Оптические элементы из кремния

Материал из свободной русской энциклопедии «Традиция»
Перейти к: навигация, поиск
Icons-mini-icon 2main.png Основная статья: Оптические материалы

Линза из кремния для преломления Х-лучей
Рис.1. Схема преломления X-лучей.

Оптические элементы из кремния — элементы оптических систем, достаточно стойкие и способные эффективно преломлять «мягкие» и «жёсткие» рентгеновские лучи, а также прозрачные для инфракрасного излучения.

Общие сведения[править]

В настоящее время применение оптических материалов из монокристаллического кремния привело к созданию линзы и призмы, преломляющие Х-лучи аналогично оптическим устройствам линзам, используемым в диапазоне видимых лучей света. Хотя до последнего времени считались невозможными использовать преломляющие оптические системы для рентгеновского излучения в силу того, что показатель преломления Х-лучей мало отличается от единицы. Однако решена задача и достижения в рентгеновской оптике преломления «рентгеновских» оптических элементов (линз, призм, пластинок) позволяют рассматривать их как новое направление в области управления и использования Х-лучей в микроскопии с переходом на системы (микроскопы, телескопы и др.) с разрешающей способностью 1-10нм. В век нанотехнологий, новых напровлений в физике, науке, медицине, астрономии, оборонной промышленности и др. это внесёт большой вклад.[1]

История[править]

С момента открытия рентгеновского излучения (приписывается Вильгельму Конраду Рентгену, которое было впервые им опубликовано в статье о рентгеновских лучах — икс-лучи (x-ray) под названием «О новом типе лучей») 28-го декабря 1895 года рентгеновское излучение занимает важное место в широком спектре электромагнитных волн энергия фотонов которых определяется диапазоном энергией от ультрафиолетовых до гамма-излученией, что соответствует интервалу длин волн от 10−4 до 10² Å (от 10−14 до 10−8 м).

С начала освоения Х-излучения использовались:

  • Теневая микроскопия;
  • Фотоэлектронная микроскопия;
  • Исследования явлений дифракции на кристаллах.

В рентгеновской оптике, после открытия явлений дифракций Х-лучей на кристаллах, результатов по изучению отражения скольжения Х-лучей от зеркальных поверхностей, вскрывших электромагнитную природу этих лучей, начались исследования в напрвлении создания рентгеновских оптических систем анологичных обычным оптическим системам.

Рентгеновское излучение до 1970 годов применялось для исследований атомно-кристаллической структкры и свойств кристаллов и нашло применение в медицине, где основными элементами рентгеновской оптики были коллиматоры и монохроматоры. В наиболее узких направлениях — были отражающие профилированные зеркала и кристаллы с определённым прфилем (изогнутые кристаллы). Благодаря применению вышеперечисленных средств рентгеновской оптики стало возможным исследовать и рассматривать наноструктуры с разрешением оптических систем в 5—10нанометров (например, Ближнепольный оптический микроскоп).

В настоящее время применяются источники систем синхронного излучения (СИ) третьего и четвёртого поколений, обладающие большим диапазоном ваккумного ультрафиолета при энергиях квантов приблизительно в 100эВ и выше, близкие к области γ — излучения радиоактивных ядер при энергтях 100кэВ, что становиться уже более доступным исследовать, увидеть радиоактивные ядра. Исследования при таком наборе оптических средств рентгеновской микроскопии в различных направлениях стали возможными благодаря созданию более мощных источников СИ и применению новых фокусирующих элементов (рентгеновских оптических преломляющих линз), способные обеспечить достаточное трёхмерное разрешение 3D при формировании рентгеновских пучков и создание рентгеновских изображений (например, Лазерный рентгеновский микроскоп).

Рентгеновская оптика преломления[править]

Линза из кремния для преломления Х-лучей

Создание рентгеновских оптических усройств базируется на принципах явлений дифракции c использованием взаимодействия электромагнитной волны в диапазоне Х-излучения с веществом. Это определяет вид или тип фокусирующих оптических систем.

Вид фокусирующих оптических систем:

  • оптика отражения,
  • дифракционная оптика,
  • рентгеновская оптика преломления,
  • рентгеновсеие волноводы.

Основное большинство (оптика отражения, дифракционная оптика, рентгеновсеие волноводы) можно отнести к обычным традиционным оптическим система, применяемых в диапазоне видимого спектра света и имеющих аналогичный принцип действия с элементами зеркальной оптики, зонных пластинок Френеля, волноводов а также элементов, преломляюших рентгеновские лучи.

К нетрадиционным устройсвам рентгеновской оптики следует отнести устройства, к которым относятся элементы брэгг-френелевской оптики. Здесь явление брегговской дифракции на кристаллической структуре сочетается с дифракцией на специально созданой структуре зон Френеля. При этом имеет место эффект угловой дисперсии коэффициента преломления, что определяет эффект преломления лучей, т.е фокусировку излучения на плоскопараллельном кристалле.

Особый интерес вызывают нетрадиционные устройства на базе оптических элементов мультипликативной киноформной оптики. (В области видимого спектра света она малоэффективна и находит узкое приенение). В диапазоне X-излучения в последнее время созданы элементы преломления рентгеновсих лучей, которые находят своё дальнейшее изучение и применение. Рентгеновская оптика преломления получила своё развитие благодаря трудам российских учёных.[2]

Оптика отражения[править]

Icons-mini-icon 2main.png Основная статья: Рентгеновское зеркало
Рентгеновское зеркало (принцип работы)

Рентгеновское зеркалооптическое устройство, служащее для управления рентгеновским излучением (отражения рентгеновских лучей, фокусирования и рассеивания). В настоящее время технологии позволяют создавать зеркала для рентгеновских лучей с длиной волны от 2 до 45—55 нанометров. Рентгеновское зеркало состоит из многих слоев специальных материалов(до нескольких сотен слоев), в том числе из кремния.

Дифракционная оптика[править]

Icons-mini-icon 2main.png Основная статья: Дифракционная оптика

Рентгеновские волноводы[править]

Icons-mini-icon 2main.png Основная статья: Рентгеновские волноводы

Линзы из кремния[править]

Icons-mini-icon 2main.png Основная статья: Линзы из кремния
Плоско-выпуклая линза

Линзы из кремния — линзы, изготовленные из однородного кремния, прозрачные для инфракрасного излучения, обладают стойкостью к Х-излучению.

Контактные линзы[править]

Icons-mini-icon 2main.png Основная статья: Контактные линзы
Линзы контактные

В области офтальмологии созданы мягкие контактные линзы. Их производство основано на применении оптическиих полимерных материалов материалов (ОПМ), имеющих бифазную природу, сочетающих фрагменты кремний-органического или кремний-фторорганического полимера силикона и гидрофильного полимера гидрогеля.

Область применения[править]

См. также[править]

Примечания[править]

  1. В.В.Аристов, Л.Г.Шабельников Успехи физических наук, январь 2008г.,Том178, №1
  2. В.В.Аристов, Л.Г.Шабельников Успехи физических наук, январь 2008г.,Том178, №1