专利名称：X射线双频全息干涉仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及X射线干涉仪，特别是一种X射线双频全息干涉仪，主要用于各种球面反射镜、激光等离子体的高精密检测。
背景技术：
如我们所知道的，任何一个成像系统，它的分辨率和波长成反比，为了获得高的分辨率，总是寻求短的波长，于是发明了电子显微镜，尽管电子的德布罗意波长很短，但它穿透样品的能力很差。为了克服这种不足，人们采用X射线作为照明源。
近年来，由于同步辐射、激光等离子体X射线以及微光学元件等的快速发展，X射线全息术以及X射线干涉技术也取得了许多长足的进步。目前使用的X射线干涉仪有两种类型，一种是由三块近完美的晶体平行放置，形成一个干涉仪，如图1所示，它由七部分组成同步辐射源1，硅单晶片2，3，4，待测样品5，相移器6和探测器7。同步辐射源1出射的X射线，经第一块硅单晶片2后，产生±一级衍射，其中负一级衍射经相移器6以后，进入到第二块单晶片3，再产生衍射，由单晶片3产生的负一级衍射经过待测样品5，与硅单晶片3产生的正一级衍射，进入到硅单晶片4上，再一次产生衍射形成干涉条纹。
Momose小组采用这种干涉仪进行了相衬层析方面的工作(参见在先技术A.Momose etal.，Hitachi Review，1999，Vol.48，No.3，2314-2317)。将物样旋转，并在不同方向上获得其干涉图样，利用Tsukuba Photon Factory的同步辐射光源对人体的乳房、肝以及肾的癌变组织进行成像，他们在密度变化上得到了10-9g/cm3量级的分辨率。由于其灵敏度十分高，X射线干涉仪要求具有高度的完美的晶体准直度和机械稳定性。在一块单晶上制作成这种干涉仪可以获得极佳的实验效果，但晶体的尺寸有限也限制了分析物样的大小。
最近Marchall Joy等人在马歇尔空间飞行中心建立了一台掠入射X射线干涉仪，如图2所示，它是一个改进型的阳氏双缝干涉仪，由九部分组成X射线源1、狭缝8、滤光器9、双狭缝10和4个平面反射镜11、12、13、14、一个探测器7(CCD)，其工作原理完全类似于双缝干涉仪。这种干涉仪显然结构庞大，在天文物理上有着广阔的应用范围，但在实验室检测是无能为力的。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对上述在先技术中的缺点，提供一种双频X射线全息干涉仪，即用两个波长进行两次曝光的全息干涉仪。
本发明的基本原理如下设物光波O1的振幅为1，其在全息干板H上的位相分布为 参考光波R为波长λ1的平面波，与全息干板法向夹角为θ1，于是，在全息干板上的振幅分布U(x,y)=exp[i2πλ1φ(x,y)]+exp[i2πλ1xsinθ1]--(1)]]>强度分布则为I(x,y)=U(x,y)·U*(x,y)]]>=2+exp{i2πλ1[φ(x,y)-xsinθ1]}+exp{-i2πλ1[φ(x,y)-xsinθ1]}--(2)]]>假设曝光、显影符合线性条件，则经过处理后的全息图透过率函数与式(2)成正比，而用另一种工作波长λ2的第二次曝光所得到的强度分布与式(2)相似，只是式中的λ1和θ1应分别用λ2和θ2代替。两次曝光可以同时进行，也可以依次进行。这样，最后在全息干板上得到的强度分布为I(x,y)=2+exp{i2πλ1[φ(x,y)-xsinθ1]}+exp{-i2πλ1[φ(x,y)-xsinθ1]}]]>+{2+exp[i2πλ2(φ(x,y)-xsinθ2)]+exp[-i2πλ2(φ(x,y)-xsinθ2]}]]>=4+exp[i2πλ1(φ(x,y)-xsinθ1)]+exp[-i2πλ1(φ(x,y)-xsinθ1)]]]>+exp[i2πλ2(φ(x,y)-xsinθ2)]+exp[-i2πλ2(φ(x,y)-xsinθ2)]--(3)]]>在双曝光法中，仍然假设曝光、显影符合线性记录条件，则经过处理后的全息图透过率函数与式(3)成正比。假如全息图用一平面波照明，并且如果θ1和θ2选择合适，使空间滤波器能够只让式(3)中的第二项和第四项通过。这两项叠加的结果，由简单的运算得到其强度分布(略去不重要的常量因子)为I(x,y)=1+cos2π{φ(x,y)(1λ1-1λ2)+x(sinθ2λ2-sinθ1λ1)}--(4)]]>假如全息图用波长为λ3的两个平面波照明，一个照明波的入射角为θ3，另一个为θ4，则根据式(3)，通过全息图后的振幅分布中有下列两项exp{i2π[1λ1φ(x,y)+x(sinθ3λ3-sinθ1λ1)]}--(5)]]>exp{i2π[1λ2φ(x,y)+x(sinθ4λ4-sinθ2λ2)]}--(6)]]>若θ1，θ2，θ3和θ4选择得合适，就可以用空间滤波器把由式(5)和式(6)表示的两个振幅分布项和其它项分离开。经过滤波器后的这两项分量叠加后得到的强度分布，根据相似的计算，有I(x,y)=1+cos2π[φ(x,y)(1λ1-1λ2)+x(sinθ2λ2-sinθ1λ1+sinθ3-sinθ4λ3)]--(7)]]>总之，结果都可视为等效波长λeq相干的结果，其中λeq=|λ1·λ2λ2-λ1|.]]>若是采用共轭波重构时，上述等效波长应为λeq=λ1λ2λ1+λ2]]>当λ1≈λ2时，等效波长比原波长小一倍，所以灵敏度能提高近一倍。
本发明的技术解决方案是一种X射线双频全息干涉仪，其特征在于它包括X射线源、微波带片、小孔光阑、探测器和计算机，所说的微波带片是一块直径为1mm，波带数大于500的能对X射线进行聚焦的微光学元件；所说的小孔光阑置于由微波带片产生一级X射线衍射的焦点处；所说的探测器是一个能接受软X射线的电荷耦合器；所说的计算机用来实施重构X射线全息图。
所说的X射线源是一台同步辐射源。
所说的小孔光阑是一块直径为10μm的小孔。
根据所述的X射线双频全息干涉仪进行测试的方法，包括下列步骤①将待测样品和小孔光阑并列放置；②通过同步辐射源选择第一次曝光波长进行曝光当硬X射线进入到微波带片以后，被微波带片衍射所产生的一级焦点位于小孔光阑内，除了部分零级波透过微波带片以外，其它波长的X射线被小孔光阑阻挡，而透过微波带片的零级X射线照明待测样品以后，被样品衍射成为物波，而通过小孔光阑的一级衍射波成为参考波。参考波和物波相遇在探测器上形成全息图；
③通过同步辐射源选择第二次曝光波长进行曝光；④计算机对两次曝光所获得的两张全息图进行重构，就可以获得待测样品的位相信息。
本发明的X射线双频全息干涉仪与在先技术相比，它可以测量样品的位相信息，灵敏度可以调整，是其它任何一种全息干涉仪所不能比拟的，最高灵敏度可比一般同波长的干涉仪高两倍，在特殊情况，它的灵敏度可以大大降低，根据实际需要决定灵敏度。
图1在先技术中的平板晶体干涉仪。
图2在先技术中所使用的掠入射阳氏双缝干涉仪。
图3本发明的双频X射线全息干涉仪示意图。
具体实施例方式图3是本发明的双频X射线全息干涉仪实施例示意图，由五部分组成X射线源1、微波带片15、小孔光阑16、探测器7和计算机18。
所说的X射线源1是一台同步辐射源。
所说的微波带片15是一块直径为1mm，波带数大于500的能对X射线进行聚焦的微光学元件。
所说的小孔光阑16，是一块直径为10μm的小孔，它置于由波带片15产生一级X射线衍射的焦点处。
所说的探测器7，是一个能接受软X射线电荷耦合器及CCD。
所说的计算机18是一台能用来实施重构X射线全息图的计算机。
测试时，将待测样品17，可能含生物样品，与小孔光阑16并列放置。
我们知道同步辐射源是一台宽频源输出，从远红外直到硬X射线。在X射线波段调整两块硅单晶片的角度就可以选择曝光波长，在第一次曝光时，选择一个波长为1.51，第二次曝光时，选择1.50进行再次曝光。
当硬X射线1进入到微波带片15以后，被微波带片15所衍射产生的一级焦点位于小孔光阑16内，除了部分零级波透过微波带片15以外，其它波长的X射线被小孔光阑16阻挡，而透过微波带片15的零级X射线照明待测样品17以后，被样品17衍射成为物波，而通过小孔光阑16的一级衍射波成为参考波。参考波和物波相遇在探测器上，形成全息图。选择第二次曝光波长，同样又可形成另一全息图；计算机将两次曝光获得的两张全息图进行重构，就可以获得待测样品的位相信息。
权利要求
1.一种X射线双频全息干涉仪，其特征在于它包括X射线源(1)、微波带片(15)、小孔光阑(16)、探测器(7)和计算机(18)，所说的微波带片(15)是一块直径为1mm，波带数大于500的能对X射线进行聚焦的微光学元件；所说的小孔光阑(16)置于由波带片(15)产生一级X射线衍射的焦点处；所说的探测器(7)是一个能接受软X射线的电荷耦合器；所说的计算机(18)用来实施重构X射线全息图。
2.根据权利要求1所述的X射线双频全息干涉仪，其特征在于所说的X射线源(1)是一台同步辐射源。
3.根据权利要求1所述的X射线双频全息干涉仪，其特征在于所说的小孔光阑(16)是一块直径为10μm的小孔。
4.根据权利要求1或2或3所述的X射线双频全息干涉仪进行测试的方法，其特征在于包括下列步骤①.将待测样品(17)和小孔光阑(16)并列放置；②.通过同步辐射源选择第一次曝光波长进行曝光当硬X射线(1)进入到微波带片(15)以后，被微波带片(15)所衍射产生的一级焦点位于小孔光阑(16)内，除了部分零级波透过微波带片(15)以外，其它波长的X射线被小孔光阑(16)阻挡，而透过微波带片(15)的零级X射线照明待测样品(17)以后，被样品衍射成为物波，而通过小孔光阑(16)的一级衍射波成为参考波，参考波和物波相遇在探测器上形成全息图；③.通过同步辐射源选择第二次曝光波长进行曝光；④.计算机(18)对两次曝光所获得的两张全息图进行重构，就可以获得待测样品(17)的位相信息。
全文摘要
一种X射线双频全息干涉仪，其特征在于它包括X射线源、微波带片、小孔光阑、探测器和计算机，所说的微波带片是一块直径为1mm，波带数大于500的能对X射线进行聚焦的微光学元件；所说的小孔光阑，置于由微波带片产生一级X射线衍射的焦点处；所说的探测器是一个能接受软X射线的电荷耦合器；所说的计算机用来实施重构X射线全息图。本发明的灵敏度可以调整，最高可为同波长普通干涉仪的两倍。
文档编号G01M11/00GK1542400SQ20031010848
公开日2004年11月3日 申请日期2003年11月7日 优先权日2003年11月7日
发明者陈建文, 高鸿奕, 谢红兰, 李儒新, 徐至展 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所