超强激光科学卓越创新简报

(第五百期)

2024年4月7日

上海光机所在硬x射线变焦分束成像方面首次取得进展

近期，中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室在微焦点x射线源上首次完成硬x射线的变焦分束成像研究，解决了硬x射线波段的分束器受限问题。相关成果以“Bifocal photon sieve imaging in the hard x-ray region”为题，发表于Optics Letters。

菲涅耳波带片于1818年被提出，并于二十世纪六十年代成功应用于x射线聚焦研究。2001年光子筛的出现，为x射线的高性能聚焦提供了波带片之外的器件选择。但传统的波带片和光子筛为单焦特性，无法满足短波衍射成像和干涉传感的分束需求。随着高相干短波光源问题的解决，对x射线分束器件的需求变得更加迫切。

科研人员借助古希腊梯子序列对传统光子筛进行编码处理，优化设计出了硬x射线双焦光子筛，在复旦大学陈宜方教授课题组的帮助下完成了器件的加工与检测，如图1所示。通过使用铜箔对微焦点x射线源进行滤波处理，得到了半值全宽0.0242keV中心8.39keV的谱线，其中x射线源主要集中在7.38 keV、8.39 keV、9.67 keV、9.96 keV、11.29 keV。在此基础上，对双焦光子筛进行等大成像实验，由x射线CCD进行记录，如图2、图3所示。实验结果显示，不论是长焦还是短焦成像，探测器在前后移动过程中记录的像都是先变小后变大，充分证明双焦光子筛实现了变焦分束成像。硬x射线分束器的出现为激光等离子体的变分辨率诊断、x射线显微镜和分束相干衍射成像等应用拓展了新的发展空间。

相关工作得到国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项A类等项目的支持。

原文链接

图1双焦光子筛，(a)光学显微镜照，(b)扫描电子显微镜照，(c)最小孔，(d)金高度

图2长焦成像的实验结果，(a-i)探测器逐渐靠近像面，然后远离像面

图3短焦成像的实验结果，(a-c)探测器逐渐靠近像面，然后远离像面