En optique réfractive, la direction des rayons X est modifiée par la réfraction à la limite entre des matériaux ayant des indices de réfraction différents. La réfraction est décrite par la loi de Snell. Pour les rayons X, la différence entre l'indice de réfraction et un est appelée le décrément de l'indice de réfraction . Comme le décrément de l'indice de réfraction des rayons X pour tous les matériaux n'est que légèrement inférieure à un, des centaines d'éléments de lentilles individuelles avec de très petits rayons de courbure doivent être alignés avec précision - selon l'énergie photonique - afin d'obtenir une lentille à rayons X d'une focale inférieure à un mètre (figure 1).  Ces rangées de lentilles réfractives sont connues sous le nom de lentilles réfractives composées (CRL). Pour la lumière visible, l'indice de réfraction des matériaux des lentilles est bien supérieur à un et les lentilles convergentes sont plus épaisses au centre qu'aux bords, ce qui donne leur forme biconvexe typique. Comme l'indice de réfraction des rayons X est inférieur à un, les lentilles convergentes aux rayons X sont plus minces au centre qu'à leurs bords, c'est-à-dire qu'elles ont une forme biconcave. Une forme parabolique des surfaces réfringentes est bien adaptée pour focaliser la lumière incidente des rayons X parallèlement à l'axe optique.

 

CRL lens elements

Fig. 1 : Elément individuel à longue focale f1 (en haut) et série d'éléments individuels (CRL) à courte focale f2 (en bas)

Pour les lentilles minces, la distance focale peut être calculée comme suit

Focal length f of a CRL

avec le rayon de courbure R et le nombre d'éléments de lentille individuels N. Si la longueur de lentille L est approximativement aussi grande que la distance focale, la formule pour les lentilles épaisses peut être appliquée :

Focal length f of a long CRL

 

Certains paramètres typiques des CRL sont énumérés au tableau 1.

paramètre symbole
valeurs typiques
énergie photonique Ephoton 5-1000 keV
décrément de l'indice de réfraction  δréfractive(λ)=1-n  10-5 to 10-9
ouverture d'entrée  AE, CRL
 <1 mm2
ouverture numérique  NACRL  ≤10-3
distance focale d'entrée et de sortie f1, f2 >5 mm

matériaux des lentilles

-

 Be, Si, SU-8 (résine), Al, Ni, Au

diamètre de faisceau dU, CRL 30 µm to 1500 µm

Tableau 1: Paramètres typiques des CRL [VDI 2007b]

 

[VDI 2007b] VDI/VDE 5575 Blatt 7:2007-12 Röntgenoptische Systeme, Refraktive Röntgenoptiken (X-ray optical systems; Refractive X-ray optics), Berlin, Beuth Verlag, 2007

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