Différents types de lentilles réfractives

Tout d'abord, des tentatives partiellement couronnées de succès ont été faites dans les années 1990 pour produire des lentilles à rayons X réfractives.  De nombreux types différents ont été testés avant que les plus prometteurs ne se cristallisent. Certains de ces types sont décrits ici.

Lentilles des rangées de trous

Ces lentilles sont constituées d'un bloc d'aluminium ou de béryllium dans lequel des trous sont percés (Fig. 1) [Tom 1996, Sni 1996]. Comme l'indice de réfraction de l'air dans les trous pour les rayons X est supérieur à celui du métal, les trous agissent comme des lentilles convergentes cylindriques. La disposition totale de deux rangées de trous perpendiculaires l'une à l'autre forme une lentille avec mise au point ponctuelle. Ces optiques présentaient deux inconvénients majeurs. D'une part, l'absorption était relativement élevée, car l'âme entre deux forages ne pouvaient pas devenir arbitrairement minces. D'autre part, ces lentilles présentent une forte aberration sphérique due aux trous ronds.

Fig. 1 : Lentille de rayons X réfractive à partir de trous percés dans un bloc d'aluminium

Lentilles à bulles d'air

Les lentilles réfractives peuvent être produites en introduisant des bulles dans une résine époxy située dans un capillaire [Dud 1998, Gar 2004].  En anglais ces lentilles sont appelées "Bubble Compound Refractive Lenses" (BCRL). L'avantage de ces lentilles est qu'elles sont relativement faciles à fabriquer. L'inconvénient est que la forme des surfaces réfractaires, qui se composent du ménisque de la résine époxy durcie, peut être peu influencée. Les ménisques sont approximativement sphériques près de l'axe optique et ces lentilles souffrent donc d'aberration sphérique.

Fig. 2 : Bulles en résine époxy dans une capillaire forment une lentille réfractive (seule une moitié est montrée à titre de clarification)

Lentilles en alligator

Les lentilles en alligator sont aussi appelées "lentilles multiprismes" [Ced 2000, Ced 2002]. Les premières lentilles en alligator ont été fabriquées en découpant deux bandes perpendiculaires à la direction des sillons d'un disque à microsillon (figure 3). Ces bandes étaient placées l'une en face de l'autre et inclinées selon un petit angle perpendiculaire à l'axe optique (Fig. 4). Si les rayons X traversent les sillons de l'enregistrement, qui agissent comme des prismes en plastique (selon l'enregistrement, 25 µm à 90 µm de profondeur maximum, avec un espacement de 180 µm entre les sillons), ils sont focalisés en une ligne. This type of lenses has also been made of beryllium, silicon, epoxy and diamond using different fabrication methods. Une mise au point ponctuelle peut être obtenue en disposant deux lentilles en alligator à angle droit l'une par rapport à l'autre. Plus tard, ces optiques ont été fabriquées à l'aide de différents procédés en béryllium, silicium, résine époxy et diamant.

La distance par rapport à l'axe optique à laquelle un faisceau passe à travers le nombre maximum de prismes peut être ajustée par l'angle d'inclinaison des bandes. Ceci vous permet de sélectionner la distance focale. Si l'on calcule l'effet de cette optique, il s'avère que l'image est tout aussi exempte d'aberration sphérique que dans le cas des lentilles réfractives paraboliques. Comme les lentilles sont faciles à fabriquer, elles peuvent être utilisées dans de nombreuses applications.

Fig. 3 : Deux bandes sont découpées dans un vinyle LP pour obtenir une lentille en alligator.

Fig. 4 : Lentille en alligator avec mise au point en ligne (microsillons montrés d'un seul côté)

Lentilles à rayons X roulées

Les lentilles à prismes roulés sont constituées d'un film polymère structuré enroulé en spirale [Sim 2009 ; Kar 2009] (Fig. 5).

Fig. 5 : Croquis d'une lentille à prisme enroulé (un quart est enlevé pour illustration)

Le film structuré peut être produit, par exemple, en revêtant par centrifugation une plaquette de silicium structuré avec du polyimide [Sim 2009]. Une plaquette de silicium est recouverte d'une photoréserve et structurée lithographiquement avec des lignes parallèles. Alors rainures parallèles de section triangulaire gravées, par exemple par gravure anisotrope de {100}-silicium. Le film fini se compose alors d'un film support d'environ 1,5 µm d'épaisseur avec des nervures à profil triangulaire (environ 10 µm de longueur de bord triangulaire). Le film porteur doit être le plus fin possible, car il ne contribue qu'à l'absorption. Les profils triangulaires des nervures doivent être aussi petits que techniquement possible : plus ils sont petits, plus le rapport entre la surface optiquement réfringente et le volume absorbant des prismes est grand. La lentille est fabriquée à partir du film en enroulant le film autour d'un mince noyau d'enroulement, par exemple une fibre optique en verre (voir Fig. 6, avec la souris au-dessus). La lumière incidente est réfractée en un point focal sur les surfaces des structures prismatiques quasi annulaires (Fig. 6).

Fig. 6 : Lentille de prisme à rayons X roulée avec trajet du faisceau et esquisse du processus d'enroulement du film structuré lorsque la souris est déplacée au-dessus de la figure