同步辐射实验中的X射线聚焦元件概述

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在进行同步辐射相关实验时，为了获得较高的空间分辨率，通常需要利用聚焦元器件将X射线进行聚焦。X射线聚焦元器件可分为三类：一是反射型，如Kirkpatrick-Baez (K-B) 反射镜；二是衍射型，如菲涅尔波带片；三是折射型，如复合折射透镜(Compound Refractive Lens, CRL)。

反射型聚焦元件 通常使用曲面反射镜，如球面和超环面反射镜。球面反射镜可在子午线或弧矢的其中一个方向上聚焦，而超环面反射镜则可以同时实现两个方向上的聚焦，但成本高昂。此外，单反射镜系统存在像差，为减少像差，需使用多枚反射镜的组合。对于同步辐射束线常用的能量范围，由于反射镜的反射率较低，为了不显著地降低光强，通常只能使用双反射镜系统，如K-B双反射镜系统。

K-B双反射镜示意图

衍射型聚焦元件 反射镜通常只能聚焦到微米级光斑，采用波带片作为聚焦元件，利用光的衍射对光斑聚焦，可实现纳米量级的光斑，如菲涅尔波带片。

菲涅尔波带片示意图

菲涅尔波带板多级衍射焦点示意图

复合折射透镜（CRL） 相较于上述两种聚焦器件，CRL系统具有结构紧凑、焦距可调、准直方便、对面形误差和震动敏感度低等优点。目前，CRL已成为同步辐射光源装置束线的重要聚焦元件。

对于CRL的几何结构，由于材料在X射线波段的折射率小于1，能够实现X射线聚焦的面型为凹面。

单个聚焦透镜示意图

尽管理想的聚焦面型为椭圆形，但CRL通常设计为具有相同顶点曲率半径的抛物线形，主要基于以下考虑：

一、抛物柱孔的开口直径大于椭圆柱孔，可使透镜接收更高的光子通量。

二、X射线在抛物柱形透镜中经过的材料长度较短，X射线的衰减相对较小。

椭圆形与抛物线形透镜对比示意图

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