专利名称：高放大倍率x射线光电子同轴全息图的记录装置的制作方法
技术领域：
本实用新型是关于一种记录高放大倍率的X射线光电子同轴全息图的装置，特别是涉及一种光阴极光电子放大的全息图的记录。
2.无透镜傅立叶变换X射线全息记录装置(参见在先技术[]Science，1992，2561009-1012)。由X射线源1出射相干X射线束，经会聚波带片2后，其零级波用来照明待测样品4，其一级衍射波聚焦产生参考点源，待测样品4与参考点源在同一平面上。在此平面上放置一针孔光阑3，起分割滤波作用。物光与参考光在光阑后面一定距离后的区域内相遇，交叠产生干涉条纹，被涂有X射线荧光粉的电荷耦合器(CCD)7记录。记录的数据经A/D转换后，直接输入计算机进行数字重现。在CCD前放置一光阑6，阻止零级光直接辐照到CCD7上。
上述两种全息记录装置主要存在的缺点是1.盖柏同轴X射线全息记录装置，虽然采用的光路简单，不需光学元件，也无需精细调整光路，但它对记录介质的分辨率要求很高。因为要获得较高的全息成像分辨率，则记录介质需要记录十分精细的高级次干涉条纹。而若提高光刻胶的分辨率，则它的灵敏度会下降，这就需要增加曝光量，而曝光时间的增加，极易导致记录介质被电子束损伤。此外，由于记录在光刻胶上的全息干涉条纹的间距太小，需经高分辨率的后续设备，如透射电子显微镜或原子力显微镜的读出放大，转录于胶片上，再用微密度计将胶片上的图像进行数字化，转换为数据文件，才能输入到计算机进行数字重现，这样全息图经过多次加工、放大、洗印、数字化处理等过程，引入了很大的噪声，降低了信噪比和成像质量，因此盖柏同轴X射线全息装置难以获得近衍射极限高分辨率。
2.上述第二种装置所用的无透镜傅立叶变换X射线全息显微镜，虽然对记录介质的分辨率要求较低，但却对产生参考点源的菲涅耳波带片要求很高。因为，菲涅耳波带片外围环带的空间频率，将决定X射线无透镜傅立叶变换全息图的分辨率。而高分辨率的菲涅耳波带片的制作，同样面临高分辨率的记录介质的问题，所以这种全息显微镜的制作同样难以实现。
本实用新型的高放大倍率X射线光电子同轴全息图记录装置如图3所示。
在真空腔13里置有X射线源1，在距X射线源1的10000mm(10m)处置有一波带片2，在波带片2的一级衍射焦点0处，放一针孔光阑3，在距针孔光阑3为700mm处放一光阴极8，在针孔光阑3和光阴极8之间，距光阴极8为50μm到1mm处置放待测样品4，在光阴极8和接收器11之间，从光阴极8开始，依次置有加速阳极9和放大电磁透镜10，接收器11的输出与计算机12相连。
所说的波带片2是用来对多色X射线进行色散，它和针孔光阑3组成一个单色仪，从针孔光阑3出射的X射线成为一准单色X射线，入射到待测样品4上。特别要指出的是待测样品4到光阴极的距离是一个非常重要的参数，它直接影响到成像分辨率和对电子束源相干性的要求，可用以下公式表示λ2Δλ=0.186λzr02]]>式中，λ为X射线波长，Δλ为X射线的线宽，r0为待测样品4中所能分辨的最小尺寸，成为物元的半径，Z为待测样品4到光阴极9的距离，一般可取50μm到1mm。
所说的光阴极8，是将照射在它上面的X射线转换为光电子，光阴极8的材料通常有三类(1)金属类，主要有金、铜、镁、钽等，其特性是阈值功率高、量子效率低，由于大部分入射光能转换成热能，对高重复率运转的光阴极需要冷却；优点是容易制备，使用寿命长，对真空度要求低，一般为10-5～10-8。(2)金属化合物及合金，典型的有LaB6，有较高的量子效率，对紫外波段有较高的灵敏度，对真空度要求也低。(3)半导体光阴极。主要是多碱锑化物材料，如Cs3Sb，CsK2Sb和GaAs等。半导体光阴极的量子效率最高，可达2～8％；阈值功较低，可以获得较高的电流密度。唯一的缺点是寿命短，只有几十个小时。(参见文献陈建文、欧阳斌、王之江，强激光技术进展，1992年，第3辑，1～5)。
实际使用中，必须根据X射线光子的波长、所需光阴极的阈值功及量子效率等各方面的综合性能，从三类材料中作出选择。本实用新型中选择使用寿命长的金属作光阴极。
本实用新型的X射线全息图记录装置从X射线源1发出的X射线，经波带片2色散衍射聚焦和针孔光阑3滤波，成为一准单色X射线，入射到待测样品4上，待测样品4中对X射线不透明和半透明部分的散射的准单色X射线作为物束；另一部分经待测样品4中透明部分的准单色X射线为参考束；物束与参考束重叠干涉，形成一个盖柏同轴X射线全息的干涉场。这一干涉场作用到光阴极9上时，便产生相应的光电子干涉场。由光阴极进行光电子转换后，携带了待测样品4信息的光电子，再经过加速阳极9加速和电磁透镜10放大成像在接收器11的接收面上。本实用新型中，接收器11采用电荷耦合器(CCD)，接收器11的输出输入到计算机12内进行数据处理，再现图像。放大电磁透镜10的放大倍数取决于电子显微镜的放大倍数，可以从几千倍到100万倍。这样就大大降低了对接收器11的CCD分辨率的要求。
本实用新型与在先技术相比的主要优点是1.由于采用光阴极8代替了在先技术[]中，盖柏同轴全息装置中的PMMA记录介质，系统成像的分辨率大大提高，可以达到0.5nm左右。2.本实用新型中采用放大电磁透镜10直接放大，避免了在先技术[]盖柏同轴全息装置中，对全息图的多次加工、放大、洗印的处理过程，操作更方便，引入的噪声更小。3.CCD探测到的信号输出到计算机进行数字重现时，可对再现结果进行处理，消除同轴全息中的“孪生像”干扰噪声，可实现对待测生物样品的“实时观测”。
图1为在先技术[]中，盖柏同轴X射线全息装置的结构光路示意图。
图2为在先技术[]中，无透镜傅立叶变换X射线全息装置的结构光路示意图。
图3为本实用新型的高放大倍率X射线光电子同轴全息图的记录装置结构示意图。
具体实施方式
如上述本实用新型的高放大倍率X射线光电子同轴全息装置图3所示的结构，从作为X射线源1的同步辐射源发出的X射线，通过波带片2的色散和针孔光阑3滤波。根据波带片2的焦距与波长成反比的性质，可将不同波长的X射线色散，再用针孔光阑3进行滤波，并减小光源线度，调整针孔光阑3的大小，可获得所需的空间相干的准单色X射线束。波带片2的中心波长为2.3nm，最外环宽度0.465μm，环数N＝1506，波带片2的半径p＝1.4mm，一级焦距为566mm。波带片2与X射线源1的距离选为10m，针孔光阑3的孔径d＝8μm，则线宽Δλ＝λd/p＝0.013nm，单色性为λ/Δλ＝103，时间相干长度为Lc＝λ2/Δλ＝0.407μm。待测样品4距离针孔光阑3为R＝700mm，则该处的相干范围为b＝Rλ/d＝201μm。由此可见，经过单色化后的X射线具有一定的相干性，适合进行全息成像。
准单色X射线束照射待测样品4以后，形成一个盖柏同轴X射线全息干涉场。这一干涉的X射线场辐照在光阴极8上，产生光电子全息干涉场。光阴极9是由金属钽构成，待测样品4是小白鼠的癌细胞切片。待测样品4距光阴极8的距离Z为500μm。由光阴极8射出的光电子含有待测样品4的结构信息，被加速阳极9加速和放大电磁透镜10进行放大成像，于是，在CCD的接收器11上形成一个含有待测样品4结构信息的光电子全息干涉图。
由于干涉条纹间距可以通过放大电磁透镜10进行放大，因此大大降低了对接收器11分辨率的要求。采用CCD的接收器11记录并经A/D转换，可直接在计算机13上进行数字重现，获得待测样品4的结构图像。
本实用新型的光阴极光电子放大X射线全息装置，可以实现实时、快速地观测自然状态下的生物样品的三维超微细结构，分辨率可达衍射极限，应用到现代医疗诊断和生物活性细胞的观察研究中，具有准确性、真实性和及时性。
权利要求1.一种高放大倍率的X射线光电子同轴全息图的记录装置，包括置放在真空腔(13)内的X射线源(1)，在真空腔(13)内，距X射线源(1)10m处置有波带片(2)，在波带片(2)的一级衍射焦点(0)处，置有一针孔光阑(3)，有输出连接到真空腔(13)外的计算机(12)上。其特征在于真空腔(13)内距针孔光阑(3)700mm处置有光阴极(8)；待测样品(4)置放在针孔光阑(3)与光阴极(8)之间，距光阴极(8)50μm到1mm处；在光阴极(8)与接收器(11)之间置有放大电磁透镜(10)。
专利摘要一种高放大倍率X射线光电子同轴全息图的记录装置，包括在真空腔内，X射线源发射的X射线经波带片衍射聚焦，针孔光阑滤波，穿过待测样品的准单色X射线被待测样品中，不透明和半透明部分散射的为物束，与穿过待测样品中透明部分的参考束重叠干涉。通过光电阴极，将X射线全息转换为光电子干涉场，经过加速阳极的加速，和放大电磁透镜放大成像，再输出连接到计算机上的接收器的接收面上。信息进入计算机内进行数据处理和图像再现，具有较高的分辨率，分辨率达到0.5nm。操作方便，可以实时快速地观测自然状态下的生物样品的三维超微结构。
文档编号G03H5/00GK2590044SQ0228366
公开日2003年12月3日 申请日期2002年12月27日 优先权日2002年12月27日
发明者高鸿奕, 陈建文, 谢红兰, 徐至展 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所