软X线—真空紫外AI2O3光电二极管的研究

Al₂O₃光电二极管由于光谱响应波段较宽,性能稳定,经稀有气体电离室定标后,常用作软X线-真空紫外波段的光谱辐射传递标堆探测器。描述我们研制的Al₂O₃光电二极管的结构原理及Al₂O₃光阴极制备工艺,讨论性能测试方法与装置,给出测试结果。     

VUV稀有气体电离室和Al2O3光电二极管的研究

描述了应用光学实验室研制的 VUV 稀有气体电离室及 Al₂O₃光电二极管的设计、结构和性能,讨论了电离室和光电二极管应用时的测量误差,给出了 Al₂O₃光电二极管的绝对量子效率.     

软X射线电离室

软 X 射线稀有气体电离室作为软 X 射线波段绝对探测器,是通过测量光电离子流得出光谱辐射强度.并详细介绍我们研制1米软 X 射线稀有气体电离室的工作原理及结构,测出空阴极光源辐射出的HeⅡ25.6nm 离子线及 Henke 光源辐射出的 CK_α 4.47nm 线的强度随电离室工作气压的变化,外推出零气压下谱线光谱辐射强度,最终得出谱线的绝对光谱辐射强度.     

软X射线稀有气体电离室

软X线稀有气体电离室^[1][2]作为软X线波段绝对探测器,是通过测量光电离子流得出光谱辐射强度。介绍我们研制的1m软X射线稀有气体电离室的工作原理及结构,测出空阴极光源辐射出的HeⅡ25.6nm离子线及Henke源C^k_α4.47nm的强度随电离室工作气压的变化外推出零气压下谱线光谱辐射强度,最终得出谱线的绝对光谱辐射强度。     

真空紫外空阴极气体放电光源

真空紫外空阴极光源是一种稳定的气体放电光源,工作气体为He、Ne、Ar、N₂、H₂、CO等,工作气压10torr～10^-2torr,工作电流100mA～400mA,能在20～200nm波段产生丰富的原子和离子谱线,光谱辐射稳定性优于±1%。     

软X射线稀有气体电离室

软X线稀有气体电离室作为软X线波段绝对探测器，是通过测量光电离子流得出光谱辐射强度。介绍我们研制的1m软X射线稀有气体电离室的工作原理及结构，测出空阴极光源辐射出的HeⅡ25．6nm离子线及Henke源Cka4．47nm的强度随电离室工作气压的变化外推出零气压下谱线光谱辐射强度，最终得出谱线的绝对光谱辐射强度。     

68.5 W连续输出1 060 nm波段半导体激光列阵模块

利用InGaAs/InGaAsP应变量子阱外延层材料制作出高功率半导体激光列阵模块。激光芯片宽1 cm,腔长1200 μm,条宽200 μm,填充密度为50%,前后腔面光学膜分别为单层Al₂O₃和Al₂O₃/5(HfO₂/SiO₂)/HfO₂,室温连续输出功率达到68.5 W,器件光谱中心波长为1 059 nm,光谱宽度(FWHM)为9 nm。     

计量线高次谐波的定量研究

采用自制的840/mm金膜自支撑透射光栅和美国IRD公司的AXUV100G光电二极管探测器,定量研究了光谱辐射标准和计量光束线在5~140 nm波段的高次谐波。研究了Al、Si₃N₄和Zr滤片在不同能量范围对高次谐波的抑制作用,给出了实验数据和曲线。实验结果显示:在5~15 nm波段,不用任何滤片高次谐波的信号强度＜7％;在5~34 nm波段,适当的选用Al、Si₃N₄和Zr滤片可有效地抑制高次谐波,将高次谐波占基波的积分信号强度比例控制在＜14％,经探测器的量子效率修正后高次谐波的百分比在6.5％以内。在经过MgF₂窗滤波的115~140 nm波段,高次谐波的衍射峰几乎完全被抑制。这一研究为软X射线和极紫外的光谱计量、探测器定标和光学元件性能测试奠定了基础。     

冕牌光学玻璃

冕牌光学玻璃可以通过熔炼主要由50%到85%重量的B₂O₃、SiO₂和Al₂O₃,9%到40%重量的二价氧化物和其它金属氧化物组成的混合料进行制造。下列混合物说明:B₂O₃合计42%到46%,SiO₂重量占0—3%,Al₂O₃重量占9%到16.5%,混合物中这些氧化物的总浓度由55%到62%,CaO重量占20%到25%,BaO重量占0—3%ZnO和/或CdO重量占0—10%,二价氧化物的总浓度是从23%到35%;以及La₂O₃重量占14%到16%,ZrO₂重量占0—10%和Ta₂O₅重量占0—5%。     

用Si光电二极管标定软X射线探测器

为了实现软X射线波段光源相对光谱分布的测量,引进了一种利用新型软X射线波段传递标准探测器—Si光电二极管对软X射线探测器进行标定.标定了软X射线波段光谱测量实验中常用的探测器—通道电子倍增器在放大电压为1.3kV时的量子效率,并对实验结果进行了分析,得出在8～30nm波段内探测器标定误差为5.7%～8.9%.     

改进型Henke超软X光源的研究

本文介绍了改进型Henke超软X光源的结构特点及电子光学特性。新研制的改进型Henke X光源在原型基础上作了许多改进。首次采用了双阴极四焦线的结构。通过四条焦线的合理分布,有效地改善了辐射强度的空间分布,使原Henke型软X光源的驼峰形辐射强度分布变平坦了。同时,在改进的Henke源中采用了新型六硼化镧(LaB₆)高效阴极取代了原来的钨阴极,从而降低了灯丝功率,提高了阴极发射效率。同时本文还推导了当电子垂直入射靶面时的辐射强度最大值所对应之靶电压的计算公式:U_0m=3.77×10⁵(μ/ρ)^-1/2。利用该公式计算了Al-k_α、Cu-l_α1α2、B-k_α以及Be-k_α等特征谱线辐射强度的峰值靶压,计算结果与Henke等学者发表的实验结果完全符合。     

软X射线界面传输特性及应用研究

对软X射线与界面相互作用的规律进行初步研究,给出了软X射线界面散射的一级近似一般理论推导,从中给出了粗糙界面软X射线的散射传输特性,表明在粗糙表面上软X射线的镜向反射系数,需要做与粗糙度有关的数学修正。作为形式上的一种方法,本文还给出了粗糙表面对软X射线全反射的动力学模型,以及一维软X射线散射测量粗糙度原理。通过实验测量了λ=243Å,256Å时具有超光滑表面的Mo,Si样品之反射率和λ=44.6Å时石英超光滑样品的反射率。采用镀碘化铯的方法,使“真空紫外-软X光反射率计”的可测量短波长从200Å降至10Å.对44.6Å进行了散射测量,可以明显看到软X射线的非正常反射现象;还对积分散射测粗糙度方法进行了初步研究。最后给出了X线聚焦装置的理论公式和设计实例。     

高功率CO_2激光对远场HgCdTe探测器的干扰实验

理论分析和实验研究了高功率CO2激光对远场光导型长波红外HgCdTe探测器的干扰损伤。采用激光辐照探测器的温升理论模型,根据实验参数,讨论了高功率激光对长波红外探测器的损伤机理,计算了温升与辐照时间和功率的关系,并和CO2激光器在距离15km处辐照光导型长波红外HgCdTe探测器的实验结果进行对比分析。实验结果表明,2.5kW连续CO2激光经过大气衰减后在15km处激光功率密度可达0.161W/cm2,计算可知此时会聚到探测器靶面处的功率密度为140W/cm2;靶面处功率密度为20.5W/cm2时,对探测器产生干扰;靶面处功率密度为110W/cm2时,达到损伤,计算此时探测器表面温度已达到Hg析出温度,这一实验现象和理论计算预期结果相吻合。实验结论对研究探测器的激光防护和激光干扰星载探测器技术具有指导意义。     

A compact Schwarzschild soft X-ray microscope with a laser-produced plasma source

A compact Schwarzschild soft X-ray microscope using a laser-produced plasma soft X-ray source has been developed. The laser-produced plasma source, which is small but of high brilliance, has made it possible to use the soft X-ray microscope in a small laboratory. The microscope is composed of a Schwarzschild objective and a grazing incidence mirror condenser. Image contrast for biological specimens in soft X-ray regions is investigated briefly. It is possible to observe the fine structures of a thin specimen at a wavelength of 15 nm; at this wavelength high-contrast images of biological specimens have been obtained with a single laser shot of pulse width of 8 ns at a resolution of 0·3 μm. The resolution of the system is limited by the detector.     

不同材料滤片对13~43 nm高次谐波的抑制

国家同步辐射实验室光谱辐射标准和计量光束线(U27)的SGM分支是专门为光学元件性能测试和探测器定标而建造的。为了能够精确测量光学元件在极紫外和软X射线波段的性能,必须充分抑制高次谐波提高光谱纯度。对于已经建成的光束线,要改变光学设计和现有结构来抑制高次谐波是困难的,最简单且有效的方法是用不同材料的滤片来抑制不同波段的高次谐波。为了研究高次谐波的抑制效果,可将840 l/mm透射光栅放在U27光束线SGM分支的出射狭缝后面色散出射光,用探测器做角度扫描记录下信号强度曲线,然后分析得到高次谐波的含量和分布。本文分别研究了不同厚度的Al(200、400和600 nm)、Si₃N₄/Mo/Si, Si₃N₄/Mo/Si/Mo/Si多层膜滤片(100/50/200 nm, 100/50/150/150/250 nm)和Al/Mg/Al 滤片对13~43 nm光谱高次谐波的抑制效果。 研究结果显示,400 nm厚的Al滤片适合于17~33 nm光谱高次谐波的抑制,在保证探测器信号强度的条件下,高次谐波信号强度占探测器信号强度的比例＜2％,经探测器量子效率修正后,高次谐波比例＜0.6％。Si₃N₄/Mo/Si/Mo/Si多层膜滤片可以有效地抑制13~19 nm的高次谐波,Al/Mg/Al滤片对30~43 nm的高次谐波有很好的抑制作用。这一结果为光学元件的透射率、反射率和探测器精确定标奠定了基础。     

纳秒激光等离子体光源的光谱测量技术

提出了一种新的探测和测量激光等离子体软X射线源光谱强度的方法。此方法使用通道电子倍增器和定标过的硅光电二极管为探测器,前者是非标准探测器,后者为标准探测器。应用电荷灵敏前置放大器和峰值探测器测量探测器产生的电量,并以高分辨率的光谱仪为分光元件,在已知光栅效率、通道电子倍增器增益、硅光电二极管能量响应的条件下,给出了计算激光等离子体软X射线源在某一波长光谱强度的公式。     

激光等离子体软X射线光源的一种诊断方法

激光等离子体软X射线光源是脉冲式光源,对这类光源的光谱诊断有几种方法.文章介绍了一种新的、实用的测量激光等离子体软X射线光源光谱的方法.此方法以低噪声的通道电子倍增器探测来自光源的ns量级的脉冲光信号,并由低噪声、响应快的电荷灵敏前置放大器进一步将其放大,前放的输出电荷与输入的脉冲信号的峰值成正比.使用这种方法测量了铜靶激光等离子体光源和氧、氪气体靶激光等离子体软X射线源在8～30nm波段的光谱.     

X-ray microscopy of plant cells by using LiF crystal as a detector

A lithium fluoride (LiF) crystal has been utilized as a new soft X-ray detector to image different biological samples at a high spatial resolution. This new type of image detector for X-ray microscopy has many interesting properties: high resolution (nanometer scale), permanent storage of images, the ability to clear the image and reuse the LiF crystal, and high contrast with greater dynamic range. Cells of the unicellular green algae Chlamydomonas dysosmos and Chlorella sorokiniana, and pollen grains of Olea europea have been used as biological materials for imaging. The biological samples were imaged on LiF crystals by using the soft X-ray contact microscopy and contact micro-radiography techniques. The laser plasma soft X-ray source was generated using a Nd:YAG/Glass laser focused on a solid target. The X-ray energy range for image acquisition was in the water-window spectral range for single shot contact microscopy of very thin biological samples (single cells) and around 1 keV for multishots microradiography. The main aim of this article is to highlight the possibility of using a LiF crystal as a detector for the biological imaging using soft X-ray radiation and to demonstrate its ability to visualize the microstructure within living cells.     

Compact water-window transmission X-ray microscopy

We demonstrate sub-100 nm resolution water-window soft X-ray full-field transmission microscopy with a compact system. The microscope operates at λ = 3.37 nm and is based on a 100 Hz table-top regenerative debris-free droplet-target laser-plasma X-ray source in combination with normal-incidence multilayer condenser optics for sample illumination. High-spatial-resolution imaging is performed with a 7.3% efficiency nickel zone plate and a 1024 × 1024 pixel CCD detector. Images of dry test samples are recorded with exposure times of a few minutes and show features smaller than 60 nm.