一种对X射线纳米级聚焦的可调式波导系统技术方案

本发明专利技术涉及电离辐射的处理技术，尤其涉及应用衍射、折射或反射的X射线聚焦装置，具体来说是一种对X射线纳米级聚焦的可调式波导系统，波导系统包括由第一外壳基体和第二外壳基体构成的可进行相对移动的可调式外壳基体，第一外壳基体和第二外壳基体中均固定有结构相同的多层薄膜波导结构，可调式外壳基体整体设置在温度可调腔体中，本发明专利技术同现有技术相比，能够使用两个波导结构对X射线进行调节聚焦，克服了传统聚焦装置在生产成型后无法克服制造过程中的误差导致与模拟计算时确定的参数的差异导致的聚焦效果无法达到预期的问题，为进一步提升X射线波导聚焦性能提供了新颖的思路。

【技术实现步骤摘要】
一种对X射线纳米级聚焦的可调式波导系统
本专利技术涉及粒子或电离辐射的处理装置,如聚焦或慢化领域，尤其涉及应用衍射、折射或反射的X射线聚焦装置，具体来说是一种对X射线纳米级聚焦的可调式波导系统及其制备方法。
技术介绍
纳米级生物结构的性能和相互联系是生命科学领域中研究的重点，在生命科学领域研究中，生物学分子的功能和团簇效应已经取得了较大的进展，但是纳米级生物学结构的三维成像却发展较慢，其主要原因在于三维成像技术的限制。现今对纳米级结构成像，所采用的分析方法主要有扫描电子显微镜分析，透射电子显微镜分析和荧光分析。前两种分析方法能够很好的展现二维生物结构，但于此同时会对原始实验样品会造成不可逆转的伤害，因而在对生物结构的研究中，会利用荧光分析的方法，利用同位素对样品进行标定。但是由于荧光分析方法的特殊性，其应用范围有限。在此基础上，学界发现X射线成像方法能够有效的解决以上的问题。采用X射线成像法不仅不会对样品造成不可逆转的损伤，而且X射线的穿透力强，在相应的条件下，能够对不同样品进行三维成像，使得其应用广泛。在X射线成像系统中，波导作为重要的部件具有对X射线耦合和滤波的功能，为探测样品形成了耦合性较好的X射线源。早在1974年，Spiller和Segmueller制备成功第一个X射线共振耦合波导（E.Spiller，A.Segmueller,AppliedPhysicsLetter,24(1974),60-61）。但是实验结果不理想，由于从波导中出射的耦合光受到表面反射光和透射光的强烈影响，使其耦合效果下降。为了得到强烈的耦合光，T.Salditt采用前端耦合法，制备锗基底上制备碳膜，并用另一片锗固定在另一面，对碳层形成保护。这样利用两边锗基片可以有效的挡住反射光（T.Salditt,S.P.Krueger,C.FuhseandC.Baehtz,PhysicalReviewLetters,100(2008),184801-1-4），在19.5keV下，其近场的光斑大小在25纳米，透射率只有在2.5E-5。原因是X射线在波导结构中存在大量的损失，因而透射率较低。因而，提高波导的透射率和光斑的分辨率成为研究波导性能的重点，对此，一些研究者在研究中发现有效的优化波导结构能够改善波导性能。例如，利用薄膜结构形成波导。T.Salditt在锗基底上，制备了钼/碳/钼三层膜，在19.5keV下将光斑大小降为15纳米，透射率增加到0.081（T.Salditt,S.P.Krueger,C.FuhseandC.Baehtz,PhysicalReviewLetters,100(2008),184801-1-4）。I.R.Prudnikov将两个周期多层膜作为间隔层，其中形成空气间隙作为导通层。当X射线耦合入波导后，多层膜结构所产生的布拉格效应，能够有效地减少X射线传输时的损失，通过优化空气间隙的大小和多层膜结构，能够得到最强的出射光(I.R.Prudnikov,AppliedCrystallography,38(2005),595-602)。结果表明，利用薄膜结构有效地的减少X射线的损失，能够有效地改善波导性能。最近提出了一种多层膜波导结构双阵列的固定结构，通过在多层膜波导结构上蚀刻出一个固定距离的间隙，在间隙前后形成固定的两个波导结构，间隙距离为第一个波导结构的一级或者二级焦距的长度，即第二个波导结构设置在第一个波导结构的以及或者二级焦点位置上，其设计思路为，在确定了X射线的能量后，根据X射线在单一通道传播的计算方法（C.Fuhse,T.Salditt,PhysicaB,357(2005)57-60），通过对X射线在波导入口亥姆霍兹方程的求解，得到传播常数（propagationconstant）β和导通层（guidinglayer）厚度d的关系公式，再利用泰勒公式进行展开，就可以得到厚度小量与传播常数小量间的关系，并由此确定各导通层的厚度，根据需要预设第一个波导结构的长度后，利用弗朗禾费衍射效应方程确定各级焦点位置，在进行以上计算后，利用直流磁控溅射技术制备多层膜样品，再使用离子蚀刻（ReactiveIonEtching）在多层膜样品上蚀刻出一级或者二级焦距的距离，这种结构可以有效地提升焦点信噪比，将X射线聚焦在近场中，然而在实际制造中发现，利用直流磁控溅射技术制备的多层膜样品的导通层厚度往往与预期的厚度存在差异，同时蚀刻出的固定间隙也往往无法精确定位在焦距的距离上，而纳米级的光学元件的微小误差往往导致聚焦效果与预期效果大相庭径，导致成品的聚焦效果并不理想。因此，在现有技术的基础上，设计了一种对X射线纳米级聚焦的可调式波导系统，其可以不受制造过程中的误差影响，能够在成型后弥补波导结构与模拟计算时确定的参数的差异，使聚焦效果可以达到甚至超过预期。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决上述的现有技术的不足，提供一种对X射线纳米级聚焦的可调式波导系统及其制备方法，提高现有波导的聚焦性能。为了实现上述目的，设计一种对X射线纳米级聚焦的可调式波导系统，所述的纳米级聚焦为聚焦后的X射线光斑轮廓的最大直径在45纳米以下，所述的波导系统包括由第一外壳基体和第二外壳基体构成的可调式外壳基体，第一外壳基体和第二外壳基体可进行相对移动，第一外壳基体和第二外壳基体中均固定有结构相同的多层薄膜波导结构，多层薄膜为两种材料交替设置，两种材料中的一种材料为导通材料，所述导通材料使X射线通过，另一种材料为过渡金属材料作为所述导通材料的间隔层，所述导通材料为碳薄膜，间隔层为过渡金属元素，所述多层薄膜的最外层为间隔层材料，间隔层材料与外壳基体固定连接，所述外壳基体的材料为硅或锗，所述可调式外壳基体整体设置在温度可调腔体中，所述温度可调腔体的温度调节范围为30摄氏度-800摄氏度。所述过渡金属元素为钼或镍。所述外壳基体的材料为与间隔层材料相同的材料。在所述的第一外壳基体和第二外壳基体可进行相对移动时进行两个波导结构之间的距离调节，距离调节的范围小于所述多层薄膜波导结构的一级焦点距离并且大于所述多层薄膜波导结构的二级焦点距离。本专利技术还涉及一种对X射线纳米级聚焦的可调式波导系统的制备方法，所述的制备方法包括：利用光刻技术蚀刻出形状相匹配的第一外壳基体和第二外壳基体，利用直流磁控溅射技术制备多层薄膜波导结构样品，在多层薄膜波导结构样品上镀上一层抗电子束薄膜，利用电子束在抗电子束薄膜的多层薄膜波导结构样品的中间位置刻蚀出待离子束蚀刻的空隙，利用离子束将所述的多层薄膜波导结构样品蚀刻两个所述的结构相同的多层薄膜波导结构，利用高温粘合将两个多层薄膜波导结构固定在第一外壳基体和第二外壳基体中，将第一外壳基体和第二外壳基体进行匹配，构成在被驱动时能够进行相对移动的结构并设置在温度可调腔体中，将第一外壳基体和第二外壳基体与温度可调腔体外的驱动机构进行连接。所述的光刻技术为极紫外光刻技术，所述的直流磁控溅射技术使用的镀膜机为高真空镀膜机，本底真空度为5×10-5Pa以下，工作气压为0.3-0.8Pa，间隔层材料靶的功率25-150w，导通材料靶的功率为100-150W。本专利技术同现有技术相比，其优点在于：1）本专利技术打破了传统设计的常规思路提供了一种新颖的可调式波导系统，传统设本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种对X射线纳米级聚焦的可调式波导系统，所述的纳米级聚焦为聚焦后的X射线光斑轮廓的最大直径在45纳米以下，其特征在于：所述的波导系统包括由第一外壳基体(3)和第二外壳基体(7)构成的可调式外壳基体，第一外壳基体和第二外壳基体可进行相对移动，第一外壳基体和第二外壳基体中均固定有结构相同的多层薄膜波导结构，多层薄膜为两种材料交替设置，两种材料中的一种材料为导通材料(5,9)，所述导通材料使X射线通过，另一种材料作为所述导通材料的间隔层(4,8)，所述导通材料为碳薄膜，间隔层材料为过渡金属元素，所述多层薄膜的最外层为间隔层材料，间隔层材料与外壳基体固定连接，所述外壳基体的材料为硅或锗，所述可调式外壳基体整体设置在温度可调腔体(1)中，所述温度可调腔体的温度调节范围为30摄氏度‑800摄氏度。

【技术特征摘要】
1.一种对X射线纳米级聚焦的可调式波导系统，所述的纳米级聚焦为聚焦后的X射线光斑轮廓的最大直径在45纳米以下，其特征在于：所述的波导系统包括由第一外壳基体(3)和第二外壳基体(7)构成的可调式外壳基体，第一外壳基体和第二外壳基体可进行相对移动，第一外壳基体和第二外壳基体中均固定有结构相同的多层薄膜波导结构，多层薄膜为两种材料交替设置，两种材料中的一种材料为导通材料(5,9)，所述导通材料使X射线通过，另一种材料作为所述导通材料的间隔层(4,8)，所述导通材料为碳薄膜，间隔层材料为过渡金属元素，所述多层薄膜的最外层为间隔层材料，间隔层材料与外壳基体固定连接，所述外壳基体的材料为硅或锗，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王维维，
申请(专利权)人：王维维，
类型：发明
国别省市：安徽,34