专利名称：基于微孔薄膜的可调控x射线赝热光源的制作方法
技术领域：
本发明涉及X射线源，特别是一种基于微孔薄膜的高亮度可调控X射线赝热光源， 它可作为χ射线源应用于χ射线强度关联成像领域。
背景技术：
在强度关联成像应用中，一个重要的问题是需要获得可探测的热光场。针对热光的相干时间短，现有的光探测器无法测出热光涨落的瞬时强度，Martienssen等人在 1964 年发明了一种连续式赝热光源[见 W. Martienssen and Ε. Spiller, "Coherence and Fluctuations in Light Beams，，，American Journal of Physics 32,8(1964)]。2006 年，为了克服连续式赝热光源不满足真实热光场的交叉谱纯度条件等问题，中国科学院上海光学精密机械研究所的韩申生等人发明了一种高亮度脉冲式赝热光源(发明专利号 ZL200710036968. X)。这种高亮度脉冲式赝热光源的赝热光场的热涨落，具有很长的相干时间，能被有限通频带的光电探测系统真实记录，且不受所使用光电探测系统的通频带的影响，满足真实热光场的交叉谱纯度条件，可用于强度关联成像研究领域。但上述的赝热光源是采用激光器照射毛玻璃获取赝热散斑，只能适用于可见光波段，对于X射线而言，其波长范围、光束性质、以及与物体相互作用过程与可见光都是有本质区别的UX射线无类似可见光波段激光器的实用相干光源，X射线相干时间(皮秒量级) 远远小于现有探测器的响应时间(纳秒量级)；2、X射线波长短，具有很高的穿透性，没有合适的空间变换调制元件，不能采用毛玻璃散射效应获取赝热散斑。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服上述在先技术的缺陷，提供一种基于微孔薄膜的高亮度可调控X射线赝热光源，该X射线赝热光源的相干时间和分辨率(散斑尺度)可调控，具有X波段适用、高分辨率、高亮度、可调控和稳定性好的特点，能应用于X射线强度关联成像领域。本发明的技术解决方案如下—种基于微孔薄膜的高亮度可调控X射线赝热光源，包括置于防辐射外壳中的单色X射线产生系统和赝热X射线调控腔两部分，其特征在于<1>所述的单色X射线产生系统由同轴的振荡器、白光狭缝、双晶单色器构成，所述的赝热X射线调控腔由同轴的可调狭缝组、微孔薄膜及其运动控制器、X射线出射窗构成；<2>所述的赝热X射线调控腔的微孔薄膜固定于微孔薄膜运动控制器上，所述的赝热X射线调控腔的微孔薄膜上具有大量随机分布的微孔，其孔径范围为0.1至1微米；可调狭缝组和微孔薄膜运动控制器固定在同一底盘上；<3>所述的赝热X射线调控腔的可调狭缝组包括水平方向狭缝和垂直方向狭缝，其狭缝宽度调节范围为0至20mm，狭缝组到微孔薄膜的距离随狭缝宽度的增大而增大。所述的单色X射线产生系统的振荡器产生的热X射线经自由空间传播，在白光狭缝处被限束后进入双晶单色器，经双晶单色器单色化后成为单色X射线。所述的单色X射线产生系统产生的单色X射线，经过赝热X射线调控腔内的可调狭缝组后穿透微孔薄膜，在微孔薄膜后方衍射形成X射线散斑，其水平和垂直方向的散斑尺度δ X和δ y与可调狭缝组的狭缝宽度dx和dy满足关系式
zdzdSx = -^l
II式中，1为振荡器到微孔薄膜的距离，ζ为微孔薄膜到探测处的距离。所述的赝热X射线调控腔内的微孔薄膜运动控制器，可以控制微孔薄膜在垂直于光路的方向平移或旋转，从而获得动态的X射线散斑，由X射线出射窗出射后即为X射线赝热光场，其相干时间由微孔薄膜的运动间隔决定。本发明与在先技术赝热光源相比，主要有以下几方面的优点1、适用于X光波段。本发明克服了 X射线无类似可见光波段激光器实用相干光源的局限，使得X射线源相干时间满足现有探测器的响应时间，实现了 X射线热光场涨落的真实记录，适用于产生各种常规X光波长(< IOOKeV)的赝热X射线源，这是本发明最重要的优点，可用于X射线强度关联成像，而在先技术仅适用于可见光强度关联成像。2、高分辨率。X射线的波长远远小于可见光的波长，因此X射线成像的极限分辨率远远高于可见光成像。本发明利用穿过微孔薄膜的X射线衍射效应获取动态散斑场，而在先技术中采用的激光照射毛玻璃散射效应获取散斑，因此，本发明理论上可获得远小于可见光散斑的散斑尺度，从而使利用X射线源进行高分辨率强度关联成像成为可能。3、高亮度。本发明利用振荡器产生X射线，其中心锥谱亮度可达1018ph/s/0. 1% Bff,从而可保证X射线赝热散斑场的高亮度。4、可调控。本发明通过调节关键部件赝热X射线产生腔的狭缝组宽度实现了赝热 X射线源的散斑尺度调控；通过调节微孔薄膜运动间隔实现了赝热X射线源的散斑相干时间调控。5、稳定性好。本发明的关键部件赝热X射线产生腔的可调狭缝组、微孔薄膜及其运动控制器可以实现在一块底板上的集成，各元件间不会产生相对位移，可保证X射线源的稳定输出和低故障率，这些对较长的曝光时间和高分辨率的成像是非常重要的。
图1是本发明基于微孔薄膜的可调控X射线赝热光源的实施例结构示意图，图中1 振荡器，2 白光狭缝，3 双晶单色器，4 赝热X射线调控腔，401 底盘，402 可调狭缝组，403 微孔薄膜，404 微孔薄膜运动控制器，405 :X射线出射窗，5 防辐射外壳。图2是本发明实施例产生的散斑场在相干时间内的空间强度分布图。
具体实施例方式本发明是一种基于微孔薄膜的高亮度可调控X射线赝热光源，包括振荡器1，白光狭缝2，双晶单色器3，赝热X射线调控腔4和防辐射外壳5。其中，赝热X射线调控腔4 由底盘401，可调狭缝组402，微孔薄膜403，微孔薄膜运动控制器404，X射线出射窗405构成。由振荡器1产生的热X射线经自由空间传播，首先到达白光狭缝2，热X射线在白光狭缝2被限束后进入双晶单色器3，经双晶单色器3单色化后成为单色X射线，辐照到赝热X 射线调控腔4，在腔内依次经过固定于底盘401上的可调狭缝组402和微孔薄膜403，在微孔薄膜运动控制器404的控制下，在微孔薄膜403后方形成动态X射线散斑，由X射线出射窗405出射，即为X射线赝热光场。本实施例特点如下1、振荡器1、白光狭缝2、双晶单色器3同轴，赝热X射线调控腔4的可调狭缝组 402、微孔薄膜403、X射线出射窗405同轴；2、由振荡器1产生的热X射线经自由空间传播，在白光狭缝2被限束后进入双晶单色器3，经双晶单色器单色化后成为单色X射线；3、单色X射线在赝热X射线调控腔4内依次经过固定于底盘401上的可调狭缝组 402和微孔薄膜403，在微孔薄膜403后方衍射形成X射线散斑；4、赝热X射线调控腔4的可调狭缝组402的水平方向和垂直方向狭缝宽度均为 1000微米，微孔薄膜403的微孔孔径为0. 5微米，振荡器1到微孔薄膜403的距离为50m，
zd
则在微孔薄膜后方50cm距离处探测到的散斑尺度δ χ和δγ为一ρ = 10微米，即50cm处的分辨率为10微米； 5、赝热X射线调控腔4的微孔薄膜运动控制器404，可以控制微孔薄膜403在垂直于光路的方向平移，其平移时间间隔为1ms，从而获得相干时间为Ims的动态X射线散斑，由 X射线出射窗405出射，即为X射线赝热光场，此光场可以采用常规纳秒量级的探测器完成热光场涨落的真实探测记录；6、赝热X射线调控腔4的微孔薄膜403固定于微孔薄膜运动控制器404上、可调狭缝组402和微孔薄膜运动控制器404固定于底盘401上，从而实现赝热X射线调控系统的主板集成。本发明的X射线源如上所述的结构，从功能上可以划分为三部分。第一部分包括振荡器1，白光狭缝2和双晶单色器3，这一部分用于获取所需的高亮度单色X射线。第二部分为赝热X射线调控腔4，包括底盘401，可调狭缝组402，微孔薄膜403，微孔薄膜运动控制器404，X射线出射窗405。这一部分中，是对高亮度单色X射线进行调控，从而获得基于微孔薄膜的高亮度的可调控X射线赝热光源。第三部分是防辐射外壳5，用于防止X射线产生辐射泄漏，造成意外伤害。综上所述，本发明基于微孔薄膜的高亮度可调控X射线赝热光源，具有X光波段适用、高分辨率、高亮度、可调控和稳定性好的特点。
权利要求
1.一种基于微孔薄膜的可调控X射线赝热光源，包括置于防辐射外壳中的单色X射线产生系统和赝热X射线调控腔两部分，其特征在于所述的单色X射线产生系统由同轴的振荡器、白光狭缝、双晶单色器构成，所述的赝热 X射线调控腔由同轴的可调狭缝组、微孔薄膜及其运动控制器、X射线出射窗构成；所述的赝热X射线调控腔的微孔薄膜固定在微孔薄膜运动控制器上，所述的赝热X射线调控腔的微孔薄膜上具有大量随机分布的微孔，其孔径范围为0. 1至1微米；可调狭缝组和微孔薄膜运动控制器固定于同一底盘上；所述的赝热X射线调控腔的可调狭缝组包括水平方向狭缝和垂直方向狭缝，狭缝宽度调节范围为0至20mm，狭缝组到微孔薄膜的距离随狭缝宽度的增大而增大。
2.根据权利要求1所述的基于微孔薄膜的高亮度可调控X射线赝热光源，其特征在于所述的单色X射线产生系统的振荡器产生的热X射线经自由空间传播，在白光狭缝处被限束后进入双晶单色器，经双晶单色器单色化后成为单色X射线。
3.根据权利要求1所述的基于微孔薄膜的高亮度可调控X射线赝热光源，其特征在于所述的单色X射线产生系统产生的单色X射线，经过赝热X射线调控腔内的可调狭缝组后穿透微孔薄膜，在微孔薄膜后方衍射形成X射线散斑，其水平和垂直方向的散斑尺度S X和 δ y与可调狭缝组的狭缝宽度dx和dy满足关系式zdzdδχ = ~- ,Sy 二 , II式中，1为振荡器到微孔薄膜的距离，ζ为微孔薄膜到探测处的距离。
4.根据权利要求1所述的基于微孔薄膜的高亮度可调控X射线赝热光源，其特征在于所述的微孔薄膜运动控制器，具有平移或旋转机构。
全文摘要
一种基于微孔薄膜的高亮度可调控X射线赝热光源，包括置于防辐射外壳中的单色X射线产生系统和赝热X射线调控腔，所述的单色X射线产生系统由振荡器、白光狭缝、双晶单色器同轴构成，所述的赝热X射线调控腔由可调狭缝组、微孔薄膜及其运动控制器、X射线出射窗同轴构成。由振荡器产生的热X射线经传播首先到达白光狭缝，限束后进入双晶单色器，经双晶单色器单色化后成为单色X射线，辐照到赝热X射线调控腔，在腔内依次经过固定于底盘上的可调狭缝组和微孔薄膜，在微孔薄膜运动控制器控制下，在微孔薄膜后方形成动态X射线散斑，由X射线出射窗出射，即为X射线赝热光场。本发明具有X光波段适用、高分辨率、高亮度、可调控和稳定性好的特点。
文档编号H05G2/00GK102325421SQ201110129449
公开日2012年1月18日 申请日期2011年5月18日 优先权日2011年5月18日
发明者喻虹, 沈夏, 韩申生 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所