一种平行束组合型透镜

本技术属于光学仪器，具体涉及一种平行束组合型透镜。

背景技术：

1、在x射线的相关实验中，往往需要对发散度高的x射线光源进行调控，以根据实验要求获得小焦斑光束或者准平行光束。对于现有的技术来说，获得发散度较低的准平行光束需要同步辐射光源这种大型科学装置，不便大范围的推广和利用；对于应用较为广泛的实验室光源来说，获得发散度较低的准平行光束可以用多毛细管透镜或者抛物面型的单毛细管透镜，它们各有优缺点。

2、文献(刘景.同步辐射高压衍射技术[j].高压物理学报,2020,34(05):29-48.)描述了一种同步辐射光源获得准平行光束的方式，同步辐射光源通过使用插入器件产生的高亮度光束，以及通过单色器、聚焦光学和狭缝系统等设备的组合，实现高度准直的光束输出，缺点是不便于广泛应用。

3、总的来说，同步辐射光源能获得发散度很低的平行光束，但不便于推广；多毛细管透镜也可以获得发散度较低的准平行光束，但发射度往往达不到实验要求；抛物面型的但毛细管虽然能获得较好的准平行光束，但只能获得环形光束。

4、文献(shao s,li h,yuan t,et al.the glancing incidentx-ray fluorescencespectrometry based on the single-bounce parabolic capillary[j].chinesephysics b,2022.)描述了一种如何用抛物面型的单毛细管获得准平行光束的方式，利用抛物面型单毛细管调控出的准平行环形光束，在环形光束后加小孔，只利用小孔射出的那一小部分准平行光束。优点是解决了抛物面型单毛细管的环形光束的问题，缺点是对实验室光源的利用率太低。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是提供一种平行束组合型透镜，本实用新型解决了现有技术抛物面型单毛细管的环形光束对实验室光源利用率太低以及现有准平行光束不便于广泛应用的问题。

2、为了达到上述目的，本方案的技术方案如下：一种平行束组合透镜，包括：抛物面型单毛细管，其内表面为抛物面，其放置在x射线光源和圆锥型单毛细管i之间，抛物面型单毛细管内表面将x射线光源发出的x射线束进行单次全反射；圆锥型单毛细管i，其内表面为圆锥面，其位于抛物面型单毛细管之后，圆锥型单毛细管i内表面接收经过抛物面型单毛细管后产生的x射线束进行单次全反射；以及圆锥型单毛细管ii，其外表面为圆锥面，其位于圆锥型单毛细管i之后，圆锥型单毛细管ii外表面将圆锥型单毛细管i产生的x射线束进行单次全反射，形成准实心平行光束的焦斑；其中，x射线光源、抛物面型单毛细管、圆锥型单毛细管i、圆锥型单毛细管ii和准实心平行光束的焦斑依次同轴设置。

3、其中，抛物面型单毛细管内径小的一端为入口端的入口直径di1，内径大的一端为出口端的出口直径do1；圆锥型单毛细管i内径大的一端为入口端的入口直径di2，内径小的一端为出口端的出口直径do2；圆锥型单毛细管ii内径大的一端为入口端的入口直径di3，内径小的一端的为出口端的出口直径do3。

4、其中，在平行束组合透镜模型中，以抛物面型单毛细管的轮廓曲线的顶点为坐标原点，以平行束组合透镜的中心轴为坐标系的z轴建立坐标系，因此，在平行束组合透镜中抛物面型单毛细管的内表面描述为：

5、

6、x2+y2-2p*z＝0    (2)

7、其中：

8、式(1)中，p为抛物面曲线的焦准距，di1为抛物面型单毛细管的入口直径，θc为x射线的全反射临界角；ρm为光滑表面介质的密度；e为入射x射线的能量；

9、平行束组合透镜中圆锥型单毛细管i的内表面描述为：

10、

11、其中：

12、式(3)中，f1和l1分别是抛物面型单毛细管的焦距和管长；d1是抛物面型单毛细管和圆锥型单毛细管i之间的距离；di2和θc1分别是圆锥型单毛细管i的入口直径和截面斜率角度；

13、平行束组合透镜中圆锥型单毛细管ii3的外表面描述为：

14、

15、其中：

16、式(4)中，d2是圆锥型单毛细管i和圆锥型单毛细管ii之间的距离；di3是圆锥型单毛细管ii的入口直径；l2是圆锥型单毛细管i的管长；此外l3和do3分别是圆锥型单毛细管ii的管长和出口直径，do1是抛物面型单毛细管的出口直径，di2和do2分别是圆锥型单毛细管i的入口直径和出口直径，f2表示出口焦距；

17、准实心平行光束的焦斑4大小的决定因数之一为：抛物面型单毛细管发出的平行光束宽度w满足如下公式：

18、

19、进一步地，抛物面型单毛细管、圆锥型单毛细管i和圆锥型单毛细管ii的材料均为硅酸盐玻璃。

20、进一步地，抛物面型单毛细管的管长l1的长度为10～200mm、入口直径di1的长度为50～1000μm和出口直径do1的长度为50～1000μm。

21、进一步地，圆锥型单毛细管i的管长l2的长度为10～200mm、入口直径di2的长度为50～1000μm和出口直径do2的长度为50～1000μm。

22、进一步地，圆锥型单毛细管ii的管长l3的长度为10～200mm、入口直径di3的长度为50～1000μm和出口直径do3的长度为5～100μm。

23、本实用新型的有益效果是：

24、本实用新型提出一种平行束组合透镜，以抛物面型单毛细管为基础，将两个圆锥型单毛细管加入进行组合，组成三步调控光学系统。本实用新型提供的平行束组合透镜，用三个单毛细管进行组合使用，三个单毛细管分别为抛物面型单毛细管、圆锥型单毛细管ⅰ和圆锥型单毛细管ⅱ。圆锥型单毛细管ⅰ利用的是内表面进行单次全反射，圆锥型单毛细管ⅱ利用外表面进行单次全反射。每个单毛细管都进行单次全反射，不仅可以解决光源利用率过低的问题，还可以获得准实心的平行光束。本实用新型的透镜所调控出的平行光束发散度更低，更容易满足实验条件。本实用新型的组合透镜具有小巧方便的优势。x射线经过本实用新型的透镜调控后可以得到准实心的平行光束。本实用新型的x射线经过本实用新型的透镜调控后可以获得光强密度更大的平行光束，光源利用率更高。

25、本实用新型由于在抛物面型单毛细管后加上两根圆锥型单毛细管，而且只利用圆锥型单毛细管进行一次单次全反射，这样可以最大限度的减小因反射而损失的光线，从而提高了光源利用率，并且使原有的环形光束调控成近乎实心的平行光束，在实验室光源领域将有着不可替代的重要作用。

技术特征：

1.一种平行束组合型透镜，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的平行束组合型透镜，其特征在于,所述抛物面型单毛细管(1)、圆锥型单毛细管ⅰ(2)和圆锥型单毛细管ⅱ(3)的材料均为硅酸盐玻璃。

3.根据权利要求2所述的平行束组合型透镜，其特征在于,所述抛物面型单毛细管(1)的管长l1的长度为10～200mm、入口直径di1的长度为50～1000μm和出口直径do1的长度为50～1000μm。

4.根据权利要求2所述的平行束组合型透镜，其特征在于,所述圆锥型单毛细管ⅰ(2)的管长l2的长度为10～200mm、入口直径di2的长度为50～1000μm和出口直径do2的长度为50～1000μm。

5.根据权利要求2所述的平行束组合型透镜，其特征在于,所述圆锥型单毛细管ⅱ(3)的管长l3的长度为10～200mm、入口直径di3的长度为50～1000μm和出口直径do3的长度为5～100μm。

技术总结
本技术公开了一种平行束组合型透镜，包括抛物面型单毛细管，其放置在X射线光源和圆锥型单毛细管Ⅰ之间，抛物面型单毛细管内表面将X射线光源发出的X射线束进行单次全反射；圆锥型单毛细管Ⅰ，其位于抛物面型单毛细管之后，圆锥型单毛细管Ⅰ内表面接收经过抛物面型单毛细管后产生的X射线束进行单次全反射；圆锥型单毛细管Ⅱ，其位于圆锥型单毛细管Ⅰ之后，圆锥型单毛细管Ⅱ外表面将圆锥型单毛细管Ⅰ产生的X射线束进行单次全反射，形成准实心平行光束焦斑。本技术解决了现有技术抛物面型单毛细管的环形光束对实验室光源利用率太低以及现有准平行光束不便于广泛应用的问题。本技术的透镜所调控出的平行光束发散度更低，更容易满足实验条件。

技术研发人员：华陆,孙天希,胡锦玥,袁天语,钟玉川,李惠泉
受保护的技术使用者：北京师范大学
技术研发日：20240117
技术公布日：2024/9/23