衍射增强成像方法中两种晶体排列方式的对比研究

北京同步辐射装置(BSRF)4W1A光束线形貌学实验站近两年开展了两块晶体的衍射增强成像实验研究，在实验中，晶体转轴垂直于同步辐射偏振面时的图像质量好于晶体转轴平行于同步辐射偏振面时获取的图像.本文从X光强度分布、单色器晶体的热膨胀、空间分辨率、角分辨率等方面系统地对两种晶体几何排列方式进行了比较研究.实验和理论分析的结果表明，晶体转轴垂直于同步辐射偏振面时单色器晶体上的热膨胀对成像的影响较小，因而获得了更好的成像质量. 关键词： 同步辐射 衍射增强成像 晶体衍射     

衍射增强成像原理

研究了衍射增强成像过程中X射线与样品和晶体的相互作用,重点分析了小角散射对衍射增强成像的影响,为衍射增强成像方程补充了小角散射噪声项,建立了更普遍的衍射增强成像方程.根据新的衍射增强成像方程,推导出峰位像和腰位像的吸收衬度,消光衬度和折射衬度的数学表达,并讨论了两种合成像(表观吸收像和折射像)的衬度问题. 关键词： 相位衬度成像 同步辐射 晶体衍射 X射线照相术     

同步辐射硬x射线衍射增强成像新进展

对于相位衬度成像的实验方法研究及其在医学、材料等领域的应用研究已成为国际上研究的热点.衍射增强成像方法(DEI)作为其中的一种方法通过测量相位衬度的一阶导数而成像.在北京同步辐射装置(BSRF)4W1A束线上，对衍射增强成像方法进行了研究，并对一系列生物医学样品及材料样品成像，得到了非常清晰的相位衬度图像. 关键词： 衍射增强成像 同步辐射 硬x射线     

同步辐射硬X射线衍射增强峰位成像CT研究

对于主要由轻元素组成的生物、医学样品,利用衍射增强成像技术可以观察到常规吸收成像无法观察到的内部微观结构,因而衍射增强成像具有较高的衬度和空间分辨率.选用苍蝇作为实验样品,在北京同步辐射装置上首次开展了衍射增强峰位成像CT实验.重建出的样品断层像显示其分辨率达到了几十μm水平.对于将衍射增强成像技术应用于生物和医学等领域具有重要意义.     

KTP(001)晶体分光性能研究

根据同步辐射光源对软X射线分光晶体的性能要求,分析了软X射线能区常用分光晶体的性能优劣,指出对于晶格常数值大的分光晶体,KTP(KTiOPO₄)(011)是该能区比较理想的分光晶体. 同时提出了一种利用同步辐射光源测量晶体衍射效率的实验方法,指出光源的发散度与晶体的衍射效率密切相关. 测量了KTP(011)晶体的晶格常数,给出了KTP(011)晶体的实测衍射效率. 关键词： 同步辐射 KTP(011)晶体 衍射效率 光源发散度     

衍射增强计算机断层技术研究

对衍射增强计算机断层技术进行了分析研究，提出了一种新方法.应用该方法只需在摇摆曲线一点处对物体进行360°范围内旋转投影成像，即可获得物体的折射率梯度分布以及吸收系数与散射系数和分布.该方法较以前的方法，大大简化了实验步骤. 关键词： 同步辐射 衍射增强 计算机断层     

衍射增强成像方法在计算机断层成像中的应用

衍射增强成像是X射线相位衬度成像方法之一，这种方法具有较高的衬度和空间分辨率. 利用它对由轻元素组成的生物、医学样品成像可以观察到常规吸收成像无法观察到的内部微细结构. 这种方法在生物、医学、材料科学等无损检测领域中的应用研究，已成为当前国际上X射线成像领域中的研究热点. 讨论衍射增强成像方法和该方法在计算机断层成像中的应用. 实验结果表明，使用衍射增强成像方法获得的数据源能够重建出微米级的生物组织结构，这些组织结构信息在常规X射线断层成像中是难以得到的. 关键词： 衍射增强成像 CT重建 同步辐射 微细结构     

同步辐射X射线衍射增强CT方法研究

本文将同步辐射硬X射线衍射增强成像方法应用于材料无损检测CT方法中（简称衍射增强CT法），并对自制样品进行投影成像重建，获得了非常清晰的样品内部结构图像,并与样品的单晶吸收成像CT重建结果进行对比.结果表明，对于吸收系数相近的结构材料,衍射增强CT法可得到更好的物质内部边界.     

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.     

上海光源硬X射线相干衍射成像实验方法初探

相干X射线衍射成像方法是一种先进的成像技术,分辨率可达纳米量级.国际上大多数的同步辐射装置和自由电子激光装置都建立了该成像方法,并有将其作为主要成像技术的趋势.上海光源作为目前国内唯一的一台第三代同步辐射光源,尚未建立基于硬X射线的相干衍射成像实验平台.随着一批以波荡器为光源的光束线站投入使用,使得该方法的建立成为了可能.本文基于上海光源BL19U2生物小角散射线站,通过有效的光路设计,搭建了相干衍射实验平台,在12 keV和13.5 keV能量点均获得了硬X射线相干光束,并基于小孔衍射测量了入射光束的空间相干长度.该平台支持常规和扫描相干衍射实验模式,对小孔衍射图样及波带片扫描衍射图样实现了正确的相位重建,证明了该平台初步具备开展硬X射线相干衍射成像实验的能力.硬X射线相干衍射成像实验平台为国内首次建立,将为国内该实验方法的发展和应用提供有效的软硬件支持.     

Yb∶KGW激光晶体无热方向的计算与分析

针对各向异性Yb∶KGW激光晶体有可能存在热透镜效应为零的传播方向（即无热方向）,利用Biswal等人2篇文献和Pujol等人对Yb∶KGW晶体热膨胀系数的测量结果,分别采用最小二乘法和二阶张量旋转计算出对应晶体的热膨胀张量,据此计算出2篇文献中所述晶体的无热方向。通过对比分析发现：尽管晶体热膨胀张量存在一定的个体差异,但是该晶体普遍只存在2个无热方向,即当光为m偏振时,在p-g平面内与p轴成正负二十多度的2个方向,而不是Biswal等人给出的4个无热方向。另外,利用得到的热膨胀张量计算出某特定方向的热光特性与瑞典的Hellstrom等人报道的激光器热透镜实验结果相一致。     

Thermal expansion anisotropy of β-TlInS2 crystals in the course of phase transitions

Basing on the thermal expansion studies performed for β-TlInS₂ crystals in the course of their phase transitions, we have found that the crystals aged for one year are composed from at least two polytypes, which undergo phase transitions at different temperatures. The detailed analysis of anisotropy of the thermal expansion demonstrates that all of the diagonal components of the thermal expansion tensor associated with the eigensystem have almost the same modules but differ by their signs. This leads to appearance of an elliptical conical surface of zero thermal expansion. The orientation of this surface does not depend on the temperature in the temperature interval under study. We have also found that the thermal expansion coefficients along the crystallographic a and b axes are close to zero.     

A method of precise determination of the optical constants of uniaxial crystals from the compensator parameters

A method of determination of the refractive indices of uniaxial crystals from the compensator parameters is proposed. In this case, the accuracy is limited by the temperature fluctuations inside a crystal. The orientation of the optical axis with respect to the surface and the thickness and the thermal expansion coefficient of the crystal can be determined additionally. This method can be used for precise determination of the refractive indices and absorption coefficients of biaxial crystals. Experimental results of determination of the temperature coefficients of the refractive indices and of linear expansion for a plane-parallel plate cut from artificial crystalline quartz parallel to the optical axis are presented.     

Effect of illumination on negative linear expansion of TlGaSe2 layered crystals

Effect of illumination on negative thermal expansion of TlGaSe₂ crystals has been investigated. Strong trasformation of negative linear expansion coefficient has been observed after the illuminations. It is supposed that two main mechanisms are responsible for observed effect: formation of photoelectret states and reverse piezoelectric effect. The electronic nature of negative linear expansion of TlGaSe₂ crystals has been proved for the first time.     

Simple variational approach to the thermal properties of ionic crystals

The thermal properties of ionic crystals are analysed using the variational principle of classical statistical mechanics. The Einstein and Debye pictures of the lattice vibrations are adopted as trial Hamiltonians. No explicit calculation of the lattice spectrum is needed. The variational result for the thermal expansion in the Einstein picture is identical to that recently derived by Narayan and Ramaseshan by a physically motivated thermal force picture. The agreement with experimental values in the alkali halide family of crystals is surprisingly good, the root mean square error being about 14%. The parameters in the interionic potential used are obtained from the lattice spacings and compressibilities of the crystals and not from anharmonic properties. The Debye picture gives about equally good results for the thermal expansion, but better results for the thermal vibration amplitudes of the ions. It differs from the Einstein picture in incorporating correlated vibrations of atoms and in having an explicit Coulomb contribution to the thermal properties. It is suggested that the theory given in this paper has a useful role to play in studies of thermal expansion and phase stability for large families of ionic crystals when combined with semi-empirical theories.     

The nature of negative linear expansion in layer crystals C,Bn, GaS,GaSe and InSe

Experimental investigations of thermal expansion parallel and perpendicular to the layers plane of layer crystals GaS, GaSe and InSe are described. The obtained results are analized together with known thermal expansion data on graphite, C, and boron nitride, BN. Theoretical calculations of linear expansion coefficients are carried out on the basis of the model of highly anisotropic crystal. It is shown, that the negative thermal expansion in the layer plane, typical of layer crystals, is due to “bending” waves, acoustic waves propagating in the layer plane and polarized perpendicular to this plane (TA_⊥ mode)     

Temperature dependence of dielectric constant of crystals with fluorite structure

The experimental data on the temperature variation of dielectric constant of six crystals with fluorite structure are analysed using an approach proposed by Havinga and Bosman for ionic crystals. The temperature variation of dielectric constant is resolved in three components related to the thermal expansion, the pressure dependence of dielectric constant and the temperature variation of polarizability (theA, B, C terms). In the present work, theB term is calculated semiempirically, such that the analysis can be extended to crystals like EuF₂ for which high pressure dielectric constant data are not available. For the first time, such calculations have been made for EuF₂ and PbF₂ at elevated temperatures. TheC term, which is related to the temperature variation ofir polarizability is seen to play a dominant role in determining the temperature variation of dielectric constant.     

光子晶体表面结构的改变对成像的影响

负折射率材料因为其奇异的特性成为广泛研究的对象,尤其是光子晶体平板的完美成像.硅材料以其良好的物理性质成为当今集成光学领域中应用最广的材料之一.本文以硅介质柱在空气中周期性排列构成六角结构的光子晶体平板为例,运用平面波展开法进行光子晶体能带计算并运用时域有限差分法模拟改变光子晶体平板成像并讨论表面结构对成像的影响.光子晶体平板等效折射率为-1时,通过改变上下侧最外层介质柱的半径或是侧向移动最外层介质柱发现:当光子晶体平板表面结构发生改变时光子晶体平板仍能成像但像点强度发生变化.当光子晶体平板表面结构的改变在一定范围时,所成像的位置发生改变且位置变化符合光子晶体成像经典的Veselago关系;当光子晶体表面结构的变化超过该范围时,所成像与物的相位发生反相同时像点位置发生"巨变",此时Veselago关系已不成立.数值模拟表明:光子晶体平板表面结构的改变可以有效地改变该光子晶体平板所成像的强度、位置和相位.     

Yb:CaF2-SrF2激光晶体光谱性能以及热学性能的研究

采用坩埚下降法生长了Yb: CaF₂-SrF₂晶体,测试了该晶体的吸收和荧光光谱 以及在不同温度下晶体的热扩散系数和热膨胀系数,并且计算了晶体的热膨胀系数以及在常温下的热导率. 采用对比的方法,对晶体的吸收光谱,荧光光谱,热学性能进行了分析.从吸收和荧光光谱结果表明: 在掺杂相对较高浓度的SrF₂的混晶中, Yb³⁺吸收截面和发射截面比较大. Yb: CaF₂-SrF₂ (19%)晶体在1040 nm附近的发射截面比较大,光谱也比较宽. 这说明在掺杂相同浓度Yb时,混晶中CaF₂, SrF₂的比例不同,晶体的光谱性质不同, 主要原因是在混晶中晶体的无序度不同,晶体对称性降低,形成低对称光学中心. 从热扩散系数计算的热导率结果看出晶体具有比较好的热导率.