X射線聚焦的案例
X射線聚焦系統(tǒng)
高能光子(X射線)的使用已成為許多醫(yī)療和同步加速器應(yīng)用的共同特點。與可見光譜中的光不同，X射線與大多數(shù)物質(zhì)僅發(fā)生微弱的相互作用，這使得聚焦元件的設(shè)計比波長譜的其他部分更具挑戰(zhàn)性。下面我們展示了兩種解決此任務(wù)的方法，即使用復(fù)合透鏡和在掠入射下的橢圓反射鏡。使用建模和設(shè)計軟件VirtualLab Fusion對這些系統(tǒng)進行快速物理光學(xué)仿真，使我們能夠在焦距和測量光斑尺寸的基礎(chǔ)上研究它們的性能。
用于X射線聚焦的復(fù)合折射透鏡
復(fù)合折射透鏡由數(shù)十或數(shù)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(tǒng)的建模和評價。
展開 Light | 復(fù)消色差X射線聚焦
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(nèi)達到消色差效果。
復(fù)消色差(apochromatic) 透鏡可以認(rèn)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(shù)倍，見圖1。
圖1：X射線復(fù)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(lǐng)域，消色差和復(fù)消色差透鏡存在已有百年之久。而在X射線領(lǐng)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(chǔ)上，使用滿足特殊條件的菲涅爾波帶片 (FZP) 和復(fù)合折射透鏡 (CRL)，成功研制的世界上首個X射線復(fù)消色差透鏡系統(tǒng)。實驗顯示，該復(fù)消色差透鏡在7 keV到12 keV的能量范圍內(nèi)表現(xiàn)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(yīng)用于折射和衍射透鏡的色差校正。
該研究開發(fā)的復(fù)消色差X射線透鏡系統(tǒng)由兩個相互獨立的光學(xué)元件組成：一個是雙光子聚合3D打印技術(shù)制造的復(fù)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(fù)消色差透鏡的組成部分。a）3D打印的發(fā)散型CRL置于250納米厚的氮化硅膜上的光學(xué)顯微鏡圖像；b）復(fù)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(fù)合折射透鏡（左下角）與火柴棒的對比。
展開 VirtualLab Fusion應(yīng)用：用于X射線聚焦的復(fù)合折射透鏡
單透鏡對x射線的折射通常很小，但復(fù)合透鏡（由數(shù)十個或數(shù)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(shù)量來控制，即使用的透鏡越多，焦距越短。根據(jù)Snigirev等人的論文。[應(yīng)用光學(xué)，1998，37（4）：653-662]，本用例演示了在VirtualLab Fusion中通過復(fù)合折射透鏡進行一維和二維X射線聚焦。
建模任務(wù)
用于X射線束的掠入射聚焦鏡
摘要
掠入射反射光學(xué)在x射線束線中得到了廣泛的應(yīng)用，特別是在Kirkpatrick-Baez橢圓鏡系統(tǒng)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(tǒng)可以將入射的X射線聚焦到納米級的光斑尺寸。該系統(tǒng)在VirtualLab Fusion中構(gòu)建，并對焦場進行了計算。
建模任務(wù)
橢圓鏡的解析設(shè)計
橢圓鏡的解析設(shè)計
橢圓鏡的解析設(shè)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(shù)
文件信息
延伸閱讀
-用于X射線成像的單光柵干涉儀
展開 
用于X射線束的掠入射聚焦鏡
摘要
掠入射反射光學(xué)在x射線束線中得到了廣泛的應(yīng)用，特別是在Kirkpatrick-Baez橢圓鏡系統(tǒng)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(tǒng)可以將入射的X射線聚焦到納米級的光斑尺寸。該系統(tǒng)在VirtualLab Fusion中構(gòu)建，并對焦場進行了計算。
建模任務(wù)
橢圓鏡的解析設(shè)計
橢圓鏡的解析設(shè)計
橢圓鏡的解析設(shè)計
焦面的電場與能量密度
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VirtualLab Fusion技術(shù)
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- 用于X射線成像的單光柵干涉儀
展開 VirtualLab：用于X射線束的掠入射聚焦鏡
摘要
掠入射反射光學(xué)在x射線束線中得到了廣泛的應(yīng)用，特別是在Kirkpatrick-Baez橢圓鏡系統(tǒng)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(tǒng)可以將入射的X射線聚焦到納米級的光斑尺寸。該系統(tǒng)在VirtualLab Fusion中構(gòu)建，并對焦場進行了計算。
建模任務(wù)
橢圓鏡的解析設(shè)計
橢圓鏡的解析設(shè)計
橢圓鏡的解析設(shè)計
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-用于X射線成像的單光柵干涉儀
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摘要
掠入射反射光學(xué)在x射線束線中得到了廣泛的應(yīng)用，特別是在Kirkpatrick-Baez橢圓鏡系統(tǒng)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(tǒng)可以將入射的X射線聚焦到納米級的光斑尺寸。該系統(tǒng)在VirtualLab Fusion中構(gòu)建，并對焦場進行了計算。
建模任務(wù)
橢圓鏡的解析設(shè)計
橢圓鏡的解析設(shè)計
橢圓鏡的解析設(shè)計
焦面的電場與能量密度
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VirtualLab Fusion中的工作流程
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文件信息
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- 用于X射線成像的單光柵干涉儀
展開 VirtualLab Fusion應(yīng)用：用于X射線聚焦的復(fù)合折射透鏡
摘要
單透鏡對x射線的折射通常很小，但復(fù)合透鏡（由數(shù)十個或數(shù)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(shù)量來控制，即使用的透鏡越多，焦距越短。根據(jù)Snigirev等人的論文。[應(yīng)用光學(xué)，1998，37（4）：653-662]，本用例演示了在VirtualLab Fusion中通過復(fù)合折射透鏡進行一維和二維X射線聚焦。
建模任務(wù)
系統(tǒng)構(gòu)建塊-組件
摘要-組件。。。
模擬結(jié)果
1D模擬：5柱面透鏡
1D模擬：10柱面透鏡
1D模擬：50柱面透鏡
2D模擬：5柱面透鏡
VirtualLab Fusion應(yīng)用：用于X射線聚焦的復(fù)合折射透鏡
摘要
單透鏡對x射線的折射通常很小，但復(fù)合透鏡（由數(shù)十個或數(shù)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(shù)量來控制，即使用的透鏡越多，焦距越短。根據(jù)Snigirev等人的論文。[應(yīng)用光學(xué)，1998，37（4）：653-662]，本用例演示了在VirtualLab Fusion中通過復(fù)合折射透鏡進行一維和二維X射線聚焦。
建模任務(wù)
系統(tǒng)構(gòu)建塊-組件
摘要-組件。。。
模擬結(jié)果
1D模擬：5柱面透鏡
1D模擬：10柱面透鏡
1D模擬：50柱面透鏡
2D模擬：5柱面透鏡
X射線掠入射聚焦反射鏡
摘要
掠入射反射光學(xué)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(tǒng)。（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(xiàn)的。進入系統(tǒng)的X射線可以通過系統(tǒng)聚焦到納米尺度大小的光斑。該系統(tǒng)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(wù)
分析設(shè)計橢圓反射鏡（1）
分析設(shè)計橢圓反射鏡（2）
分析設(shè)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(shè)置輸入高斯場
- 基本光源模式（教學(xué)視頻）
設(shè)置組件的位置和方向
- LPD II 位置和方向 （教學(xué)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(yīng)用案例）
VirtualLab Fusion技術(shù)
文檔信息
拓展閱讀
- 用于x射線成像的單光柵干涉儀
展開 VirtualLab Fusion應(yīng)用：X射線掠入射聚焦反射鏡
摘要
掠入射反射光學(xué)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(tǒng)。（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(xiàn)的。進入系統(tǒng)的X射線可以通過系統(tǒng)聚焦到納米尺度大小的光斑。該系統(tǒng)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(wù)
系統(tǒng)參數(shù)來源于A. Verhoeven, et al., Journal of Synchrotron Radiation 27.5 (2020): 1307-1319.
分析設(shè)計橢圓反射鏡（1）
分析設(shè)計橢圓反射鏡（2）
分析設(shè)計橢圓反射鏡（3）
焦平面上的能量密度和電場
軟件界面
展開 
VirtualLab Fusion應(yīng)用：X射線掠入射聚焦反射鏡
摘要
掠入射反射光學(xué)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(tǒng)。（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(xiàn)的。進入系統(tǒng)的X射線可以通過系統(tǒng)聚焦到納米尺度大小的光斑。該系統(tǒng)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(wù)
系統(tǒng)參數(shù)來源于A. Verhoeven, et al., Journal of Synchrotron Radiation 27.5 (2020): 1307-1319.
分析設(shè)計橢圓反射鏡（1）
分析設(shè)計橢圓反射鏡（2）
分析設(shè)計橢圓反射鏡（3）
焦平面上的能量密度和電場
軟件界面
展開 VirtualLab Fusion應(yīng)用：X射線掠入射聚焦反射鏡
摘要
掠入射反射光學(xué)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(tǒng)。（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(xiàn)的。進入系統(tǒng)的X射線可以通過系統(tǒng)聚焦到納米尺度大小的光斑。該系統(tǒng)在VirtualLab Fusion中進行了建模和仿真，并計算了焦點位置的電場。
X射線成像系統(tǒng)：Kirkpatrick-Baez鏡和單光柵干涉儀
在如醫(yī)療成像和工業(yè)檢查等廣泛的應(yīng)用中，X射線成像是一種有價值的工具。在VirtualLab Fusion中，我們已經(jīng)成功地實現(xiàn)了幾個著名的X射線成像系統(tǒng)，它們可以用來探索所討論裝置的成像特性，或用來說明特殊的X射線成像原理。在本通訊中，我們展示了兩個X射線成像實驗：(1)使用Kirkpatrick-Baez鏡創(chuàng)建納米級X射線成像點；(2)用單光柵干涉儀說明相襯X射線成像原理。
X射線束的掠入射聚焦鏡
Kirkpatrick-Baez 鏡將掠入射X射線場聚焦到一個納米級的點上。本用例展示了Kirkpatrick-Baez鏡的分析設(shè)計過程和焦點區(qū)域的衍射圖樣。
用于X射線成像的單光柵干涉儀
在用于X射線的單光柵干涉儀中采用了三種類型的光柵(僅通過相位傳輸建模)，并對所選光柵的自成像進行了研究。
更多信息請發(fā)送消息到：support@infotek.com.cn / support@infocrops.com
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展開 X射線成像系統(tǒng)：Kirkpatrick-Baez鏡和單光柵干涉儀
在如醫(yī)療成像和工業(yè)檢查等廣泛的應(yīng)用中，X射線成像是一種有價值的工具。在VirtualLab Fusion中，我們已經(jīng)成功地實現(xiàn)了幾個著名的X射線成像系統(tǒng)，它們可以用來探索所討論裝置的成像特性，或用來說明特殊的X射線成像原理。在本通訊中，我們展示了兩個X射線成像實驗：(1)使用Kirkpatrick-Baez鏡創(chuàng)建納米級X射線成像點；(2)用單光柵干涉儀說明相襯X射線成像原理。
X射線束的掠入射聚焦鏡
Kirkpatrick-Baez 鏡將掠入射X射線場聚焦到一個納米級的點上。本用例展示了Kirkpatrick-Baez鏡的分析設(shè)計過程和焦點區(qū)域的衍射圖樣。
用于X射線成像的單光柵干涉儀
在用于X射線的單光柵干涉儀中采用了三種類型的光柵(僅通過相位傳輸建模)，并對所選光柵的自成像進行了研究。
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