铋光栅X射线相衬成像条纹对比度的定量计算

吸收光栅是X射线相衬成像系统的关键器件,铋吸收光栅由于其制作成本低廉且适于在普通实验室开展制作而受到青睐。提出了一种针对铋光栅X射线相衬成像条纹对比度的定量计算方法,通过建立模型,数值计算了不同铋层厚度的吸收光栅所对应的叠栅条纹对比度,并比较了π和π/2相位光栅两种情形下的结果。结果显示,随着吸收光栅铋层厚度的增加,条纹对比度逐渐增加,当源光栅和分析光栅的铋层厚度分别达到150μm和110μm时,利用π相位光栅在40kV管电压下其条纹对比度可达48%,60kV管电压下其条纹对比度只能达到22%。而在两个吸收光栅铋层厚度相同的情况下,采用π/2相位光栅所得条纹对比度略优于π相位光栅的结果。对铋光栅X射线相衬成像条纹对比度的计算分析,可作为X射线相衬成像系统设计的参考依据,推动该成像技术走向实用化。     

硬X射线相位光栅的设计与研制

针对在普通实验室和医院实现40—100keVX射线相衬成像的需求,考虑到成像系统参数、X射线源空间相干特性及光栅衍射效率,设计出硅基相位光栅结构参数.利用我们已发展的光助电化学刻蚀技术研制出直径为5英寸的相位光栅,其空间周期为5.6μm,线宽为2.8μm,深度为40—70μm.在理论分析的基础上,通过提高硅片两端有效工作电压和修正Lehmann电流密度公式,解决了实际刻蚀过程中出现的钻蚀问题.由实验结果可知,本方案对制作大面积高精度相位光栅十分有效。     

基于InP材料的纳米光栅耦合器的耦合效率分析

设计了一种基于InP材料的纳米光栅耦合器,运用FDTD算法分析了周期长度、刻蚀深度以及占空比变化时该光栅耦合器的耦合效率。计算结果表明,周期长度为800nm,刻蚀深度为0.3μm,占空比接近0.5时,耦合效率可以达到13%。本文所设计的光栅耦合器对构建基于InP材料的谐振腔、激光器和陀螺结构具有一定的理论指导意义。     

CdS纳米颗粒填充的自支撑多孔硅光致发光特性

为了研究CdS纳米颗粒填充的自支撑多孔硅的光致发光特性,选用电阻率为0.01~0.02Ω·cm的P型硅片,先采用二步阳极氧化法制备自支撑多孔硅,再利用电泳法将CdS纳米颗粒填充入该自支撑多孔硅中.采用扫描电子显微镜、X射线能谱分析、X射线衍射分析、光致发光谱分析对所制备样品的形貌、相结构、组份及发光性能进行研究.实验结果表明:自支撑多孔硅内部成功填充了CdS纳米颗粒,该CdS纳米颗粒衍射峰为(210);CdS纳米颗粒填充的自支撑多孔硅光致发光峰峰位发生红移,且从570nm转移到740nm;电泳时间直接影响CdS纳米颗粒的填充量,导致相关的发光峰强度及发光峰位明显不同.     

无吸收光栅的X射线相位衬度成像实验研究

通过对基于空间相干源和具有分析光栅功能的X射线转换屏的微分干涉X射线相位衬度成像 系统的理论分析, 利用线发射体阵列结构阳极X射线管和光助电化学刻蚀技术 研制的相位光栅和具有分析光栅功能的X射线转换屏, 组建了一种无吸收光栅的X射线微分干涉相衬成像系统. 在此系统上开展了生物样品的实验研究, 获得了较传统吸收成像更为清晰和更多样品结构信息的相位衬度图像. 从而试验验证了该系统方案设计的可行性, 为X射线相衬成像技术从实验室走向临床应用提供了有效途径.     

多光束纳秒紫外激光制作硅表面微结构

使用波长351 nm的半导体泵浦全固态脉冲激光器作为光源,经过位相光栅分束,形成干涉光场,在硅表面直接刻蚀微结构,制作了周期为0.55 μm,槽深可达55 nm的一维微光栅和周期为1.25 μm,刻蚀深度45 nm的正交微光栅结构.给出了微光栅形貌结构的扫描电子显微镜和原子力显微镜的测量结果.正交微光栅的一级衍射效率在1.8%～6.3%之间.该研究是改变硅表面微结构,优化硅材料特性的一种新方法,并扩展了大功率激光刻蚀在表面微加工领域的应用.     

基于X射线塔尔博特效应的纳米光栅制作模拟研究

沿纳米多层膜生长方向切割可制成周期只有几纳米而厚度几十微米的切片多层膜光栅. 基于该切片多层膜光栅塔尔博特自成像效应的X射线光刻是一种新型的纳米图样制作方法. 已有学者用该方法完成了百纳米结构光栅的制作. 采用严格耦合波方法, 本文模拟计算了切片多层膜光栅在满足塔尔博特自成像条件下的后表面光场分布, 详细讨论三个影响光栅后表面成像质量的重要参数:光栅厚度、材料厚度所占比例和多层膜周期. 模拟结果表明, 光栅厚度不仅影响X射线透射率, 还会改变像面条纹衬比度. 材料厚度比的大小直接决定像面是否存在清晰条纹, 选取合适的材料厚度比, 得到了前人实验中近场反常成像现象. 计算还表明, 在一定条件下, 采用周期更小的多层膜光栅有望获得更高分辨率的纳米图形, 这说明使用塔尔博特效应制作更加精细的纳米结构图形具有可行性.     

电子束刻蚀法制作微米/亚微米云纹光栅技术

本文应用电子束刻蚀技术并结合真空镀膜技术提出了制作电子束云纹光栅的新方法。首次提出三镀层制作双频电子束云纹光栅的新工艺。所制得的光栅可在两频率下应用电子束云纹法测量物体的变形。同一般光栅相比 ,这种双频光栅变形量程范围更大。在本研究中 ,运用电子束刻蚀法并结合真空镀膜技术制作出 0 .1μm间距 ( 10 0 0 0线 /mm光栅 )的电子束云纹光栅。应用所制作的 10 μm/1μm双频光栅与相对应的电子束参考栅干涉 ,分别得到对应的电子束云纹场。文中对制栅工艺及方法进行了详细的讨论。     

低成本高效率X射线相衬成像技术研究

X射线光栅微分相衬成像技术对由轻元素构成的物质的内部探测具有传统吸收成像无法比拟的优势,在材料领域、安检领域以及医疗领域具有广阔的应用前景。吸收光栅是系统中的关键光学器件,其制作难度大、成本高,并且吸收光栅不能完全吸收高能X射线而导致图像衬度和检测灵敏度下降,限制了该技术的发展应用。针对上述问题,基于自主研制的低成本铋材料源光栅和能够克服高能X射线限制的具有分析光栅功能的结构化转换屏,提出了低成本、高效率的X射线光栅微分相衬成像方法,在实验上获得了高质量的相衬图像。     

离子束刻蚀软X射线透射光栅实验研究

利用全息-离子束刻蚀方法研制出了聚酰亚胺薄膜为衬底的金软X射线透射光栅.研究了光栅制作中曝光量、显影条件和离子束刻蚀工艺等因素对光栅参数的影响,并给出了在惯性约束激光核聚变实验研究中的应用结果,     

2000 l/mm X射线镂空透射光栅的制备研究

在满足工艺要求的前提下,通过模拟光栅衍射,设计出镂空透射光栅模型,在此基础上将电子束和X射线光刻技术相结合,研究了制造2000 l/mm X射线镂空透射光栅的新工艺技术.首先利用电子束光刻和微电镀技术在镂空聚酰亚胺薄膜底衬上制备X射线母光栅掩模.然后利用X射线光刻和微电镀技术实现了光栅图形的复制,之后采用紫外光刻和微电镀技术制作加强筋结构,最后通过腐蚀体硅和等离子体刻蚀聚酰亚胺完成镂空透射光栅的制作.从此新的制造工艺结果上来看.制备的光栅栅线平滑,占空比合理,侧壁陡直,不同光栅之间一致性好,完全可以满足应用需求,充分表明了该制造技术是透射式X射线衍射光学元件制造的良好选择.     

用软刻蚀方法制备PbS纳米晶复合聚丙烯酸微图形

利用软刻蚀方法制备了包裹有硫化铅纳米颗粒的聚丙烯酸微图形 .首先通过毛细微模塑法制备了丙烯酸铅的微条纹 ,并使之在γ射线引发下固态聚合 ,最后用硫化钠溶液处理聚合物微条纹 ,将铅离子转化为包埋在聚合物体系中的硫化铅颗粒 ,得到了包裹有硫化铅纳米颗粒的高清晰度的聚丙烯酸微图形 .利用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱仪 (XPS)、透射电镜 (TEM)对其结构和性质进行了表征 .结果表明包埋在聚合物体系中的PbS颗粒直径小于 2 0nm .     

2000 1/mm X射线镂空透射光栅的制备研究

在满足工艺要求的前提下,通过模拟光栅衍射,设计出镂空透射光栅模型,在此基础上将电子束和X射线光刻技术相结合,研究了制造2000 1/mm X射线镂空透射光栅的新工艺技术.首先利用电子束光刻和微电镀技术在镂空聚酰亚胺薄膜底衬上制备X射线母光栅掩模.然后利用X射线光刻和微电镀技术实现了光栅图形的复制,之后采用紫外光刻和微电镀技术制作加强筋结构,最后通过腐蚀体硅和等离子体刻蚀聚酰亚胺完成镂空透射光栅的制作.从此新的制造工艺结果上来看.制备的光栅栅线平滑,占空比合理,侧壁陡直,不同光栅之间一致性好,完全可以满足应用需求,充分表明了该制造技术是透射式X射线衍射光学元件制造的良好选择.     

多光束纳秒紫外激光制作硅表面微结构

使用波长351 nm的半导体泵浦全固态脉冲激光器（DPSSL）作为光源,经过位相光栅分束,形成干涉光场,在硅表面直接刻蚀微结构,制作了周期为0.55 µm,槽深可达55 nm的一维微光栅和周期为1.25 µm,刻蚀深度45nm的正交微光栅结构。给出了微光栅形貌结构的扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)的测量结果。正交微光栅的一级衍射效率在1.8%到6.3%之间。该研究是改变硅表面微结构,优化硅材料特性的一种新方法,并扩展了大功率激光刻蚀在表面微加工领域的应用。     

添加剂对纳米压印模板光栅结构填充效果的改善作用

为改善电铸填充高深宽比纳米光栅结构时出现的空洞现象,本文向电铸液中添加平整剂健那绿,利用健那绿分子的静电吸附原理消除该工艺缺陷.结合纳米压印技术及电铸工艺,在柔性基底上完成了纳米压印镍模板的复制.复制过程中,首先通过热压将硅原始模板上的纳米光栅结构转移到聚合物基底上,制作出压印所需的软模板;然后采用溅射工艺在聚合物基底纳米结构表面沉积镍种子层并通过电铸工艺完成纳米光栅结构的填充及复制模板背板的生长;最后将铸层与聚合物基底进行分离.通过此工艺,成功复制了一块带有6个1.3mm×1.3mm纳米光栅区域的纳米压印镍模板,模板表面光栅周期为201nm,线宽98nm,深度104nm.与原始硅模板相比,复制模板特征尺寸偏差在5%以内,表明复制模板特征尺寸与相应原始模板特征尺寸之间有良好的一致性.热压实验后复制模板表面光栅结构周期无偏差,线宽偏差在2%以内,实验结果表明复制的纳米压印模板机械强度足以适用于热压过程.     

g-C3N4/CdS异质结紫外-可见光电探测器的制备及其性能研究

通过热聚法以三聚氰胺为原料制备g-C_3N_4纳米片,然后采用化学水浴法生长CdS纳米颗粒,进而成功构筑g-C_3N_4/CdS异质结构。采用扫描电子显微镜,X射线衍射仪和X射线光电子能谱仪对样品的微观形貌、晶体结构和化学成分进行表征。结果表明,CdS纳米颗粒为六方纤锌矿结构,且均匀致密地附着在g-C_3N_4纳米片表面;g-C_3N_4/CdS探测器能够在零偏压工作条件下对紫外光有较好的光响应,且光电流值较g-C_3N_4纳米片探测器提高了约8倍。此外,g-C_3N_4/CdS探测器在可见光区也表现出良好的光响应,对蓝光和绿光多个周期探测的结果也表明其具有稳定性和循环性。     

大面积10000线/毫米软X射线金属型透射光栅的设计、制作与检测

基于严格的矢量耦合波理论,优化设计了用于13.4nm软X射线干涉光刻的透射型双光栅掩模版. 采用电子束光刻技术,在国内首次成功制作了周期为100nm的大面积金属型透射光栅.光栅面积为1.5mm ×1.5mm,Cr浮雕厚度为50nm,Gap/period为0.6,衬底Si₃N₄厚度为100nm. 此光栅将用于上海光源软X射线干涉光刻实验站.利用其1级衍射光和2级衍射光将可以经济高效地制作周期为50和25nm的大面积周期结构.最后,测量了该光栅对波长为13.4nm 同步辐射光的衍射光强度,并且推算得出该光栅的1级和2级衍射效率分别为4.41%和0.49%,与理论设计值比较符合.实验结果与理论模拟结果的对比表明该光栅侧壁陡直,Gap/period的控制也与设计值符合. 关键词： 软X射线金属型透射光栅 严格耦合波方法 衍射效率 软X射线干涉光刻     

水稻中的纳米硅及其紫外吸收

为了了解水稻中硅的亚显微结构及其紫外吸收特性,根据强酸不会腐蚀SiO₂玻璃的事实,选择湿消化方法分离水稻中的硅体。以浓硫酸和硝酸混合液分别处理水稻叶片和稻壳,经多级沉降分离出其中的硅体。X射线光电子能谱结果表明硅体距离表面10 nm以内碳相对质量为35.05%,远高于硅体表面(5.88%),说明硅质壁能够阻止强酸进入硅体内部,避免硅体内氧化,保持硅体结构完整和相对独立的理化性质。电镜显示硅体SiO₂结构致密,由1～2 nm的SiO₂凝胶粒子粘聚而成,纳米颗粒相互融合组成排列方向一致的纳米棒,内部还有微米尺度(≤1μm)和纳米尺度(≤1～2 nm)的隙孔。颖壳硅体最大吸收位于285 nm;叶片纳米硅对紫外辐射的吸收极其有限,表明水稻颖壳和叶片硅体对紫外辐射具有不同的抵抗机制。     

新型弯曲不敏感光纤中写入的长周期光纤光栅

报道了一种用高频CO2激光器在有纳米环结构的新型弯曲不敏感光纤上写入的长周期光纤光栅。实验表明只有周期在两个特定的范围内的长周期光纤光栅在1200-1650nm波长范围内会有明显的谐振峰出现。对两个周期分别为295μm和470μm的长周期光纤光栅的温度和应变特性进行了研究。实验结果显示周期为295μm的长周期光纤光栅的...     

3333lp/mm X射线透射光栅的研制

针对X射线透射光栅摄谱仪中的高线密度光栅,研究了采用电子束曝光和X射线曝光技术结合制作高线密度X射线透射光栅的工艺技术.首先利用电子束曝光和微电镀技术在镂空的薄膜上制备母光栅X射线掩模版,然后利用X射线曝光和微电镀技术小批量复制光栅.在国内首次完成了3333lp/mm X射线透射光栅的研制,栅线宽度为150nm,周期为300nm,金吸收体厚度为500nm.衍射效率标定的结果表明,该光栅的占空比合理、侧壁陡直,具有良好的色散特性,能够满足空间探测、同步辐射和变等离子诊断等多个领域的应用.