用激光脉冲列研制X射线显微镜

1．前言生物体内的水分，比碳、氮、氧和钙等元素对波长在2．3～4．4um的水窗X射线吸收更弱，因此可以在含水分的情况下，利用水窗波段的X射线对生物体内上述轻元素的空间分布情况进行观察。本文介绍观察生物体样品X射线显微镜的预备实验。2.实验装置实验装置大致分为三部分：产生激光脉冲列的激光器，X射线产生装置和图像处理系统。激光器以外的装置概图如图1所示。Nd：YAG激光脉冲由反射镜、光束分束器等形成脉冲列，经倍频后照射Mo（钥）靶。由波长0．53tim、脉宽为100ps、脉冲间限为3O0ps的出个脉冲，总共IJ的激光照射靶时就产生X…     

硬X射线相位衬度成像的实验研究

介绍了硬X射线(类同轴)相位衬度成像的工作原理及其实验研究结果。X射线波长为0．08860nm,样品为未经任何处理的飞蛾，记录介质为X射线胶片。胶片经处理以后，用光学显微镜读出，可以看出样品的许多细节,尤其在折射率突变处。而同样条件下基于吸收衬度机制的硬X射线吸收成像，由于是弱吸收样品．没有观察到任何图像。     

X射线相位衬度CT

X射线相位衬度CT指的是在通过X射线光源来对物体进行成像过程中使用图像的位相衬度来反映物体的密度或者厚度分布,适用于弱吸收物体,还可以减少吸收剂量,放宽成像条件中光源强度的限制和减少对样品(尤其是生物样品)的损伤.介绍了目前用于X射线相位衬度CT的三种方法,实验及图像重建的过程,并分析了各自的优缺点.     

用X射线形貌技术研究GaAs衬底及GaAs-AlxGa1-xAs DH外延片中的缺陷

我们利用透射X射线形貌技术观察了 n-GaAs衬底及 GaAs-AlxGa1-xAsDH外延片中的晶体缺陷,并且用高分辨率形貌技术与金相技术进行了对照.证明了普通X射线形貌像中的衬度是由晶体缺陷形成的.根据X射线形貌像,我们对n-GaAs衬底及GaAs-AlxGa1-xAs DH外延片中的缺陷密度作出了评价. 采用常规的DH液相外延技术及质子轰击条形的器件工艺,将我们研究的衬底制成了激光器.测试结果表明:器件的成品率和质量与我们对衬底中缺陷密度的评价完全对应.利用X射线形貌技术挑选出的低缺陷密度的衬底,我们获得了很多性能优良的长寿命激光器.     

近场光学中成象衬度机制的研究

本文从理论上研究了收集式近场光学显微镜中的成角衬度问题。采用三维时域有限差分法计算了光学近场区域亚波长尺度的电磁场分布。计算表明;利用ｐ偏振光成象可以得到样品的形貌衬度,而利用ｓ偏振光成象可以得到样品形貌的边缘象。该结果为近场光学显同镜中的图像解释及新仪器的开发提供了理论依据。     

用X射线形貌技术研究GaAs衬底及GaAs-Al_xGa_(1-x)As DH外延片中的缺陷

我们利用透射X射线形貌技术观察了 n-GaAs衬底及 GaAs-Al_xGa_(1-x)AsDH外延片中的晶体缺陷,并且用高分辨率形貌技术与金相技术进行了对照.证明了普通X射线形貌像中的衬度是由晶体缺陷形成的.根据X射线形貌像,我们对n-GaAs衬底及GaAs-AlxGa_(1-x)As DH外延片中的缺陷密度作出了评价. 采用常规的DH液相外延技术及质子轰击条形的器件工艺,将我们研究的衬底制成了激光器.测试结果表明:器件的成品率和质量与我们对衬底中缺陷密度的评价完全对应.利用X射线形貌技术挑选出的低缺陷密度的衬底,我们获得了很多性能优良的长寿命激光器.     

扫描电镜微焦点X射线显微照象

在DX-3A扫描电子显微镜上,利用扫描电子束轰击低原子序数物质可以产生软x射线。用这种软x射线投照生物样品,得到了高分辨的x射线透射象。     

P型透明导电Cu-Al-0薄膜的直流共溅射法制备

采用Cu靶和Al靶直流共溅射法制备了P型透明导电Cu—Al—O薄膜。用原子力显微镜（AFM）、X射线衍射（XRD）仪、四探针测量仪、紫外-可见分光光度计对样品进行了表征。结果表明,对所制备的P型透明导电Cu—Al—O薄膜经高温退火后,其结晶质量和导电性能均有一定提高,薄膜在可见光区的平均透过率接近70％,禁带宽度约为3．75eV。     

金属玻璃微观形貌对晶化过程的影响

使用电解双喷法制备了金属玻璃中的环状和带状结构,利用扫描透射电子显微镜(STEM)、X射线能谱(EDS)和电子能量损失谱(EELS)等手段,没有发现明显的相分离现象,证实这些结构主要是样品厚度起伏导致的衬度变化。进一步原位退火实验表明,这些环状或条带状结构在加热后发生了明显地相分离,其中Ni和Cu元素聚集在厚区和薄区的交界处,产生了明显的偏聚现象,而Al的偏聚现象并不明显。这表明金属玻璃中的微观结构形貌可以显著地影响金属玻璃在晶化过程的相分离,局域偏析可能与Cu和Ni在厚区与薄区交界处优先成核有关,同时表面扩散速率与体扩散速率的差异也是导致晶化后元素浓度变化的原因之一。     

用X射线形貌技术研究GaAs衬底及GaAs—Al_xGa_(1-x)As DH外延片中的缺陷

我们利用透射X射线形貌技术观察了n—GaAs衬底及GaAs—Al_xGa_(1-x)As DH外延片中的晶体缺陷,采用高分辨率形貌技术与金相技术进行了分析,证实普通X射线形貌像中的衬度是由晶体缺陷形成的。根据获得的X射线形貌像,我们对n—GaAs衬底及GaAs—Al_xGa_(1-x)As DH外延片中缺陷水平作出了评价。采用常规的DH液相外延技术及质子轰击条形的器件工艺,将我们研究的衬底制成了激光器。测试结果表明:器件的成品率和质量与我们对衬底中缺陷水平的评价完全对应。     

花状纳米结构ZnS:Cu的制备与光学性质研究

采用水热法合成了具有花状纳米结构的ZnS:Cu粉末.利用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、透射电子显微镜(TEM)和荧光光谱仪研究了在不同正硅酸四乙酯(TEOS)含量的条件下制备的样品的物相、形貌与光致发光(PL)性质.测试结果表明:制备的ZnS:Cu样品都具有立方相闪锌矿结构;由于TEOS分子...     

ZnO薄膜的结构特征及光学性能评价

利用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)方法在Al2O3(0001)衬底上生长ZnO薄膜,通过改变衬底温度及生长舱压力,得到了各种不同表面形貌的ZnO薄膜.扫描电镜(SEM)用来对样品的形貌进行观察,当衬底温度及生长舱压力分别为400℃,40Pa和450℃,8Pa时,得到了纳米管及纳米墙结构.利用X射线衍射谱(XRD)、透射光谱及光致发光谱对样品的结构及光学性能进行评价.实验结果证明对于较高的生长温度和较低的生长舱压力所生长的样品具有较好的结晶质量.     

C/Al软X射线多层膜反射镜

在λ=285nm波长处,选择了一种新的多层膜材料对C／Al。与Mo／Si,C／Si软X射线多层膜相比,正入射C／Al多层膜在150nm附近有很低的二级衍射峰。用磁控溅射法制备了C／Al软X射线多层膜样品,并用X射线小角衍射法对其结构进行了测试。     

热处理硅中的氧、碳沉淀

利用红外吸收、x射线形貌照相、x射线反常透射、俄歇电子能谱和高压透射电子显微镜研究了在450℃、700℃和1050℃热处理后无位错CZ-Si单晶中的氧、碳沉淀.从X射线反常透射强度的结果,证明甚至在较低温度 450℃热处理,沉淀即已产生.由红外吸收可以证明,在700℃热处理已有大量沉淀产生.但是由于沉淀颗粒太小,无法用X射线形貌相观察这种沉淀.沉淀物的大小估计为数埃至500埃.氧沉淀决定于氧含量和单晶的热历史.但是,碳和低高温两步热处理都可以促进氧沉淀.测定了700℃和1050℃经不同时间热处理所产生的氧、碳沉淀率.对于碳对氧沉淀的作用,沉淀图样和机理进行了讨论.     

HgCdTe晶体缺陷的快速X射线形貌检测法

本文讨论了HgCdTe晶体缺陷的两种快速X射线形貌检测方法:使用X射线像眼的反射形貌法和反射Laue形貌法。在Laue形貌相机上用X射线像眼,经数分钟的曝光时间可拍摄分辨率约50μm的HgCdTe样品的反射扫描形貌相,而用特制的Laue相机可用20min的曝光时间拍得分辨率约60μm的反射形貌相。     

基于级联卷积神经网络的疲劳检测

为了诊断热核聚变等离子体状态,研制了用于热 斑区等离子体诊断用的新型X射线光谱仪,能够同 时探测X射线光谱与聚爆靶图像信息。光谱检测功能由4块椭圆晶体分析器实现,材料分别 为α-石英(1010)、 α-石英(2023)、α-石英(1011)和Si(111),几乎能够覆盖2~20 keV能带范围内的X射线特 征光谱。光谱检测 结构为光源位于椭圆的一个焦点,其辐射光谱经过椭圆反射聚焦于椭圆另一焦点,由X射线 成像板(IP)接收。图 像检测功能由分幅相机匹配小孔阵列成像完成,理想状态能够得到20 幅不同时间的聚爆靶图像。在谱仪与 聚爆靶之间的调整台上设置厚为60μm的Be膜,以保护针孔与晶体避 免聚爆溅射碎片破坏。在中物院“神光- Ⅱ”升级装置上进行了打靶实验,获取了X射线光谱与聚爆靶图像信号。分析了光谱及图像 信息,并针对光谱 仪漏光问题改进了光谱仪结构,最后在神光-Ⅲ原型装置上进行了验证实验并获得比较理想 的图像信号,信噪比(SNR)数据达到15dB。     

高线密度X射线透射光栅的制作工艺

采用电子束光刻、X射线光刻和微电镀技术,成功制作了面积为10mm×0.5 mm,周期为500nm,占空比为1∶1,金吸收体厚度为430nm的可用于X射线衍射的大面积透射光栅.首先利用电子束光刻和微电镀技术制备基于镂空薄膜结构的X射线光刻掩模,然后利用X射线光刻经济、高效地复制X射线透射光栅.整个工艺流程分别利用了电子束光刻分辨率高和X射线光刻效率高的优点,并且可以得到剖面陡直的纳米级光栅线条.最后,测量了制作出的X射线透射光栅对波长为11nm同步辐射光的衍射峰,实验结果表明该光栅具有良好的衍射特性.     

衍射增强成像折射衬度的应用

折射衬度是衍射增强成像(diffraction enhanced imaging,DEI)中的一种重要衬度,在弱吸收物质的成像中,折射衬度远超过吸收衬度.折射衬度应用的关键是提取出样品的折射信息,折射信息由相应的折射图像表示.根据生物样品和材料样品的特点,研究和比较了两种折射信息提取方法.利用样品的折射图像,对聚苯乙烯样品进行了简单的定量分析,比较了正常肝组织和肝血管瘤组织.实验结果表明,折射衬度清楚地描述了肝组织的微细结构和血管瘤损伤,精确地显示了无法在传统X射线成像技术中获得的聚苯乙烯样品的清晰结构.     

高线密度X射线透射光栅的制作工艺

采用电子束光刻、X射线光刻和微电镀技术,成功制作了面积为10mm×0.5 mm,周期为500nm,占空比为1∶1,金吸收体厚度为430nm的可用于X射线衍射的大面积透射光栅.首先利用电子束光刻和微电镀技术制备基于镂空薄膜结构的X射线光刻掩模,然后利用X射线光刻经济、高效地复制X射线透射光栅.整个工艺流程分别利用了电子束光刻分辨率高和X射线光刻效率高的优点,并且可以得到剖面陡直的纳米级光栅线条.最后,测量了制作出的X射线透射光栅对波长为11nm同步辐射光的衍射峰,实验结果表明该光栅具有良好的衍射特性.     

微靶的连续时间分辨二维成像

在激光热核聚变中 ,无论从理解过程本身还是从计算程序的校验来看 ,微靶压缩的动力学研究都有很大意义。借助 X射线电光转换器 (通称条纹相机 ) ,结合靶的 X射线成像系统可实现高时间分辨 (皮秒级 )图像记录。该系统通常使用狭缝光阑、针孔相机或 X射线显微镜 ,这种组合可以获得个别截面二维图像的时间扫描。现阶段研究微靶压缩的均匀性和稳定性是最有意义。研究两介质加速运动时其界面产生不同类型的不稳定性占了近代激光热核聚变研究的显著部分。为解决这些问题 ,必须记录高时间分辨的二维图像 ,为此使用脉冲X辐射照明法或帧记录系统。…