1 中国科学院上海高等研究院上海同步辐射光源, 上海 201204
2 中国科学院上海应用物理研究所, 上海 201800
基于同步辐射和自由电子激光装置的X射线纳米聚焦技术已经成为开展前沿科学与技术研究的重要利器。鉴于X射线波段纳米聚焦材料的折射率都接近于1,故X射线聚焦元件与传统可见光元件有很大的不同。介绍了同步辐射装置中常用于X射线波段的衍射、折射和反射聚焦元件的工作原理,以及近年来从亚微米向单纳米极限聚焦发展的过程。当X射线聚焦趋近于衍射极限时,其加工、装调和准直带来的波前畸变会严重影响系统最终的聚焦性能,因此聚焦光的波前检测和波前相干光操控成为了需要着重发展的前沿技术方法。此外,对目前主流的纳米聚焦光束的波前检测技术和波前操控技术进行了介绍和比较,也对未来X射线衍射极限纳米聚焦元件的发展进行了展望。
光学学报
2022, 42(11): 1134004
1 中国科学院上海应用物理研究所, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院上海高等研究院上海同步辐射光源先进成像与工业应用研究部, 上海 201204
设计和加工了一台相位补偿的压电变形镜,使用干涉仪离线表征了其压电变形性能,并提出迭代全局优化算法,实现了变形镜对目标面形的快速高精度逼近。结合X射线散斑扫描技术,在光束的聚焦模式下测试了变形镜的在线相位补偿性能和对聚焦光斑尺寸的优化能力,结果显示,初始的43.4 μm焦斑尺寸经相位补偿后被压缩到了12.9 μm。上述研究为上海同步辐射光源的快速相位补偿提供了可能。
X射线光学 X射线变形镜 相位补偿 X射线散斑扫描技术 硬X射线聚焦 同步辐射
1 中国科学院上海应用物理研究所, 上海 201204
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院上海高等研究院, 上海 201210
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28 μm, 零角度定位精度小于±001°。 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。
微束掠入射 衍射 荧光 高空间分辨 Micro-beam grazing incidence Diffraction Fluorescence High spatial resolution 光谱学与光谱分析
2019, 39(9): 2794
1 中国科学技术大学地球和空间科学学院, 极地环境与全球变化安徽省重点实验室, 安徽 合肥 230026
2 中国科学院上海应用物理研究所, 上海 201204
对采自中国南海的5个砗磲（1个现代砗磲、 4个化石砗磲）进行了两种高分辨率Sr/Ca比值分析。 电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）得到的Sr/Ca比值呈现出年周期变化， 且与海表面温度呈现负相关关系， 这表明Sr/Ca可作为良好的SST替代性指标。 ICP-OES是测试砗磲壳体Sr/Ca常用的方法， 但大量的样品需要钻样及预处理， 相当耗时。 而同步辐射X射线荧光分析(SR-XRF)可以克服这些缺点， 它只需要前期的样品制备， 并允许固态样品原位无损快速分析， 具有高空间分辨率（微米级）、 高灵敏度和多元素分析的特点。 在本研究中， 我们用SR-XRF方法测试砗磲样品化学元素的可行性。 据查阅， 目前尚未有类似的相关研究文献。 本文实验结果显示SR-XRF 数据能够揭示元素含量及其比值变化。 且SR-XRF测得的砗磲Sr/Ca比值与ICP-OES分析方法测得的Sr/Ca通过相关统计分析发现其显著性水平p值（5个砗磲样品的p值均<005）非常显著， 表明高分辨率SR-XRF测得的砗磲Sr/Ca比值在一定程度上代替ICP-OES分析方法的可能性非常大。 SR-XRF方法在砗磲重建古气候领域有很大的应用前景。
砗磲Sr/Ca比值 SR-XRF SR-XRF ICP-OES ICP-OES Tridacna spp. Sr/Ca ratio 光谱学与光谱分析
2018, 38(5): 1640
介绍了上海光源硬X射线微聚焦光束线站（BL15U1）的高精度样品定位系统。 该系统由离线样品显微镜系统、 在线样品实验系统和高精度定位样品架三部分组成。 通过编译控制程序、 样品架定位、 坐标转换， 将样品的在线X射线荧光成像实验和离线显微镜观察进行有效结合， 首次在国内同步辐射装置上实现样品在微米范围内的快速离线定位。 该系统帮助科研工作者在利用微束X射线研究物质微区特征时， 快速准确地寻找微区研究对象。 利用金网进行X射线荧光成像实验， 对比离线高倍显微镜下金网各结点的坐标， 对样品定位系统的精度进行验证。 结果表明， 该样品定位系统在X方向的平均误差为1.3 μm， Z方向的平均误差为2.5 μm。 该系统不仅简便快速、 准确可靠， 节约宝贵的实验时间， 也为同步辐射微聚焦线站开展样品自动对焦方法提供技术前提。
硬X射线微探针 高精度样品定位 坐标转换 Hard X-ray microprobe High accuracy sample positioning Coordinate transformation
曲阜师范大学 物理工程学院 山东省激光偏光与信息技术重点实验室, 曲阜 273165
光纤型Q开关是调Q全光纤激光器的关键部件。目前, 可用的光纤型Q开关主要有基于SBS效应的被动Q开关、基于双光束干涉原理的主动Q开关和某些特殊设计的主动Q开关。基于SBS效应的被动Q开关存在重复频率不稳定且不易调节等缺点; 基于双光束干涉原理的主动Q开关属于慢Q开关, 其它主动Q开关的设计技术还不成熟, 所以研究开发高性能的主动光纤型Q开关成为调Q全光纤激光器发展的必然要求。
光纤光学 光纤型Q开关 受激布里渊散射 双光束干涉 磁弹性调制器 fiber optics fibered Q-switches stimulated Brillouin scattering two-beam interference magnetostrictive modulator
1 曲阜师范大学 物理工程学院,山东 曲阜 273165
2 曲阜师范大学 激光研究所,山东 曲阜 273165
为了消除传感头随温度变化的线性双折射对光学电流互感器性能的影响,提出了光学平衡桥式电流互感器的概念,并给出了设计原理。推导了与温度有关的线性双折射导致的线偏振光方位角变化量的解析式,并计算了用1/2波片来消除线性双折射影响时波片光轴的方向。给出了光学平衡桥的工作原理和信号处理的方法,推导出计算电流的表达式。进行了实验研究,螺线管电流为2 A,温度在20 ℃-65 ℃范围变化时,所设计互感器的输出误差在2.96%以内。提出的光学平衡桥式电流互感器,解决了原有方法存在的线性双折射随温度变化对测量精度影响的难题,有利于促进光学电流互感器的实用化进程。
光学测量 电流互感器 光学平衡桥 法拉第效应 线性双折射 1/2波片
本文报告了一个检测低频小位移的方案,以塞曼双频激光器为光源,用迈克尔逊干涉仪进行检测.为克服低频噪声影响,采用伺服环路锁定干涉仪光程差,且用拍频技术检测信号,对于3.3kHz的信号,检测最小位移达0.005nm.
拍频 稳光程
