波带片（zone plate）

波带片的类型及应用

波带片简介

随着新一代同步辐射大科学装置的出现，获得高品质X射线光源成为可能，X射线显微成像技术广泛应用于材料科学、生命科学、环境科学等领域。波带片（zone plate）作为X射线显微成像系统中聚焦与成像的核心元件，其制备和性能提高方法越来越受到研究人员的关注。

波带片实质上是一种特殊的变间距光栅，是由线密度径向增加的明暗相间的同心圆环带组成的，波带片的分辨率由最外环波带的宽度决定。因此要实现X射线高分辨率成像，必须缩小波带片的最外环宽度；同时要实现X射线的高效率聚焦，必须提高波带的高度，使得相邻两个波带的相位差为π，在第一聚焦点实现相干衍射。由此可见大高宽比(高宽比为波带片的高度与最外环宽度的比)波带片结构是必然的发展方向，这给电子束光刻结合重金属电镀的波带片传统制备工艺带来了严峻的挑战。

波带片的主要类型

• 按工作波长分类

根据波带片的工作波长范围，可将其分为软X射线波带片和硬X射线波带片。软X射线波带片的工作波长范围为1~10 nm，硬X射线波带片的工作波长范围为0.01~1 nm。

• 按功能分类

根据波带片的不同功能，可将其分为聚焦波带片和成像波带片。

聚焦波带片主要用于X射线的聚焦和消色散。为了尽可能聚集更多的X 射线，获得更大的光通量，聚焦波带片的直径一般较大，约为2~3 mm，环带数为 10³ ~ 4 × 10⁴。由于制作难度大，应用得较少。

成像波带片主要用作X射线显微镜的物镜。为实现高分辨的成像，拓宽X射线的可用带宽，成像波带片的最外环的宽度很小，环带数在百量级，直径为10~100 μm，因此又被称为微波带片。

• 按作用机理分类

根据波带片的不同作用机理，可将其分为振幅型波带片和位相型波带片。

波带片的应用

在X射线波段，各种材料的折射率都近似等于1，常规的折射光学元件都无法汇聚X射线，波带片因其特殊的结构设计，成为X射线聚焦、成像系统的核心元件，在诸多科学领域应用广泛。

在材料科学中，用于研究磁性材料在纳米尺度的基本物理性能，分析太阳能电池中的金属缺陷大小和分布情况，表征纳米尺度上燃料电池和蓄电池的电化学表面现象等。

在生命科学中，通过实现对冷凝细胞的三维图像，细胞器超微结构、人类和小鼠细胞的成像，以及小鼠癌细胞的层析成像等，用于研究组织细胞的内部结构。

在环境科学中，利用X射线断层扫描技术研究混凝土的损伤机理，利用低能X射线荧光光谱技术研究植物在酸性环境的生长机理等。

此外，X射线谱学显微技术在考古学、古生物学、文物学方面也有重要应用，用来研究文物、化石结构等，X射线光刻尤其是软X射线光刻在微细加工领域应用广泛，可用来制造高深宽比的结构，应用于微机电系统。