X-ray optics

X-ray 또한 빛과 같은 전자기파의 일종이고, 이를 활용하는 기기를 구축할 때 다양한 렌즈와 Mirror와 같은 광학계를 사용합니다. X-ray 광학계 특히 방사광 가속기를 위해 개발된 X-ray광학계는 아래와 같은 것들이 있습니다.

• Compound Refractive Lens
• Kirkpatrick Baez (KB) Mirror
• Fresnel Zoneplate
• Polycapillary optics
• New Sigray Paraboloidal Condenser

Compound refractive lens

대부분의 물질에 대해 X-ray 복소굴절률(Complex refractive index)의 실수 값은 1에 가깝습니다. 따라서 단일한 렌즈(굴절률의 실수값이 1보다 작으므로 오목렌즈)로 X-ray를 focus한다면 상당히 긴 거리의 focal length가 필요하게 될 것입니다.

Compound refractive lens (CRL)은 이러한 렌즈를 광학적으로 선형 배열시키는 구조를 부여하여 수 미터 수준의 focal length가 가능하게 하였습니다.

Kirkpatrick Baez (KB) Mirror

KB mirror는 두 개의 mirror로 구성되어 있습니다. 첫번째 mirror는 수평 방향으로, 두번째 mirror는 수직방향으로 배열하여 X-ray를 focus합니다.

광원에서 첫번째 mirror까지의 거리를 p, 두번째 mirror에서 상이 맻히는 초점거리를 q, 그리고 두 mirror 중심 사이의 거리를 k라 하면, 다음과 같은 식이 성립합니다.

Fresnel Zoneplate

Zone plate는 반사와 굴절이 아닌 회절(Diffraction)을 이용하여 focus하는 광학계입니다. 구조적으로는 투명한 부분과 불투명한 부분이 링형태로 교대로 배치된 형태를 가집니다. 링의 크기와 초점거리는 다음 식과 같은 관계를 가집니다.

Zone plate는 반사와 굴절이 아닌 회절(Diffraction)을 이용하여 focus하는 광학계입니다. 구조적으로는 투명한 부분과 불투명한 부분이 링형태로 교대로 배치된 형태를 가집니다. 링의 크기와 초점거리는 다음 식과 같은 관계를 가집니다.

Polycapillary optics

Polycapillary optics는 여러 다발의 속이 빈 유리섬유로 구성되어 있으며, 각각의 유리섬유를 통과한 X-ray가 한 점에서 집광 되도록 굴곡진 구조를 가지고 있습니다.

Sigray Paraboloidal Condenser

Sigray에서 개발한 Paraboloidal condenser는 하나의 유리관으로만 구성되어 있습니다. 그런데 유리관 내부가 포물면(Paraboloidal) 형태로 굴곡지어 있어 내부에서 반사를 거친 X-ray가 초점거리 위치에서 집광하게 되어 있습니다.

• Intense flux at the sample, due to a combination of: small point spread function, high transmission efficiency (~80%) and large numerical aperture of the optics
• Highest resolution (<8 µm) spot of any laboratory x-ray optic available
• Spot size is round and symmetric with minimal tails
• Most accurate analytical capabilities for microanalysis due to achromatic focal spot and pencil beam focusing
• Large working distances (up to 50 mm) for maximal experimental flexibility for a wide range of sample types