Алмазная микролинза сфокусировала сильное рентгеновское излучение

24 февраля 2020
55

Российские физики сделали алмазную микролинзу для фокусировки сильного рентгеновского излучения: для ее фабрикации ученые впервые использовали ионно-лучевую литографию. Система из трех последовательных линз позволила достичь дифракционного пределапри фокусировании, что открывает дорогу к рентгеновской микроскопии с нанометровым разрешением. Работа опубликованав журнале Optics Express.

В последние годы синхротроны находят множество применений в микроскопических исследованиях. Однако, из-за необычного для современной оптики диапазона, встает вопрос о создании оптических элементов для источников рентгеновского излучения. За годы развития этой области составные преломляющие линзы стали одним из основных инструментов для работы с рентгеновским излучением из-за их слабой чувствительности к отклонениям в форме линзы, простоты использования и универсальности.

Для создания качественной оптической системы необходимо уметь делать линзы с маленьким радиусом кривизны, который обеспечивает меньшее фокусное расстояние, что позволяет получить большую апертуру и разрешение. Такая идеальная линза может достичь дифракционного предела, однако создание линзы с маленьким радиусом — инженерно трудная задача. 

Группа российских физиков под руководством Анатолия Снигирева из Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта показали, что ионно-лучевая литография может быть использована для создания преломляющих оптических элементов, и продемонстрировали составную систему из алмазных микролинз.

Половинки линзы вытачивались из монокристаллической алмазной пластины толщиной 40 мкм, а радиус кривизны одной параболической поверхности составлял 5 мкм. Для вытачивания микролинзы ученые использовали электронный литограф, который позволял контролировать форму и геометрию линзы в реальном времени. Затем половинки линзы соединялись вместе и формировали систему из трех последовательно соединенных линз. Для экспериментальной проверки составной оптической системы ученые использовали источник рентгеновского излучения на 12 килоэлектронвольт. Для начала, физики выровняли линзы с помощью фазово-контрастного рентгеновской микроскопии. Затем ученые сфокусировали рентгеновский луч и показали, что в такой системе действительно достигается дифракционный предел. Более того, с помощью анализа распределения сфокусированного пучка физики показали, что в изготовленных микролинзах отсутствуют аберрации.

В дальнейшем ученые планируют построить составную оптическую систему, в которой будет больше микролинз с меньшими радиусами. Это позволит увеличить апертуру и, следовательно, конечное разрешение. Такие микрооптические схемы позволяют создать «лабораторию на чипе», где короткофокусный объектив интегрирован с исследуемым образцом прямо на чипе.

Ранее китайские ученые научились получать четырехмерные изображения при помощи массива микролинз из жидких кристаллов. Созданное устройство одновременно позволяет восстановить три пространственные координаты объектов в поле зрения, а также степень поляризации отраженного от них света.