一种小角制造技术

本发明专利技术属于精密光学测量仪器相关技术领域，并公开了一种小角

【技术实现步骤摘要】
一种小角X射线散射仪器准直系统结构参数的优化方法


[0001]本专利技术属于精密光学测量仪器相关
，更具体地，涉及一种小角
X
射线散射仪器准直系统结构参数的优化方法
。

技术介绍

[0002]小角
X
射线散射技术
(SAXS)
是在纳米尺度
(1
～
100nm)
上研究物质结构的主要方法之一，适用于粉体颗粒
、
高分子聚合物
、
纳米复合材料
、
胶体
、
生物大分子
、
半导体等样品的微结构测量，在生物学
、
材料学
、
化学
、
物理学
、
半导体工业等领域具有广阔的应用前景
。
[0003]目前，同步辐射光源所发出的
X
射线具备高亮度
、
高准直性等特点，在同步辐射光源上进行的
SAXS
实验往往具有更好的效果
。
但是同步辐射光源的建设占地面积极大，相应设备体积大
、
价格高
、
难维护，其实验机会在国内外都属于紧缺资源，不具备广泛应用到集成电路测量
、
医学
、
生物学等学科的条件
。
在实验室级
SAXS
仪器设计相关的研究中，准直系统的优化设计是最为重要的部分之一
。
准直系统不仅定义了抵达样品的
X
射线束的特性，还约束了
X
射线主光束的发散度，从而定义了仪器可达到的最低散射角，最终影响仪器的整体性能参数
。
小角度
X
射线散射仪射线束的参数包括光束光斑直径
、
光束发散度
、
光通量
、
以及可测量纳米结构周期范围等，是准直系统优化设计中需要约束的主要参数
。
[0004]目前，常用的准直系统优化方法以准直系统的简单几何模型为基础，在限定较多参数的情况下通过解析的方法获得待优化参数的最优值
。
常用优化方法存在以下缺陷：这一优化设计过程完全忽略了
X
射线束包括光强分布
、
光束发散度在内的光束特征，缺乏足够的灵活性；基于简单几何模型计算得出的光束特性与实际光束特性存在一定差异，难以满足更加精细
、
准确的准直系统设计要求
。
为此，发展新的小角度
X
射线准直系统设计方法具有十分重要的意义
。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种小角
X
射线散射仪器准直系统结构参数的优化方法，解决了传统小角度
X
射线散射仪的准直系统结构参数优化设计准确度低
、
准直系统性能释放差的问题
。
[0006]为实现上述目的，按照本专利技术，提供了一种小角
X
射线散射仪器准直系统结构参数的优化方法，该方法包括下列步骤：
[0007]S1
构建散射仪器准直系统的仿真模型并设定该仿真模型的初始结构参数，该仿真模型中包括从前到后依次设置的光源
、
汇聚光的光学器件
、
狭缝组和探测器；
[0008]S2
设定所述光源的位置，以该光源为原点构建几何坐标并在该几何坐标系中构建从所述光源发射出的光子，模拟光子依次穿过汇聚光的光学器件和狭缝组最终落在所述探测器表面网面上的过程，确定在所述探测器表面网面的每个栅格中光子的数量；
[0009]S3
构建所述准直系统结构参数的评价体系，以准直系统的结构参数作为输入，所述评价体系为优化目标构建优化模型，求解该优化模型对应的最优结构参数，以此实现准
直系统结构参数的优化
。
[0010]进一步优选地，在步骤
S2
中，所述确定在所述探测器表面网面的每个栅格中光子的数量按照下列步骤进行：
[0011]S21
获取在光源处的每个光子在所述几何坐标系中的坐标，并根据所述初始的结构参数设定光源处光子的光子能量和重量；
[0012]S22
随机生成在所述探测器处的光子，构建从光源处指向探测器处的光子向量；
[0013]S23
在所述几何坐标系中确定所述狭缝组的位置以及狭缝开口的大小，利用所述光子向量宇所述狭缝开口的位置关系判断所述光源处光子是否被所述狭缝组阻挡；
[0014]S24
根据
S23
判断的结构确定落在所述探测器表面栅格中光子的数量和重量
。
[0015]进一步优选地，在步骤
S21
中，所述从光源发射出的光子满足预设光斑大小和高斯分布
。
[0016]进一步优选地，在步骤
S21
中，所述光源处的光子采用蒙特卡洛方法的方法生成，其在几何坐标系中的坐标按照下列进行：
[0017][0018][0019][0020][0021]其中，
F
x
和
F
y
分别为光子在光源处
X、Y
两个方向的光子坐标分布，
a
xi
为分布
F
x
中第个高斯分布的幅值参数，
μ
xi
为分布
F
x
中第个高斯分布的位置参数，
σ
xi
为分布
F
x
中第个高斯分布的尺度参数，
a
yj
为分布
F
y
中第个高斯分布的幅值参数，
μ
yj
为分布
F
y
中第个高斯分布的位置参数，
σ
yj
为分布
F
y
中第个高斯分布的尺度参数，光子坐标的总数目为
N
，是可以自由设定的整数，
K
xi
为分布
F
x
中第个高斯分布对应的光子坐标数，
K
yj
为分布
F
y
中第个高斯分布对应的光子坐标数
。
[0022]进一步优选地，在步骤
S22
中，所述探测器处的光子坐标按照下列关系式进行：
[0023][0024][0025][0026][0027]其中，
F
xdet
为光子在探测器处
X
方向的坐标分布，
F
ydet
为光子在探测器处
Y
方向的坐标分布，
δ
xi
对应分布本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种小角
X
射线散射仪器准直系统结构参数的优化方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：
S1
构建散射仪器准直系统的仿真模型并设定该仿真模型的初始结构参数，该仿真模型中包括从前到后依次设置的光源
、
汇聚光的光学器件
、
狭缝组和探测器；
S2
设定所述光源的位置，以该光源为原点构建几何坐标并在该几何坐标系中构建从所述光源发射出的光子，模拟光子依次穿过汇聚光的光学器件和狭缝组最终落在所述探测器表面网面上的过程，确定在所述探测器表面网面的每个栅格中光子的数量；
S3
构建所述准直系统结构参数的评价体系，以准直系统的结构参数作为输入，所述评价体系为优化目标构建优化模型，求解该优化模型对应的最优结构参数，以此实现准直系统结构参数的优化
。2.
如权利要求1所述的一种小角
X
射线散射仪器准直系统结构参数的优化方法，其特征在于，在步骤
S2
中，所述确定在所述探测器表面网面的每个栅格中光子的数量按照下列步骤进行：
S21
获取在光源处的每个光子在所述几何坐标系中的坐标，并根据所述初始的结构参数设定光源处光子的光子能量和重量；
S22
随机生成在所述探测器处的光子，构建从光源处指向探测器处的光子向量；
S23
在所述几何坐标系中确定所述狭缝组的位置以及狭缝开口的大小，利用所述光子向量宇所述狭缝开口的位置关系判断所述光源处光子是否被所述狭缝组阻挡；
S24
根据
S23
判断的结构确定落在所述探测器表面栅格中光子的数量和重量
。3.
如权利要求2所述的一种小角
X
射线散射仪器准直系统结构参数的优化方法，其特征在于，在步骤
S21
中，所述从光源发射出的光子满足预设光斑大小和高斯分布
。4.
如权利要求3所述的一种小角
X
射线散射仪器准直系统结构参数的优化方法，其特征在于，在步骤
S21
中，所述光源处的光子采用蒙特卡洛方法的方法生成，其在几何坐标系中的坐标按照下列进行：的坐标按照下列进行：的坐标按照下列进行：的坐标按照下列进行：其中，
F
x
和
F
y
分别为光子在光源处
X、Y
两个方向的光子坐标分布，
a
xi
为分布
F
x
中第个高斯分布的幅值参数，
i
＝
1,2,3,
…
,n,
μ
xi
为分布
F
x
中第个高斯分布的位置参数，
σ
xi
为分布
F
x
中第个高斯分布的尺度参数，
a
yj
为分布
F
y
中第个高斯分布的幅值参数，
j
＝
1,2,3,
…
,m,
μ
yj
为分布
F
y
中第个高斯分布的位置参数，
σ
yj
为分布
F
y
中第个高斯分布的尺度参数，光子坐标
的总数目为
N
，是可以自由设定的整数，
K
xi
为分布
F
x
中第个高斯分布对应的光子坐标数，
K
yj
为分布
F
y
中第个高斯分布对应的光子坐标数
。5.
如权利要求2或4所述的一种小角
X
射线散射仪...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈修国，刘章勇，许志冕，刘世元，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：