X ışını optiği

Yansıma

Temel fikir bir X ışını demetini bir yüzeyden yansıtmak ve aynaya özgü bir yönde yansıyan X ışınlarının yoğunluğunu ölçmektir( yansıma açısı gelen açıya eşittir). Parabolik bir aynadan sonra hiperbolik bir aynadan yansıyan X ışınlarının odaklanabildiği görülmüştür . Gelen X ışınları aynanın eğik yüzeyine vurmak zorunda olduğundan toplama alanı küçüktür.Neyse ki, aynaların iç içe konulduğu yuvalama düzenlemeleriyle büyütülebilir.
Yansıyan yoğunluğun gelen yoğunluğa oranı yüzeyün X ışını yansıtma oranıdır. Eğer arayüzey mükemmel derecede keskin ve pürüzsüz değilse yansıyan yoğunluk Fresnel yansıtma yasasından tahminle sapma yapar. Sapmalaryüzeyin ara yüzey normalinin yoğunluk profilini elde etmek için analiz edilebilir. Çok katmanlı filmler için, X ışını yansıtıcılığı (Fabry- Perot efektine benzer şekilde) dalgaboyuna bağlı olarak kararsızlık gösterebilir. Bu kararsızlıklar katman kalınlıklarını ve özelliklerini belirlemek için kullanılabilir.

Kırınım

X ışınıkırınımında bir demet bir kristale çarpar ve çok sayıda spesifik yöne kırılır. Kırılan demetlerin açı ve yoğunlukları kristal içinde 3 boyutlu bir elektron yoğunluğu belirtir. X ışınları bir kırınım modeli üretir çünkü dalgaboyları tipik olarak kristaldeki atomik düzlem boşluklarıyla aynı kuvvet sırasına sahiptir (0.1-10.0 nm).
Her atom gelen demetin yoğunluğunun bir kısmını küresel bir dalga şeklinde yeniden yayar. Eğer atomlar bir d mesafesiyle simetrik şekilde düzenlendiyse( bir kristalde bulunduğu gibi), bu küresel dalgalar yalnızca yol-uzunluk farkları 2d sin θ,  dalgaboyu λ nın bir tam sayı katı olursa senkronize olurlar. Gelen demet  bu yüzden kırınım modelinde bir yansıma yeri oluşturan 2θ lık bir açıyla sapmalıdır.
X ışını kırınımı elastik saçılımın bir formudur; giden X ışınları gelen X ışınları gibi aynı ancak değişik yönde enerjiye ve dalga boyuna sahiptir. Buna zıt olarak, inelastik saçılım enerji gelen X ışınından onu yüksek bir kabuğa çıkaracak şekilde bir iç kabuk elektronuna transfer edilirse oluşur. Bu inelastik saçılım giden demetin enerji seviyesini düşürür ( veya dalga boyunu artırır). İnelastik saçılım bu şekil elektron uyarılmalarını araştırmada kullanışlıdır, fakat atomların kristal içindeki dağılımlarını belirlemede değildir.
Uzun dalga boylu fotonlar (ultraviyoleradyasyonu gibi) atomik pozisyonları belirlemek için yeterli çözünürlüğe sahip değildir. Diğer uç noktada, Kısa dalga boylu gamma ışınları gibi parçacık-anti parçacık grupları üreten fotonlar çok sayıda üretmesi, odaklaması ve maddeyle çok güçlü etkileşim yaptırması zor fotonlardır.
Benzer kırınım modelleri elektron veya nötron saçılımlarıyla elde edilebilir. X ışınları genelde atomik esaslardan kırınım yapmaz.

Girişim

X-ışını girişim, yeni bir dalga modelinde sonuçlanan iki veya daha fazla X-ışını dalgalarının eklenmesi (süperpozisyon) 'dir. X-ışını girişim genellikle ilişkili ya da birbirleri ile tutarlı olan dalgaların etkileşimi ifade eder ya da aynı kaynaktan gelen veya çünkü aynı veya hemen hemen aynı frekansı var.
İki olmayantek renkli X-ışını dalga oluşturucu dalga boyunda her birinde sadece iki dalga boyu, aynı faz farklarının tam olarak aynı aralığı vardır birbirlerine tamamen tutarlıdır.
Toplam faz farkı yol farkı ve (X-ışını dalga, iki ya da daha çok farklı kaynaklardan elde edilen ise) başlangıç faz farkı, her iki toplamı elde edilir. Daha sonra bir noktaya ulaşan X-ışını dalga faz (yapıcı girişim) veya faz (yıkıcı girişim) dışında olup olmadığı sonucuna varılabilir.

 Sert X ışını Aynaları

Çoklu katman kaplamaları kullanılarak yapılan, bilgisayar yardımı ve diğer tekniklerle üretilmiş bir X ışını ayna optiği NuStar uzay teleskopu için 79 keV a kadar çalışmaktadır. . Aynalar Wolter teleskopu dizaynına izin veren Tungsten(W) / Silicon(Si) veya Platinyum(Pt) / Silikon karbit (SiC) yığılmış cama çoklu kaplama işlemi kullanır.
Bu o zaman sınır olarak düşünülmüştü fakat 2012’deki bir keşif Gama ışını teleskoplarına yoğunlaşmaya izin verdi. Foton enerjisinin 700 keV dan daha büyük olduğu durumlarda kırınım indisi tekrar artmaya başlar.