抛物面型X射线组合折射透镜聚焦性能的理论与实验研究

结合衍射理论和矩阵光学方法得出抛物面型X射线组合折射透镜的光学性能指标(包括其焦距的严格表达式、薄透镜近似的判定准则、透过率和有效孔径,以及极限聚焦光斑尺寸等).采用X射线深度光刻技术实际制作了PMMA材料抛物面型X射线组合折射透镜并给出了工艺测试结果.最后在北京同步辐射装置(BSRF)上,实际构建了基于3种不同结构参数的PMMA材料抛物面型X射线组合折射透镜的微束聚焦实验系统.并实际测试了其聚焦性能,均获得了良好的聚焦效果,给出实测结果并对实测结果进行了分析和讨论.     

X射线长组合折射透镜的理论和实验研究

结合矩阵光学方法与衍射理论,得到研究X射线长组合折射透镜光学性能(包括焦斑尺寸、有效光束半径和强度增益等)的理论方法。设计并采用LIGA技术实际制作了顶点曲率半径50μm的抛物面型PMMA材料长X射线组合折射透镜,在北京同步辐射装置(BSRF)的形貌站(4W,1A)对其在8keV时的聚焦性能进行了实际测试。给出了模拟计算和实测结果,并进行了分析讨论,实测结果显示了良好的聚焦效果,理论与实验结果基本吻合。     

高能X射线组合透镜聚焦性能的实验结果

高能X射线组合透镜是一种基于折射效应的新型X射线光学元件。报道了这种新型X射线光学元件聚焦性能的最新实验结果。设计的高能X射线组合透镜为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料,包括40个相同的、顺序排布的平凹折射单元,折射单元的球面半径为200μm,组合透镜的几何口径约为500μm,长度约为8 mm,焦距约为1.3 m。简要描述了PMMA材料X射线组合透镜的制作技术和制作过程。并给出了X射线组合透镜聚焦性能测试实验系统和实验条件。最后给出8 keV单色X射线辐射下,PMMA材料X射线组合透镜的聚焦性能的测试结果,对实际测试结果进行了分析和讨论,得出结论,焦距等参量与理论计算结果基本吻合。     

制作工艺误差对X射线组合折射透镜聚焦性能影响研究

本文主要介绍对X射线组合折射透镜的制作工艺误差对其聚焦性能影响的研究结果. 首先给出采用深度X射线光刻技术制作的PMMA材料圆柱面型X组合折射透镜的工艺测试结果,得出制作工艺误差值,定性分析制作工艺误差对X射线组合折射透镜聚焦性能的影响. 然后根据实际的制作工艺误差建模,给出详尽的理论分析和定量的理论模拟结果. 最后在北京同步辐射装置(BSRF)上,构建基于PMMA材料的圆柱面型X射线组合折射透镜的微束聚焦实验系统,实际测试了有明显工艺误差和尽量消除工艺误差的两种X射线组合折射透镜的聚焦性能,给出实测结果 关键词： X射线组合折射透镜 制作工艺误差 X射线聚焦性能 同步辐射     

第三代同步辐射光源X射线相干性测量研究

随着高性能第三代同步辐射光源的建成开放,基于X射线相干特性的实验方法得到了快速发展和广泛应用.作为一个典型的例子,X射线相位衬度成像已经成为常规的X射线实验方法并向用户开放.相干散射、相干衍射成像、光子关联谱等X射线实验方法正日益受到重视,在高空间分辨、时间分辨等研究领域已显示出其独特的优越性.因此,研究和测量第三代同步辐射的空间相干特性对进一步发展这些新的实验方法具有重要意义.基于Talbot自成像原理成功测量了上海光源X射线成像线站发射的X射线的空间相干长度,并进而测得了相应光源的空间尺度.光子能量为33.2 keV时,测得的X射线光束垂直方向空间相干长度为8.84μm,对应的光源尺寸为23μm,测量结果与理论分析相符.     

用于同步辐射的硬X射线相位补偿镜的研究

设计和加工了一台相位补偿的压电变形镜,使用干涉仪离线表征了其压电变形性能,并提出迭代全局优化算法,实现了变形镜对目标面形的快速高精度逼近。结合X射线散斑扫描技术,在光束的聚焦模式下测试了变形镜的在线相位补偿性能和对聚焦光斑尺寸的优化能力,结果显示,初始的43.4μm焦斑尺寸经相位补偿后被压缩到了12.9μm。上述研究为上海同步辐射光源的快速相位补偿提供了可能。     

单层超薄高效圆极化超表面透镜

针对超表面在透镜方面的应用, 本文设计了一种交叉极化透射聚焦超表面, 实现了将圆极化波转化为交叉极化波的同时聚焦电磁波的功能. 设计了一款旋转型单元, 单元为一层且厚度仅为1.5 mm, 分析了旋转型单元提供不同相移的原理并设计了相邻单元相移差为60°的相位梯度超表面, 在中心频率f=15 GHz附近发生奇异折射, 折射角与理论计算结果一致, 验证了设计单元的有效性, 基于该单元设计了尺寸为90 m mm×90 mm、单元数为15×15 的透射型聚焦超表面, 在中心频率f=15 GHz附近, 左旋圆极化平面波照射时, 透射波聚焦于L=40 mm 的实焦点且透射波为照射波的交叉极化波. 该超表面透镜效率高、厚度薄且为单层, 易于加工, 相对于传统透镜, 优势明显, 在操控电磁波、改善透镜性能方面有潜在应用价值.     

基于锥形单玻璃管X射线聚焦镜表征X射线光源参数

X射线光源的焦斑尺寸和焦深对X射线光谱学,尤其是对于微区X射线衍射与荧光分析等领域十分重要的参数。如何高效而准确的表征这些参数对于X射线光源的应用和发展至关重要。现有的光源参数表征方法,尤其在表征微焦斑光源的参数时,都存在自身的局限性。锥形单玻璃管X射线聚焦镜是一种常用的X射线聚焦器件。根据锥形单玻璃管X射线聚焦镜滤波特性和几何特点,分析得到聚焦镜的聚焦光能量上限的大小受到光源焦斑尺寸的影响,提出这个能量上限与光源尺寸和光源到聚焦镜入口的距离之间的数学关系。设计了一种基于锥形单玻璃管X射线聚焦镜的表征X射线光源参数的方法。对锥形单玻璃管X射线聚焦镜的参数进行测量和确定后,将聚焦镜放置要测量的光源前,与光源形成聚焦光路。在光路准直并确保只有在聚焦镜内发生单次全反射的X射线射出聚焦镜的情况下,通过改变聚焦镜与光源焦斑距离并利用能谱探测系统来探测聚焦光并得到多个对应的聚焦光能谱。对所得能谱进行计算与分析,得到各能谱中的能量最大值,即聚焦光的能量上限。利用聚焦光能量上限、光源焦斑尺寸和光源到聚焦镜的距离之间的关系并结合线性拟合法,可同时得到光源焦斑尺寸和焦深。选用制造商给出焦斑尺寸约60 μm,焦深为20 mm的微焦斑钼靶光源作为测量对象,利用基于锥形单玻璃管X射线聚焦镜的表征方法测量的结果为焦斑尺寸为60.1 μm,焦深为19.7 mm。用小孔成像法表征该光源焦斑尺寸为60.3 μm,焦深为20.1 mm。相较于现有的方法,基于锥形单玻璃管X射线聚焦镜的表征X射线光源参数方法对表征微焦斑光源有一定优势,对表征高能X射线光源有潜在发展和利用价值。     

用于行星原位分析的微型微焦斑X射线激发源

基于微型X射线闭管的X射线荧光谱仪是深空探测新一代元素就位分析技术,研制了一款微型微焦斑X射线闭管作为X射线荧光分析的激发源。设计了一种新型的单极静电聚焦透镜,仿真模拟了电子聚焦光学结构尺寸对电子束运动轨迹的影响,并对静电聚焦结构的形状和尺寸进行了优化。完成了微型一体化X射线源的加工和装调,搭建了X射线源性能测试装置。微型一体化X射线源工作电压2～50 kV、X射线强度不稳定性为0.3%、高压不稳定性为0.21%。在高压50 kV、电子电流50μA的情况下,微型一体化X射线源的总功耗5 W,焦斑尺寸177μm×451μm,可以满足深空探测行星表面物质成分原位分析需求。     

中红外宽带消色差超透镜的设计

中红外热成像系统是通过探测物体本身的辐射进行成像，不需要外部光源。而传统的中红外热成像系统体积大，不利于小型化。本文基于传输相位理论，采用时域有限差分（FDTD）法，使用FDTD软件计算仿真，探究了不同的单元半径、纳米柱高度及单元周期对相位延迟及透过率的影响，并且针对不同的纳米柱半径，利用传输相位调控实现中红外（3～5μm）波长下全介质硅材料的宽带消色差超透镜设计。其数值孔径为0.24，仿真焦距值为147.3μm，半峰全宽（FWHM）为8.11μm，透镜透过率达到70%。设计的超透镜不仅体积小、质量轻、全波长聚焦效率可达到54%，而且为平面透镜，因此易于光学系统集成，在红外成像、红外夜视仪、红外遥感等技术中展现出广阔的应用前景。     

平面环形谐振腔微光学陀螺结构设计与优化

提出具有高群有效折射率的双环级联作为核心元件的谐振式平面光波导陀螺结构, 基于光学Sagnac原理得到了双微环耦合谐振式光学陀螺理论灵敏度与群有效折射率的一般表达式和双环与单环陀螺系统的灵敏度关系, 并由耦合模理论方法得到了双环系统耦合器的两个透射系数对应的群有效折射率变化情况. 在环腔半径R₁=R₂=100 μm、环腔传输损耗系数t₁=t₂=0.95的情况下, 针对环与环之间耦合器和环与波导之间耦合器透射系数对群有效折射率的不同影响, 得到了最大群有效折射率的产生条件. 采用文中参数(R=100 μm, t=0.95)计算的单环谐振式陀螺灵敏度为(10⁴-10⁵)°/h, 而双环级联谐振系统理论灵敏度能够达到10 °/h. 该研究对微环耦合谐振腔在角速度检测上的应用有重要的意义.     

On the formation of X-ray microbeams utilizing a short-focus refractive lens and a laboratory radiation source

The possibility of focusing an X-ray beam from a laboratory radiation source using a short-focus refractive composite lens is shown. The lens consists of 161 spherical biconcave epoxy lenses, each with a curvature radius of 50 μm. A Metal Jet (Excillium^TM) microfocus X-ray tube, with a focal-spot size of 20 μm and containing a liquid helium anode, is used as a radiation source. The size of the focal spot in the image plane is 2.4 μm, which corresponds to the theoretical estimate. The possibility of using the composite refractive lens to form a parallel polychromatic X-ray beam is demonstrated. The results obtained allow discussion of the possibility of applying short-focus refractive X-ray lenses for X-ray microanalysis using laboratory sources; such microanalysis is currently a prerogative of synchrotron radiation sources only.     

Simulations of the effects of density and temperature profile on SMBI penetration depth based on the HL-2A tokamak configuration

Using the trans-neut module of the BOUT++ code, we study how the fueling penetration depth of supersonic molecular beam injection(SMBI) is affected by plasma density and temperature profiles. The plasma densities and temperatures in L-mode are initialized to be a set of linear profiles with different core plasma densities and temperatures. The plasma profiles are relaxed to a set of steady states with different core plasma densities or temperatures. For a fixed gradient, the steady profiles are characterized by the core plasma density and temperature. The SMBI is investigated based on the final steady profiles with different core plasma densities or temperatures. The simulated results suggest that the SMB injection will be blocked by dense core plasma and high-temperature plasma. Once the core plasma density is set to be N_(i0)= 1.4N_0(N_0= 1 × 10~(19)m~(-3)) it produces a deeper penetration depth. When N_(i0) is increased from 1.4N_0 to 3.9N_0 at intervals of 0.8N_0, keeping a constant core temperature of T_(e0)= 725 eV at the radial position of ψ = 0.65, the penetration depth gradually decreases. Meanwhile, when the density is fixed at N_(i0)= 1.4N_0 and the core plasma temperature T_(e0) is set to 365 eV,the penetration depth increases. The penetration depth decreases as T_(e0) is increased from 365 eV to 2759 eV. Sufficiently large N_(i0) or T_(e0) causes most of the injected molecules to stay in the scrape-off-layer(SOL) region, lowering the fueling efficiency.     

磁共振碳谱研究:应用分子子图指数估计与预测卤代烃化学位移

系统研究了核磁共振碳谱(¹³C NMR)与化学位移规律及其定量构谱关系(QSSR).本文提出了一组含多元素组成的分子子图指数矢量(VMSG),并发现它与卤代烃化学位移(CSRX)有很好线性相关性.采用多元线性回归(MVLR)进行准确估计与预测,结果良好.     

Towards a realistic Einstein-Gauge cosmology

We present the cosmological solutions in the six-dimensional Einstein-gauge theory to which is added a matter term. The general behavior of the scale factors of the ordinary (R₃) and extra (R₂) dimensions can be depicted in four stages. Stage 1: Both R₃ and R₂ expand. Stage 2: R₂ is a constant and R₃ is an inflationary solution. Stage 3: R₂ recollapses towards its minimum value, R₃ will continue to increase monotonically. Stage 4: R₂ stabilizes at R_KK and R₃ expands in the usual FRW way, while the four-dimensional cosmological constant becomes zero.     

环二硅氨烷的29Si和13C NMR研究

本文报道了十种环二硅氨烷衍生物(R₁=Me、ф;R₂=Me、ф1 R₃=Me;X=Me、ф、OH、OSiMe₃、H和cl)及与此有关的九种聚合物m+n(m=2,3,4,7,10)的²⁹Si和¹³C化学位移,讨论了取代基X、R₁、R₂及硅氧链节数m对化学位移的影响。通过考察化学位移随R₁、R₂的变化,推断环二硅氨烷中N与其周围的三个Si之间存在(p→d)π相互作用。     

应用分子子图指数估计与预测烷烃核磁共振碳谱位移和

系统地研究了核磁共振碳谱(¹³C NMR)与化学位移规律及其定量构谱关系(QSSR).本文研究了一组多元素分子子图指数矢量(VMSG),并发现它与烷烃化学位移和(CCSA)有很好线性相关性.采用多元线性回归(MVLR)进行准确估计与预测,结果良好.     

应用分子子图指数估计与预测烷烃核磁共振碳谱位移和

系统地研究了核磁共振碳谱(¹³C NMR)与化学位移规律及其定量构谱关系(QSSR).本文研究了一组多元素分子子图指数矢量(VMSG),并发现它与烷烃化学位移和(CCSA)有很好线性相关性.采用多元线性回归(MVLR)进行准确估计与预测,结果良好.     

Electron-related nonlinear optical properties of cylindrical quantum dot with the Rosen-Morse axial potential

We present a theoretical study on the effects of intense laser field(ILF) and static electric field on the linear and nonlinear optical properties of a cylindrical quantum dot with Rosen-Morse axial potential under the framework of effective mass and parabolic band approximations. This study also takes into account the effects of the structure parameters(η, V_1, and R). The analytical expressions of the linear, third-order nonlinear and total optical absorption coefficients(TOACs)and the relative refractive index changes(RRICs) are obtained by using the compact-densitymatrix approach. The results of numerical calculations show that the resonant peak position of the TOACs and RRICs shifts towards lower energies and the magnitude of the peak increases with the effect of the static electric field and ILF. In addition, it is observed that while the resonant energies of the TOACs and RRICs of system shift towards the higher(lower) energies with the enhancement of η, V_1, they decrease with the augmentation of R. Thus, the findings of this study show that the optical properties of the structure can be adjusted by changing the magnitude of structure parameters and applied external fields.     

Multilayer relaxation of Rh(311)

The multilayer relaxation of the Rh(311) surface was investigated by means of LEED structure determination both for vertical and surface parallel (registry) relaxations. Excellent agreement between experimental and calculated spectra could be achieved mirrored by a minimum Pendry R-factor R = 0.174. The first three layer spacings are oscillatorily relaxed by Δd₁₂/d₀ = −14.5 ± 1.8%, Δd₂₃/d₀ = +4.9 ±2.0% and Δd₃₄/d₀ = −1.0 ±2.0%. There seems to be a coherent registry shift of the fir Δs = 0.03 ± 0.07 Å which, however, is within the error limits of the structure determination. Moreover, an energy dependent inner potential is detected. The results are discussed in comparison to equivalent surfaces of other materials as well as for the less open surfaces of rhodium.