优化发散度与光通量的双狭缝准直系统及其设计方法与流程

本发明涉及用于光学系统的双狭缝准直，具体涉及优化发散度与光通量的双狭缝准直系统及其设计方法。

背景技术：

1、通常的x射线光源的发散角很大，比如常规的铜靶x光管的发散角一般为12°甚至更高，然而几乎所有的x射线工业应用中均要求较小的发散度光源，这一对现实矛盾是x射线器材设计过程中不得不面对的现实问题。现有设计中常用准直或者聚焦光路处理得到较小发散角的x射线。利用狭缝卡光实现较小发散度的x射线是设计x射线光路时的一种常见方案，在此基础上，也产生了应用双狭缝降低x射线发散度的技术方案。基于狭缝卡光的技术方案，一般是在光路上安装铅制狭缝获得仅从狭缝通过的有限发散角的x射线。基于这一原理，我们可以明确地得知一个定性的结论：获得较小的发散角意味着使用较小的狭缝，从而导致较少的x射线通过，即发散角越小往往也意味着x射线的光通量越小。对于双狭缝的方案，这一定性结论仍然适用。

2、然而具体应用中，我们一般希望到达样品的x射线足够强或者尽可能强，从而得到更好的成像性能；另一方面也希望x射线具有更小的发散角来提高成像质量。换言之，实际应用中，一般希望较小的发散角的同时具有尽可能大的光通量。可见在双狭缝准直的技术方案中，就发散角与光通量而言，系统设计往往与最终目标之间存在矛盾，难以给出合适的设计方案同时兼顾两者。

技术实现思路

1、鉴于现有的双狭缝准直系统设计难以兼顾x射线光通量与发散度的问题，本发明提供一种优化发散度与光通量的双狭缝准直系统及其设计方法。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种优化发散度与光通量的双狭缝准直系统设计方法，包括如下步骤：

4、ss1、初步确定外围参数；确定双狭缝准直系统的狭缝一到光源的间距，初步确定狭缝一开度、狭缝二开度；

5、ss2、设计狭缝间距；改变狭缝间距获得不同间距对应的发散角值以及在样品处的光源强度占比值，非线性拟合得到狭缝间距-发散角曲线以及狭缝间距-光源强度占比曲线；根据光强越大和发散角越小的原则，取曲线斜率变化折中的参数值区间，在该区间内确定狭缝间距；分别取合适斜率的直线截取相应的曲线获得狭缝间距的两组不同区间，取两组不同区间的重合部分确定为狭缝间距的设计区间，在该设计区间内确定狭缝间距；

6、ss3、设计狭缝开度；给定狭缝间距并暂定狭缝一开度略大于狭缝二开度；改变狭缝二开度得到不同开度取值下的对应的发散角曲线与光源强度占比曲线，依据不同宽度取值下的对应的发散角曲线与光源强度占比曲线确定狭缝二开度的设计区间，在该设计区间内确定狭缝二开度。

7、优选地，所述s2设计狭缝间距步骤中，分别取合适斜率的直线截取相应的曲线获得狭缝间距的两组不同区间的过程为：

8、截不同间距取值下的对应的发散角曲线的直线为第一斜截线；在发散角范围内取一发散角目标值diva，在发散角曲线中确定发散角目标值diva对应的点(d2a,diva)，该目标点处的切线斜率作为第一斜截线的斜率，第一斜截线平移得到与发散角曲线相交的两交点，交点之间的范围为狭缝间距的第一区间；

9、截不同间距取值下的对应的光源强度占比曲线的直线为第二斜截线；在发散角范围内取一光源强度占比目标值pera，在光源强度占比曲线中确定光源强度占比目标值perb对应的点(d2b,perb)，该目标点处的切线斜率作为第二斜截线的斜率，第二斜截线平移得到与发散角曲线相交的两交点，交点之间的范围为狭缝间距的第二区间；

10、取第一区间与第二区间的重叠部分为狭缝间距的设计区间。

11、优选地，所述第一斜截线的平移起点经过点(d2a,diva)，所述第二斜截线的平移起点经过点(d2b,perb)；所述第一斜截线与所述第二斜截线沿所述狭缝间距所在轴平移的距离相等。

12、优选地，所述非线性拟合得到狭缝间距-发散角曲线以及狭缝间距-光源强度占比曲线中所使用的拟合模型为y＝a*x^b，其中a，b为系数，且b小于0。

13、优选地，还包括位于ss3设计狭缝开度步骤之后的ss4狭缝间距校验步骤；

14、ss4、狭缝间距校验；重复ss2设计狭缝间距步骤，对ss3设计狭缝开度步骤中确定了狭缝二开度后的结果进行二次校验，若此时在改变狭缝间距d2的情况下，仍能取得预期的发散角以及光源强度占比，保留设计结果，否则在已有结果的基础上，重复ss2设计狭缝间距步骤与ss3设计狭缝开度步骤。

15、优选地，所述ss3设计狭缝开度步骤中，依据不同宽度取值下的对应的发散角曲线与光源强度占比曲线确定狭缝二开度的设计区间的过程为：当要求的发散角范围所对应的狭缝二开度的范围与光通量范围所对应的狭缝二开度的范围之间存在重叠部分时，将重叠部分作为狭缝的设计时的设计区间。

16、本发明还提供一种优化发散度与光通量的双狭缝准直系统，包括沿光路设置的第一狭缝与第二狭缝，其特征在于，所述第一狭缝距光源的距离为10cm，所述第一狭缝与所述第二狭缝之间的间距为40cm-80cm，所述第二狭缝宽度为0.012cm-0.016cm。

17、优选地，所述第一狭缝的开度与所述第二狭缝的开度相等。

18、本发明的优化方法通过分步优化兼顾了发散角与光通量需求，简化了双狭缝准直系统的优化设计思路，并且通过合适的拟合方法与区间确定方法实现了平衡小发散角需求与大光通量需求之间的矛盾，从而在不改变光源的情况下，提供了更平衡的x射线成像效果，在准直系统的同时，保证了小发散度和高光子传输效率的双重目标，提高了测量效率和分辨率。

技术特征：

1.一种优化发散度与光通量的双狭缝准直系统设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的优化发散度与光通量的双狭缝准直系统设计方法，其特征在于，所述s2设计狭缝间距步骤中，分别取合适斜率的直线截取相应的曲线获得狭缝间距的两组不同区间的过程为：

3.如权利要求2所述的优化发散度与光通量的双狭缝准直系统设计方法，其特征在于，所述第一斜截线的平移起点经过点(d2a,diva)，所述第二斜截线的平移起点经过点(d2b,perb)；所述第一斜截线与所述第二斜截线沿所述狭缝间距所在轴平移的距离相等。

4.如权利要求1所述的优化发散度与光通量的双狭缝准直系统设计方法，其特征在于，所述非线性拟合得到狭缝间距-发散角曲线以及狭缝间距-光源强度占比曲线中所使用的拟合模型为y＝a*x^b，其中a，b为系数，且b小于0。

5.如权利要求1所述的优化发散度与光通量的双狭缝准直系统设计方法，其特征在于，还包括位于ss3设计狭缝开度步骤之后的ss4狭缝间距校验步骤；

6.如权利要求1所述的优化发散度与光通量的双狭缝准直系统设计方法，其特征在于，所述ss3设计狭缝开度步骤中，依据不同宽度取值下的对应的发散角曲线与光源强度占比曲线确定狭缝二开度的设计区间的过程为：当要求的发散角范围所对应的狭缝二开度的范围与光通量范围所对应的狭缝二开度的范围之间存在重叠部分时，将重叠部分作为狭缝的设计时的设计区间。

7.一种优化发散度与光通量的双狭缝准直系统，包括沿光路设置的第一狭缝与第二狭缝，其特征在于，所述第一狭缝距光源的距离为10cm，所述第一狭缝与所述第二狭缝之间的间距为40cm-80cm，所述第二狭缝宽度为0.012cm-0.016cm。

8.如权利要求7所述的优化发散度与光通量的双狭缝准直系统，其特征在于，所述第一狭缝的开度与所述第二狭缝的开度相等。

技术总结
本发明涉及一种优化发散度与光通量的双狭缝准直系统及其设计方法，该设计方案在初步确定外围参数后设计狭缝间距；改变狭缝间距获得不同间距对应的发散角值以及在样品处的光源强度占比值，使用曲线分别拟合得到狭缝间距‑发散角曲线以及狭缝间距‑光源强度占比曲线；分别取合适斜率的直线截取相应的曲线获得狭缝间距的两组不同区间，取两组不同区间的重合部分确定为狭缝间距的设计区间，在该设计区间内确定狭缝间距；然后设计狭缝开度。该优化方法通过合适的拟合方法与区间确定方法实现了平衡小发散角需求与大光通量需求之间的矛盾，从而在不改变光源的情况下，提供了更平衡的X射线成像效果。

技术研发人员：侯发诚,邱亮,宁壮,俞赛云
受保护的技术使用者：安徽国科仪器科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/8