結(jié)構(gòu)是透鏡整體傾斜固定角度，所述的楔形式結(jié)構(gòu)是從透鏡中心到外層的不同局部光柵分別傾斜對(duì)應(yīng)的Bragg角，以完全滿足Bragg條件。
(I)根據(jù)高通量顯微實(shí)驗(yàn)應(yīng)用時(shí)要求的能段、工作距離、聚焦成像分辨率和通量要求，選擇WSi2/Si多層膜Laue透鏡的工作波長(zhǎng)λ、焦距f和最外層光柵的周期Drrat ;并確定透鏡結(jié)構(gòu)是傾斜型(tilted)或是楔型(wedged)。
(2)多厚度比復(fù)合多層膜Laue透鏡在入射面(深度ζ = O)處，膜層位置由公式
權(quán)利要求
1.硬X射線微聚焦多厚度比復(fù)合多層膜Laue透鏡，其特征在于，該復(fù)合多層膜Laue透鏡由在基底上通過(guò)交替鍍制WSi2和Si兩種材料層形成，其中每層WSi2M料層和Si材料層構(gòu)成局部光柵結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的硬X射線微聚焦多厚度比復(fù)合多層膜Laue透鏡，其特征在于，所述的局部光柵結(jié)構(gòu)具有厚度比Y，Y =dsi/(dWSi2+dsi)，其中dsi是局部光柵中Si膜層的厚度，dffSi2是局部光柵中WSi2膜層的厚度。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的硬X射線微聚焦多厚度比復(fù)合多層膜Laue透鏡，其特征在于，所述的厚度比Y取值在0.2 0.7。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的硬X射線微聚焦多厚度比復(fù)合多層膜Laue透鏡，其特征在于，復(fù)合多層膜Laue透鏡可以采用傾斜式結(jié)構(gòu)(tilted)或楔形式結(jié)構(gòu)(wedged)。
5.根據(jù)權(quán)利要求
4所述的硬X射線微聚焦多厚度比復(fù)合多層膜Laue透鏡，其特征在于，所述的傾斜式結(jié)構(gòu)是透鏡整體傾斜固定角度，所述的楔形式結(jié)構(gòu)是從透鏡中心到外層的不同局部光柵分別傾斜對(duì)應(yīng)的Bragg角，以完全滿足Bragg條件。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的硬X射線微聚焦多厚度比復(fù)合多層膜Laue透鏡，其特征在于，為減小透鏡的膜系應(yīng)力，同時(shí)保證多層膜Laue透鏡的衍射效率，透鏡結(jié)構(gòu)從中心到外層被分為多個(gè)不同厚度比的區(qū)域，區(qū)域的劃分和厚度比的確定包括以下步驟: (1)根據(jù)高通量實(shí)驗(yàn)應(yīng)用時(shí)要求的能段、工作距離、聚焦成像分辨率和光通量要求，選擇多層膜Laue透鏡的工作波長(zhǎng)λ、焦距f和最外層的光柵周期Drrat ； (2)多厚度比復(fù)合多層膜Laue透鏡在入射面(深度z= 0)處，膜層位置由公式(I)確 定:
7.根據(jù)權(quán)利要求
6所述的硬X射線微聚焦多厚度比復(fù)合多層膜Laue透鏡，其特征在于，多層膜Laue透鏡確定厚度比分布后，計(jì)算此時(shí)η個(gè)光柵的平均衍射效率，取平均效率最大值對(duì)應(yīng)的深度Zmax為透鏡結(jié)構(gòu)的深度值。
專利摘要
本發(fā)明涉及硬X射線微聚焦多厚度比復(fù)合多層膜Laue透鏡，針對(duì)透鏡結(jié)構(gòu)中，從中心到外層不同區(qū)域的局部光柵選擇不同的膜層厚度比γ(以WSi2/Si材料組合為例，γ＝dsi/(dWSi2+dsi)對(duì)中心區(qū)域周期較大的光柵選擇較小的γ，減小應(yīng)力；對(duì)外層區(qū)域周期較小的光柵選擇相對(duì)較大的γ，保證衍射效率。與傳統(tǒng)的多層膜Laue透鏡相比，本發(fā)明提出多厚度比復(fù)合結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，在保證衍射效率的前提下，減小上千層膜層鍍制過(guò)程中膜系的應(yīng)力，從而可以制作更厚的多層膜結(jié)構(gòu)，有效增大Laue透鏡的口徑和光通量。
文檔編號(hào)G21K1/06GKCN103151089SQ201110400987
公開(kāi)日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2011年12月6日
發(fā)明者朱京濤, 黃秋實(shí), 李浩川, 王占山 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan