高压下的同步辐射能量色散粉末衍射

 同步辐射已经成为高压研究的一个非常理想的光源。在北京同步辐射装置（BSRF）上、结合金刚石对顶砧超高压实验技术建立起来的能量色散X射线粉末衍射系统,已用于物质状态方程和结构相变的研究。介绍了能量色散衍射方法,以及同步辐射原位测试过程。     

同步辐射X射线光源在高压科学研究中的应用

同步辐射X射线光源已经成功地应用到高压科学研究的诸多领域.文章简要回顾了同步辐射高压技术的发展历史,简要介绍了同步辐射X射线衍射技术在高压状态方程、强关联体系、地球内部物质以及早期生命起源等研究中的应用.介绍了同步辐射X射线光谱技术(包括晶格振动声子谱的测量)在高压研究中的应用,此外,还介绍了时间分辨的同步辐射技术在冲击压缩研究中的应用,最后展望了未来先进光源应用于高压科学研究的前景.     

高压衍射光路的准直与散射背底屏蔽

在同步辐射高压X射线光路中,通过建立准直系统屏蔽来自金刚石的康普顿散射和实验环境中的杂散光,有效地降低了散射背底.通过两次专用光期间的测试表明,准直系统对于信噪比的提高有较为显著的效果,使以前不能进行有效测量的一些高压样品可以得到较好的能量色散X射线衍射数据,并为进行MPa压力下的原位测试提供了有效的手段.     

用同步辐射X射线衍射技术分析GaN/Si外延膜的结构与应变

选用有AlN和AlGaN缓冲层的GaN/Si作为测试样品,采用同步辐射X射线衍射(SRXRD)技术对样品外延膜(GaN)的几何结构、晶格常量及其应变进行了分析.结果表明,同步辐射X射线衍射实验可以作为一种有效的技术手段,测试固体结构及应变.     

金刚石压砧内单轴应力场对物质状态方程测量的影响

金刚石压砧的几何结构使得在高压下封垫内的样品通常处于单轴应力场中：压砧轴向加载应力最大,径向应力最小.由于金刚石压砧内非静水压单轴应力场的影响,用传统的高压原位X射线衍射方法测得的物质压缩曲线一般位于理想静水压压缩曲线之上.利用金刚石压砧径向X射线衍射技术以及晶格应变理论,结合最近的钨、金刚石和硼六氧样品的高压原位同步辐射径向X射线衍射实验结果,从宏观差应力、样品强度、标压物质和待测物质强度的关系三个方面分析讨论了金刚石压砧内单轴应力场对物质状态方程测量的影响及解决方案. 关键词： 金刚石压砧 单轴应力场 高压原位X射线衍射 状态方程     

同步辐射在古陶瓷研究中应用的现状和展望

概述了同步辐射光源的历史和优点,对同步辐射X射线荧光、X射线吸收精细结构、同步辐射X射线衍射等方法在古陶瓷工艺、产地等方面的应用现状进行了总结,并展望了同步辐射在古陶瓷研究中的应用前景.     

同步辐射高压单晶衍射实验技术

利用同步辐射光源开展高压X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)研究已有近四十年的历史,并且已经取得了非常丰硕的成果.单晶XRD作为高压研究的一部分,在同步辐射装置上的应用也有了接近三十年的历史.近年来,随着同步辐射光学技术以及高压技术、特别是大衍射窗口金刚石对顶砧压腔(diamond anvil cell,DAC)的改进与发展,同步辐射高压单晶衍射实验方法在高压研究中的应用越来越普及.由于能够在压力条件下获得样品在三维空间中的衍射信息分布以及数据具有高信噪比等优势,单晶XRD实验方法不仅可以用于压力条件下的晶体结构解析,如获取晶胞参数、空间群、原子坐标以及原子占位等信息,而且可进一步做晶体电荷密度分析研究,得到更多的化学键、电荷分布及其变化等信息.本文主要介绍同步辐射高压单晶XRD实验方法及相关技术,其中包括单晶XRD实验系统、单晶XRD所用DAC、单晶样品装填以及单晶XRD数据处理等内容.     

同步辐射X射线衍射装置及其在结构生物学中的应用

同步辐射源产生的X射线具有高通量、高准直性及波长连续可调等优点,应用于结构生物学将可以解决很多常规实验装置无法解决的问题。文章介绍了同步辐射X射线衍射装置及其在结构生物学中的应用，蛋白质晶体学中相位问题的有关进展，以及国家同步辐射实验室（NSRL）二期工程X射线衍射与散射光束线、实验室站的实验装置及最新的研究进展。     

β-FeSi2的高压研究

 对β-FeSi₂晶体进行了原位X射线衍射高压研究。利用同步辐射X射线衍射原位研究了β-FeSi₂的高压相演化，发现压力在4.3 GPa时出现相变，在25.8 GPa时相变完成。指标化结果表明：经高压处理后得到的产物具有四方结构，其晶格常数为：a=b=1.004 9 nm，c=0.339 4 nm。     

用同步辐射X射线研究材料结构

使用同步辐射X射线进行材料的散射、衍射和吸收实验要比用一般X射线源的实验能提供新的、更精确、更详细的结构信息。同步辐射实验技术已发展到经常用于解决材料结构问题广泛领域的阶段。本文评述了作为材料原子级结构研究的同步辐射X射线散射和吸收技术的新进展,描述了包括表面和界面结构、局域结构、晶体结构和晶体缺陷在内的某些结构研究新例子,也提及最新发展和展望。     

高压诱致的反式联苯乙烯酮结构相变与化学反应

 利用金刚石对顶砧（DAC）高压装置在室温下对反式联苯乙烯酮（Trans, Trans-Dibenzylideneacetone）分子晶体进行了高压拉曼谱、荧光光谱和能量色散X射线衍射（EDXRD）研究。结果表明,在压力为1.0~1.3 GPa时,反式联苯乙烯酮发生了晶体—晶体的结构相变,同时开始伴随有压力诱导的化学反应,反应完成的压力为6.5 GPa。高压X射线研究表明,这次相变有新的共价键产生,可能的化学变化过程是,C＝C双键打开再与相邻的分子结合生成新的共价键。在压力大约为11 GPa时,反式联苯乙烯酮分子晶体再次发生了晶体的结构相变。新产生的物质在卸压后依然保持稳定。     

天基激光告警系统成像特征及信噪比研究

目标成像特征和信噪比是天基激光告警系统优化设计、目标检测及攻击事件判定的重要依据.在介绍告警系统结构的基础上,分析计算了攻击激光成像光斑的情况,并进行了实验验证,讨论了系统的背景光噪声环境,计算了入瞳处的背景光辐照度,推导了系统成像信噪比公式,并得到了攻击激光成像信噪比.结果表明:攻击激光在正入射情况下的理论光斑直径约...     

基于EKF的水下LD通信精对准控制算法

高速激光通信中接收机与光斑中心很难处于精对准状态,导致水下光通信链路难以稳定建立.首先采用蒙特卡洛仿真统计法分析激光光子在海水中传输的接收光强分布规律,再通过实验对接收端的光斑图像进行采样分析,利用曲线拟合得到接收器位置与接收光强的关系.仿真与实验结果表明:光束经过25 m的水下传输,接收光强分布仍近似为高斯分布.采用非线性估计算法(扩展卡尔曼滤波)与基本状态控制反馈理论,根据接收光强度估计接收器当前位置与最大光强处的距离,通过反馈算法实现接收端与光斑中心的主动跟踪对准.算法仿真结果显示,接收端对准误差在2 mm以下,稳定后接收效率超过98%.     

基于光斑重心的交锁髓内钉远端定位方法研究

提出基于光斑重心的交锁髓内钉远端定位方法,即用光纤传像束传输照明光、接收并传送交锁髓内钉远端像的光斑到CCD靶面,由计算机接收并计算出光斑重心的方法来测量和定位交锁髓内钉远端锁孔。介绍了交锁髓内钉远端定位检测系统的组成,阐述了基于重心的光斑中心定位算法。该方法用VC++对光斑中心位置进行了精确测量,为了避免二值变换引起的毛刺,先用改进的阈值变换,然后用一种直观的画圆方法把光斑框起来求重心,通过计算交锁髓内钉变形前后其远端锁孔像的重心位置,求出交锁髓内钉远端锁孔的实际位置。实验结果表明：该系统定位精度可以达到0.1mm,满足系统指标要求,且具有较高的稳定性。     

Optical energy balance in laser-produced plasmas

Optical energy balance in plasmas produced by irradiating solid targets by highpower laser pulses, has been experimentally determined. The total light scattered has been measured as a function of the laser intensity and the irratiated spot diameter. It has been found that the net light absorption does not depend on the laser intensity alone, but is also affected by the irradiated spot area. It has also been observed that diffuse back reflection becomes a dominant loss mechanism at high incident flux and small irradiated spot area.     

Finite spot effects on radiation pressure acceleration from intense high-contrast laser interactions with thin targets

Short pulse laser interactions at intensities of 2×10(21) W cm(-2) with ultrahigh contrast (10(-15)) on submicrometer silicon nitride foils were studied experimentally by using linear and circular polarizations at normal incidence. It was observed that, as the target decreases in thickness, electron heating by the laser begins to occur for circular polarization leading to target normal sheath acceleration of contaminant ions, while at thicker targets no acceleration or electron heating is observed. For linear polarization, all targets showed exponential energy spreads with similar electron temperatures. Particle-in-cell simulations demonstrate that the heating is due to the rapid deformation of the target that occurs early in the interaction. These experiments demonstrate that finite spot size effects can severely restrict the regime suitable for radiation pressure acceleration.     

Feasibility study on high current ion beam extraction from anode spot plasma for large area ion implantation

In this paper, we have investigated the feasibility of the high current beam extraction from anode spot plasma as an ion source for large area ion implantation. Experiments have been carried out with the ambient plasma produced by inductive coupling with radio-frequency (RF) power of 200 W at the frequency of 13.56 MHz. Anode spot plasmas are generated near the extraction hole of 2 mm in diameter at the center of a bias electrode whose area exposed to the ambient plasma can be changed. It is found that the maximum ion beam current is extracted at the optimum operating pressure at which the area of bias electrode exposed to ambient plasma is fully covered with the anode spot plasma whose size is dominantly determined by the operating pressure for given gas species. It is also observed that the extracted ion beam current increases nonlinearly with the bias power due to the changes in size and shape of the anode spot plasma. With the well-established anode spot plasma operating at the optimum gas pressure, we have successfully extracted high current ion beam of 6.4 mA (204 mA/cm²) at the bias power of 22 W (∼10% of RF power), which is 43 times larger than that extracted from the plasma without anode spot. Based on the experimental results, criteria for electrode design and operating pressure for ion beam extraction from larger extraction aperture are suggested. In addition, the stability of anode spot plasma in the presence of ion beam extraction through an extraction hole is discussed in terms of the particle balance model.     

六边形晕斑图等离子体参数的光谱测量

在空气与氩气按比例混合组成的气体放电中,研究了由中心点和六边形晕组成的六边形晕斑图。从照片中观察六边形晕斑图结构,发现中心点和六边形晕的亮度有明显的差异,说明中心点和六边形晕可能处的等离子体状态不同。利用发射光谱法,详细研究了该六边形晕斑图结构的中心点和六边形晕的等离子体参数随压强的变化关系。实验根据氮分子第二正带系(C3Π_u→B3Π_g)谱线计算了中心点和六边形晕的分子振动温度;通过氮分子离子(391.4 nm) 与氮分子(394.1nm)谱线强度比,反映中心点和六边形晕的电子平均能量;利用氩原子696.5 nm(2P₂→1S₅)谱线的展宽,研究了电子密度。实验结果表明： 六边形晕斑图主要范围是氩气含量从60%～75%、压强从30～46 kPa。在相同的压强条件下,六边形晕比中心点的分子振动温度、电子平均能量均要高。随着压强从30 kPa逐渐升高到46 kPa,中心点和六边形晕的分子振动温度、电子平均能量是逐渐增大的。在相同的压强条件下,六边形晕比中心点的谱线展宽要大,且随着压强的升高而增加,表明电子密度随着压强的增大而升高。六边形晕和中心点的等离子体的状态不同,说明二者放电机制上的差异。进一步采用高速照相机对斑图的电流脉冲进行分脉冲瞬时拍摄,发现中心点是由先放电的体放电形成,而六边形晕是由放电晚于体放电的沿面放电形成。     

介质阻挡放电中亮暗点超六边形斑图的光谱研究

采用双水电极介质阻挡放电装置,在空气和氩气的混合气体中,首次研究了由中心亮点和暗点组成的亮暗点超六边形斑图。通过观察斑图照片,可以发现暗点位于周围其他三个亮点的质心处,并且亮点和暗点的亮度有所不同,这说明亮点和暗点的等离子体状态可能不同。利用发射光谱法,研究了亮暗点超六边形斑图中亮点和暗点的等离子体参量随氩气含量的变化趋势。首先通过采集氮分子（N₂）第二正带系(C3Π_u→B3Π_g)发射谱线,计算出了亮点和暗点的分子振动温度; 之后利用氮分子离子391.4 nm和氮分子394.1 nm两条发射谱线的相对强度之比,得到了此斑图中亮点和暗点的电子平均能量; 最后通过氩原子696.57 nm（2P₂→1S₅）谱线的展宽,研究了此斑图中亮点和暗点的电子密度。实验结果发现： 在同一氩气含量下,亮暗点超六边形斑图中暗点的分子振动温度、电子平均能量和电子密度均高于亮点的相应等离子体参量; 保持其他实验参数不变,随着氩气含量从70%变化到95%,亮点和暗点的分子振动温度和电子密度均是逐渐增大的,而电子平均能量则是逐渐减小的。亮点和暗点的等离子状态的不同,说明二者的放电机制可能不同。进一步采用高速录像机对斑图进行短曝光拍摄,发现亮点存在沿面放电,这些沿面放电交汇形成暗点。     

导板光互连光斑位置偏移的研究

随着人们对信息处理与交换速度和容量提出的更高的要求,出现了光互连．它具有并行处理、传播速度快、信息量大、空间频带宽、串音小和能量损耗低等优点,因此它在光计算机和信息处理领域中成为越来越吸引人的课题［１～４］提出光电结合的计算机系统．实现光－电混合计算．ＳａｕｅｒＦ提出了将电子元件组成的电路板安装在光导板上的方法［５,６］．每个电路板除了包括计算机本身要求的功能外,还装上发射信号的光源和接收信号的探测器,借助全息元件的耦合,以光导板作为光信息交换的通道．这种互连方式传输信息,结合光电优点,利用Ｂｒ…