同步輻射實(shí)驗(yàn)中的X射線聚焦元件概述

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在進(jìn)行同步輻射相關(guān)實(shí)驗(yàn)時(shí)，為了獲得較高的空間分辨率，通常需要利用聚焦元器件將X射線進(jìn)行聚焦。X射線聚焦元器件可分為三類：一是反射型，如Kirkpatrick-Baez (K-B) 反射鏡；二是衍射型，如菲涅爾波帶片；三是折射型，如復(fù)合折射透鏡(Compound Refractive Lens, CRL)。

反射型聚焦元件 通常使用曲面反射鏡，如球面和超環(huán)面反射鏡。球面反射鏡可在子午線或弧矢的其中一個(gè)方向上聚焦，而超環(huán)面反射鏡則可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向上的聚焦，但成本高昂。此外，單反射鏡系統(tǒng)存在像差，為減少像差，需使用多枚反射鏡的組合。對(duì)于同步輻射束線常用的能量范圍，由于反射鏡的反射率較低，為了不顯著地降低光強(qiáng)，通常只能使用雙反射鏡系統(tǒng)，如K-B雙反射鏡系統(tǒng)。

K-B雙反射鏡示意圖

衍射型聚焦元件 反射鏡通常只能聚焦到微米級(jí)光斑，采用波帶片作為聚焦元件，利用光的衍射對(duì)光斑聚焦，可實(shí)現(xiàn)納米量級(jí)的光斑，如菲涅爾波帶片。

菲涅爾波帶片示意圖

菲涅爾波帶板多級(jí)衍射焦點(diǎn)示意圖

復(fù)合折射透鏡（CRL） 相較于上述兩種聚焦器件，CRL系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、焦距可調(diào)、準(zhǔn)直方便、對(duì)面形誤差和震動(dòng)敏感度低等優(yōu)點(diǎn)。目前，CRL已成為同步輻射光源裝置束線的重要聚焦元件。

對(duì)于CRL的幾何結(jié)構(gòu)，由于材料在X射線波段的折射率小于1，能夠?qū)崿F(xiàn)X射線聚焦的面型為凹面。

單個(gè)聚焦透鏡示意圖

盡管理想的聚焦面型為橢圓形，但CRL通常設(shè)計(jì)為具有相同頂點(diǎn)曲率半徑的拋物線形，主要基于以下考慮：

一、拋物柱孔的開(kāi)口直徑大于橢圓柱孔，可使透鏡接收更高的光子通量。

二、X射線在拋物柱形透鏡中經(jīng)過(guò)的材料長(zhǎng)度較短，X射線的衰減相對(duì)較小。

橢圓形與拋物線形透鏡對(duì)比示意圖

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