X射线用Kirkpatrick-Baez显微镜成像质量的研究

对惯性约束聚变的一种重要诊断方法-Kirkpatrick-Baez型结构显微镜成像方法进行了研究。计算了Kirkpatrick-Baez型结构显微镜的主要像差,并分析得出：造成轴上点像差的主要因素是球差,占像差的94%。基于光线追迹方法模拟出这种结构的成像过程,比较了不同反射镜长随视场变化对物面分辨率的影响,发现为了保证物面的空间分辨率能达到ICF研究要求视场应尽量控制在200 μm以内。最终得出能量在8 keV、视场为200 μm,分辨率小于10 μm的Kirkpatrick-Baez型结构的模型。提出在装调过程中重要公差计算方法,得到数值孔径为0.003 7时,角度装调公差应在-0.087°~0.067°范围内。     

X射线用Kirkpatrick-Baez显微镜成像质量的研究

 对惯性约束聚变的一种重要诊断方法-Kirkpatrick-Baez型结构显微镜成像方法进行了研究。计算了Kirkpatrick-Baez型结构显微镜的主要像差,并分析得出：造成轴上点像差的主要因素是球差,占像差的94%。基于光线追迹方法模拟出这种结构的成像过程,比较了不同反射镜长随视场变化对物面分辨率的影响,发现为了保证物面的空间分辨率能达到ICF研究要求视场应尽量控制在200 μm以内。最终得出能量在8 keV、视场为200 μm,分辨率小于10 μm的Kirkpatrick-Baez型结构的模型。提出在装调过程中重要公差计算方法,得到数值孔径为0.003 7时,角度装调公差应在-0.087°~0.067°范围内。     

非周期多层膜Kirkpatrick-Baez显微镜成像

从光线传播的角度分析了非周期多层膜Kirkpatrick-Baez(KB)显微镜的成像性能,并与单层膜KB显微镜、周期多层膜KB显微镜进行了对比。与单层膜KB显微镜相比,多层膜KB显微镜提高了工作掠入射角度,在同样分辨力和集光效率要求下具有更大的视场。周期多层膜KB显微镜的反射率和能量分辨本领高于非周期多层膜KB显微镜,但非周期多层膜元件具有较大的角度带宽和均一的反射率,克服了周期多层膜KB显微镜视场范围和像场均匀性的不足。在此基础上,制备了中心角度1.133 0°的非周期多层膜反射镜元件,以8 keV能量的X射线光管为背光源进行了KB显微镜成像实验,实验结果与理论分析一致。     

非周期多层膜Kirkpatrick-Baez显微镜成像

从光线传播的角度分析了非周期多层膜Kirkpatrick-Baez（KB）显微镜的成像性能,并与单层膜KB显微镜、周期多层膜KB显微镜进行了对比。与单层膜KB显微镜相比,多层膜KB显微镜提高了工作掠入射角度,在同样分辨力和集光效率要求下具有更大的视场。周期多层膜KB显微镜的反射率和能量分辨本领高于非周期多层膜KB显微镜,但非周期多层膜元件具有较大的角度带宽和均一的反射率,克服了周期多层膜KB显微镜视场范围和像场均匀性的不足。在此基础上,制备了中心角度1.133 0°的非周期多层膜反射镜元件,以8 keV能量的X射线光管为背光源进行了KB显微镜成像实验,实验结果与理论分析一致。     

Time-resolved multispectral X-ray imaging with multi-channel Kirkpatrick-Baez microscope for plasma diagnostics at Shenguang-II laser facility

A time-resolved multispectral X-ray imaging approach with new version of multi-channel Kirkpatrick- Baez （KB） microscope is developed for laser plasma diagnostics at the kilo joule-class Shenguang-II laser facility （SG-II）. The microscope uses a total external reflection mirror in the sagittal direction and an array of multilayer mirrors in the tangential direction to obtain multiple individual high-resolution, high- throughput, and quasi-monochromatic X-ray images. The time evolution of the imploded target in multiple X-ray energy bands can be acquired when coupled with an X-ray streak camera. The experimental result of the time-resolved 2.5 and 3.0 keV dual-spectral self-emission imaging of the undoped CH shell target on SG-II is given.     

X射线Kirkpatrick-Baez显微镜用超反射镜的研制

介绍了一种可应用于X射线Kirkpatrick-Baez（KB）显微镜的光学元件—X射线超反射镜。选用的W和B4C作为镀膜材料,膜对数为20,采用单纯型调优的方法实现了X射线超反射镜设计,用磁控溅射的方法在Si基片上完成了W/B4C X射线超反射镜的制备。采用高分辨率X射线衍射仪（8 keV）测量了X射线超反射镜的反射特性。制备的X射线超反射镜在掠入射角分别为1.052°和1.143°处,反射角度带宽为0.3°,反射率达到20%,可满足KB型显微镜的要求。     

X射线Kirkpatrick-Baez显微镜用超反射镜的研制

 介绍了一种可应用于X射线Kirkpatrick-Baez（KB）显微镜的光学元件—X射线超反射镜。选用的W和B₄C作为镀膜材料,膜对数为20,采用单纯型调优的方法实现了X射线超反射镜设计,用磁控溅射的方法在Si基片上完成了W/B₄C X射线超反射镜的制备。采用高分辨率X射线衍射仪（8 keV）测量了X射线超反射镜的反射特性。制备的X射线超反射镜在掠入射角分别为1.052°和1.143°处,反射角度带宽为0.3°,反射率达到20%,可满足KB型显微镜的要求。     

单个病毒的X射线3D成像

自从1957 年确立肌红蛋白的结构以来,研究人员利用X射线晶体学确定了数以万计蛋白、核酸和其他生物分子的结构,并由此展开了分子功能研究。这种方法要求被研究的分子必须可以形成晶体,当X射线通过晶体时会发生衍射,由此可获得结构信息。但是,很多重要的分子无法结晶,因此不能用这种方法来研究。这就是X射线晶体学的“阿喀琉斯之踵”。科学家们正在寻找重建分子结构的新方案：他们希望只需要将单分子注入到自由电子激光(XFEL)的强激光束中即可通过X 射线衍射信息重建分子结构。由瑞典Uppsala 大学Hajdu 领导的研究小组报道了一项关键进展：如果利用随机取向的单个病毒获得大量的衍射图样,那么就有可能重建病毒的三维结构。     

Phase-contrast X-ray imaging of the gas diffusion layer of fuel cells

The understanding of and in situ observation of the transport and distribution of water in carbon‐paper gas diffusion layers (GDLs) using non‐destructive imaging techniques is critical for achieving high performance in polymer electrolyte fuel cells (PEFCs). To investigate the behavior of water in GDLs of PEFCs, phase‐contrast X‐ray imaging via X‐ray interferometric imaging (XII) and diffraction‐enhanced imaging (DEI) were performed using 35 keV X‐rays. The XII technique is useful for the radiographic imaging of GDLs and in situ observations of water evolution processes in operating PEFCs. DEI provides a way for tomographic imaging of GDLs in PEFCs. Because high‐energy X‐rays are applicable to the imaging of both carbon papers and heavy materials, which make up PEFCs, phase‐contrast X‐ray imaging techniques have proven to be valuable for investigation of GDLs.     

单层膜Kirkpatrick-Baez显微镜的分辨率模型

 分析了几何像差、衍射效应和光学加工精度等因素对不同工作能点的单层膜Kirkpatrick-Baez显微镜成像质量的影响,构建了该显微镜的均方根空间分辨率模型,用Ir单层膜KB显微镜获得了8 keV能量的X射线成像结果,其中心视场的分辨率约为2 mm,±50 mm视场的分辨率优于5 mm。实验结果与分辨率模型的对比表明,中心视场的分辨率受球差、衍射效应和反射镜加工精度的综合影响,边缘视场的分辨率主要由系统的几何像差决定。     

紫外单光子成像系统的研究

搭建了紫外单光子成像系统,详细介绍了该系统的组成、工作原理和分辨率性能测试.由汞灯发出的紫外光经过大气散射、多块减光片得到了紫外单光子流.单光子直接打在微通道板上,微通道板产生的倍增电子由楔条形阳极收集,电荷灵敏前置放大器将阳极输出的电荷信号转变为电压信号,主放大器对前放信号进行滤波整形.利用高速数据采集卡连续采集主放大器的输出波形,通过软件对采集波形进行处理,采用图像处理技术得到了紫外单光子10min的计数图像,并对图像进行了畸变校正.此外,通过自己设计的分辨率板,测得该系统的分辨率可达150μm.该系统在极微弱光探测成像,生物发光,空间环境探测等方面具有广泛应用. 关键词： 单光子计数成像 阳极探测器 楔条形阳极 分辨率     

周期多层膜Kirkpatrick-Baez显微镜成像性质分析

分析了Kirkpatrick-Baez（KB）显微镜的成像性质与周期多层膜元件间的关系。基于分辨力和集光效率要求,设计了KB显微镜的光学结构,模拟了KB系统的成像质量,用W/B4C周期多层膜反射镜进行了X射线成像实验,在±100 μm视场内得到优于5 μm的空间分辨力结果。实验与模拟结果的对比表明,加工精度和球差是影响中心视场分辨力的关键因素,有效视场的大小受多层膜角度带宽的限制。     

微焦点源X射线相衬成像技术

 相衬成像方法利用硬X射线对低密度弱吸收物质成像,可获得高衬度图像。用菲涅尔衍射理论分析了X射线图像的形成机理。在频域中根据光学传递函数,对物像距离、样品空间频率等对图像相位衬度的影响进行了分析。分辨率和衬度是决定图像可见度的两个依据,分辨率主要依赖于光源的空间相干性,空间相干性又决定于源点尺寸,而时间相干性（单色性）是一个不重要的影响因子。利用多色微焦点源实现了X射线相衬成像技术,获得了有价值的相衬图像,如低原子序数低密度泡沫材料的硬X射线相衬图像,与吸收衬度成像相比,其图像质量得到了很大提高,能观察到泡沫材料的细微结构,分辨率可达μm量级。     

ICF用Kirkpatrick-Baez型显微镜光学设计

 提出了直接针对惯性约束聚变（ICF）诊断目标的X射线Kirkpatrick-Baez型显微镜的像差校正和光学设计方法。在校正掠入射细光束像散的基础上,推导了内爆压缩区全视场范围内的垂轴像差表达式,进而构建了系统的空间分辨率预测模型。基于对空间分辨率和集光立体角两个关键指标的分析,结合ICF的实验要求,得到了系统的初始结构参数确定原则和光学设计流程。实例表明,该方法克服了传统的轴上球差评价的不足,设计结果能够同时满足内爆压缩区的视场、分辨率和集光效率的要求。     

Imaging method of single layer graphene on metal substrate based on imaging ellipsometer with large field of view

Single layer lattice graphene deposited on the metal substrate can hardly be imaged by the optical microscope. In this Letter, a large field-of-view imaging ellipsometer is introduced to image single layer graphene which is deposited on a metal substrate. By adjusting the polarizer and the analyzer of imaging ellipsometer, the light reflected from surfaces of either single layer graphene or a Au film substrate can be extinguished, respectively.Thus, single layer graphene can be imaged correspondingly under brightfield or darkfield imaging modes. The method can be applied to imaging large-area graphene on a metal substrate.     

KB镜成像模拟以及与菲涅耳波带板成像的比较

采用坐标变换方法自编光线追迹程序模拟了Kirkpatrick-Baez镜在X射线波段的掠入射成像,获得了视场、分辨率等结果.比较了给定参量条件下Kirkpatrick-Baez镜与菲涅耳波带板两种高分辨X射线成像的特性,给出两者各自适用范围.Kirkpatrick-Baez镜成像有比较高的系统效率,在视场中心的空间分辨能力可达0.71 μm,但偏离视场中心±200 μm,空间分辨能力显著下降至6 μm,适用于较小视场的成像.菲涅耳波带板成像不仅在视场中心可以实现0.39 μm的空间分辨能力,偏离视场中心达±13 mm,空间分辨能力也几乎不变,可实现大视场高分辨成像.