KBA X射线显微镜研究

【摘要】：近年来，由于X射线光刻技术，空间技术，以及激光引爆的惯性约束聚变(ICF)的过程诊断等的需求，X射线成像技术迅速发展。X射线在介质中被强烈地吸收，再加上介质的折射率在X射线波段略小于1，这些因素给x射线成像增加了很多难度，常规的成像方法难以适应X射线波段。目前多采用掠入射反射成像和编码孔径成像方法。本文详细地论述了根据使用要求所设计的非共轴掠入射反射成像KBA X射线显微镜系统。鉴于KBA显微镜系统结构的特殊性，编写了适用于KBA显微镜系统的光路计算程序，并利用这个程序进行了大量的光路计算。本文从光学设计的角度出发，在KBA显微镜的结构设计、像差分析、成像质量评价、误差分析和反射率等方面做了深入的研究和分析，并提供了大量的数据，这些数据是分析KBA显微镜系统的合理性及系统加工和装调的可靠依据。本文主要做了以下工作：(1)KBA显微镜结构分析。对组成KBA显微镜的反射镜在掠入射条件下的焦距、成像特点及反射特性进行了研究，分析KBA显微镜结构安排的合理性，根据KBA显微镜的结构特点编写光路计算程序。(2)KBA显微镜像差分析。利用光路计算程序进行大量的光路计算，分析KBA显微镜的像散、像面倾斜、球差和慧差。分析的结果表明，KBA显微镜是一种消像散结构，但随着视场的增加，像面倾斜变得越来越严重。由于没有校正像差的变数，KBA显微镜存在球差和慧差，但和KB结构相比，像差大大减少了。(3)KBA显微镜成像质量评价。利用点列图、能量集中度及调制传递函数等多种方法对不同视场进行了比较全面的成像质量评价和分析。评价结果说明该系统与设计的期望值相符，满足使用单位的分辨率要求。(4)KBA显微镜系统参数误差分析。研究系统参数，如反射镜的半径，双反射镜的夹角，掠入射角，物距等的变化引起的高斯参数和像差改变(如像距、像散、弥散盘、倍率及调制传递函数的改变)，这些参数变化的结果导致了成像质量的降低。本文依据使用单位所允许的质量降低程度，制定了加工和装配公差。(5)分析了KBA显微镜的反射率。在软X射线波段，通过对KBA显微镜可选择的两种加工方法的反射率的计算，分析了掠入射情况粗糙度对反射率的影响。这可以作为KBA反射镜加工的理论依据。从分析的结果来看，所设计的KBA X射线显微镜是一个消像散的系统，但存在球差，慧差。在2mm视场的范围内，分辨率可以达到5～7μm，4mm视场内的分辨率优于25～30μm，符合使用要求。