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        Dhyana95 軟X射線相干散射成像應用

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        2018-06-27
        應用實例

        知識背景

         

        波長介于10-100埃范圍的X射線稱為軟X射線。入射X射線光子同晶體原子中與核結合較緊的電子進行彈性碰撞產生,輻射出的散射波僅改變方向,無能量損失,波長和位相不變,該現象稱為X射線相干散射。依托該原理可以做分子和超分子結構類型的檢測,以及材料分析和醫學診斷等。

         

        雖然X射線的相干散射現象為世人發現已久,但是礙于技術條件發展,仍未能普遍應用到醫學診斷和材料分析中,這里除了射線源的限制,檢測器本身的發展也是一個關鍵條件。

         

        應用挑戰

         

        當前絕大多數的軟X射線束,比如SOLEIL同步中心的SEXTANT射線束,使用的都是內置在真空環境中的背照CCD。探索道路上的科學家永遠無法被當下技術滿足,事實也證明這些主流背照CCD仍會有一些令人煩躁的缺點,比如采集時間過長,圖像對比度低,邊緣不清晰,容易出現像素溢出現象等。

         

        市面上的CMOS的確常被作為X射線的非直接檢測器組件,用于硬X光斷層成像或者Ptychography實驗性終端平臺。但是很多軟X射線(能量在幾十到2keV之間)的應用并未得益,比如X射線全息成像。目前商用化的sCMOS多是前照式結構,其像素雖然可以通過加裝微透鏡提高進光量,但這對1keV以下的X射線卻是個致命的威脅。

         

        解決方案

         

        Dhyana 95(TUCSEN PHOTONICS)作為新一代sCMOS的典型代表,搭載了最新背照式sCMOS芯片,光譜響應覆蓋180-1100nm,同時擁有22.5mmx22.5mm大面陣,11μmx11μm像素尺寸,95%QE超高量子效率,以及高幀率與低噪聲等優秀品質,完全有能力成為軟X射線研究的新寵。

         

         

        應用示例

         

        來自法國SOLEIL synchrotron(同步加速器研發中心)的科學家Kewin與其同事正在研究如何提高軟x射線相干散射信號的獲取能力,他們使用Dhyana 95相機做了一些初步的測試評估。

         

        圖1: Dhyana 相機被安裝在METROLOGIE光束線的反射計腔體內

         

        下圖的右圖是由Dhyana 95采集到的衍射圖,其衍射級數達到極大值6階,表明Dhyana 95具有非常優秀的的動態范圍。

        圖2:由Dhyana 95記錄的186 eV的一個5微米針孔的衍射光斑

         

        下圖的右圖是由Dhyana95拍攝的50張100 ms曝光時間的圖像累積而成的輻照圖,總采集時間小于10 s,而同樣的圖像效果通過背照式CCD相機需要幾分鐘才能實現,對比凸顯了Dhyana 95讀取速度的優勢。

         

        圖3:由11個直徑為200納米,x射線能量束為700 eV的測試掩模在六色體波束上的輻照反應

         

        應用總結

         

        客戶評價:“Dhyana 95擁有的鮮明特性使其成為上一代同步加速器的軟X射線應用中常用的背照式CCD的一個絕佳替代,比如相干散射實驗,就會因其高幀率完全受益。”

         

        現階段Kewin團隊對Dhyana 95十分滿意。它不僅表現出了優秀的線性度,動態范圍和量子效率,極大地縮減了成像時間,而且性價比極高,截至目前Dhyana 95出色的成像能力使得他們的實驗進展非常順利。

         

        Kewin及其同事的此項初步研究成果已在SRI2018年會上進行了展演。接下來他將和他的同事們進一步探索背照式sCMOS以及Dhyana 95相機在X射線方向的應用潛力,Tucsen也將一如既往助力他們獲得更多豐碩成果。

        如果您想獲得更多相關資料,聯系我們吧!

         

        感謝來自法國SOLEIL synchrotron的科學家Kewin Desjardins提供以上資料。

         

        參考資料:

        Kewin Desjardins, Horia Popesc1, Pascal Mercère, Claude Menneglier,Roland Gaudemer, Karina Thånel and Nicolas Jaouen. SRI2018.

        Characterization of a back-illuminated CMOS Camera for soft x-ray coherent scattering

         

        注:本文所有資料的使用和公布均得到作者同意,如有其他三方引用請標明資料出處。

         

         

         

         

         

         

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