Влияние ультразвука на ЭПР и фотолюминесценцию кристаллов ZnS

Рентгеновские лучи широко используются в науке, технике и медицине, поэтому понятен интерес к элементам рентгеновской оптики, позволяющим формировать рентгеновские пучки с заданными параметрами. Так, например, микропучки рентгеновского излучения широко используются для реализации метода малоуглового рассеяния и дифракции, позволяющего получать информацию о структурных особенностях объекта на на

ноуровне.

Микропучки могут быть сформированы с использованием целого ряда оптических элементов, таких как изогнутые кристаллы и многослойных рентгеновские зеркала, зонные пластинки, Брэгг - Френелевские линзы, линзы Кумахова, конические или параболические монокапилляры.

Относительно новым оптическим элементом является многоэлементная преломляющая рентгеновская линза, впервые предложенная в [1]. Линза состоит из большого числа (100 и более) двояковогнутых микролинз, расположенных соосно. Линзы выполнены из материала, содержащего элементы с небольшим порядковым номером, такого как бериллий, литий, углерод или полимер. Радиус кривизны отдельной микролинзы составляет 100-200 мкм. Линзы изготавливаются, например, методом прессования отдельных элементов с последующим расположением их соосно, или с использованием методики LIGA. При этом возникает целый ряд проблем, связанных с юстировкой многоэлементной системы, а также с обеспечением относительно высоко качества формы поверхности линзы и ее гладкости. Идеальная преломляющая линза может быть использована для фокусировки рентгеновских лучей в пятно размером в десятки нанометров, на практике получено пятно размером около 200 нм.

В НИИ ПФП им.А.Н. Севчнко БГУ разработана многоэлементная преломляющая линза для рентгеновских лучей с относительно коротким фокусным расстоянием - 5 - 10 см для фотонов с энергией около 8 кэВ [2-4]. Линза выполнена в виде стеклянного капилляра, заполненного большим числом (100-300) двояковогнутых микролинз из эпоксидной смолы. Радиус кривизны отдельной микролинзы совпадает с радиусом канала капилляра и, благодаря этому, становится возможным создать линзы с радиусом кривизны поверхности, равным 10-50 мкм, что трудно реализовать другими известными методами, например, прессованием. Оптические параметры линз были исследованы на синхротронах SPring-8 (Япония) [3], в Стенфордской лаборатории синхротронного излучения и на синхротроне APS (США) [4], на синхротронах ANKA (Германия) и ESRF (Франция). Исследования показали, что с применением обсуждаемых линз можно сфокусировать пучок фотонов с энергией 7-18 кэВ в пятно размером в несколько микрометров.

Целью данной работы является обобщить результаты исследования оптических параметров многоэлементной преломляющей рентгеновской линзы, разработанной в НИИПФП им.А.Н. Севченко БГУ, и оценить перспективы использования линзы для формирования субмикронных пучков.

Так как действительная часть показателя преломления n в рентгеновском диапазоне меньше единицы, то фокусировку рентгеновских лучей можно осуществить с помощью двояковогнутой линзы. Чтобы усилить преломляющие свойства линзы, в [1] было предложено использовать вместо одной линзы - N: фокусное расстояние такой системы определяется как:

, (1)

где f1 - фокусное расстояние для одной линзы, R - радиус кривизны линзы, (1-d) - действительная часть комплексного показателя преломления n =1 - d - iβ, iβ - мнимая часть.

Преломляющая рентгеновская линза, как и линза для видимого излучения, позволяет получать уменьшенное изображение источника излучения. Эта особенность линзы используется для получения микро - и нано - пучков от сихротронных источников излучения. Для этих источников, как правило, область пространства, в которой формируется рентгеновский пучок, удалена от объекта исследования на расстояния, значительно превышающих фокусное расстояние линзы. Размер фокусного пятна S1 рентгеновской линзы можно определить, пользуясь следующими формулами:

, (2)

, (3)

где a - расстояние от источника излучения до линзы, b - расстояние от линзы до плоскости изображения, S - размер источника излучения. Если источник излучения удален достаточно далеко, то размер изображения источника в идеале приближается к размеру дифракционного пятна, радиус которого Rdif рассчитывается по следующей формуле

, (4)

где Ra - апертура линзы. Для линз со сферической формой поверхности отрицательную роль играют сферические аберрации, приводящие к размытию фокального пятна. Эти аберрации можно охарактеризовать величиной rs [3]:

, (5)

где l - длина волны. Смысл этого параметра rs состоит в том, что рентгеновские лучи от удаленного источника, пересекающие линзу на расстоянии rs от оси, фокусируются линзой в дифракционное пятно с радиусом Rdif.

Как правило, для случая сферической линзы соответствующие аберрации приводят к уширению фокального пятна до величины в несколько мкм. Поэтому для получения субмикронных пучков имеет смысл использовать диафрагму с радиусом отверстия, равным rs. В этом случае размер пучка в фокальной плоскости для случая удаленного источника будет определяться формулой (5), рассчитанной для Ra = rs. Например, для преломляющей линзы, состоящей из 100 сферических микролинз из эпоксидной смолы с радиусом кривизны поверхности, равным 100 мкм, фокусное расстояние равно 13 см для фотонов с энергией 8 кэВ. Параметр rs для данного случая равен 30 мкм. Указанная линза, оснащенная диафрагмой с диаметром отверстия, равным 60 мкм (2rs), позволяет сфокусировать рентгеновские лучи от удаленного источника в пятно размером 2Rdif = 400 нм.

Чтобы проиллюстрировать возможности преломляющей оптики, в таблице 1 приведены параметры синхротронов SSRL (США), APS (США), ANKA (Германия), ESRF (Франция), на которых испытывались линзы, разработанные в НИИПФП им.А.Н. Севченко БГУ. В графе "размер источника" указаны размеры источника (FWHM) в двух направлениях - вертикальном и горизонтальном.

Таблица 1. Параметры синхротронов, на которых испытывались рентгеновские линзы.

 Скачать реферат