近期，中國科學院上海光學精密機械研究所高功率激光物理聯(lián)合實驗室在微焦點x射線源上首次完成硬x射線的變焦分束成像研究，解決了硬x射線波段的分束器受限問題。相關成果以“Bifocal photon sieve imaging in the hard x-ray region”為題，發(fā)表于Optics Letters。

菲涅耳波帶片于1818年被提出，并于二十世紀六十年代成功應用于x射線聚焦研究。2001年光子篩的出現(xiàn)，為x射線的高性能聚焦提供了波帶片之外的器件選擇。但傳統(tǒng)的波帶片和光子篩為單焦特性，無法滿足短波衍射成像和干涉?zhèn)鞲械姆质枨?。隨著高相干短波光源問題的解決，對x射線分束器件的需求變得更加迫切。

科研人員借助古希臘梯子序列對傳統(tǒng)光子篩進行編碼處理，優(yōu)化設計出了硬x射線雙焦光子篩，在復旦大學陳宜方教授課題組的幫助下完成了器件的加工與檢測，如圖1所示。通過使用銅箔對微焦點x射線源進行濾波處理，得到了半值全寬0.0242keV中心8.39keV的譜線，其中x射線源主要集中在7.38 keV、8.39 keV、9.67 keV、9.96 keV、11.29 keV。在此基礎上，對雙焦光子篩進行等大成像實驗，由x射線CCD進行記錄，如圖2、圖3所示。實驗結果顯示，不論是長焦還是短焦成像，探測器在前后移動過程中記錄的像都是先變小后變大，充分證明雙焦光子篩實現(xiàn)了變焦分束成像。硬x射線分束器的出現(xiàn)為激光等離子體的變分辨率診斷、x射線顯微鏡和分束相干衍射成像等應用拓展了新的發(fā)展空間。

相關工作得到國家自然科學基金、中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項A類等項目的支持。

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圖1雙焦光子篩，(a)光學顯微鏡照，(b)掃描電子顯微鏡照，(c)最小孔，(d)金高度

圖2長焦成像的實驗結果，(a-i)探測器逐漸靠近像面，然后遠離像面

圖3短焦成像的實驗結果，(a-c)探測器逐漸靠近像面，然后遠離像面