近场光学显微镜

近场光学显微镜根据非辐射场的探测与成像原理,能够突破普通光学显微镜所受到的衍射极限,在超高光学分辨率下进行纳米尺度光学成像与纳米尺度光谱研究,本文简介近场光学的基本原理与近场光学显微镜的仪器发展;讨论近年来近扬光学显微镜的一些进展,接近原子分辨的超高分辨率光学成像,近场光谱与半导体量子器件,生命科学中超显微观察和近场荧光以及近场原理在产业化中的应用。     

单通道和多通道毛细管光学元件－技术发展水平和应用

毛细管光学元件在X射线分析中的应用已有20多年的历史,在这段时间里,毛细管光学元件的制作技术发生了很大的变化。上世纪90年代初,使用的是组装的毛细管光学元件,目前,集成的多通道毛细管光学元件已广泛地应用于市场销售的X射线分析设备中。这些元件的毛细管直径在微米量级,其光学性质可以根据几何光学的光线追迹计算进行描述。最近,由于多通道毛细管制作技术的改进,已成功制成了200 nm及以下通道尺寸的毛细管光学元件。在这样小的通道尺寸下,观察到了X射线辐射的波动效应。最后文章介绍了毛细管光学元件在X射线微荧光分析和微衍射方面的应用。     

X射线成像光学的新进展:Bragg－Fresnel多层膜元件

简要叙述了X射线反射式衍射光学元件──Bragg-Fresnel多层膜元件产生和发展的过程.介绍了它的基本原理及它的设计和制作步骤.对其应用前景作了简要分析,并对开展这方面的研究工作提出了一些设想.     

微束XRF系统中X射线聚焦光学元件研究

高性能X射线聚焦光学元件是实现亚微米分辨率微束X射线荧光分析系统(XRF)的关键器件。给出一种新型的微束XRF系统设计结构,介绍两种典型的X射线聚焦光学元件:X射线聚焦毛细管透镜和X射线组合折射透镜的结构与光学参数。数值计算比较了X射线聚焦毛细管透镜和X射线组合折射透镜的光学聚焦性能。分析结果体现了X射线聚焦组合透镜作为聚焦光学元件在焦斑大小、透过率、强度增益和检测范围等方面的优势。     

高分辨率X射线衍射光学元件

评述了BESSY研制的用于X射线聚焦的各种衍射光学元件。基于布拉格-菲涅耳光学元件,设计了高效高分辨率X射线聚焦和色散光学元件。描述了对长焦距布拉格-菲涅耳透镜与可变曲率半径反射镜组合所做的实验研究。用一块反射菲涅耳波带板作聚焦和色散光学元件进行了短脉冲X射线吸收谱(XAS)的测量。     

平行式Schmidt型龙虾眼X射线光学系统研究

龙虾眼X射线系统是实现大视场X射线成像的有效手段。现研制了由多组平行玻璃平板构成的Schmidt型X射线龙虾眼光学系统,开展了X射线聚焦和成像的演示实验。基于掠入射反射理论,以210μm厚的超光滑平板玻璃作为光学元件,通过堆叠的方式制作了放大倍数为1的演示系统。用8keV的X射线光源对系统进行了聚焦和实验,直径280μm的光源聚焦半高宽约为320μm,与理论模拟结果基本一致。利用X射线背光照明,得到2mm×2mm大小图样的成像。实验结果表明,该龙虾眼光学系统可以在几毫米视场下达到百微米分辨。     

X射线衍射光学部件的制备及其光学性能表征

综述了国内外在纳米加工X射线衍射光学透镜方面的研究现状和最新进展。介绍了作者团队过去三年在这方面做的工作。针对衍射透镜关键技术,研发了具有大高宽比形貌的电子束光刻基础工艺;结合金电镀,提出了纳米尺度波带片的制造技术,并将该工艺成功扩展于分辨率板(Siemens star)和集成光栅型会聚透镜的研制。运用蒙特卡罗模拟和显影动力学,探索了电子束光刻技术所能够实现的最大高宽比以及造成这种限制的物理根源;成功研制了50~100nm的波带片透镜(其中,100nm波带片高宽比为16∶1)、50~300nm的分辨率测试板(其中,300nm测试板高宽比为10∶1)和200nm的会聚透镜(高宽比为10∶1)。对所研制的光学部件在同步辐射光源进行了实验表征。结果表明,100nm波带片聚焦斑尺寸为234nm,测试板和会聚透镜的光学特性与国外同样光学部件到达同等水平;会聚透镜辐照的均匀性为99%。最后,总结了近几年我国X射线衍射透镜的发展进度,指出了衍射光学部件光学性能发展的最大瓶颈是分辨率与衍射效率相互制约,提出了提高光学部件衍射效率的具体途径,给出了我国X射线衍射透镜技术的未来发展路线图。     

同步辐射高分辨率衍射光束线的设计

介绍了第三代同步辐射高分辨率X射线衍射光束线的总体设计。给出了高分辨率衍射的基本原理并描述了获得确定光子能量的近平行高强度X射线光束线所必需的光学元件。特别是用X射线动力学理论,解释了双晶及四次反射晶体单色器。作为一个实例,介绍了将于2009年开始在德国汉堡运行的一个新的同步辐射源PETRAⅢ的高分辨率衍射(HighRes)光束线的设置情况。通过优化光学部件,对微米尺寸光束,q空间的分辨减小到Δq=10^-5 nm^-1,光通量大于10¹¹ cts/s。     

X射线成像波带片及制作

研究了X射线成像波带片的工作原理和制作工艺。从理论上分析了波带片的空间分辨率与最外环宽度的关系,以及波带片衍射效率与厚度和折射率的关系。利用国家同步辐射实验室发展的加工工艺,即电子束光刻技术和X射线光刻技术结合制作波带片。实验结果表明:波带片最外环宽度为150 nm,高宽比为4,基本满足高分辨X射线成像波带片的高空间分辨率、大高宽比、高精度等要求。     

非极化中子超镜用NiC薄膜制作技术研究

NiC/Ti中子超镜是一种高性能的中子多层膜光学元件,NiC纳米薄膜的制作是实现NiC/Ti多层膜的关键技术。基于Ni和C的直流磁控溅射方法,提出了一种NiC联合溅射靶材的实现方法,并制作了NiC单层膜样品。X射线光电子能谱的测量结果表明:用联合溅射靶材制作的NiC薄膜中Ni和C的原子数比与理论预期相吻合;基于X射线光电子能谱测试得到的Ni、C原子数比,通过构建Ni_(86)C_(14)的模型,可以很好地对掠入射X射线反射测试结果进行理论拟合。该研究可为进一步开展NiC/Ti中子超镜的制作提供参考。     

软X射线多层膜技术的研究

<正> 由中科院长春光机所承担的软X射线多层膜技术的研究课题,于最近通过了技术鉴定。课题组在光学常数、模系设计理论、离子束溅射镀膜设备研制、镀膜工艺、膜系周期结构和反射率测试等方面做了大量研究、试验工作。制备的多层膜元件反射率在20纳米以上波段达到20％以上,12.5～20纳米波段达到40％以上,并在X射线激光研究和软X射线单色器中得到应用。参加鉴定会的光学专家们认为,该成果从设计理论、制备技术到测试均具系统性,并有     

一种反射／折射／谐衍射三波段混合成像系统设计

综合使用反射/折射/谐衍射光学元件构建混合光学系统,实现可见、中波红外与长波红外三个波段的融合成像。利用卡塞格林系统主镜作为三波段共同通光孔径,次镜实现可见与红外波段分离;采用谐衍射光学元件与舒普曼结构实现一种材料消除红外系统色差;通过二次成像实现红外波段100%冷光阑效率,简化结构,成像质量接近衍射极限。     

折/衍混合消热差共形光学系统设计

为了满足共形整流罩光学系统无热化工作的要求,基于硅、锗和硒化锌3种材料以及制作于整流罩内壁的衍射面设计了采用折/衍混合消热差方法的红外成像共形光学系统。介绍了共形光学系统像差特性以及衍射光学元件的像差、温度及色散特性,提出了利用可消像散的衍射面结构的温度补偿能力来设计共形光学系统消热差结构的方案,并设计了应用于中波红外成像结构中的万向支架式共形光学系统。软件分析结果表明,该系统充分利用了衍射光学元件的位相补偿,热膨胀系数小和色散因子大等特点,在-40～70 ℃能够较好地保证±20°搜索观察视场中的成像质量,且所有观察视场中的MTF值均大于0.43。     

长春光机所软X射线成像望远镜和同步辐射光束线研制技术的发展现状

本文概述了我所12年(1978～1990)来在软X射线成像望远镜和同步辐射光束线以及短波段光学中有关单元技术研究的发展现状。指出了限制软X射线光学技术发展的主要问题,提出发展软X射线成像和同步辐射反射光学技术应开展的主要研究工作。     

软X射线显微成像

软X射线显微成像技术为研究生物显微结构开辟了一条新的途径,突破了光学显微镜和电子显微镜在应用上的某些限制。本文评述了软X射线接触显微镜、软X射线成像显微镜、软X射线扫描显微镜以及三维软X射线显微成像和X射线全息术,并介绍了中国科技大学在软X射线接触显微成像方法研究中所取得的成果。     

高性能光学制造

聚变点火、同步辐射、光刻机、深空探测、侦察预警等高端装备要实现一系列前所未有的极端性能,并朝着多样化和复杂化的方向发展。强光元件、同步辐射反射镜、掩膜版和光刻物镜、深空探测X射线反射镜等关键光学元件是这些系统实现聚焦、极高能量输出、极高峰值功率、极端尺寸光束聚焦和纳米尺度精确图案转印等极端性能的关键。要实现这些高端装备的极端性能,对核心关键元件的光学制造提出了高精度、低损伤、低应力、洁净制造和功构一体等要求,要求实现的是多物理参数约束下的高性能。元件的性能不仅由设计约束,更受到制造水平的制约,传统的以提升精度为目标的光学制造方法面临挑战,亟待实现从高精度制造到高性能制造的跃升。高性能光学制造是指面向极端性能高端制造装备发展对材料/结构特殊、高功率/高能辐照、低缺陷和洁净制造等关键光学元件的制造需求,以服役性能精准调控为目标,通过高性能光学制造装备、工具、检测和工艺等方面的技术创新,制造特殊材料/结构或者极高功能的元件,可作业于极端性能服役环境的制造。将近年来国内外围绕光学元件和超精密零件高性能光学制造的工作进行初步凝练,总结高性能光学制造典型元件的特点、光学制造要求和光学制造技术,尝试...     

折/衍混合消热差共形光学系统的设计

为了满足共形整流罩光学系统无热化工作的要求,基于硅、锗和硒化锌3种材料以及制作于整流罩内壁的衍射面设计了采用折/衍混合消热差方法的红外成像共形光学系统。介绍了共形光学系统像差特性以及衍射光学元件的像差、温度及色散特性,提出了利用可消像散的衍射面结构的温度补偿能力来设计共形光学系统消热差结构的方案,并设计了应用于中波红外成像结构中的万向支架式共形光学系统。软件分析结果表明,该系统充分利用了衍射光学元件的位相补偿,热膨胀系数小和色散因子大等特点,在-40～70℃能够较好地保证±20°搜索观察视场中的成像质量,且所有观察视场中的MTF值均大于0.43。     

X射线激光及等离子体物理研究中的X光光学进展

近十年来,X射线技术的发展很快,用途日益扩展。激光核聚变、X光激光及激光等离子体研究的发展对X光光学提出了新的要求。X光诊断技术也在激光等离子体、X激光以及激光核聚变研究中处于重要地位。本文分别介绍X射线光谱和XUV诊断光学技术、X光成像系统、编码成像、X激光腔反射镜等方面的X光光学进展。     

硫化锌纳米粒子的X射线衍射研究

利用X射线衍射技术对硫化锌纳米粒子进行了测试分析,详细研究了X射线衍射过程中扫描狭缝、接收狭缝、电压、电流、扫描速度及步长等参数对产物衍射峰的影响,优化出适合硫化锌纳米粒子的最佳测试参数,并利用最佳的X射线衍射曲线对产物进一步深入分析,获得硫化锌纳米粒子的粒径和晶格参数等信息,为X射线衍射技术在纳米材料领域的应用提供了实例。     

薄膜沉积多级衍射光学元件的微型制作与误差标定的研究

应用光刻和薄膜沉积技术,制作了多级衍射光学元件。对制作误差和影响误差的因素进行了分析。给出了改善对准误差的标校方法,并在实际的多级衍射光学元件制作过程中得到验证。