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， 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