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X射线在光导纤维中的传输特性是设计X射线透镜的基础。为设计聚焦效率高的软X射线聚束透镜,使之与软X射线源配合最大限度地获得高功率密度的软X射线束,首先对软X射线在毛细管中的传输特性进行了理论和实验研究,根据研究结果对软X射线聚束透镜参数进行设计,并制作软X射线聚束透镜,以激光等离子体作为软X射线源,对软X射线聚束透镜聚束特性进行了实验测定。 在理论模拟方面,根据光线追迹原理,建立了软X射线在弯曲毛细管中传输的计算模型,对软X射线在毛细管中传输的效率和光强分布进行了数值模拟。计算结果表明:软X射线在弯曲毛细管中的传输效率整体趋势随光子能量的增加而减小,在水窗波段较平坦,在氧K吸收边下降很陡峭;传输效率随毛细管内径的减小而增大;传输效率随毛细管曲率半径的减小而减小。 在北京同步辐射装置软X光站3W1B束线上,对不同能量软X射线(50~1500eV)在不同规格毛细管光导纤维中的传输特性进行了研究。研究结果表明:玻璃毛细管对软X射线有较高的传输效率,通过长275mm的直毛细管后,传输效率均高达80%;弯曲毛细管传输效率随软X射线光子能量的增大而减小;对相同壁厚的毛细管,随内径的增大,传输效率先增大,达到最大值后再减小;传输效率随曲率的增大而减小;对相同几何形状的玻璃毛细管,含硼(B)量越高的毛细管传输效率越高。实验结果与理论模拟结果符合较好。在我们研究的9种规格的毛细管中,使用含硼(B)量较高的DM308型号玻璃材料拉制成内径0.45mm、外径0.6mm的毛细管是组成软X光聚束透镜的最佳选择,该规格毛细管可以将能量为250eV的X射线传播方向改变26°,而出射能量达到入射到毛细管内能量的12%。 根据软X射线在毛细导管中传输的研究结果,对软X射线聚束透镜的参数进行了优化,设计并制作软X射线聚束透镜,该透镜中心长度为400mm,焦距为50mm,由1387根毛细管组成,分21层排列,毛细管由三块支架固定,收光角达到28.9°。将软X射线聚束透镜与激光等离子体软X射线源(激光脉冲半宽8ns,能量1J,基频波长1064nm)组合,在透镜后焦点处获得的软X射线束斑直径约2mm,在X射线辐射功率达到峰值时,软X射线聚束透镜总收集效率为0.8‰,整体传输效率为4.7%,,功率密度达到1.3×10~5W/cm~2,功率密度增益为825,等效距离17.8mm;在X射线脉冲辐射过程中,软X射线聚束透镜总收集效率为1.3‰,整体传输效率7.4%,功率密度增益1297,等效距离14.2mm。