Алмазные линзы 2017-08-23T11:00:13+00:00

Алмазные линзы

      Интенсивное развитие преломляющей рентгеновской оптики породило создание преломляющих рентгеновских линз, которые зарекомендовали себя как надежные, компактные, легкие в установке и сохраняющие когерентные свойства пучка оптические устройства для микро- и нано-фокусировки на источниках синхротронного излучения третьего поколения. Ввиду общемировой тенденции к переходу на СИ 4-го поколения, где мощность излучения возрастает в десятки раз, возникает потребность в рентгенооптических элементах повышенной радиационной и тепловой стойкости. Алмаз полностью удовлетворяет данным требованиям и подходит для производства линз при наличии соответствующей технологии. Долгое время попытки производства алмазных линз были безуспешны ввиду чрезвычайной механической твердости алмаза, его химической инертности и сложности обработки. Однако, в ходе нашей работы с коммерческими партнерами, впервые был применен метод лазерной резки к производству линз. Были успешно изготовлены планарные и двумерные преломляющие линзы методом лазерной резки пластин как монокристаллического, так и поликристаллического алмаза. Монокристаллический алмаз уменьшает рассеяние рентгеновского излучения, в то время как поликристалл свободен от возможной случайной дифракции при использовании линзы. Используемые пластины, толщиной до 1мм, выращиваются методами химического осаждения из газовой фазы и температурного градиента. Поперечный размер линз может быть увеличен за счет использования более толстых пластин алмаза (>1 мм), доступных, в настоящее время на рынке, однако сложность производства стремительно возрастает с ростом толщины линзы.

       Изготавливаемые линзы тестируются на остро-фокусном источнике рентгеновского излучения Metal Jet, находящемся в Лаборатории Рентгеновской Оптики и Физического Материаловедения НТП «Фабрика», а по результатам тестов делаются выводы относительно улучшения дизайна, профиля, шероховатости и условий производственного процесса. Составная планарная линза (рисунок 1) представляет собой набор двояковогнутых параболических элементов с характерными радиусами в вершине параболы от 50 до 500 мкм. Число таких элементов в ряду влияет на фокусное расстояние всей линзы и определяется конкретными экспериментальными условиями. Алмазные линзы способны выдерживать тепловые и радиационные нагрузки ввиду большой величины теплопроводности алмаза, низкого коэффициента линейного расширения, высокой температурной стабильности, что делает их многообещающими для применения в рентгеновских лазерах на свободных электронах. Алмаз, также, должен заменить бериллиевые линзы на СИ 4-го поколения в качестве оптики для обработки излучения перед его экспериментальным использованием, осуществляя пре-фокусировку (коллимацию) либо расширение пучка. Принимая во внимание стремительное развитие лазерных технологий, в индустрии стали доступны фемто-секундные лазеры с высокой точностью перемещений, что позволяет улучшить качество поверхности и профиля получаемых линз, позволяя перейти к нано-фокусировке. Последнее обстоятельство выводит алмазную оптику на качественно новый уровень.