Hard X-ray optics simulation using the coherent mode decomposition of the Gaussian Schell model

The propagation of a hard X-ray beam from a partially coherent synchrotron source is simulated by using the novel method based on the coherent mode decomposition of Gaussian Schell model and wave-front propagation. We investigate how the coherency properties and intensity distributions of the beam are changed by propagation through optical elements. Here, we simulate and analyze the propagation of the partially coherent radiation trans- mitted through an ideal slit. We present the first simulations for focusing partially coherent synchrotron hard X-ray beams using this novel method. And when compared with the traditional method which assumes the source is a totally coherent point source or completely incoherent, this method is proved to be more reasonable and can also demonstrate the coherence properties of the focusing beam. We also simulate the Young’s double slit experiment and the simulated results validate the academic analysis.     

硬X射线微束掠入射实验的控制和数据采集系统及其应用

在国内发展了硬X射线微束掠入射实验方法,并将此具有微米级高空间分辨率的方法应用于纳米厚度薄膜的微区分析。该实验方法对分析样品表面或薄膜在微小区域的不均匀组分、结构、厚度、粗糙度和表面元素化学价态等信息具有重要意义。基于X射线全反射原理,以微聚焦实验站的高通量、能量可调的单色微束X射线为基础,通过集成运动控制、光强探测、衍射和荧光探测,设计了掠入射实验方法的控制和数据采集系统。此系统采用分布式控制结构,并基于Experimental Physics and Industrial Control System （EPICS）环境设计SPEC控制软件。通过建立SPEC和EPICS的访问通道,实现SPEC软件对EPICS平台上设备的控制和数据获取。在所设计的控制和数据采集系统中,运动控制系统控制多维样品台电机的运动,实现定位样品位置和调节掠入射角;光强探测系统则监测样品出射光强度,通过样品台运动控制和光强探测的联控,实现样品台的扫描定位控制;通过衍射和荧光探测系统获取不同入射深度下样品的衍射峰强度和荧光计数。此外,为准确控制掠入射角角度,必须确定样品平面与X射线平行的零角度位置,对此给出一种自动定位零角度的方法,编写了该方法的控制算法,设计了相应的控制软件。零角度自动化定位的扫描结果表明,实验系统微区分析的空间分辨率达到2.8 μm,零角度定位精度小于±0.01°。利用该系统在上海光源微聚焦实验站首次实现了具有自动化准确控制零角度的微束掠入射X射线衍射和荧光同步表征的实验方法,实验中被测样品为10 nm Au/Cr/Si薄膜材料,Si基底最上层为10 nm厚的Au薄膜,其间为一层很薄的Cr粘附层。在不同掠入射角下测量样品的衍射信号,获取不同入射深度下样品的衍射峰强度,并实现在同一掠入射角下,同步采集样品的荧光计数信号,从而确定了样品表层的相结构信息以及荧光信号强度与入射角关系,实现了对纳米厚度薄膜在微小区域的相结构和组分分析。此外,通过该技术能够选取荧光计数最大值对应的入射角度,有助于提高后续发展的低浓度样品掠入射X射线吸收近边结构实验方法的信噪比。     

PS_(3000)-b-PAA_(5000)球形胶束温度效应的原位小角X射线散射技术研究

应用小角X射线散射技术(SAXS)对两亲嵌段共聚物聚苯乙烯聚丙烯酸(PS-b-PAA)胶束形貌的温度影响进行了原位表征.SAXS结果表明:随着水含量的增加,粒子尺寸相应增加;对于水含量10%的PS_(3000)-b-PAA_(5000)胶束溶液,发现了明显的SAXS双峰现象;双峰的位置不随着温度的变化而改变,但是peak 1和peak 2的相对强度随着温度发生了减弱和增强的交错变化;相邻的SAXS双峰说明在PS_(3000)-b-PAA_(5000)胶束溶液中最初形成的粒子尺寸并不是均匀的,主要分为尺寸极其相近的两种球形粒子;随着温度的升高,粒径大小不同的两种粒子存在着一种消融和生长的过程,并且保持着一个相同的归一化动态平衡速率.     

Quantitative evaluation of equatorial small-angle X-ray scattering for cylindrical fibers

Elongated microvoids, internal fibrillar structure, and edge scattering from both surface refraction cause an equatorial streak in small angle X-ray scattering. A model for analyzing the edge scattering of fibers is proposed. Simulation results indicate that the intensity of edge scattering from surface refraction of a cylindrical fiber is strong and makes an important contribution to the equatorial streak. Two factors influence edge scattering intensity. One is the sample-to-detector distance (D); edge scattering intensity increases with increasing D. The equatorial streak becomes weak when D is shortened. The other factor is the refraction index. Edge scattering intensity increases as the real component of the refraction index decreases. In experiment, weak or even no equatorial streaks were found for samples measured in a roughly index-matching fluid. Edge scattering can be eliminated or weakened, and it can be calculated by comparing the intensities of a cylindrical fiber when it is measured in air and in index-matching fluid. The simulation data are basically in agreement with the experimental data.     

同步辐射小角和广角X射线散射在高分子材料研究中的应用

同步辐射X射线散射是研究高分子材料不可替代的重要工具。第三代同步辐射光源—上海光源的成功建设,标志着我国进入国际先进光源俱乐部,为我国高分子材料研究大发展提供了一个契机。本文结合作者和国内外同行的工作,以具体案例的形式介绍了同步辐射小角和广角X射线散射在高分子材料研究中的一些应用,阐述了同步辐射高亮度原位在线研究高分子材料结构形成和演化动力学以及结构与性能关系的独特优势。同时介绍几种自主研制的原位装置和常用的X射线散射数据处理方法。希望本文能起到抛砖引玉的作用,吸引更多的高分子研究同行利用同步辐射开展研究。     

一种函数型数据的聚类分析方法

分析了函数型数据主成分分析的原理。在此基础上,提出了一种函数型数据的聚类分析方法,以及在低维空间对原始高维数据进行直观表达的方法。给出了函数型数据的距离定义,并分析了这种距离的定义与欧氏距离的关系。提出函数型数据聚类分析的新方法:1)通过变换把离散数据转化为函数数据;2)进行函数型主成分分析;3)利用提取的前几个主成分构成低维空间,在该低维空间中,采用普通的聚类方法进行聚类分析。采用人体肢体多普勒超声血管造影的数据对所提出的方法的合理性进行验证。结果表明该方法可以有效地对函数型数据进行分类,分类结果与专家临床结论相符,因而有助于临床上对样本做客观判断。该方法不依赖专家的经验判断,且计算过程简便,易于计算机实现及临床应用。     

平面变线距光栅衍射场的解析表达式

利用多缝干涉原理计算了平面变线距光栅的衍射场分布,给出了它的主极大位置、半宽度等物理量.讨论了该光栅在成像参量变化时对光栅衍射场的影响,得到了变线距光栅单色器参量变化的限制范围.     

Co0.9Fe0.1薄膜面内元素分辨的磁各向异性

利用X射线磁性圆二色技术对Co0.9Fe0.1薄膜面内元素分辨的磁各向异性进行了研究,通过剩磁模式测量不同磁化方向的样品组分原子单位空穴磁矩的变化,发现除了在生长的磁诱导方向存在易磁化轴外,在与该轴垂直的方向还存在一个类似易轴的软磁化轴;面内的两个难磁化轴与易磁化轴取向大约成66°夹角,从而构成了面内双轴磁各向异性;对不同组分元素,其单位空穴磁矩随磁化方向的变化趋势基本相同,不同磁化方向Fe原子单位空穴的磁矩值约为Co的对应值的87%,反映了Fe原子和Co原子之间存在着强烈的铁磁性耦合.     

双压电片镜在同步辐射光源光学系统中的应用

介绍了双压电片镜自适应光学技术,同时为其在同步辐射光学领域中的应用与进一步发展提供前瞻性的思考与探索。根据目前已公开发表的相关文献资料,总结介绍了双压电片镜自适应光学技术,阐述了该技术的工作机理与关键参数,并对其在国际上具有代表性的同步辐射机构中的应用情况作出描述,并指出涉及的关键技术问题与未来的发展趋势:不仅要有效地解决"连接点效应"对双压电片镜技术的负面影响,还要实现亚微米乃至纳米级的聚焦光斑,这两项内容都是双压电片镜技术需要进一步解决的重要问题。未来,双压电片镜自适应光学技术可望在我国先进的第三代同步辐射装置—"上海光源(Shanghai Synchrotron Radiation Facility,SSRF)"二期工程建设中得到应用。     

同步辐射用光学元件面形绝对检测方法的研究

为实现同步辐射用光学元件面形的绝对检测,发展了镜面旋转对称三平板检测法。该方法将菲佐干涉法检测到的波前函数关于y轴分解成镜面对称部分与镜面非对称部分,再利用N次旋转取平均值消除镜面非对称部分,从而通过计算获得待测平面的绝对面形分布。推导了镜面旋转对称法检测矩形平面镜面形的公式,应用该方法设计了高精度矩形平面镜的测试实验,并进行了误差分析。实验结果表明,与传统三平板绝对测量方法相比较,两种方法在高度轮廓误差和斜率误差方面的计算结果都符合较好,其对比后的残差均方根(RMS)值分别为λ/500(λ=632.8nm)与0.93μrad。