1 中国科学院微电子研究所，北京 100029
2 中国科学院电工研究所，北京 100190
3 中国科学院大学，北京 100049
4 中国科学院上海高等研究院上海同步辐射光源，上海 201800
针对X射线波带片对大高宽比的应用需求，采用原子层沉积法在光滑的金属丝表面生长膜厚可高精度控制的多层膜环带结构，再利用聚焦离子束切片技术获得大高宽比的多层膜X射线波带片。采用复振幅叠加法设计了以Al2O3/HfO2分别为明环和暗环材料的X射线波带片，实验上利用原子层沉积在直径为72 μm的金丝表面交替沉积了10.11 μm的Al2O3/HfO2多层膜，环带数为356，总直径为92.22 μm，最外环宽度为25 nm。通过聚焦离子束切割得到高为1.08 μm、高宽比达43∶1的X射线多层膜菲涅耳波带片。该波带片应用于上海光源（BL08U1A）软X射线成像线站时，在1.2 keV X射线下实现聚焦成像功能，展现出利用该技术制备多层膜X射线波带片的潜力。
X射线菲涅耳波带片 原子层沉积 聚焦离子束 大高宽比 多层膜 光学学报
2023, 43(11): 1134001
空心高斯光束是一种不携带轨道角动量的空心光束，它的暗斑尺寸较小，函数公式简单，在原子引导、粒子操控、光通信等领域具有潜在应用价值。近年来，关于波带片的研究不断深入，通过使用等效光瞳函数理论，说明了波带片的焦平面复振幅分布函数正比于其等效光瞳函数的傅里叶-贝塞尔变换，可以通过此关系设计产生空心高斯光束的波带片。作为一个应用，分别计算了用来产生一阶、三阶、六阶空心高斯光束的波带片的等效光瞳函数，据此设计了这三个波带片的结构参数，并研究了改变波长和焦距对波带片结构参数和暗斑尺寸的影响。基于瑞利-索末菲衍射积分对这三个改进型菲涅耳波带片的焦平面光场进行仿真模拟，仿真结果与预期相符，验证了使用等效光瞳函数法设计波带片的可靠性和精确性。
衍射光学 菲涅耳波带片 空心高斯光束 光学成像 光束整形 激光与光电子学进展
2023, 60(9): 0905002
1 中国科学院微电子研究所, 北京 100029
2 中国科学院大学微电子学院, 北京 101407
3 中国科学院电工研究所, 北京 100080
4 北京市微电子制备仪器设备工程技术研究中心, 北京 100029
5 北京交通大学理学院, 北京 100044
菲涅耳波带片(FZP)能实现光源聚焦,是硬X射线显微成像最重要的组成元件之一。分辨率与衍射效率是FZP最重要的两个参数,但在实际设计与制备中,两者往往难以同时兼顾。因此,提出了一种基于严格耦合波理论的硬X射线FZP设计方法。该方法在指定分辨率的基础上优化衍射效率,给出了硬X射线FZP组成材料、环带宽度、外径、厚度以及厚度控制精度等参数的优化值。同时考虑到材料色散的影响,给出了最优衍射效率随光源能量变化的分布情况,为显微成像中的光源选择提供了参考。
成像系统 菲涅耳波带片 分辨率 衍射效率 严格耦合波 硬X射线 光学学报
2021, 41(11): 1111002
1 中国科学院微电子研究所 微电子仪器设备研发中心，北京00029
2 中国科学院大学，北京101407
3 北京交通大学 理学院，北京100044
4 中国科学院电工研究所，北京100080
5 北京市微电子制备仪器设备工程技术研究中心，北京100029
基于原子层沉积与聚焦离子束切割抛光相结合的工艺，提出了一种多层膜型波带片制备技术。利用耦合波理论计算出最外环宽为10 nm的Al2O3/HfO2、Al2O3/SiO2、Al2O3/Ir和Al2O3/Ta2O5四种材料组合的多层膜波带片在X射线能量为8 keV和15 keV时的菲涅尔波带片的理论衍射效率，讨论了最外环宽和波带片高度对衍射效率的影响，选择了Al2O3/HfO2为后续叠层制备。研究了原子层沉积制备Al2O3和HfO2薄膜的生长特性，验证了原子层沉积技术制备单层膜厚为10 nm叠层结构的可行性，实验结果表明，利用原子层沉积技术制备Al2O3和HfO2薄膜粗糙度可控在1 nm，均匀性优于±1.5%，单叠层厚度误差仅为0.416 nm.同时，利用聚焦离子束切割抛光技术得到了最外环宽为10 nm，高宽比200的高分辨率X射线菲涅尔波带片。
菲涅尔波带片 原子层沉积 聚焦离子束 高分辨率 耦合波理论 Fresnel zone plate Atomic layer deposition Focused ion beam High resolution Coupled wave theory
1 北京京北职业技术学院, 北京 101400
2 咸阳师范学院 外国语学院, 陕西 咸阳 712000
3 北京理工大学 软件学院, 北京 100081
为了提高密文的安全性, 设计了基于混合相位掩码与Gyrator小波变换的光学图像加密算法。基于Logistic映射, 利用明文像素对其迭代, 生成一个随机相位掩码, 引入Fresnel波带与Hilbert相位函数, 获取二者对应的相位掩码, 通过对这三个相位掩码进行组合, 形成一个混合相位掩码, 对输入明文进行调制处理; 联合Gyrator变换与小波变换, 构建Gyrator小波变换机制, 根据明文像素迭代Logistic映射所输出的混沌序列来计算其旋转角度, 获取明文Gyrator频谱对应的4个子带; 对这些子带进行位置复用, 借助幅度-相位截断技术, 获取相应的密文与相位信息, 而相位信息则视为解密密钥, 以准确复原明文。实验数据表明: 与当前非对称光学加密机制相比, 所提算法具有更高的密文安全性与抗明文攻击能力。
光学图像加密 混合相位掩码 Gyrator小波变换 Logisitic映射 Fresnel波带 optical image encryption mixed phase mask gyrator wavelet transform logistic mapping fresnel zone plate
中国科学技术大学 近代物理系, 合肥 230026
通过解析分析和数值模拟, 比较了钛Kα线(4.5 keV)与铜Kα线(8.0 keV)等X射线源背光透视物体情况下, 菲涅耳波带板直接成像与投影式相衬成像对被透视物体的空间分辨能力。结果表明, 波带板成像可实现优于1 μm的高空间分辨能力, 而且使用较大尺度背光源更有利于成像。对于高透射或弱吸收的透视物体, 波带板难以成像, 可采用投影式相衬成像实现μm级空间分辨。计入了以前文献没有考虑到的更高阶影响后, 解析给出了点光源照射下相衬像的强度分布与对比度。模拟了微焦点X射线源照射存在厚度起伏的薄膜靶以及密度空间调制靶的相衬成像, 点光源情况下模拟结果和解析结果相符。讨论了光源大小、成像距离等参数对相衬成像对比度和空间分辨能力的影响, 结果表明, 通过减小光源尺度和调节物体到探测面的距离, 空间分辨能力可优化到1～4 μm。
X射线成像 菲涅耳波带板 相衬成像 X-ray imaging Fresnel zone plate phase contrast imaging 强激光与粒子束
2016, 28(10): 102001
1 漯河医学高等专科学校，河南 漯河 462002
2 华侨大学 信息科学与工程学院，福建 厦门 361021
基于衍射光学方法，研究了不同阶数的贝塞尔高斯光束经过环形菲涅尔波带片后，在波带片的焦点附近所形成光强分布。入射光束为高阶贝塞尔高斯光束，聚焦区域获得了空心光强分布，入射光束的阶数越高，空心尺寸越大；菲涅尔波带片的数目越多，空心长度越短。入射光束为零阶贝塞尔高斯光束，在聚焦区域获得了针形光束和局域空心光束。这些具有特殊光强分布的光束在激光加工以及粒子囚禁等领域有着潜在应用价值。
贝塞尔高斯光束 菲涅尔波带片 空心光束 针形光束 局域空心光束 Bessel-Gauss beam Fresnel zone plate hollow beam needle beam bottle beam
1 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心， 四川 绵阳 621900
2 四川大学 原子与分子物理研究所， 成都 610065
3 西南科技大学 极端条件物质特性联合实验室， 四川 绵阳 621900
结合普通透射光栅的分光特性和菲涅耳波带片的聚焦特性，提出一种应用于软X射线波段的新型透射式自聚焦光栅。根据菲涅耳衍射理论，对其衍射特性进行理论推导，证明该新型光栅存在一个与光栅平面垂直的焦平面，不同波长的光波聚焦于该焦平面的不同位置。在焦平面上，焦点位置随光子能量的变化是线性的，即能实现光子能量的线性测量。通过解析推导，得到在沿着焦平面和垂直于焦平面两个方向上光斑的展宽模式,发现该新型光栅在沿着焦平面的光斑展宽模式不同于普通光栅。根据基尔霍夫衍射公式，设置实用化参数，对其衍射模式进行了详细的数值模拟研究，并讨论了相应的测谱范围和谱分辨率。
透射光栅 菲涅耳波带片 自聚焦光栅 谱分辨率 transmission grating Fresnel zone plate self-focusing grating spectral resolution 强激光与粒子束
2015, 27(9): 092004
