多层全内反射光学装置及其制造和使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术多层全内反射光学装置及其制造和使用方法，提供一种具有输入面和输出面的多层光学装置。该光学装置包括：具有第一实折射率1-δ1和第一吸收系数的高折射率材料层，其中，芯体包括第一表面和第二表面；具有第二实折射率1-δ2和第二吸收系数的低折射率材料层；以及设置在高折射率材料层和低折射率材料层之间的分级区，该分级区包括具有第三实折射率1-δ3和第三吸收系数的分级层，使得1-δ1>1-δ3>1-δ2，其中，高折射率材料层、分级区和低折射率层中的一个或多个的至少一部分包括沿着第一方向的一个或多个波纹。

【技术实现步骤摘要】
多层全内反射光学装置及其制造和使用方法
本专利技术大体涉及光学器件，并且更具体而言，涉及多层光学装置及其制造方法。
技术介绍
在基于X射线的成像和分析应用(诸如(但不限于)计算机断层扫描(CT)或X射线衍射)中，传统的X射线源会为成像和分析而产生足量的X射线；但是，超过99%的产生的X射线会在其中无法利用这些X射线来实现预期目的的方向中传播。未使用的X射线被源壳体或主要的X射线束准直器吸收。由于大部分产生的X射线未被用于预期目的，所以现有的X射线成像和分析应用会在被成像或分析的患者或样本处遭受不足的低X射线通量。目前，可在市场上获得的光学装置从源中捕捉典型地1%或更少的未使用的X射线，并且沿合乎需要的方向使它们重新定向。因此，即使在X射线系统中采用可在市场上获得的光学装置之后，这些X射线也仍然未被使用。用于提高患者或样本上的X射线通量的现有技术的方法和目前可用的方法依赖于提高源中产生的X射线的数量。典型地通过增加冲击目标的电子束密度来提高X射线通量。虽然这种方法提供增强的通量值，但是对于照这样能产生的最大数量存在物理限制，该物理限制是目标材料所施加的。例如，当电子冲击目标且产生X射线时，如果产生的热没有足够快速地消散，则目标将蒸发或熔化。此外，通过使用这种增强电子束密度的方法，在目标完整性受到损害之前，X射线通量可比现有技术的现状提高仅大约50%。在诸如医学CT或X射线衍射(例如，用于爆炸检测的行李扫描)的应用中，X射线束形状不是圆形对称的。在这种情况下，可通过使用多层全内反射(TIR)光学器件来提高患者或样本上的X射线通量，以使一些“未使用的”X射线重新定向到有用的方向中的一个中，诸如X射线束的圆锥方向。这样收集X射线束以及在一个方向中使其重新定向被称为一维压缩，并且可导致超过其它光学装置实现的增益超过几百倍的强度增益。在若干种情况下，例如用于减小心脏运动效果的心脏CT成像或使用X射线衍射来进行快速的行李扫描，其可具有甚至更高强度的X射线通量可为合乎需要的。因而，提供能收集X射线且在圆锥方向之外的方向中使其重新定向以及提高患者或物体上的X射线通量的强度的光学装置将是合乎需要的。
技术实现思路
在一个实施例中，提供一种具有输入面和输出面的多层光学装置。该光学装置包括：具有第一实折射率1-δ1和第一吸收系数的高折射率材料层，其中，芯体包括第一表面和第二表面；具有第二实折射率1-δ2和第二吸收系数的低折射率材料层；以及设置在高折射率材料层和低折射率材料层之间的分级区，该分级区包括具有第三实折射率1-δ3和第三吸收系数的分级层，使得1-δ1>1-δ3>1-δ2，其中，高折射率材料层、分级区和低折射率层中的一个或多个的至少一部分包括沿着第一方向的一个或多个波纹。在另一个实施例中，提供一种制造光学装置的方法。该方法包括：提供具有共形地设置的高折射率层、分级区和低折射率层的第一多层区段，其中，高折射率层、分级区和低折射率层沿着第一轴线包括一个或多个波纹，以及其中，至少一个波纹沿着第二轴线弯曲；提供具有共形地设置的高折射率层、分级区和低折射率层的第二多层区段，其中，高折射率层、分级区和低折射率层沿着第一轴线包括一个或多个波纹，以及其中，至少一个波纹沿着第二轴线弯曲；以及将第一多层区段设置在第二多层区段上，使得第一多层区段的高折射率层和第二多层区段的高折射率层设置成邻近彼此。在又一个实施例中，提供一种制造光学装置的方法。该方法包括提供多层光学装置。该多层光学装置包括：具有第一实折射率1-δ1和第一吸收系数的高折射率材料层，其中，芯体包括第一表面和第二表面；具有第二实折射率1-δ2和第二吸收系数的低折射率材料层；以及设置在高折射率材料层和低折射率材料层之间的分级区，该分级区包括具有第三实折射率1-δ3和第三吸收系数的分级层，使得1-δ1>1-δ3>1-δ2，其中，高折射率材料层、分级区和低折射率层中的一个或多个的至少一部分包括沿着第一方向的一个或多个波纹。该方法进一步包括：沿着平面移除低折射率层的至少一部分和分级区的至少一部分，以在多层中形成凹槽；以及将材料沉积在凹槽中，以形成波纹。附图说明图1是根据本技术的实施例的、具有连续的波纹的多层光学装置的透视图，多个这些波纹在扇形束方向中弯曲；图2是沿着1-1方向剖开的、具有重新定向和透射区域的图1的多层光学装置的截面图；图3是图1的多层光学装置的截面图的一部分的放大透视图，其示出了在第一方向和扇形束方向中弯曲的多层的细节；图4是图1的多层光学装置的俯视图，其显示了在扇形方向中重新定向的X射线束路径；图5是在多层的部分中具有波纹的多层光学装置的透视图，其中，波纹在扇形束方向中弯曲；图6是过滤区域设置在光学装置的输入面上的多层光学装置的透视图，其中，过滤区域配置成选择性地过滤选择的X射线能级；图7是图6的多层光学装置的截面图；以及图8是制造图1-4的多层光学装置的方法的流程图；图9是在图8的方法中使用的模板的示例的透视图；图10是使用芯体作为模板来制造多层光学装置的方法；图11是在图10的方法中用作模板的芯体的示例的透视图；以及图12是用现有的多层光学装置来制造多层光学装置的方法的示图。具体实施方式本专利技术的实施例描述了多层全内反射(TIR)光学装置，其适合于收集入射X射线且在多于一个的方向中使其重新定向。在某些实施例中，多层光学装置可配置成在两个方向中使入射X射线重新定向。在一个示例中，如关于图1-4详细描述的那样，多层光学装置可配置成在圆锥方向和扇形束方向中使入射X射线重新定向。在这个示例中，除了在圆锥方向中收集的X射线通量之外，在X射线束的扇形方向中收集的X射线通量的量会导致患者或物体上的X射线通量增加。在某些实施例中，TIR多层光学装置包括输入面和输出面。光学装置的输入面可限定为光学装置最接近辐射源的面。目标产生的X射线通过输入面而进入光学装置。输出面可限定为重新定向的X射线束通过其离开光学装置的面。光学装置包括高折射率材料层、低折射率材料层以及设置在高折射率材料层和低折射率材料层之间的分级区。高折射率材料层、分级区和低折射率层中的一个或多个的至少一部分包括沿着第一方向的一个或多个波纹。在一个实施例中，波纹中的至少一个可沿着第二方向弯曲。第二方向可大约垂直于第一方向。第二方向可为扇形束方向，并且垂直于第一方向和X射线束离开光学装置的输出面的圆锥的方向。波纹可相对于光学装置的中轴线向外弯曲。可基于X射线能级、光学装置的大小、光学装置和X射线源之间的距离来决定弯曲波纹的曲率。如本文所用，用语“第一方向”指的是沿着光学装置的输入面的方向。虽然方向朝向是相对的，就像本领域技术人员采用以及本文使用的惯例，但用语“扇形束方向”指的是水平方向。如下面关于图1所描述的那样，扇形束方向是平行于大体由图1的参考标号26表示的方向的方向。如本文所用，用语“圆锥方向”指的是垂直于扇形束方向的方向。如下关于图1所描述的那样，圆锥方向是平行于大体由图1中的参考标号方向30表示的方向的竖直方向。在一些实施例中，多层光学装置可包括在邻接的层中分别同时具有高的和低的X射线吸收属性的交替的折射率较低的材料和折射率较高的材料。通过在邻接的层中使用分别同时具有高的和低的X射线吸收属本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有输入面和输出面的多层光学装置，所述光学装置包括：具有第一实折射率1？δ1和第一吸收系数？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？的高折射率材料层，其中，所述芯体包括第一表面和第二表面；具有第二实折射率1？δ2和第二吸收系数的低折射率材料层；以及设置在所述高折射率材料层和所述低折射率材料层之间的分级区，所述分级区包括具有第三实折射率1？δ3和第三吸收系数的分级层，使得1？δ1？>？1？δ3？>？1？δ2，其中，所述高折射率材料层、所述分级区和所述低折射率层中的一个或多个的至少一部分包括沿着第一方向的一个或多个波纹。2012102623900100001dest_path_image002.jpg,2012102623900100001dest_path_image004.jpg,2012102623900100001dest_path_image006.jpg

【技术特征摘要】
2011.07.29 US 13/1943461.一种具有输入面和输出面的多层光学装置，所述光学装置包括：具有第一实折射率1-δ1和第一吸收系数的高折射率材料层；具有第二实折射率1-δ2和第二吸收系数的低折射率材料层；以及设置在所述高折射率材料层和所述低折射率材料层之间的分级区，所述分级区包括具有第三实折射率1-δ3和第三吸收系数的分级层，使得1-δ1>1-δ3>1-δ2，其中，所述高折射率材料层、所述分级区和所述低折射率材料层中的一个或多个的至少一部分包括沿着第一方向的一个或多个波纹。2.根据权利要求1所述的多层光学装置，其中，至少一个波纹沿着第二方向弯曲。3.根据权利要求2所述的多层光学装置，其中，所述第二方向大约垂直于所述第一方向。4.根据权利要求2所述的多层光学装置，其中，所述第一方向是扇形束方向。5.根据权利要求2所述的多层光学装置，其中，所述波纹相对于所述光学装置的中轴线在所述第二方向中向外弯曲。6.根据权利要求1所述的多层光学装置，其中，所述高折射率材料层、所述分级区和所述低折射率材料层共形地设置。7.根据权利要求1所述的多层光学装置，包括两个或更多个多层区段，各个多层区段具有高折射率材料层、低折射率材料层和设置在所述高折射率材料层和所述低折射率材料层之间的分级区，其中，所述多层区段的所述高折射率材料层的两个设置成邻近彼此，以形成芯体。8.根据权利要求1所述的多层光学装置，包括两个或更多个多层区段，其中，所述两个或更多个多层区段具有共同的高折射率材料层。9.根据权利要求1所述的多层光学装置，其中，所述高折射率材料层的至少一部分包括芯体，其中，所述分级区设置在所述高折射率材料层的至少一部分上，并且所述低折射率材料层设置在所述分级区的至少一部分上。10.根据权利要求9所述的多层光学装置，包括共形地设置在所述芯体的第一表面上的第一分级区，以及共形地设置在所述芯体的第二表面上的第二分级区，其中所述第一表面与所述第二表面相对。11.根据权利要求1所述的多层光学装置，其中，所述一个或多个波纹在所述第一方向中包括连续的波纹。12.根据权利要求1所述的多层光学装置，其中，所述高折射率材料层、所述分级区和所述低折射率材料层中的一个或多个的至少一部分包括沿着第一方向的一个或多个非波纹部分，其中，所述一个或多个波纹中的至少一个和所述一个或多个非波纹部分中的至少一个包括相同或不同的材料。13.根据权利要求12所述的多层光学装置，其中，所述波纹包括折射率比所述非波纹部分的材料相对更高的材料。14.根据权利要求12所述的多层光学装置，其中，所述波纹包括折射率比所述非波纹部分的材料相对更低的材料。15.根据权利要求1所述的多层光学装置，进一步包括设置在所述光学装置的所述输入面上的过滤区域，其中，所述过滤区域配置成从入射在所述多层光学装置上的X...

【专利技术属性】
技术研发人员：SM李，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：