基于微型芯片的新型光学器件可对X射线进行超快调制

这张照片显示了单个芯片上的两个MEMS元件，有源元件为250μm×250μm。显微照片(上插图)，与人类头发的一部分(下插图)相比，衍射元件的实际大小。

研究人员已经开发出新的X射线光学器件，可用于利用包装中的超快脉冲，与用于调制X射线的传统设备相比，该封装明显更小，更轻。新的光学系统基于被称为微机电系统(MEMS)的基于微观芯片的设备。

美国研究部负责人王进说：“我们的新型超快片上光学器件有望实现对X射线的研究和应用，这可能会对理解快速发展的化学，材料和生物过程产生广泛的影响。”能源公司的阿贡国家实验室。“这可能有助于开发更高效的太阳能电池和电池，先进的计算机存储材料和设备，以及更有效的抗疾病药物。”

在光学协会(OSA)的《光学快报》上，研究人员展示了他们的新型X射线片上光学器件，该器件使用Argonne的Advanced Photon Source的X射线源，尺寸约为250微米，重量仅为3毫克。同步加速器。这种微型设备的性能比体积庞大的传统X射线光学器件快100到1,000倍。

Wang说：“尽管我们已经在大型X射线同步加速器设施中演示了该设备，但如果完全开发该设备，它可以与科学实验室或医院中的常规X射线发生器一起使用。” “同样的技术还可以用于开发其他设备，例如用于放射疗法的精确剂量输送系统或用于无损诊断的快速X射线扫描仪。”

X射线可用于捕获非常快速的过程，例如化学反应或快速变化的生物分子动力学。但是，这需要具有快速快门速度的超高速相机。由于许多对光不透明的材料对X射线透明，因此可能很难提高对X射线有效的快门速度。

为了解决这一挑战，由来自Argonne的高级光子源和纳米级材料中心的科学家组成的研究团队转向了基于MEMS的设备。Wang说：“除了用于我们日常使用的许多电子产品中，MEMS还用于操纵光以进行高速通信。” “我们希望找出基于MEMS的光子设备是否可以像对可见光或红外光那样对X射线执行类似的功能。”

在这项新工作中，研究人员表明，基于MEMS的百叶窗的尺寸和重量极小，使其能够以相当于每分钟一百万转(rpm)的速度振动。研究人员利用这种高速和MEMS材料的X射线衍射特性来创建极快的X射线快门。

研究人员使用他们的新型片上光学元件和Advanced Photon Source产生的X射线，证明了它可以提供高达1纳秒的稳定快门速度，并具有非常高的开/关对比度。这可以用来从源中提取单个X射线脉冲，即使脉冲彼此之间仅相隔2.8纳秒。

Wang说：“我们证明，基于芯片的新技术可以执行常规大型光学器件无法实现的功能。” “这可用于创建用于研究新型材料中快速过程的超快探针。”

研究人员正在努力使这些设备更加通用和耐用，以便可以长时间连续使用。他们还将与基于微型芯片的MEMS器件一起使用的外围系统集成到可部署的独立仪器中。