X射線聚焦仿真
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-20
X射線聚焦仿真的實例教程
高能光子(X射線)的使用已成為許多醫療和同步加速器應用的共同特點。與可見光譜中的光不同，X射線與大多數物質僅發生微弱的相互作用，這使得聚焦元件的設計比波長譜的其他部分更具挑戰性。下面我們展示了兩種解決此任務的方法，即使用復合透鏡和在掠入射下的橢圓反射鏡。使用建模和設計軟件VirtualLab Fusion對這些系統進行快速物理光學仿真，使我們能夠在焦距和測量光斑尺寸的基礎上研究它們的性能。
用于X射線聚焦的復合折射透鏡
復合折射透鏡由數十或數百個獨立的圓柱透鏡組成，用于一維或二維聚焦X射線場。
用于X射線束的掠入射聚焦鏡
Kirkpatrick-Baez (KB)反射鏡將掠入射的X射線場聚焦成一個納米尺度的光斑。在這個用例中，演示了這種 KB 反射鏡系統的建模和評價。
展開 摘要
掠入射反射光學元件在X射線光路中廣泛使用，特別是Kirkpatrick-Baez（KB）橢圓反射鏡系統。（A. Verhoeven, et al., Journal of Synchrotron Radiation 27.5 (2020): 1307-1319）聚焦是通過使用兩個物理分離的橢圓反射鏡聚焦二維光束來實現的。進入系統的X射線可以通過系統聚焦到納米尺度大小的光斑。該系統在VirtualLab Fusion中進行了建模和仿真，并計算了焦點位置的電場。
建模任務
分析設計橢圓反射鏡（1）
分析設計橢圓反射鏡（2）
分析設計橢圓反射鏡（3）
焦平面上的能量密度和電場
軟件界面
VirtualLab Fusion操作流程
設置輸入高斯場
- 基本光源模式（教學視頻）
設置組件的位置和方向
- LPD II 位置和方向 （教學視頻）
可編程的橢圓界面
- 如何使用可編程界面和示例 （球面）（應用案例）
VirtualLab Fusion技術
文檔信息
拓展閱讀
- 用于x射線成像的單光柵干涉儀
展開 消色差(achromatic)透鏡由具有不同色散能力的兩個透鏡組成，可將兩個不同波長的光聚焦到同一點，從而在一定波長范圍內達到消色差效果。
復消色差(apochromatic) 透鏡可以認為是消色差透鏡的改進版，色偏移曲線是三次方程，可將三個不同波長的光聚焦到一點，使消色差的波長范圍提升數倍，見圖1。
圖1：X射線復消色差聚焦原理：折射透鏡和菲涅爾波帶片以特定間隔前后放置，色差相互糾正，三種不同的能量/波長的X射線可同時聚焦于點F。
在可見光領域，消色差和復消色差透鏡存在已有百年之久。而在X射線領域，直到2022年世界上首個消色差透鏡才剛剛問世。本文報道了該研究團隊在消色差透鏡的工作基礎上，使用滿足特殊條件的菲涅爾波帶片 (FZP) 和復合折射透鏡 (CRL)，成功研制的世界上首個X射線復消色差透鏡系統。實驗顯示，該復消色差透鏡在7 keV到12 keV的能量范圍內表現出良好的消色差效果，相比消色差透鏡，消色差范圍提高了四倍，可以更廣泛地應用于折射和衍射透鏡的色差校正。
該研究開發的復消色差X射線透鏡系統由兩個相互獨立的光學元件組成：一個是雙光子聚合3D打印技術制造的復合折射透鏡，另一個是通過電子束光刻和金電鍍制造的菲涅爾波帶片，見圖2。
圖2. X射線復消色差透鏡的組成部分。a）3D打印的發散型CRL置于250納米厚的氮化硅膜上的光學顯微鏡圖像；b）復合折射透鏡和c）45度視角的波帶片的掃描電子顯微鏡圖像；d）復合折射透鏡（左下角）與火柴棒的對比。
展開 摘要
掠入射反射光學在x射線束線中得到了廣泛的應用，特別是在Kirkpatrick-Baez橢圓鏡系統中 [A. Verhoeven, et al., Journal of Synchrotron Radiation 27.5 (2020): 1307-1319]。使用兩個物理上分離的橢圓鏡聚焦光束的兩個維度即可完成聚焦。系統可以將入射的X射線聚焦到納米級的光斑尺寸。該系統在VirtualLab Fusion中構建，并對焦場進行了計算。
建模任務
橢圓鏡的解析設計
橢圓鏡的解析設計
橢圓鏡的解析設計
焦面的電場與能量密度
走進VirtualLab Fusion
VirtualLab Fusion中的工作流程
VirtualLab Fusion技術
文件信息
延伸閱讀
-用于X射線成像的單光柵干涉儀
展開 摘要
掠入射反射光學在x射線束線中得到了廣泛的應用，特別是在Kirkpatrick-Baez橢圓鏡系統中 [A. Verhoeven, et al., Journal of Synchrotron Radiation 27.5 (2020): 1307-1319]。使用兩個物理上分離的橢圓鏡聚焦光束的兩個維度即可完成聚焦。系統可以將入射的X射線聚焦到納米級的光斑尺寸。該系統在VirtualLab Fusion中構建，并對焦場進行了計算。
建模任務
橢圓鏡的解析設計
橢圓鏡的解析設計
橢圓鏡的解析設計
焦面的電場與能量密度
走進VirtualLab Fusion
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掠入射反射光學元件在X射線光路中廣泛使用，特別是Kirkpatrick-Baez（KB）橢圓反射鏡系統。（A. Verhoeven, et al., Journal of Synchrotron Radiation 27.5 (2020): 1307-1319）聚焦是通過使用兩個物理分離的橢圓反射鏡聚焦二維光束來實現的。進入系統的X射線可以通過系統聚焦到納米尺度大小的光斑
摘要
掠入射反射光學元件在X射線光路中廣泛使用，特別是Kirkpatrick-Baez（KB）橢圓反射鏡系統。（A. Verhoeven, et al., Journal of Synchrotron Radiation 27.5 (2020): 1307-1319）聚焦是通過使用兩個物理分離的橢圓反射鏡聚焦二維光束來實現的
單透鏡對x射線的折射通常很小，但復合透鏡（由數十個或數百個排列成線性陣列的獨立柱面透鏡組成）可以逐漸聚焦一維或二維x射線。焦距可以通過透鏡的數量來控制，即使用的透鏡越多，焦距越短。根據Snigirev等人的論文。[應用光學，1998，37（4）：653-662]，本用例演示了在VirtualLab Fusion中通過復合折射透鏡進行一維和二維X射線聚焦。
摘要
單透鏡對x射線的折射通常很小，但復合透鏡（由數十個或數百個排列成線性陣列的獨立柱面透鏡組成）可以逐漸聚焦一維或二維x射線。焦距可以通過透鏡的數量來控制，即使用的透鏡越多，焦距越短。根據Snigirev等人的論文。[應用光學，1998，37（4）：653-662]，本用例演示了在VirtualLab Fusion中通過復合折射透鏡進行一維和二維
用于X射線束的掠入射聚焦鏡8個月前
摘要
掠入射反射光學在x射線束線中得到了廣泛的應用，特別是在Kirkpatrick-Baez橢圓鏡系統中 [A. Verhoeven, et al., Journal of Synchrotron Radiation 27.5 (2020): 1307-1319]。使用兩個物理上分離的橢圓鏡聚焦光束的兩個維度即可完成聚焦。系統可以將入射的X射線聚焦到納米級的光斑尺寸。該系統在
用于X射線束的掠入射聚焦鏡8個月前
摘要
掠入射反射光學在x射線束線中得到了廣泛的應用，特別是在Kirkpatrick-Baez橢圓鏡系統中 [A. Verhoeven, et al., Journal of Synchrotron Radiation 27.5 (2020): 1307-1319]。使用兩個物理上分離的橢圓鏡聚焦光束的兩個維度即可完成聚焦。系統可以將入射的X射線聚焦到納米級的光斑尺寸。
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摘要
掠入射反射光學元件在X射線光路中廣泛使用，特別是Kirkpatrick-Baez（KB）橢圓反射鏡系統。（A. Verhoeven, et al., Journal of Synchrotron Radiation 27.5 (2020): 1307-1319）聚焦是通過使用兩個物理分離的橢圓反射鏡聚焦二維光束來實現的。進入系統的X射線可以通過系統聚焦到納米尺度大小的光斑。該系統在VirtualLab
摘要
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建模任務
系統構建塊
摘要
掠入射反射光學元件在X射線光路中廣泛使用，特別是Kirkpatrick-Baez（KB）橢圓反射鏡系統。（A. Verhoeven, et al., Journal of Synchrotron Radiation 27.5 (2020): 1307-1319）聚焦是通過使用兩個物理分離的橢圓反射鏡聚焦二維光束來實現的。進入系統的X射線可以通過系統聚焦到納米尺度大小的光斑。該系統在
