CN109473329A - 一种面发射透射式阵列结构的空间相干x射线源 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种空间相干X射线源，包括：阴极、电子束汇聚装置和透射式阳极靶，阴极包括平面发射型电子发射体，其中，平面发射型电子发射体、电子束汇聚装置和透射式阳极靶依次设置于同轴光路上；平面发射型电子发射体具有垂直于光轴的用于发射第一电子束的发射平面；电子束汇聚装置用于接收并汇聚由发射平面发射的第一电子束得到第二电子束，并将第二电子束发射到透射式阳极靶上，对透射式阳极靶进行轰击；透射式阳极靶与阴极对应设置，用于在第二电子束的轰击下产生X射线，以及让X射线穿过透射式阳极靶发射出去。使用本发明所描述的空间相干X射线源，能够满足X射线干涉成像系统对X射线源的高通量、大视场、获取高质量图像的要求。

Description

一种面发射透射式阵列结构的空间相干X射线源

技术领域

本发明涉及X射线干涉成像领域，具体而言，涉及一种面发射透射式阵列结构的空间相干X射线源。

背景技术

X射线光栅干涉成像技术是当前X射线相衬成像技术研究的热点。X射线光栅干涉成像技术是由德国科学家F.Pfeiffer博士在2006年提出来，其采用源光栅加普通X射线管的方法获得相干X射线源，这使得X射线相衬成像研究摆脱了对同步辐射光源的依赖，从而使X射线光栅相衬成像技术有可能在普通的实验室和医院中实现。

但F.Pfeiffer提出的利用源光栅的方法使X射线成像系统的有效视场受到源光栅对X射线管视角的限制，成像系统的有效视场不能做的很大；由于增加了源光栅，X射线管产生的X射线很大部分被源光栅吸收，使得X射线通量的利用率大幅度降低；源光栅是一种吸收光栅，需采用高Z物质制作足够厚的光栅，制作难度很大；由于源光栅的制作技术的限制，源光栅不能够完全吸收高能量的X射线，从而导致相位光栅自成像的条纹对比度降低，严重影响系统的灵敏度和成像质量；源光栅的使用将增加系统的复杂程度，使得光源到探测器的距离变得更大。

因此，现有的X射线管通常采用反射式X射线管，该种反射式X射线管包含有两个电极：一个是阴极，包含发射电子的灯丝，另一个是阳极，包含用于接受电子轰击的反射式的阳极靶，两电极均被密封在高真空的玻璃或陶瓷外壳内。灯丝通过热发射或场致发射产生电子云，阴极和阳极组成的电子光学系统产生高压聚焦电场对电子束进行径向聚焦和轴向加速产生高能电子束，高能电子束轰击阳极靶，通过电子与固体靶物质的相互作用辐射出X射线。

其中，上述的阳极是一个圆柱形32度斜截面，其截面上利用精密机械加工的办法制作微结构沟槽，所刻沟槽呈锯齿阵列型排布，其材质为金属钨。当高能电子束从顶端轰击钨靶时伴随有X射线的产生，电子入射方向与截面成45°角，产生的X射线与电子入射方向垂直，所形成的微结构发射体阵列的周期为40微米，线宽10微米。

然而，在实践中发现，上述反射式X射线源由于结构上的限制，在应用中会存在以下问题：

其一，在视场范围上，其产生X射线的视场较小。由于出射窗口的限制，从阳极靶表面反射出的X射线大部分被拦截，只有小部分才从窗口辐射出来，辐射出的X射线发散角度小，导致成像视场受限；由于这种结构产生的阵列X射线源在光轴方向上延展分布，从而使阵列X射线源中的每个线发射体到探测面的距离不等，不利于平面探测器对成像信息的提取，也限制了系统的视场范围。特别在普通实验室和医院中，通常需要大视场成像，由于这种阵列X射线源的成像视场受到限制，因此很难应用在大视场X射线微分成像中。

其二，在出光特性上，上述的阳极出光效率低。为了便于散热，反射靶通常都做的较厚，而且制作在很厚的铜电极上，电子打靶产生的X射线大部分被靶和散热电极所吸收，只有表层很薄一层产生的X射线能从靶表面辐射出来；而且由于反射式结构的限制，只有按照一定角度辐射出的X射线的才会从窗口辐射出来，大部分角度出射的X射线都会被拦截而不能被有效利用，这就严重限制了X射线的利用效率。

其三，由于沿用了传统X射线管的螺旋灯丝结构，电子在发射时容易受到空间电荷以及灯丝场分布的抑制作用，影响其发射效率；而且由于灯丝的螺旋结构，其发射的电子束团发散角较大，影响后续聚焦电场对电子焦斑形貌的控制，从而影响焦平面上电子分布的均匀性。

综上，现有的反射式X射线源尚不满足成像系统对X射线源的高通量、大视场、获取高质量图像的要求。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供了一种空间相干X射线源，能够满足成像系统对空间相干X射线源的高通量、大视场、获取高质量图像的要求。

为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

本发明提供了一种面发射透射式阵列结构的空间相干X射线源，包括阴极、电子束汇聚装置和透射式阳极靶，所述阴极包括平面发射型电子发射体，其中，

所述平面发射型电子发射体、所述电子束汇聚装置和所述透射式阳极靶依次设置于同一光路上并具有共同的光轴；

所述平面发射型电子发射体具有垂直于所述光轴的用于发射第一电子束的发射平面；

所述电子束汇聚装置用于接收并汇聚由所述发射平面发射的所述第一电子束得到第二电子束，并将所述第二电子束发射到所述透射式阳极靶上，对所述透射式阳极靶进行轰击；

所述透射式阳极靶与所述阴极对应设置，用于在所述第二电子束的轰击下产生X射线，以及让X射线穿过所述透射式阳极靶发射出去。

作为一种可选的实施方式，所述阴极还包括调制部件，其中，

所述调制部件设置于所述平面发射型电子发射体的外侧，并具有用于放置所述平面发射型电子发射体的凹槽结构；

所述调制部件用于调制所述发射平面上的电场，以使所述第一电子束按照预设方向于所述发射平面均匀射出。

作为一种可选的实施方式，所述平面发射型电子发射体包括灯丝，

所述灯丝呈薄膜片状的涡旋形或呈薄膜片状的蛇形，用于在通电后产生热电子；其中，

所述透射式阳极靶和所述阴极形成高压电场，所述高压电场用于给所述热电子提供动能；所述发射平面的装配方式使得所述热电子从所述发射平面均匀射出。

作为一种可选的实施方式，所述平面发射型电子发射体包括碳纳米管阵列式的平面冷阴极型电子发射体，或者场致发射型的平面冷阴极型电子发射体。

作为一种可选的实施方式，所述电子束汇聚装置包括非成像电子光学聚焦装置；

所述非成像电子光学聚焦装置用于通过自发生成的电场汇聚所述平面发射型电子发射体发射的所述第一电子束；

所述透射式阳极靶设置于所述非成像电子光学聚焦装置的焦平面上。

作为一种可选的实施方式，所述透射式阳极靶包括用于散热的散热电极、用于确定X射线的焦斑结构和束斑尺寸的微结构靶以及用于承载所述微结构靶的基底；其中，所述微结构靶呈点阵列薄膜状、线条阵列薄膜状或同心圆环带薄膜状。

作为一种可选的实施方式，所述微结构靶具有由磁控溅射镀膜工艺制作而成的薄膜层，所述薄膜层具有由剥离工艺结合飞秒激光冷加工工艺、紫外光光刻工艺、电子束刻蚀工艺、离子束刻蚀工艺或半导体刻蚀工艺中的至少一种制作而成的用于确定X射线的焦斑结构及束斑尺寸的微结构。

作为一种可选的实施方式，所述散热电极呈圆环状，具有安装孔；

所述基底设置在所述散热电极的所述安装孔处，并且所述基底呈圆盘状或四方盘状；其中，所述基底的材料包括金刚石、石墨或铍中的至少一种；

所述微结构靶设置在所述基底上，并且所述微结构靶上的微结构阵列的材料为钨、钼中的至少一种。

作为一种可选的实施方式，所述电子束汇聚装置包括电子光学成像装置；

所述电子光学成像装置用于聚焦所述平面发射型电子发射体发射的所述第一电子束以使所述第一电子束经过聚焦点生成图像，所述图像的形状与所述平面发射型电子发射体的内部结构相同；

所述透射式阳极靶设置于所述电子光学成像装置的像面。

作为一种可选的实施方式，所述平面发射型电子发射体具有用于确定所述图像的形状的二维点阵列微结构、同心圆环带微结构或一维线阵列微结构；

所述透射式阳极靶包括散热电极、基底和沉积在所述基底上的X射线发射部件；其中，所述X射线发射部件呈薄膜状或薄片状，并且，所述X射线发射部件的材料为钨、钼中的至少一种。

根据本发明提供的一种空间相干X射线源，该种空间相干X射线源的平面电子发射体的发射面积较大，相比常用的螺旋结构热辐射灯丝，其出射的电子密度较小，能够限制空间电荷对电子出射状态造成的影响；并且上述平面电子发射体发射的电子束团发散角度较小，后续容易聚焦整形，容易形成形貌较好且分布均匀的焦斑，从而达到提高成像质量的效果。同时，该种空间相干X射线源设计为透射式阳极，可以使X射线直接从阳极靶上透射出来后直接从管子端面出射，从而提高X射线的出射角度范围，从而实现扩大视场的效果；并且同光轴设计可以保证各组件与相位光栅的严格平行，因此其利于探测器对成像信息的获取；另外，透射式阳极靶可以使X射线出射效率更高，出射后几乎不会被出射窗口拦截，从而提高X射线的利用效率，进而提高X射线源的通量。综上，该空间相干X射线源具有高通量、大视场以及能获取高质量图像的特点，并且满足成像系统对X射线源针对上述特点的成像要求。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对本发明范围的限定。

图1是本发明第一实施例提供的一种空间相干X射线源的结构示意图；

图2是本发明第一实施例提供的一种平面发射型电子发射体中灯丝的形状示意图；

图3是本发明第一实施例提供的另一种平面发射型电子发射体中灯丝的形状示意图；

图4是本发明第二实施例提供的一种透射式阳极靶中基底的结构示意图；

图5是本发明第三实施例提供的一种平面发射型电子发射体的平面结构示意图。

主要元件符号说明：

10-阴极；11-平面发射型电子发射体；12-调制部件；20-电子束汇聚装置；30-透射式阳极靶；31-微结构靶；32-基底；33-散热电极；40-光轴。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常情况下，附图中所示出和描述的本发明实施例所包括的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中所提供的本发明实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本发明及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”应做广义理解。例如，可以使固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或点连接；可以使直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的联通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”等主要是用于区分不同的装置、元件或组成部分(具体的种类和构造可能相同也可能不同)，并非用于表明或暗示所指示装置、元件或组成部分的相对重要性和数量。除非另有说明，“多个”的含义为两个或两个以上。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

针对现有技术中的问题，本发明提供了一种空间相干X射线源，该种空间相干X射线源的平面电子发射体的发射面积较大，相比常用的螺旋结构热电子发射灯丝，其出射的电子密度较小，能够限制空间电荷对电子出射状态造成的影响；并且上述平面电子发射体发射的电子束团发散角度较小，后续容易聚焦整形，容易形成形貌较好且分布均匀的焦斑，从而达到提高成像质量的效果。同时，该种空间相干X射线源设计为透射式阳极，可以使X射线直接从阳极靶微结构上透射出来后直接从管子端面出射，从而提高X射线的出射角度范围，从而实现扩大视场的效果；并且同光轴设计可以保证各组件与相位光栅的严格平行，因此其利于探测器对成像信息的获取；另外，透射式阳极靶可以使X射线出射效率更高，出射后几乎不会被出射窗口拦截，从而提高X射线的利用效率，进而提高X射线源的通量。综上，该空间相干X射线源具有高通量、大视场以及能获取高质量图像的特点，并且满足成像系统对X射线源针对上述特点的成像要求。下面通过实施例进行描述。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

实施例1

请参阅图1，是本实施例提供的一种面发射透射式阵列结构的空间相干X射线源的结构示意图，该空间相干X射线源包括阴极10、电子束汇聚装置20和透射式阳极靶30，阴极10包括平面发射型电子发射体11，其中，平面发射型电子发射体11、电子束汇聚装置20和透射式阳极靶30依次设置于同一光路上并具有共同的光轴40；

平面发射型电子发射体11具有垂直于光轴40的用于发射第一电子束的发射平面；

电子束汇聚装置20用于接收并汇聚由发射平面发射的第一电子束得到第二电子束，并将第二电子束发射到透射式阳极靶30上，对透射式阳极靶30进行轰击；

透射式阳极靶30与阴极10对应设置，用于在第二电子束的轰击下产生X射线，以及让X射线穿过透射式阳极靶30发射出去。

本实施例中，透射式阳极靶30用于让X射线穿过透射式阳极靶发射出去的方式是透射方式。

本实施例中，电子束汇聚装置20可以由简单电子透镜组成的用于汇聚电子束的电子光学聚焦装置，电子束汇聚装置20还可以为复杂电子透镜组合而成的用于电子束成像的电子光学成像装置；其中，电子束汇聚装置20可以为焦点或放大倍率可调装置，也可以为焦点或放大倍率不可调装置。

在本实施例中，当电子束汇聚装置20为电子束光学聚焦装置时，该电子束汇聚装置20具有焦点以及相应的焦平面，此时电子束汇聚装置20用于汇聚平面发射型电子发射体11通过发射平面发射的电子束，以使电子束得以汇聚在焦平面位置形成一个圆形或者方形焦斑，该焦斑在焦平面位置轰击透射式阳极靶30，产生X射线，从而得到与透射式阳极靶30形状相对应的X射线。

在本实施例中，对于平面发射型电子发射体11发射的电子束聚焦程度不作限定，优选的聚焦结果为光斑，该光斑的尺寸处于正常范围。

在本实施例中，当电子束汇聚装置20为电子束光学成像装置时，该电子束汇聚装置20用于成像，并具有相应的像平面，此时电子束汇聚装置20用于汇聚平面发射型电子发射体11通过发射平面发射的电子束，以使电子束得以成像在像平面，从而使得透射式阳极靶30可以在像平面接收到成像的电子束，进而受到轰击产生X射线，以得到与平面发射型电子发射体11形状相对应的X射线。

在本实施例中，对电子束汇聚装置20的具体形状不作任何限定。作为一种优选的实施方式，电子束汇聚装置20可以呈圆筒状，其两侧平面与平面发射型电子发射体11的发射平面平行。

本实施例中，电子发射体用于发射电子，该电子发射体的发射面为平面，因此该电子发射体具有发射平面，该发射平面用于通过平面发射电子束。

在本实施例中，发射平面特指灯丝上的电子出射前表面，灯丝的后表面也可以发射电子，但是由于灯丝表面电场的作用，大部分被吸收。对于发射平面的定义适用于所有实施例。

本实施例中，电子束汇聚装置20为平面发射型电子发射体11和透射式阳极靶30中间设置的元器件或者介质，对此本实施例中对电子束汇聚装置20中的具体结构不作任何限定。

本实施例中，透射式阳极靶30为透射式的靶状结构，用于在空间相干X射线源中作为阳极。

本实施例中，平面发射型电子发射体11，相比传统X射线管中的螺旋柱状钨丝型热电子发射体，其拥有更有效的电子发射效率以及更小的电子束团发射角度。

本实施例中，透射式阳极靶30相比传统反射式X射线管，其X射线的产生效率和利用效率大为提高，这就减小了阳极靶热效应。

实施这种实施方式，可见，该空间相干X射线源采用平面发射型电子发射体11阴极和透射式阳极靶30制作而成，可以克服反射式微结构空间相干X射线源存在的上述缺点。其中，透射式阳极靶30辐射出的X射线出射截面与靶面平行，可以与成像系统中的相位光栅平面以及探测器平面保持平行，在成像系统光轴40方向上不存在延展分布，利于平面探测器对成像信息的探测；透射式阳极靶30辐射的X射线可以从X射线管端面直接辐射出来，X射线辐射角度大，利用率高，可以避免了反射式光源在系统成像应用中的视场受限和出光效率低等问题。

本实施例中，该空间相干X射线源产生的电子束可以直接垂直轰击很薄的透射式阳极靶30，由透射式阳极靶30产生的X射线直接从X射线管的端窗透射出来，其发射角度能够达到180度，大大提高了X射线成像系统的有效视场范围。

作为一种可选的实施方式，阴极10还包括调制部件12，其中，

调制部件12设置于平面发射型电子发射体11的外侧，并具有用于放置平面发射型电子发射体11的凹槽结构；

调制部件12用于调制发射平面上的电场，以使第一电子束按照预设方向于发射平面均匀射出。

作为一种可选的实施方式，平面发射型电子发射体11包括灯丝，

上述灯丝呈薄膜片状的涡旋形或呈薄膜片状的蛇形，用于在通电后产生热电子；其中，

透射式阳极靶30和所述阴极10形成高压电场，该高压电场用于给热电子提供动能，以使热电子从上述灯丝中逃逸；上述发射平面的装配方式使得所述热电子从所述发射平面均匀射出。

本实施例中，薄膜片状、薄膜状、薄片状中的薄可以为厚度小于一厘米的形状。

请参阅图2和图3，图2是本实施例提供的一种平面发射型电子发射体11中灯丝的形状示意图；图3是本实施例提供的另一种平面发射型电子发射体11中灯丝的形状示意图。其中，上述涡旋形和蛇形两种平面热发射型灯丝，皆可以采用高精密飞秒激光切割钨片制作工艺进行制作。

作为一种可选的实施方式，平面发射型电子发射体11为碳纳米管阵列式的平面冷阴极型电子发射体，或为场致发射型的平面冷阴极型电子发射体。

本实施例中，碳纳米管是新型纳米材料，如图像草一样一根一根的碳纳米管，它们构成了茂密的草丛，即碳纳米管阵列。

本实施例中，场致发射型可以理解为，利用外界强电场，把电子拉出固体表面。

本实施例中，冷阴极为电子管中不用加热方式而发射电子的阴极。一般利用光电发射，场致发射或二次发射来供给电子。光电管、稳压管、氖管等的阴极都是冷阴极。习惯上常只把场致发射的阴极称为冷阴极。

本实施例中，空间相干X射线源产生具有周期结构的高通量空间相干X射线，其中，上述X射线具有一定的空间相干性，其微结构周期为几个微米到几十微米。相比现有的反射式X射线微结构光源，透射式阳极靶微结构31周期更小，产生的X射线空间相干性较高。能够满足X射线相衬成像、暗场成像及散斑成像等成像系统对相干结构X射线光源的需求。

可见，实施图1所示的空间相干X射线源，能够满足成像系统对空间相干X射线源的高通量、大视场、获取高质量图像的要求。

实施例2

本实施例提供的一种空间相干X射线源的结构示意图。其中，该空间相干X射线源是由实施例1中所描述的空间相干X射线源优化得到的，其中，

该空间相干X射线源包括的电子束汇聚装置20为非成像电子光学聚焦装置；

非成像电子光学聚焦装置用于通过自发生成的高压电场汇聚平面发射型电子发射体发射的电子束；

透射式阳极靶设置于非成像电子光学聚焦装置的焦平面上

作为一种可选的实施方式，透射式阳极靶30包括用于散热的散热电极33、用于确定X射线的焦斑结构和束斑尺寸的微结构靶31以及用于承载微结构靶的基底32；其中，微结构靶31呈点阵列薄膜状、线条阵列薄膜状或同心圆环带薄膜状。

作为一种可选的实施方式，微结构靶31具有由磁控溅射镀膜工艺制作而成的薄膜层，薄膜层具有由剥离工艺结合飞秒激光冷加工工艺、紫外光光刻工艺、电子束刻蚀工艺、离子束刻蚀工艺或半导体刻蚀工艺中的至少一种制作而成的用于确定X射线的焦斑结构及束斑尺寸的微结构。

本实施例中，磁控溅射镀膜工艺是物理气相沉积的一种。一般的溅射法可被用于制备金属、半导体、绝缘体等多材料，且具有设备简单、易于控制、镀膜面积大、附着力强、高速、低温、低损伤等优点。因为是在低气压下进行高速溅射，必须有效地提高气体的离化率。磁控溅射通过在靶阴极表面引入磁场，利用磁场对带电粒子的约束来提高等离子体密度以增加溅射率。

本实施例中，剥离工艺可以是指基片经过涂覆光致抗蚀剂、曝光、显影后，以具有一定图形的光致抗蚀剂膜为掩模，带胶蒸发所需的金属，然后在去除光致抗蚀剂的同时，把胶膜上的金属一起剥离干净，在基片上只剩下原刻出图形的金属。

本实施例中，飞秒激光冷加工工艺可以理解为对金属的切削加工工艺。

本实施例中，紫外光光刻工艺是指加工制作半导体结构及集成电路微图形结构的关键工艺技术，是微细制造领域应用较早并仍被广泛采用的一类微制造技术。光刻加工原理与印刷技术中的照相制版类似，在硅半导体等基体材料上涂覆光致抗蚀剂，然后利用紫外光束等通过掩膜对光致抗蚀剂层进行曝光，经显影后在抗蚀剂层获得与掩膜图形相同的极微细的几何图形，再经刻蚀等方法，便在基材上制造出微型结构。

本实施例中，半导体刻蚀工艺可以包括电子束刻蚀工艺、离子束刻蚀工艺中的一种或多种。

作为一种可选的实施方式，上述微结构的线宽为0.2微米～5微米。

作为一种可选的实施方式，散热电极33呈圆环状，具有安装孔；

基底32设置在散热电极33的安装孔处，并且基底32呈圆盘状或四方盘状；其中，基底32的材料包括金刚石、石墨或铍中的至少一种；

微结构靶31设置在基底上，并且微结构靶31上的微结构阵列的材料为钨、钼中的至少一种。

本实施例中，散热电极33用于散热，并且还用于作为与阴极10对应的阳极。

请参阅图4，图4是具有微结构靶31的透射式阳极靶30中的基底32的一种结构示意图，具体该结构示意图为线条阵列微结构阳极靶的结构示意图。其中，该微结构靶31是由高Z金属材料(如钨，钼等)制作成的微结构阵列，基底32采用散热性良好并对X射线吸收较少的低Z耐高温材料(如金刚石，石墨，铍等)。线条阵列状的微结构吧的制作采用半导体技术中的光刻剥离工艺——紫外光光刻技术(UV Photolithography)或反应离子束刻蚀(RIE)+磁控溅射镀膜技术(Magnetron Sputtering)+剥离技术(Lift-Off)，采用这种工艺制作出的微结构最低线宽可达亚微米，使得其产生的X射线具有很高的空间相干性。

作为一种可选的实施方式，基底32由低原子序数的耐高温材料制成，微结构靶31上的微结构阵列由高原子序数金属材料制成。

作为一种可选的实施方式，基底32的材料为金刚石、石墨或铍中的至少一种，微结构靶31上的微结构阵列的材料为钨、钼中的至少一种。

本实施例中，微结构靶31制作在透射式阳极靶30上，微结构靶31的形貌及结构直接决定了X光的结构及束斑尺寸，阴极面发射型灯丝可以具有任何结构和形貌，这就降低了对聚焦电极聚焦性能的要求，只要把面发射型阴极发射的电子束聚焦到一定尺寸之内，形成一个圆形或者方形焦斑，电子束轰击微结构靶31即可产生理想的X射线光斑，其光斑周期和尺寸为固定型不可调整。

在本实施例中，电子束汇聚装置20，可以为结构相对简单的非成像电子光学聚焦装置，此种情况下，透射式阳极靶30为将具有点阵列、线阵列或环带状等微结构，平面发射型电子发射体11所发射电子被电子束汇聚装置20聚焦，阳极靶位于电子束汇聚装置20的焦平面上，电子束轰击具有微结构靶31的透射式阳极靶30从而产生具有阵列结构的X射线。

可见，上述的空间相干X射线源，能够满足成像系统对空间相干X射线源的高通量、大视场、获取高质量图像的要求。

实施例3

本实施例提供的一种空间相干X射线源的结构示意图。其中，该空间相干X射线源是由实施例1中所描述的空间相干X射线源优化得到的，其中，

该空间相干X射线源包括的电子束汇聚装置20为电子光学成像装置；

电子光学成像装置用于聚焦平面发射型电子发射体11发射的电子束以使电子束经过聚焦生成图像，图像的形状与平面发射型电子发射体11的内部结构相同；

透射式阳极靶30设置于电子光学成像装置的像面。

作为一种可选的实施方式，平面发射型电子发射体11具有二维点阵列微结构、环带微结构或一维线阵列微结构，透射式阳极靶30包括基底32和沉积在基底32上的薄膜或薄片。

作为一种可选的实施方式，平面发射型电子发射体11具有用于确定图像的形状的二维点阵列微结构、环带微结构或一维线阵列微结构；

透射式阳极靶30包括散热电极33、基底32和沉积在基底32上的X射线发射部件；其中，所述X射线发射部件呈薄膜状或薄片状，并且，所述X射线发射部件的材料为钨、钼中的至少一种。

本实施例中，阴极10包括平面发射型电子发射体11和调制部件12，并且平面发射型电子发射体11包括灯丝和发射平面，其中，发射平面可以为平面发射型电子发射体11的一个具体部件，该发射平面用于发射灯丝中逸出的热电子，并且，二维点阵列微结构、同心圆环带微结构或一维线阵列微结构设置于发射平面上。

在本实施例中，发射平面特指灯丝上的电子出射前表面，灯丝的后表面也可以发射电子，但是由于灯丝表面电场的作用，大部分被吸收。对于发射平面的定义适用于所有实施例。

作为一种可选的实施方式，平面发射型电子发射体11上的微结构由飞秒激光冷加工工艺或者高精密微纳加工工艺制作而成。

本实施例中，飞秒激光冷加工工艺可以理解为对金属的切削加工工艺。

本实施例中，高精密微纳加工工艺可以理解为高精度纳米级加工工艺。

本实施例中，透射式阳极靶30不具有微结构，而是一层薄膜状靶材沉积在散热基片上，而平面发射型电子发射体11具有二维点阵列微结构的灯丝或一维线阵列微结构的灯丝，上述灯丝的结构经过聚焦电极的作用成比例的放大或缩小成像于阳极靶上，其像的结构(可以为平行线阵列结构，也可为空间点阵结构等)周期由灯丝的形貌决定，其放大倍率随着聚焦电极电压的变化可以做实时调整。其中，电子图像打靶产生与电子图像结构一致的X射线，这对聚焦电极的性能提出更高要求，需由结构更为复杂的多电极聚焦成像电子束汇聚装置20才可以达到要求，其周期和焦斑大小不是固定的，可以随电极电压的变化而调整。

在本实施例中，电子束汇聚装置20可以为较为复杂的电子光学成像装置，其中，平面发射型电子发射体11具有点阵列、线阵列或环带状等微结构，透射式阳极靶30为薄膜状或薄片状，平面发射型电子发射体11所发射电子被电子束汇聚装置20聚焦成像，阳极靶位于电子束汇聚装置20的像面上，具有微结构的电子束轰击阳极靶从而产生具有阵列结构的X射线。

可见，上述的空间相干X射线源，能够满足成像系统对空间相干X射线源的高通量、大视场、获取高质量图像的要求。

应理解，说明书通篇中提到的“本实施例中”、“本发明实施例中”或“作为一种可选的实施方式”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本发明的多个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“本实施例中”、“本发明实施例中”或“作为一种可选的实施方式”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定特征、结构或特性可以以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于可选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。

在本发明的各种实施例中，应理解，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的必然先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应与权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种面发射透射式阵列结构的空间相干X射线源，其特征在于，包括阴极、电子束汇聚装置和透射式阳极靶，所述阴极包括平面发射型电子发射体，其中，

所述平面发射型电子发射体、所述电子束汇聚装置和所述透射式阳极靶依次设置于同一光路上并具有共同的光轴；

所述平面发射型电子发射体具有垂直于所述光轴的用于发射第一电子束的发射平面；

所述电子束汇聚装置用于接收并汇聚由所述发射平面发射的所述第一电子束得到第二电子束，并将所述第二电子束发射到所述透射式阳极靶上，对所述透射式阳极靶进行轰击；

所述透射式阳极靶与所述阴极对应设置，用于在所述第二电子束的轰击下产生X射线，以及让X射线穿过所述透射式阳极靶发射出去。

2.根据权利要求1所述的空间相干X射线源，其特征在于，所述阴极还包括调制部件，其中，

所述调制部件设置于所述平面发射型电子发射体的外侧，并具有用于放置所述平面发射型电子发射体的凹槽结构；

所述调制部件用于调制所述发射平面上的电场，以使所述第一电子束按照预设方向于所述发射平面均匀射出。

3.根据权利要求1所述的空间相干X射线源，其特征在于，所述平面发射型电子发射体包括灯丝，

所述灯丝呈薄膜片状的涡旋形或呈薄膜片状的蛇形，用于在通电后产生热电子；其中，

所述透射式阳极靶和所述阴极形成高压电场，所述高压电场用于给所述热电子提供动能；所述发射平面的装配方式使得所述热电子从所述发射平面均匀射出。

4.根据权利要求1所述的空间相干X射线源，其特征在于，所述平面发射型电子发射体包括碳纳米管阵列式的平面冷阴极型电子发射体，或者场致发射型的平面冷阴极型电子发射体。

5.根据权利要求1所述的空间相干X射线源，其特征在于，所述电子束汇聚装置包括非成像电子光学聚焦装置；

所述非成像电子光学聚焦装置用于通过自发生成的电场汇聚所述平面发射型电子发射体发射的所述第一电子束；

所述透射式阳极靶设置于所述非成像电子光学聚焦装置的焦平面上。

6.根据权利要求5所述的空间相干X射线源，其特征在于，所述透射式阳极靶包括用于散热的散热电极、用于确定X射线的焦斑结构和束斑尺寸的微结构靶以及用于承载所述微结构靶的基底；其中，所述微结构靶呈点阵列薄膜状、线条阵列薄膜状或同心圆环带薄膜状。

7.根据权利要求6所述的空间相干X射线源，其特征在于，所述微结构靶具有由磁控溅射镀膜工艺制作而成的薄膜层，所述薄膜层具有由剥离工艺结合飞秒激光冷加工工艺、紫外光光刻工艺、电子束刻蚀工艺、离子束刻蚀工艺或半导体刻蚀工艺中的至少一种制作而成的用于确定X射线的焦斑结构及束斑尺寸的微结构。

8.根据权利要求6所述的空间相干X射线源，其特征在于，

所述散热电极呈圆环状，具有安装孔；

所述基底设置在所述散热电极的所述安装孔处，并且所述基底呈圆盘状或四方盘状；其中，所述基底的材料包括金刚石、石墨或铍中的至少一种；

所述微结构靶设置在所述基底上，并且所述微结构靶上的微结构阵列的材料为钨、钼中的至少一种。

9.根据权利要求1所述的空间相干X射线源，其特征在于，所述电子束汇聚装置包括电子光学成像装置；

所述电子光学成像装置用于聚焦所述平面发射型电子发射体发射的所述第一电子束以使所述第一电子束经过聚焦点生成图像，所述图像的形状与所述平面发射型电子发射体的内部结构相同；

所述透射式阳极靶设置于所述电子光学成像装置的像面。

10.根据权利要求9所述的空间相干X射线源，其特征在于，所述平面发射型电子发射体具有用于确定所述图像的形状的二维点阵列微结构、同心圆环带微结构或一维线阵列微结构；

所述透射式阳极靶包括散热电极、基底和沉积在所述基底上的X射线发射部件；其中，所述X射线发射部件呈薄膜状或薄片状，并且，所述X射线发射部件的材料为钨、钼中的至少一种。