Сотрудники лаборатории рентгеновской оптики предложили и успешно испытали новый тип рентгеновской преломляющей линзы – параболический аксикон. Новая линза имеет специальную форму преломляющей поверхности, придающую ей уникальные оптические свойства, которые позволят выйти далеко за рамки стандартных рентгеновских методов исследований, основанных на использовании простых фокусирующих оптических элементов. Результаты работы были опубликованы в журнале Optics Express.
https://www.osapublishing.org/oe/abstract.cfm?uri=oe-25-23-28469
Сегодня, возможности современных источников рентгеновского излучения, таких как синхротроны и лазеры на свободных электронах, позволяют рассматривать некоторые новые и важные, для практического применения, задачи когерентной рентгеновской оптики. Одной из таких задач является, создание методов управления формой пучка, существенно расширяющих возможности использования рентгеновских лучей. Представленный параболический аксикон является прекрасной демонстрацией оптических устройств формирующих рентгеновские пучки специальной формы, сочетая самые интересные свойства синхротронного излучения, такие как яркость, монохроматичность и когерентность.
В отличие от традиционных линз, собирающих рентгеновские лучи в точку, параболический аксикон способен фокусировать падающее излучение в кольцо, а также формировать узкий, не расходящийся рентгеновский пучок, распространяющийся на достаточно большое расстояние, “нарушая” законы дифракции. Создаваемые аксиконом протяженные, недифрагируемые пучки уже известны в обычной оптике видимого света. Они названы пучками Бесселя в честь великолепного математика и астронома Вильгельма Фридриха Бесселя, с именем которого связана история науки в нашем регионе, где он создал и руководил Кёнигсбергской обсерваторией.
Параболические аксиконы созданы в лаборатории рентгеновской оптики совместно с сотрудниками инжинирингового центра БФУ им. И. Канта и успешно протестированы на источнике синхротронного излучения в европейском центре синхротронных исследований (ESRF Гренобль, Франция). В ходе изучения оптических свойств линз, впервые была продемонстрирована возможность создания пучков Бесселя, а также кольцевой фокусировки в рентгеновском диапазоне длин волн, с использованием преломляющей оптики. Результаты экспериментов полностью совпали с теоретическими исследованиями, что подтвердило возможность использования преломляющей оптики для преобразования формы рентгеновского пучка.
Область применение новых линз охватывает исследования, требующие специального кольцевого освещения, а также протяженных сфокусированных пучков, в задачах малоуглового рассеяния или в приложениях микроскопии, например, при исследовании различных биологических образцов. Кроме того, параболические аксиконы в полной мере могут быть использованы в лучах рентгеновских лазеров на свободных электронах для изучения сверхбыстрых физических явлений и исследований в области нелинейной рентгеновской оптики.
Анатолий Снигирев, заведующий лабораторией рентгеновской оптики БФУ им.И.Канта:
«Наиболее важное применение рентгеновские аксиконы могут иметь для формирования и транспорта излучения рентгеновских лазеров на свободных электронах. Самый мощный рентгеновский лазер (XFEL) в Гамбурге уже дал первый свет и в этом году примет первых пользователей, включая российских физиков, учитывая, что Россия является одним из основных членов этого проекта. Аспирант нашей лаборатории Дмитрий Зверев – непосредственный участник и исполнитель этой работы – вдохновлённый красотой математики Бесселя, уверен, что предложенный аксикон найдёт применение в новых оптических схемах рентгеновской микроскопии»
Дмитрий Зверев, аспирант БФУ им.И.Канта:
“Хорошо известный в оптике принцип фазовой микроскопии Цернике может быть эффективно применён в рентгеновской области, благодаря возможности специальной коаксиальной формой освещения аксиконом объекта без применения неудобных для жёсткого рентгена кольцевых диафрагм”.
Предложенный параболический аксикон открывает новое направление развития методов формирования рентгеновского пучка на основе преломляющей оптики, которые могут быть эффективно использованы во многих перспективных областях физических исследований.
