DE69604699T2

DE69604699T2 - Röntgenstrahl-abtaster

Info

Publication number: DE69604699T2
Application number: DE69604699T
Authority: DE
Inventors: George Gutman
Original assignee: Osmic Inc
Current assignee: Osmic Inc
Priority date: 1995-12-18
Filing date: 1996-12-12
Publication date: 2000-03-02
Anticipated expiration: 2016-12-13
Also published as: JP2000502188A; US5757882A; EP0868729B1; WO1997022976A1; JP3733142B2; DE69604699D1; EP0868729A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abtasten bzw. abtastenden Führen von Röntgenstrahlen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung optische Reflexionssysteme, die in der Lage sind, einen kollimierten monochromatischen Röntgenstrahl relativ zu einer Probe oder einem Detektor abzutasten bzw. abtastend zu führen.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

In zahlreichen wissenschaftlichen Geräten besteht die Notwendigkeit, einen Röntgenstrahl in bezug auf eine Probe abtastend zu führen. Beispiele dieser Geräte umfassen sowohl analytische Röntgenstrahlen- wie Neutronenstrahlenabbildungssysteme.
Ein Ansatz zum Abtasten einer Probe mit einer Röntgenstrahlenquelle sieht die Verwendung beabstandeter Schlitze vor, die einen kollimierten Strahl von der Röntgenstrahlenquelle bereitstellen. Eine Probe kann relativ zu dieser Quelle bewegt werden oder die Quelle kann relativ zu der Probe bewegt werden. In jedem Fall ist jedoch der Strahl nicht monochromatisiert und interferiert damit mit bestimmten Evaluierungen. In einem anderen System wird ein divergierender Strahl von einer Strahlungsquelle durch eine Maske mit einem Stiftloch geführt. Die Strahlen, die aus dem Stiftloch austreten, sind nahezu kollimiert und können auf ein Ziel zur Evaluierung gerichtet werden. Diese Technik hat einen ähnlichen Nachteil, indem sie nicht monochromatisiert ist, wobei darüber hinaus die Intensität sehr gering ist, die zur Verfügung steht, wenn ausschließ lich ein kleines bogenförmiges Segment der Quellenstrahlung genutzt wird. Außerdem sind die Bewegungspräzision und - geschwindigkeit durch mechanische Zwänge begrenzt.
Als Mittel zum Bereitstellen eines monochromatisierten Strahls können Kristall- und Synthetikkristallstrukturen verwendet werden, welche die Strahlung unter Verwendung des Bragg'schen Gesetzes reflektieren. Diese Bragg-Strukturen reflektieren Strahlung ausschließlich, wenn die Bragg'sche Gleichung erfüllt ist:
nλ = 2dsin (θ)
wobei
n = Reflektionsordnung
λ = Wellenlänge des einfallenden Strahls
d = Schichtsatzabstand einer Bragg'schen Struktur bzw. Gitterabstand eines Kristalls
θ = Einfallswinkel
Die Struktur eines kristallinen Festkörpers, eine regelmäßige dreidimensionale Gruppierung von Atomen, bildet für Röntgenstrahlen ein natürliches Beugungsgitter. Die Größe d in der Bragg'schen Gleichung stellt einen senkrechten Abstand zwischen den Atomebenen im Kristall dar. Der Aufbau eines künstlichen Brechungsgitters mit einem Abstand in Größenordnung der Wellenlänge war zu dem Zeitpunkt unmöglich, zu welchem W.L. Bragg diese grundsätzliche Gleichung gewonnen hat. Kristalline Strukturen können jedoch neuerdings durch Multidünnschichten emittiert werden, so daß die Röntgenstrahlung nicht mehr auf Strukturen mit natürlich auftretenden d-Abständen beschränkt ist.
Damit eine Multischichtstruktur zum Emittieren einer Kristallstruktur reflektieren kann, ist ein leichtes Element niedrigstmöglicher Elektronendichte in Schichtabfolge mit einem schweren Element möglichst hoher Elektronendichte vorgesehen. Die Schwerelementschicht wirkt wie die Atomebenen in einem Kristall als Streuer, während die Leichtelementschichten sich wie Abstände zwischen den Atomebenen verhalten. Eine weitere Anforderung an diese beiden Elemente lautet, daß sie nicht in bezug aufeinander diffundieren.
Multischichtstrukturen besitzen Vorteile gegenüber natürlichen Kristallstrukturen, da durch Wählen des d-Abstands einer Multischichtstruktur Vorrichtungen zur Verwendung mit verschiedenen Wellenlängen und Einfallswinkeln hergestellt werden können. Kristalle besitzen außerdem mäßige mechanische Qualitäten, wie etwa mäßige Kratzbeständigkeit.
Durch Variieren des d-Abstands lateral über die Oberfläche, können Röntgenstrahlen derselben Wellenlänge von jedem Punkt auf der Oberfläche selbst dort reflektiert werden, wo der Einfallswinkel sich über die Oberfläche ändert. In jedem Punkt werden der Einfallswinkel und der d-Abstand in Übereinstimmung mit der Bragg'schen Gleichung manipuliert. Tiefenabstufung kann ebenfalls eingesetzt werden als Mittel zum Verbreitern des Bandpasses, wodurch die integrierte und durch das integrierte Reflexionsvermögen einer bestimmten Multischichtstruktur erhöht wird.
Beispiele des vorstehend genannten Stands der Technik sind zu finden in der GB-A-2 226 040 und der WO 96/04665.
Wie vorstehend aufgezeigt, betrifft die Bragg'sche Gleichung jedoch den Einfallswinkel, den Kristallgitterabstand und die Wellenlänge. Ein Quellenstrahl, der die Reflexionsoberfläche trifft, reflektiert einen Strahl innerhalb eines bestimmten Wellenlängenbereichs ausschließlich unter einem bestimmten Entfernungswinkel bzw. einer bestimmten Winkelabweichung. Aufgrund der Empfindlichkeit des Einfallswinkels und der Wellenlänge ist es üblicherweise nicht möglich, den Spiegel so zu bewegen, daß die Richtung des abweichenden Strahls geändert wird, was beispielsweise zum Abtasten einer Probe nützlich wäre.
Es besteht deshalb ein Bedarf an einem verbesserten Mittel zum Abtasten und Führen von Röntgenstrahlen relativ zu einer Probe. Außerdem besteht ein Bedarf an einem Mittel zum abtastenden Führen eines kollimierten Röntgenstrahls relativ zu einer Probe in exakter Weise und mit hoher Abtastgeschwindigkeit. Außerdem besteht ein Bedarf an einem Mittel zum Lenken eines kollimierten Röntgenstrahls, wobei die Strahlintensität nicht beeinträchtigt ist, indem ausschließlich ein kleines Bogensegment der Quellenenergieabgabe genutzt wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung schafft ein optisches System zum Lenken monochromatischer kollimierter Röntgenstrahlen, die relativ zu einer Probe abtastend geführt werden sollen. Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwenden sogenannte lateral mehrgestufte Multischichtenspiegel, bei welchem der d-Abstand entlang der Oberfläche variiert ist. Durch gleichzeitiges Bewegen dieses reflektierenden optischen Elements zur Änderung des Einfallbereichs bzw. der Einfallfläche eines Röntgenstrahls auf der Reflexionsstruktur und des Einfallswinkels kann die Bragg'sche Gleichung bei unterschiedlichen Einfalls- und Ausfallswinkeln für bestimmte Wellenlängenbandbreiten genutzt werden. Durch Bewegen des optischen Reflexionselements kann dadurch ein Röntgenstrahl oder ein Neutronenstrahl relativ zur Probe abtastend geführt werden.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Mittel zum Abtasten bzw. abtastenden Führen von Röntgenstrahlen relativ zu einer Probe zu schaffen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein optisches Reflexionssystem zu schaffen, das dazu ausgelegt, einem kollimierten monochromatischen Röntgenstrahl relativ zu einer Probe abzutasten bzw. abtastend zu führen.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Mittel zum Lenken eines kollimierten Röntgenstrahls zu schaffen, wobei die Strahlintensität nicht beeinträchtigt wird, indem ausschließlich ein kleines bogenförmiges Segment der Quellenleistungsabgabe genutzt wird.
Um die vorstehend angeführten Aufgaben zu lösen, schafft die vorliegende Erfindung ein optisches System mit Bragg-Struktur zum Reflektieren eines kollimierten Strahls in Übereinstimmung mit dem Bragg'schen Gesetz, wie im Anspruch 1 beansprucht. Die Bragg-Struktur ist mit einer lateralen Gitterabstandabstufung konfiguriert, so daß der d-Schichtabstand über die Oberfläche variiert. Das System ist so konfiguriert, daß die Bragg-Struk tur (Multischichtspiegel) relativ zu dem kollimierten Strahl beweglich ist, wobei der Einfallswinkel ebenso wie der Einfallbereich zwischen dem kollimierten Strahl und der Bragg- Struktur gleichzeitig auf präzise Art und Weise variiert werden können. Im Betrieb wird die Bragg-Struktur so bewegt, daß dann, wenn der Einfallswinkel sich ändert, der Einfallbereich sich ebenfalls ändert. Die Bewegung wird so berechnet, daß das Bragg'sche Gesetz selbst dann noch gilt, wenn der Einfallswinkel variiert. Dies wird erreicht durch gleichzeitiges Bewegen des Einfallbereichs zwischen dem kollimierten Strahl und der Bragg-Struktur, so daß er auf einer Stelle auf der Bragg- Struktur liegt, die einen d-Schichtabstand aufweist, welcher die Änderung des Einfallswinkels kompensiert. Da der Einfallswinkel variiert werden kann, ohne das Bragg'sche Gesetz zu verletzen, indem der d-Schichtabstand über den Einfallbereich variiert wird, reflektiert die Bragg-Strukaur den kollimierten Strahl bei variierten Ausfallswinkeln, wodurch das System den reflektierten kollimierten Strahl zum Abtasten einer Probe zu lenken vermag.
Gemäß einer ersten Ausführungsform ist die Bragg-Struktur als planarer bzw. ebener Spiegel konfiguriert, bei welchem der d- Schichtabstand von einem Ende des Spiegels zum anderen Ende abnimmt. Bei dieser Ausführungsform bleibt die Strahlungsquelle stationär, während der Spiegel gleichzeitig gedreht und translationsmäßig verschoben wird, wodurch der Einfallswinkel und der Einfallbereich geändert werden. Bei der zweiten Ausführungsform ist die Bragg-Struktur als Kreisscheibe bzw. Kreisplatte konfiguriert, die in Sektionen unterteilt ist, wobei die Oberfläche jeder Sektion als über den Umfang teilweise parabolischer Zylinder gebildet ist und der d-Schichtabstand jeder Sektion über den Umfang im Uhrzeigersinn abnimmt. Bei dieser Ausführungsform wird die Platte um ihre Achse unter Änderung des Einfallswinkels und des Einfallbereichs gedreht, wobei jede Sektion eine Abtastlinie erzeugt, die zusammenwirken, um die Probe "abzuharken".
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung erschließen sich aus dem Studium der folgenden Beschreibung und der beiliegenden Ansprüche in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer Bragg-Struktur mit ebenem Spiel;
Fig. 2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht der Bragg- Struktur mit ebenem Spiegel von Fig. 1 unter Darstellung des d-Schichtabstands der Bragg-Struktur;
Fig. 3a zeigt eine schematische Draufsicht der Ausführungsform von Fig. 1 unter Darstellung der gedrehten und translationsmäßig verschobenen Bragg-Struktur;
Fig. 3b zeigt eine schematische Draufsicht der Ausführungsform von Fig. 1 unter Darstellung der um ein Ende gedrehten Bragg- Struktur;
Fig. 4a zeigt eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Darstellung eines parabolzylinderförmigen Reflexionsabschnitts der Bragg-Struktur;
Fig. 4b zeigt eine Explosionsansicht der parabolzylinderförmigen Reflexionsoberfläche von Fig. 4a;
Fig. 5a zeigt eine schematische Ansicht der Bragg-Struktur mit kreisförmiger Platte von Fig. 4a, und
Fig. 5b bis 5d zeigen Querschnittsexplosionsansichten der Bragg-Struktur von Fig. 6a entlang den Linien 5b, 5c und 5d.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Bevorzugte Ausführungsformen eines lenkbaren optischen Röntgenstrahlensystems gemäß der vorliegenden Erfindung sind nachfolgend unter bezug auf die Zeichnungen erläutert.
Unter bezug auf Fig. 1 und 2 umfaßt das allgemein mit 10 bezeichnete optische System eine (nicht gezeigte) Strahlungsquelle zum Erzeugen von Strahlung. Ein kollimierter polychromatischer Strahl 16 vom Kollimator 14 wird von einer Bragg- Struktur 18 unter Erzeugung eines monochromatischen Röntgenstrahls 20 in Übereinstimmung mit dem Bragg'schen Gesetz reflektiert. Der Kollimator 14 kann in Form von Platten oder Schlitzen konfiguriert sein, durch welche die Strahlung hindurchtritt oder in Gestalt einer Gutman-Optik, die eine Reihe von gekrümmten Reflexionsspiegeln umfaßt, die einen kollimierten Strahl erzeugen. Alternativ kann ein paralleler Strahl von einem Synchrontron verwendet werden, um einen kollimierten Strahl zu erzeugen. Um eine Probe 22 abzutasten, wird die Bragg-Struktur 18 gleichzeitig verschoben und gedreht, und zwar durch ein (nicht gezeigtes) Stellglied. Durch Drehen der Bragg-Struktur 18 wird der Einfallswinkel variiert, während durch Verschieben der Bragg-Struktur 18 der Einfallbereich variiert wird.
Verfahren zur Herstellung optischer Elemente auf Multischichtdünnschichtbasis sind auf diesem Gebiet der Technik bekannt, und ein derartiges Verfahren ist in der gemeinsam geeigneten US-Patentanmeldung, Seriennr. 08/487936, angemeldet am 7. Juni 1995, offenbart, deren Inhalt unter Bezugnahme zum Inhalt vorliegender Anmeldung erklärt wird. Durch Variieren des d- Schichtabstands in lateraler Richtung über die Oberfläche der Bragg-Struktur 18 können Röntgenstrahlen derselben Wellenlänge von jedem Punkt auf der Oberfläche reflektiert werden, wenn sich der Einfallswinkel ändert. An jedem Punkt können der Einfallswinkel und der d-Schichtabstand manipuliert werden, um das Bragg'sche Gesetz zu befriedigen. Eine Tiefenabstufung kann ebenfalls als Mittel zum Verbreitern des Bandpasses eingesetzt werden, wodurch das integrale Reflexionsvermögen der Multischichtstruktur erhöht wird.
Da das Bragg'sche Gesetz den d-Schichtabstand und den Einfallswinkel in bezug auf die Wellenlänge betrifft, ist es möglich, durch Abstimmen der vorstehend erläuterten Bragg-Struktur, einen monochromatischen reflektierten Strahl zu erzeugen. Mittels Tiefenabstufung ist es jedoch möglich, den Bandpaß des reflektierten Strahls derart zu verbreitern, daß der reflektierte Strahl, falls erwünscht, aus einer Vielzahl von Wellenlängen bestehen kann.
Gemäß einer ersten Ausführungsform ist die Bragg-Struktur 18 als planarer Spiegel konfiguriert, der eine laterale Gitterabstufung derart aufweist, daß der Gitter(d-Schicht)abstand allmählich abnimmt, ausgehend von einem Ende der Struktur zum anderen Ende. Der planare Spiegel besteht aus einem Substrat 24, auf welchem mehrere Schichtsätze erzeugt sind. Jeder Schichtsatz 26 besteht aus zwei getrennten Schichten unterschiedlicher Materialien: Einem mit relativ hoher Atomzahl und mit der Bezugsziffer 28 bezeichnet, und einem mit relativ niedriger Atomzahl und mit der Bezugsziffer 30 bezeichnet. Die Schicht 28 hoher Elektronendichte verhält sich wie die Ebene der Atome in einem Kristall, während die Schicht 30 geringer Elektronendichte sich analog zu dem Raum bzw. Abstand zwischen den Ebenen verhält. Die Schichtsatzdicke oder die d-Schichtabstände der Multischichten betragen in der Größenordnung von einer bis wenige Wellenlängen der gewünschten Quelle. Etwa 10 bis 1.000 Dünnschichten können auf einem Substrat abgeschieden sein, und zwar abhängig von den gewünschten Qualitäten der Multischichtstruktur.
Um einen monochromen Röntgenstrahl 20 zu erzeugen, muß das Bragg'sche Gesetz in bezug auf den d-Schichtabstand um den Einfallswinkel erfüllt sein. Durch seitliches Abstufen des d- Schichtabstands ändert sich der Einfallswinkel, der zur Erzeugung des monochromatisierten Röntgenstrahls 20 erforderlich ist, wenn der Einfallsbereich zwischen dem kollimierten Strahl 16 und der Bragg-Struktur 18 sich ändert.
Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht des planaren Multischichtspiegels mit lateral abgestuften Schichten, die auf dem Substrat 24 abgeschieden sind, wobei die Röntgenstrahlen die Multischichtstruktur mit Einfallswinkeln θ&sub1; und θ&sub2; treffen. Die Multischichten in Fig. 2 sind mit einem Gitterabstand d&sub1; in der Nähe von einem Ende des Spiegels abgestuft, der auf einem Gitterabstand d&sub2; in der Nähe des anderen Endes abnimmt. Unter einem Winkel θ&sub1; ist ein d-Schichtabstand d&sub1; erforderlich, um einen monochromatischen Röntgenstrahl 20 mit einer Wellenlänge λ in Übereinstimmung mit dem Bragg'schen Gesetz zu erzeugen. Bei einem Winkel θ&sub2; ist ein d-Schichtabstand d&sub2; erforderlich, um einen monochromen Röntgenstrahl 20 mit einer Wellenlänge λ in Übereinstimmung mit dem Bragg'schen Gesetz zu erzeugen.
Bei dieser Ausführungsform ist das Stellglied so konfiguriert, daß es gleichzeitig die Bragg-Struktur 18 in berechneter Weise derart dreht und translationsmäßig verschiebt, daß der d- Schichtabstand im Einfallsbereich stets so im Verhältnis zum Einfallswinkel steht, daß das Bragg'sche Gesetz erfüllt ist. Wie in Fig. 3a gezeigt, bleibt der Abstand zwischen der Strahlaungsquelle und dem Einfallsbereich konstant. Durch Aufrechterhalten der Beziehung zwischen dem d-Schichtabstand und dem Einfallswinkel wird ein monochromer Röntgenstrahl 20 mit einer Wellelänge λ erzeugt. Der monochrome Röntgenstrahl 20 kann außerdem durch Ändern des Einfallswinkels gelenkt werden, wodurch wiederum der Ausfallswinkel des Strahls in gesteuerter Weise ändert und dazu führt, daß die Probe 22 unter einem Abstand "a" durch den reflektierten monochromen Röntgenstrahl 20 abgetastet wird.
Alternativ kann das Stellglied konfiguriert sein, die Bragg- Struktur 18 um ein Ende in berechneter Weise derart zu drehen, daß der d-Schichtabstand im Einfallsbereich stets in Beziehung zu dem Einfallswinkel so steht, daß das Bragg'sche Gesetz erfüllt ist. Wie in Fig. 3b gezeigt, variiert der Abstand zwischen der Strahlungsquelle und dem Einfallsbereich, wenn die Bragg-Struktur 18 gedreht wird. Der Einfallswinkel und der Einfallsbereich variieren beide, wenn die Bragg-Struktur 18 gedreht wird. Durch Aufrechterhalten der Beziehung zwischen dem d-Schichtabstand und dem Einfallswinkel wird ein monochromer Röntgenstrahl 20 mit einer Wellenlänge λ erzeugt. Der monochrome Röntgenstrahl 20 kann außerdem durch Ändern des Einfallswinkels gelenkt werden, was wiederum den Ausfallswinkel des Strahls in gesteuerter Weise ändert, wodurch die Probe 22 mit einem Abstand "b" abgetastet werden kann, der größer ist als der Abstand "a", der in Fig. 3a gezeigt ist, und zwar durch den reflektierten monochromen Röntgenstrahl 20. Es ist damit möglich, unter Verwendung der in Fig. 3b gezeigten Konfiguration einen größeren Bereich abzutasten.
Gemäß einer in Fig. 4a oder 4b und 5a bis 5d gezeigten zweiten Ausführungsform ist die Bragg-Struktur 18' als Multischichtkreisscheibe mit einem Gitterabstand konfiguriert, der über den Umfang um die Platte derart variiert, daß der Gitter(d- Schicht)abstand allmählich bzw. gestuft im Uhrzeigersinn abnimmt. Wie bei der vorausgehenden Ausführungsform besteht die Kreisscheibe aus einem Substrat, auf welchem mehrere Schichtsätze erzeugt sind, wobei jeder schichtsatz zwei getrennte Schichten aus unterschiedlichen Materialien umfaßt.
Wie in Fig. 4a und 4b gezeigt, ist die kreisförmige Bragg- Struktur 18' in Sektionen unterteilt, von denen jede Sektion eine über den Umfang teilparabolische zylinderförmige Reflexionsoberfläche 19 an demjenigen Punkt aufweist, wo der kollimierte Strahl 16' die Bragg-Struktur 18' trifft. Der d- Schichtabstand in jeder Sektion ist im Uhrzeigersinn über den Umfang lateral gestuft, wobei der d-Schichtabstand am Punkt "a" jeder Sektion kleiner ist als der Abstand am Punkt "b".
Bei dieser Ausführungsform ist das Stellglied so konfiguriert, daß es die Kreisscheibe um ihre Achse im Gegenuhrzeigersinn dreht, wie in Fig. 4a durch einen Pfeil 32 gezeigt, und zwar in berechneter Weise derart, daß der d-Schichtabstand im Einfallsbereich stets in Beziehung zu dem Einfallswinkel so steht, daß das Bragg'sche Gesetz erfüllt ist. Durch Aufrechterhalten der Beziehung zwischen dem d-Schichtabstand und dem Einfallswinkel wird ein monochromatischer Röntgenstrahl 20' mit einer Wellenlänge λ' erzeugt. Außerdem kann der monochroma tische Röntgenstrahl 20' durch Ändern des Einfallswinkels gelenkt werden, wodurch wiederum der Ausfallswinkel des Strahls in gesteuerter Weise geändert wird, so daß die Probe 22' durch den reflektierten monochromatischen Röntgenstrahl 20' abgetastet werden kann.
Fig. 5a-5d zeigen die Reflexionsoberfläche der Bragg-Struktur 18' als radial geneigt verlaufend, ausgehend vom Zentrum der Scheibe nach radial auswärts. Die Querschnittsansichten von Fig. 5b-5d zeigen, daß der radial geneigte Verlauf bzw. die radiale Schräge jeder nachfolgenden Sektion größer wird. Dies erlaubt es, daß die Bragg-Struktur 18' Licht in gerasteter Weise, wie nachfolgend erläutert, reflektiert.
Im Betrieb wird die Bragg-Struktur 18' im Gegenuhrzeigersinn durch das Stellglied gedreht, und der Einfallswinkel des kollimierten Strahls 14' variiert, wenn der Einfallsbereich zwischen dem Strahl 14' und der Bragg-Struktur 18' variiert, und zwar infolge der umfangsmäßigen teilparabolischen Zylinderform 19 jeder Sektion. Die laterale d-Schichtabstandabstufung jeder Sektion wird in Übereinstimmung mit dem Bragg'schen Gesetz berechnet, um der Änderung des Einfallswinkels Rechnung zu tragen. Ein monochromatischer Röntgenstrahl 20' mit einer Wellenlänge λ' wird damit von der Bragg-Struktur 18' in kontrollierter Weise reflektiert, wodurch der monochromatische Röntgenstrahl 20' gelenkt werden kann, um eine Probe abzutasten. Die variierende radiale Schräge jeder aufeinanderfolgenden Sektion kann verwendet werden, um den Abtastbereich des monochromatischen Strahls 20' in einem Bereich benachbart zu dem vorausgehenden Abtastbereich einer Sektion zu "stufen", wodurch das System als Röntgenstrahlraster arbeiten kann.
Wenn beispielsweise, wie in Fig. 4a gezeigt, die Bragg-Struktur 18' im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird, bewegt sich der Einfallswinkel des kollimierten Strahls 14' ausgehend vom Punkt b in der Sektion #1 in Richtung zum Punkt a. Wenn der Einfallsbereich sich ändert, wird ein monochromer Röntgenstrahl in kontrollierter Weise unter Abtastung der Probe 22' vom Punkt b' zum Punkt a' reflektiert. Da die umfangsmäßig teilweise parabolische Zylinderform 19 sich selbst in jeder Sektion wiederholt, springt dann, wenn die Bragg-Struktur 18' sich weiterhin dreht, um der Bewegung des Einfallsbereichs vom Punkt a in der Sektion #1 zum Punkt b in der Sektion #8, der reflektierte monochrome Röntgenstrahl 20' zurück zur Position b' auf der Probe 22'. Aufgrund der vergrößerten radialen Schräge der Sektion #8 der Bragg-Struktur 18' wird jedoch der reflektierte monochrome Strahl 20' abwärts zu dem mit 8b' bezeichneten Bereich der Probe 22' reflektiert. Wenn der Einfallsbereich in der Sektion #8 sich vom Punkt b zum Punkt a bewegt, wird der reflektierte monochrome Strahl 20' wiederum vom Punkt 8b' zum Punkt 8a' auf der Probe 22' aufgrund der Variation des Einfallswinkels gelenkt. Wenn der Einfallsbereich sich von der Sektion #8 zur Sektion #7 bewegt, wiederholt der Prozeß sich selbst, wobei der reflektierte monochrome Strahl 20' zu der Abtastlinie 7 hinauf "gestuft" ist, und zwar aufgrund einer Abnahme der radialen Schräge der Sektion #7.
Der stufenweise Abtastprozeß wird kontinuierlich wiederholt, wenn die Bragg-Struktur 18' sich weiterhin im Gegenuhrzeigersinn dreht. Das System kann so konfiguriert sein, daß es als Röntgenstrahlraster wirkt, welches die Probe 22' mit dem monochromen Röntgenstrahl 20' "abharkt".
Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf die exakte dargestellte und vorstehend erläuterte Konstruktion beschränkt ist, sondern zahlreichen Abwandlungen und Modifikationen zugänglich ist, ohne vom Umfang der in den nachfolgenden Ansprüchen festgelegten Erfindung abzuweichen.

Claims

1. Optisches System (10) zum Bereitstellen eines lenkbaren monochromatischen Röntgenstrahls oder Neutronenstrahls (20) von einer Strahlungsquelle, wobei das System aufweist:

Eine Einrichtung (14) zum Erzeugen eines kollimierten Strahls (16) von der Strahlungsquelle,

eine Bragg-Struktur (18), die unter einem Abstand von der Strahlungsquelle zum Reflektieren des kollimierten Strahls (16) in Übereinstimmung mit dem Bragg'schen Gesetz angeordnet ist, wobei die Bragg-Struktur (18) eine seitliche Gitterabstandabstufung und einen Schichtabstand d aufweist,

gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Bewegen der Bragg-Struktur (18) relativ zu dem kollimierten Strahl (16) zur Änderung des Einfallswinkels zwischen dem kollimierten Strahl (16) und der Bragg-Struktur (18) und gleichzeitig zur Änderung der Einfallszone zwischen dem kollimierten Strahl (16) und der Bragg-Struktur (18) derart, daß die Einfallszone der Bragg-Struktur (18) mit der seitlichen Gitterabstandabstufung derart konfiguriert ist, daß der Schichtabstand d über die Oberfläche der Bragg-Struktur (18) variiert und zu dem Einfallswinkel stets derart in Beziehung steht, daß das Bragg'sche Gesetz erfüllt ist, wodurch der kollimierte Strahl (16) in kontrollierter Weise derart reflektiert wird, daß der monochromatische Strahl (20), der von der Bragg-Struktur (18) reflektiert wird, durch Variieren des Einfallswinkels des Systems (10) gelenkt werden kann.

2. Optisches System (10) nach Anspruch 1, wobei die Bragg- Struktur (18) einen seitlich abgestuften Mehrschichtenplanarspiegel umfaßt, wobei der Gitterabstand von einem Ende des Spiegels zu einem gegenüberliegenden Ende des Spiegels variiert.

3. Optisches System (10) nach Anspruch 2, wobei die Bewegungseinrichtung den Spiegel gleichzeitig dreht und verschiebt, um den Einfallswinkel und die Einfallszone zwischen dem kollimierten Strahl (16) und dem Spiegel gleichzeitig zu variieren, so daß in der Einfallszone der Gitterabstand des Spiegels stets in Beziehung zu dem Einfallswinkel derart steht, daß das Bragg'sche Gesetz erfüllt ist, wodurch der kollimierte Strahl (16) in kontrollierter Weise derart gesteuert wird, daß der monochromatische Röntgenstrahl (20) durch Variieren des Einfallswinkels durch das System (10) gelenkt werden kann.

4. Optisches System (10) nach Anspruch 1, wobei die Bragg- Struktur (18') eine seitlich abgestufte Mehrschichtenkreisscheibe mit einer Achse aufweist, so daß die Bragg- Struktur (18') in Sektionen (1-8) unterteilt ist, wobei jede Sektion (1-8) eine über den Umfang teilweise parabelförmige zylinderförmige Oberfläche (19) aufweist und der Gitterabstand über den Umfang um jede Sektion (1-8) variiert.

5. Optisches System (10) nach Anspruch 4, wobei die Bewegungseinrichtung die Scheibe um die Achse dreht, um den Einfallswinkel und die Einfallszone zwischen dem kollimierten Strahl (16') und der Scheibe gleichzeitig zu va riieren, und zwar aufgrund der über den Umfang teilweise parabelförmigen zylinderförmigen Abschnitte (19) derart, daß in der Einfallszone der Gitterabstand der Scheibe jeweils in Beziehung zum Einfallswinkel derart steht, daß das Bragg'sche Gesetz erfüllt ist, wodurch der kollimierte Strahl (16') in kontrollierter Weise derart reflektiert wird, daß der monochromatische Röntgenstrahl (20') durch Variieren des Einfallswinkels durch das System (10) gelenkt werden kann.

6. Optisches System (10) nach Anspruch 5, wobei die Sektion (1-8) Oberflächen außerdem derart schräg verlaufen, daß die Sektion(1-8)Neigung innerhalb jeder Sektion (1-8) konstant ist, jedoch über den Umfang im Uhrzeigersinn für jede benachbarte Sektion (1-8) derart zunimmt, daß jede benachbarte Sektion (1-8) eine Sektion der Probe benachbart zu der vorausgehenden Sektion abtastet, wodurch das optische System (10) als Röntgenstrahlrastereinrichtung wirkt.

7. Optisches System (10) nach Anspruch 1, wobei der Abstand zwischen der Strahlungsquelle und dem Einfallspunkt konstant bleibt, wenn die Bragg-Struktur (18) sich bewegt.

8. Optisches System (10) nach Anspruch 1, wobei der Abstand zwischen der Strahlungsquelle und dem Einfallspunkt variiert, wenn die Bragg-Struktur (18) sich bewegt.

9. Optisches System (10) nach Anspruch 1, wobei die Bragg- Struktur (18) außerdem eine Tiefenabstufung zur Verbreiterung des Durchlaßbereichs des reflektierten Strahls (20) aufweist.