全息成像方法及用于全息成像方法的二维X射线多层膜波导结构技术

本发明专利技术涉及全息成像技术领域，具体来说是一种全息成像方法及用于全息成像方法的二维X射线多层膜波导结构，将两个长度相同的一维X射线多层膜波导结构正交胶合，使两个一维X射线多层膜波导结构的间隙部分正交配合，以形成二维X射线多层膜波导结构并用于全息成像。本发明专利技术同现有技术相比，通过两个同样结构的波导进行组合，调节波导的出射光斑，形成点阵光源；形成的多通道结构，可降低高阶光束对光斑的影响，在近场具有聚焦光斑强度相似，相位差固定、测量方便的优点，能在近场形成相干性强及强度高的二级X射线光源；在远场，又具有条纹清晰、对比度明显的图像，适用于对光斑分辨率和波导透射率要求均很高的二维X射线全息成像系统。

Holographic imaging method and two-dimensional X-ray multilayer waveguide structure for holographic imaging method

【技术实现步骤摘要】
全息成像方法及用于全息成像方法的二维X射线多层膜波导结构
本专利技术涉及全息成像
，具体来说是一种全息成像方法及用于全息成像方法的二维X射线多层膜波导结构。
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。影响的主要原因在于三维成像技术的限制。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、相干性较好的X射线源。2015年，Bartels(Bartels,M.,Krenkel,M.,Haber,J.,Wilke,R.N.&Salditt,T.(2015).Phys.Rev.Lett.114,048103.)通过控制导通层(guidinglayer)的厚度(d)，形成适用于X射线全息技术的点光源。基于先进的电子光刻技术，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)；Pfeiffer等人(Pfeiffer,F.,David,C.,Burghammer,M.,Riekel,C.&Salditt,T.(2002).Science,297,230–234.)制备了二维X射线波导。并在Fuhse和Salditt的改良下，形成一套完备的二维X射线波导(2DWGs)制备技术(Fuhse,C.&Salditt,T.(2005).Phys.BCondens.Matter,357,57–60.)。Bartels等人(Bartels,M.,Krenkel,M.,Haber,J.,Wilke,R.N.&Salditt,T.(2015).Phys.Rev.Lett.114,048103.)利用在这种形式的2DWGs，成功作为应用在X射线全息成像中的二级X射线光源。但是，由于电子光刻技术精度较低，导致全息光源分辨率较低，并且目前二维X射线波导只存在单一膜层通道，且无法形成特定的二维光斑，进而无法探测纳米级结构。因此，为提高光源分辨率，T.Salditt等采用前端耦合法，制备锗基底上制备碳膜，成功形成具有高分辨率的耦合光光源(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。本申请专利技术人也于我国专利公开号CN108389642B中公开了一种一维X射线多层膜波导结构及其制备方法，能提高光斑强度，增强透射率。在19.9keV下，聚焦长度为247.1微米，焦点大小为45纳米，焦点信噪比I_r为10.86。为了提升全息成像效果，并进一步减少X射线在波导结构中存在大量的损失，需要在现有技术的基础上，设计了一种全息成像方法及用于全息成像方法的二维X射线多层膜波导结构。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术的不足，提供一种全息成像方法及用于全息成像方法的二维X射线多层膜波导结构，在利用多层膜中的多个导通层(碳膜层)提升X射线的入射孔径同时，也能够利用垂直多层膜波导和水平多层膜波导的厚度和长度，改变出射光斑的形状、减少背景噪声，进一步提升X射线全息光源的分辨率和能量；并且还能为X射线全息技术提供相干性好、分辨率高的二级光源远场。为了实现上述目的，设计一种全息成像方法，采用一维X射线多层膜波导结构，所述的一维X射线多层膜波导结构包括基底、顶部基片、以及基底与顶部基片之间设有的钼/碳非周期多层膜，所述的钼/碳非周期多层膜由交替设有的钼薄膜层和碳薄膜层构成，所述的碳薄膜层作为导通层，所述的钼薄膜层作为间隔层，所述的钼/碳非周期多层膜相对于顶部基片一侧的表面上设有间隙，且所述的间隙将所述的钼/碳非周期多层膜分隔成长度为L1的第一波导层和长度为L2的第二波导层，通过初期设定的L1的长度得出第一波导层出射焦点的位置，焦点位置与第一波导层的距离为刻蚀的间隙长度Lc，通过不同焦点处确定的各间隙长度Lc并调节第二波导层的长度L2，以实现聚焦光斑的性能调节，将两个长度相同的一维X射线多层膜波导结构正交胶合，使两个一维X射线多层膜波导结构的间隙部分正交配合，以形成二维X射线多层膜波导结构并用于全息成像。本专利技术的全息成像方法还具有如下优选的技术方案：首先将所述的一维X射线多层膜波导结构切割成两个长度相同的波导vWGA和hWGA，再将两个长度相同的波导vWGA和hWGA利用耐高温真空胶正交胶合，以形成二维X射线多层膜波导结构并用于全息成像。确定所述的间隙的长度Lc的方法如下：设定所述的X射线多层膜波导工作在19.9keV能量下，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β和导通层厚度d的关系公式，其中k0为真空中波动向量，n1为碳膜层的折射率，ξ为亥姆霍兹方程的特征值，利用泰勒公式将此公式展开，得到厚度小量Δd与传播常数小量Δβ间的关系：其中为波导参数，n1为碳膜层折射率，n2为钼膜层折射率，β0为所述的钼/碳非周期多层膜中处于中间位置的碳薄膜层的传播参数，d0为所述的钼/碳非周期多层膜中处于中间位置的碳薄膜层的厚度，ξ0为所述的钼/碳非周期多层膜中处于中间位置的碳薄膜层的方程特征值。由于波导的相位与传播常数β和波导的长度l成正比，进而得到通过改变不同碳膜层的厚度来影响X射线出射的相位的方法，通过初期设定的L1的长度，进而得出第一波导层出射焦点的位置和光斑大小，并根据弗朗霍夫衍射效应，确定刻蚀长度Lc：所述的钼/碳非周期多层膜由如下方法制成：利用直流磁控溅射方法在基底上依次交替镀制若干钼薄膜层和碳薄膜层以形成所述的钼/碳非周期多层膜。所述的刻蚀出间隙的方法具体如下：步骤A，对所述的钼/碳非周期多层膜进行深加工，在所述的钼/碳非周期多层膜的上表面镀制抗电子束薄膜。步骤B，利用电子束刻蚀在抗电子束薄膜上刻蚀出固定宽度Lc。步骤C，利用离子束刻蚀在钼/碳非周期多层膜上刻蚀出相应的宽度Lc以形成间隙及第一波导层和第二波导层。步骤D，将钼/碳非周期多层膜上表面的抗电子束薄膜移除。步骤E，将钼/碳非周期多层膜上表面与顶部基片进行高温粘合。本专利技术还涉及一种用于全息成像方法的二维X射线多层膜波导结构，所述的二维X射线多层膜波导结构包括两个长度相同的一维X射线多层膜波导结构，两个长度相同的一维X射线多层膜波导结构正交胶合以使两个长度相同的一维X射线多层膜波导结构的间隙部分正交配合从而形成所述的二维X射线多层膜波导结构。所述的用于全息成像方法的二维X射线多层膜波导结构还具有如本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全息成像方法，采用一维X射线多层膜波导结构，所述的一维X射线多层膜波导结构包括基底、顶部基片、以及基底与顶部基片之间设有的钼/碳非周期多层膜，所述的钼/碳非周期多层膜由交替设有的钼薄膜层和碳薄膜层构成，所述的碳薄膜层作为导通层，所述的钼薄膜层作为间隔层，所述的钼/碳非周期多层膜相对于顶部基片一侧的表面上设有间隙，且所述的间隙将所述的钼/碳非周期多层膜分隔成长度为L1的第一波导层和长度为L2的第二波导层，通过初期设定的L1的长度得出第一波导层出射焦点的位置，焦点位置与第一波导层的距离为刻蚀的间隙长度Lc，通过不同焦点处确定的各间隙长度Lc并调节第二波导层的长度L2，以实现聚焦光斑的性能调节，其特征在于将两个长度相同的一维X射线多层膜波导结构正交胶合，使两个一维X射线多层膜波导结构的间隙部分正交配合，以形成二维X射线多层膜波导结构并用于全息成像。/n

【技术特征摘要】
1.一种全息成像方法，采用一维X射线多层膜波导结构，所述的一维X射线多层膜波导结构包括基底、顶部基片、以及基底与顶部基片之间设有的钼/碳非周期多层膜，所述的钼/碳非周期多层膜由交替设有的钼薄膜层和碳薄膜层构成，所述的碳薄膜层作为导通层，所述的钼薄膜层作为间隔层，所述的钼/碳非周期多层膜相对于顶部基片一侧的表面上设有间隙，且所述的间隙将所述的钼/碳非周期多层膜分隔成长度为L1的第一波导层和长度为L2的第二波导层，通过初期设定的L1的长度得出第一波导层出射焦点的位置，焦点位置与第一波导层的距离为刻蚀的间隙长度Lc，通过不同焦点处确定的各间隙长度Lc并调节第二波导层的长度L2，以实现聚焦光斑的性能调节，其特征在于将两个长度相同的一维X射线多层膜波导结构正交胶合，使两个一维X射线多层膜波导结构的间隙部分正交配合，以形成二维X射线多层膜波导结构并用于全息成像。


2.如权利要求1所述的全息成像方法，其特征在于首先将所述的一维X射线多层膜波导结构切割成两个长度相同的波导vWGA和hWGA，再将两个长度相同的波导vWGA和hWGA利用耐高温真空胶正交胶合，以形成二维X射线多层膜波导结构并用于全息成像。


3.如权利要求1所述的全息成像方法，其特征在于确定所述的间隙的长度Lc的方法如下：设定所述的X射线多层膜波导工作在19.9keV能量下，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β和导通层厚度d的关系公式，其中k0为真空中波动向量，n1为碳膜层的折射率，ξ为亥姆霍兹方程的特征值，利用泰勒公式将此公式展开，得到厚度小量Δd与传播常数小量Δβ间的关系：



其中为波导参数，n1为碳膜层折射率，n2为钼膜层折射率，β0为所述的钼/碳非周期多层膜中处于中间位置的碳薄膜层的传播参数，d0为所述的钼/碳非周期多层膜中处于中间位置的碳薄膜层的厚度，ξ0为所述的钼/碳非周期多层膜中处于中间位置的碳薄膜层的方程特征值；
由于波导的相位与传播常数β和波导的长度l成正比，进而得到通过改变不同碳膜层的厚度来影响X射线出射的相位的方法，通过初期设定的L1的长度，进而得出第一波导层出射焦点的位置和光斑大小，并根据弗朗霍夫衍射效应，确定刻蚀长度Lc：





4.如权利要求1所述的全息成像方法，其特征在于利用直流磁控溅射方法在...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟奇，谢雨江，梁玉，
申请(专利权)人：上海米蜂激光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31