1 中国科学院上海应用物理研究所上海 201800
2 中国科学院上海高等研究院 上海同步辐射光源上海 201204
3 中国科学院大学北京 100049
与白光X射线动态显微CT（Micro Computed Tomography）相比，单色光X射线动态显微CT具有较低的辐射损伤和较高的密度分辨率，但是更难以平衡其空间和时间分辨率。目前，单色光X射线动态显微CT的最高时间分辨率可达到13.3 Hz，探测器有效像素尺寸为5 μm。为了构建具有更高时空分辨率的单色光X射线动态显微CT系统，基于上海光源快速X光成像线站（BL16U2）的高通量密度单色光，将高速转台与三镜头大数值孔径快速X射线成像探测器相结合，构建了实验系统。以速发型聚氨酯材料为研究对象进行了验证实验，在15 keV单色光下动态显微CT的时间分辨率达到了20 Hz，探测器有效像素尺寸为2.2 μm。对气泡运动进行相关定量分析，证明该系统具有高时空分辨率和高对比度分辨率，可以对复杂运动系统进行四维时空定量分析，为BL16U2线站用户进行高时空分辨率的复杂原位研究提供了强大的实验平台。
X射线动态显微CT 快速X射线成像 X射线单色光显微CT 同步辐射 X-ray dynamic Micro-CT Fast X-ray imaging Monochromatic X-ray Micro-CT Synchrotron radiation
1 中国科学院上海高等研究院上海光源科学中心，上海 201204
2 中国科学院上海应用物理研究所，上海 201800
3 中国科学院大学，北京 100049
全场透射X射线显微镜（TXM）具有纳米量级空间分辨、原位、无损和三维（3D）成像等优点，目前已被广泛应用到多个研究领域中。纳米三维成像线站是上海同步辐射光源（SSRF）二期工程建设内容之一，该线站瞄准前沿领域中的科学问题和国家战略需求，主要实验方法为TXM和纳米计算机断层扫描（CT），能量范围为5~14 keV，空间分辨率的设计指标为20 nm。该线站基于弯铁光源，光束线采用柱面准直镜、双晶单色器和超环面聚焦镜设计方案。实验线站采用自主设计、整体集成的全场TXM系统，实验站中单毛细管聚焦元件、TXM机械系统、纳米CT控制及数据采集软件均为自主研发。2021年SSRF纳米三维成像线站（BL18B）完成了带光调试与性能测试，实现了20 nm分辨率的TXM成像，是国际上首条基于弯铁光源并实现20 nm分辨率成像的光束线站，测试结果全部达到线站设计指标，2022年该线站将对用户开放使用。
X射线光学 透射X射线显微镜 同步辐射 单毛细管聚焦镜 自主研发 光学学报
2022, 42(23): 2334001
Author Affiliations
Abstract
1 Shanghai Institute of Applied Physics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
2 Shanghai Synchrotron Radiation Facility/Zhangjiang Lab, Shanghai Advanced Research Institute, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201204, China
3 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
4 Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
At present, reconstruction of megapixel and high-fidelity images with few measurements is a major challenge for X-ray ghost imaging (XGI). The available strategies require massive measurements and reconstruct low-fidelity images of less than pixels. Inspired by the concept of synthetic aperture radar, synthetic aperture XGI (SAXGI) integrated with compressive sensing is proposed to solve this problem with a binned detector in the object arm. Experimental results demonstrated that SAXGI can accurately reconstruct the pixels image of a binary sample of tangled strands of tungsten fiber from 660 measurements. Accordingly, SAXGI is a promising solution for the practical application of XGI.
X-ray ghost imaging compressive sensing megapixel imaging Chinese Optics Letters
2022, 20(3): 033401
1 中国科学院上海应用物理研究所, 上海 201800
2 中国科学院上海高等研究院, 张江实验室上海光源科学中心, 上海 201210
3 北京师范大学, 北京 100875
X射线荧光成像是一种可无损获得样品内部元素空间分布信息的实验技术, 可分为荧光mapping扫描成像与荧光CT成像, 其空间分辨率由X射线聚焦束斑的大小决定。 上海光源成像线站已建立X射线荧光成像系统并对用户开放, 在多个领域取得较好的研究成果, 该系统基于狭缝限束获取微束X射线, 束斑为150 μm, 限制了该方法的广泛应用。 椭球聚焦镜是反射面为椭球面的单次反射单毛细管光学元件, 基于全反射原理, 具有反射效率高、 工作距离长、 接收角宽、 适用X射线能量范围宽、 体积小等优点, 已应用到X射线聚焦、 全场纳米成像等领域。 由于对面型精度的要求较高, 制备椭球聚焦镜难度较大。 为满足广大用户对微束荧光成像的需求, 自行设计并成功研制了针对微束荧光成像系统的单毛细管椭球镜, 并对其进行了X射线聚焦性能检测, 结果显示可获得14 μm聚焦光斑, 焦点处增益可达255倍。 基于自主研制的椭球镜, 在上海光源BL13W搭建微束X射线荧光成像系统, 并开展了微束荧光mapping成像与微束荧光CT实验研究: (1)对中风鼠脑切片的荧光mapping扫描成像, 得到中风鼠脑中微量元素铜、 铁、 钙与锌的元素分布荧光光谱图； (2)对鼠脑及毛细管中浓度为0.5 mg·L-1的标准砷溶液进行同步辐射微束X射线荧光CT成像, 利用OSEM重构算法重构投影数据, 获得了鼠脑中铜元素和毛细管中砷元素二维分布的切片图。 两组实验表明, 基于自行设计与研制的单毛细管椭球镜的微束X射线荧光成像系统, 样品处的光通量密度增加, 空间分辨率得到提高, 单张荧光光谱的获取时间显著减少, 同时也提高了系统的元素探测限。
单毛细管椭球镜 荧光成像 元素分布 同步辐射 Ellipsoidal sing-bounce mono-capillary X-ray fluorescence imaging Distribution of element Synchrotron radiation 光谱学与光谱分析
2020, 40(7): 2011
Author Affiliations
Abstract
1 中国科学院高能物理研究所北京同步辐射装置, 北京 100049
2 中国科学院上海高等研究院上海光源, 上海 201204
3 中国科学技术大学国家同步辐射实验室, 合肥 230029
4 SLAC国家加速器实验室斯坦福同步辐射光源, 美国 加利福尼亚 94025
Novel technical developments have facilitated groundbreaking improvements in nanoscale X-ray microscopy methodologies as evidenced by the important roles that they play in different research fields including energy materials, industrial catalysis, life science, and environmental science. Herein, we review the state-of-the-art nanoscale synchrotron radiation microscopy techniques and their cutting-edge scientific applications. We emphasize the importance of advanced computing methods, including big data mining and machine learning approaches, in analyzing high-dimensional X-ray imaging data. It is our wish that this comprehensive review will encourage further exploration and promotion of nanoscale synchrotron radiation microscopy and its scientific applications.
同步辐射 X射线 纳米成像 关联成像 机器学习 科研大数据 synchrotron radiation X-ray nano-imaging correlative imaging machine learning scientific big data Journal of Semiconductors
2019, 48(4):
1 中国科学院上海应用物理研究所, 上海 201204
2 国际竹藤中心, 北京 100102
第三代同步辐射光源X射线具有高亮度、 光谱连续、 宽频谱范围、 高空间分辨率、 高衬度分辨率等独特优越性, 可实现光谱精准计算及能量可调, 对低Z材料内部结构边缘增强图像方面也具有很强的优势。 利用上海同步辐射光源X射线双能减影和相衬成像技术, 实现铜唑防腐剂处理竹材的同步辐射无损检测研究, 并获得了Cu的分布图和处理材的内部结构, 该技术为防腐处理竹材解剖学研究提供了一个重要无损检测手段。
铜唑防腐剂 竹材 同步辐射 双能减影 相衬成像 CuAz preservative Bamboo Synchrotron radiation Dual energy subtraction imaging Phase contrast imaging
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 北京师范大学, 北京 100875
设计并成功研制了单毛细管椭球镜,并通过光学及X射线方法测试了它的特性。椭球镜的面形误差为15 μrad,能量为9 keV时聚焦光斑直径为40 μm,聚焦光斑发射角为1.75 mrad。基于研制的椭球镜,在上海光源X射线成像线站搭建X射线纳米成像系统,并实现了纳米成像,这表明该椭球镜可满足X射线纳米成像的需求。
X射线光学 X射线显微镜 单毛细管椭球镜 检测 同步辐射 光学学报
2017, 37(10): 1034002
1 复旦大学 信息科学与工程学院专用集成电路与系统国家重点实验室, 上海 200433
2 中国科学院 上海应用物理研究所, 上海 201800
3 中国科学院 上海技术物理研究所, 上海 200083
针对氢基硅倍半氧烷(hydrogen silsesquioxane,HSQ)作为深反应离子刻蚀(DRIE)掩膜形成大高宽比纳米硅立柱的工艺进行了系统研究。优化了刻蚀工艺中线圈功率、极板功率和气体流量参数,减小了横向刻蚀,使形貌垂直性得到了更好的控制,并实现了13.3 μm高度和低侧壁粗糙度的垂直硅纳米柱阵列,其高宽比(高度/半高宽)达到了36。利用不同的刻蚀工艺条件得到了不同侧壁形貌以及不同尺寸、高度的硅纳米柱结构。
深反应离子刻蚀 硅纳米柱 高宽比 硬X射线 HSQ hydrogen silsesquioxane(HSQ) Deep Reactive Ion Etching(DRIE) Si nanopillar aspect ratio hard X-ray 强激光与粒子束
2017, 29(7): 074102
Author Affiliations
Abstract
1 Shanghai Institute of Applied Physics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201204, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
Full-field x ray nano-imaging (FXNI) is one of the most powerful tools for in-situ, non-destructive observation of the inner structure of samples at the nanoscale. Owing to the high flux density of the third-generation synchrotron radiation facility, great progress is achieved for FXNI and its applications. Up to now, a spatial resolution of 20 nm for FXNI is achieved. Based on the user operation experiences over the years at the Shanghai Synchrotron Radiation Facility (SSRF) x ray imaging beamline, we know lots of user experiments will rely on a large range of spatial resolutions and fields of view (FOVs). In particular, x ray microscopes with a large FOV and a moderate spatial resolution of around 100 nm have a wide range of applications in many research fields. Driven by user requirements, a dedicated FXNI system is designed and constructed at the SSRF. This microscope is based on a beam shaper and a zone plate, with the optimized working energy range set to 8–10 keV. The experimental test results by a Siemens star pattern demonstrate that a spatial resolution of 100 nm is achieved, while an FOV of 50 μm is obtained.
340.6720 Synchrotron radiation 340.7440 X-ray imaging 110.0110 Imaging systems 220.4830 Systems design Chinese Optics Letters
2016, 14(9): 093401
