Курсова робота
Розрахунок дифракційної межі заломлюючої рентгенівської оптики
Введення
Відкриття та застосування рентгенівського випромінювання нерозривно пов'язані з технічними можливостями управління рентгенівським випромінюванням. Можливості управління рентгенівським випромінюванням за допомогою тієї ж техніки, що і для видимій області спектру, обмежуються з одного боку - особливостями взаємодії рентгенівського випромінювання, а з іншого боку технічними можливостями виготовлення стабільних високоточних мікроструктур. Довгі роки вся увага дослідників була зосереджена на створенні рентгенооптіческіх елементів, що базуються на використанні повного зовнішнього відбиття від поверхонь заданої форми або бреггівськими дифракції на кристалах і багатошарових структурах. З появою потужних синхротронного джерел з'ясувалося, що традиційні рентгенооптіческіе елементи не можуть забезпечити фокусування і колімація рентгенівського випромінювання в області високих енергій. Одним з важливих етапів у розвитку рентгенівської оптики, можна з упевненістю вважати 1996 рік, коли була запропонована ідея використовувати велику кількість (від 10 до 500) заломлюючих лінз для зменшення фокусної відстані [1]. Розрахунки показують, що діаметр таких лінз не повинен перевищувати сотень мікрометрів. Як матеріал для лінз повинні використовуватися слабопоглощающіе речовини [2].
Енергія рентгенівського випромінювання збігається з енергією коливань внутрішніх атомних електронів, що дозволяє досліджувати будова речовини, досліджувати фізичні процеси, що протікають в зірках, термоядерної плазмі. Велике поглинання рентгенівського випромінювання і мала довжина хвилі дозволяє застосовувати його для аналізу малоконтрастних біологічних зрізів, поверхневих шарів твердих тіл забезпечуючи дозвіл рівне десяткам нанометрів.
Рентгенівське випромінювання широко використовується в літографії для виробництва елементів з субмікронними розмірами. Мова йде про перенесення малюнка з шаблону на поверхню напівпровідникової пластини. Якщо необхідно виробляти деталі з розміром менше 0,1 мкм, традиційна оптична фотолітографія не може бути використана через дифракційних ефектів. На відміну від електронної літографії рентгенівська літографія дає більш «чіткі» зображення, оскільки фотоелектрони, що утворюються в процесі експонування, мають меншу енергію і, отже, меншу довжину пробігу. Рентгенівська мікроскопія займає проміжне місце між оптичної та електронної. На відміну від оптичної вона пропонує кращі дифракційним дозволом і контрастом, що дозволяє без попереднього фарбування або внесення важких елементів досліджувати біологічні клітини, тонкі біологічні зрізи і плівки. У той же час на відміну від електронної рентгенівська мікроскопія не вимагає трудомісткою попередньої підготовки об'єкта, і в принципі дозволяє досліджувати вологі і живі біологічні зразки. Глибина проникнення рентгенівського випромінювання 1-10 мкм також істотно більше значення, характерного для електронних мікроскопів. Традиційні рентгенівські мікроскопи є скануючими або проекційними. Поява заломлюючих лінз для рентгенівського випромінювання дозволяє розробити новий тип мікроскопа в рентгенівської області спектра. Завдяки цьому роботи з дослідження особливостей формування зображень в рентгенівських променях є перспективними і актуальними.
1. Можливості оптики
оптика дифракція лінза заломлює
Роздільна здатність оптичних систем обмежена дифракцією світла, в результаті якої зображення нескінченно малою світної точки має вигляд яскравої плями (диск Ері) концентричними темними і світлими кільцями поступово спадної яскравості. Діаметр диска Ері, в якому зосереджено 84% всієї енергії точки, має величину:
(1)
де л - довжина хвилі світла, А - числова апертура.
Межа дозволу оптичної системи визначається при зближенні точок до такої відстані, коли падіння освітленості в проміжку між ними стає помітним, і точки зливаються в одну. Встановити однозначно ця межа важко. Найчастіше для його визначення використовується критерій Релея, відповідно до яких точки вважаються дозволеними, коли відстань між ними дорівнює радіусу диска Ейрі. При цьому у разі самосвітних некогерентних випромінювачів освітленість в проміжку між точками становить ~ 80% від освітленості в максимумі.
До теперішнього часу в рентгенівському діапазоні не існувало зображують об'єктивів аналогічним в оптиці, основу яких складає заломлююча лінза. Поява нової заломлюючої оптики та експериментальні роботи, що показують принципову можливість не тільки фокусувати рент...
