摘要：高阶贝塞尔光束能够携带轨道角动量,且具有无衍射特性,在粒子操控、激光微纳加工及非线性光学等领域具有重要应用价值。目前产生高阶贝塞尔光束的方式无法同时满足集成化和高功率场景的应用需求。基于飞秒激光诱导的双折射纳米光栅结构,提出一种高损伤阈值的集成化光场调控器件制备方法。通过调控纳米光栅的光轴方向和相位延迟量,在石英玻璃内部写入光轴取向空间变化的多层纳米光栅结构,制备的器件可以实现不同光场调控功能的叠加和不同工作波长的设计。基于所提方法制备了中心波长为532 nm、拓扑荷值为4的高阶贝塞尔光束产生器件。器件产生的高阶贝塞尔光束携带的轨道角动量与设计值相符,在4 m距离内光斑大小保持基本不变。器件的零几率激光损伤阈值为28.5 J/cm^(2)(6 ns),在高功率激光光束整形等领域具有极大的应用潜力。

摘要：在能量色散谱仪(energy dispersive spectroscopy,EDS)中,特征X射线信号幅值提取是其进行元素分析的关键,数字成形算法则是现代X射线信号处理的核心所在。本文对硅漂移(silicon drift detector,SDD)探测器前置放大器输出信号进行了转化处理,针对调理后的双指数脉冲信号采用FPGA设计了一种高频率、高精度、参数可调的实时脉冲梯形成形算法。并使用理想双指数信号和实测的X射线特征谱信号验证了算法的可行性与实时性,与MATLAB双精度算法成形结果比较测试了算法精度。实验结果表明:该算法可在100 MHz频率下实时将双指数脉冲成形为梯形脉冲,成形效果稳定。其实际信号成形结果与双精度算法结果保持一致,平顶幅值相差在0.6%以内。

摘要：微焦点X射线源是微计算机断层扫描技术设备的核心部件。研究了电子束在靶材中的横向扩散引起的透射式微焦点射线源的焦点尺寸和强度的变化规律。结果表明:当打靶电子束的束流密度遵循高斯分布时,其产生的X射线强度也遵循高斯分布,该分布的标准差可以用来精确表示X射线的焦点尺寸;当靶材厚度可以使沉积电子束的能量达到60%时,对应的靶材产生的X射线强度最高;随着靶材厚度增加,X射线的焦点尺寸逐渐变大;增大电子束的加速电压可以适当减小X射线的焦点。本研究为透射式微焦斑X射线源的靶材选择和设计提供了理论依据。

摘要：基于电阻抗的细胞分析是一种无标记、非侵入性技术,已广泛用于分析和识别各种应用中的细胞特征,如组织培养、细胞生长及活力检测等。微流体(也称为“芯片实验室”)技术能够将涉及样品制备、操作和基于阻抗检测的分析过程集成到单片芯片上,最大限度地减少系统尺寸、重量。本文搭建了一种简便的微流控电阻抗检测系统,设计了微流控阻抗芯片,采用自制的锁相放大器放大感应信号,并在MATLAB上利用自研算法处理,提取出特征参数并进行分析。该芯片可根据电学差异对体积相近的不同微粒进行区分,具有成本低、易集成、非标记等优势,未来可进一步用于现场细胞即时检测。

摘要：基于扫描电子显微镜(SEM)的X射线显微成像是利用SEM的微聚焦电子束轰击金属靶材产生的低能X射线对样品进行投影成像,可为低原子序数材料提供的一种无损检测手段.其中,靶材是影响着X射线成像质量的一个重要因素.本文利用蒙特卡罗方法模拟计算了靶材的材料和靶材与电子束作用面的倾角与探测器接收到的X射线强度的关系,仿真结果表明靶材作用面在与水平面倾角为60°时有最佳的X射线出射率;此外,在该倾角下的靶材产生的X射线强度分布均匀;实验结果也验证了这些结论.最后,使用不同材质的靶材对杨树叶样品进行成像实验,结果表明钨靶材具有较好的亮度和对比度,更适合X射线显微成像.

摘要：X射线源是X射线显微成像系统的核心部件,其功率密度和焦斑大小与聚焦系统密切相关。本文对高功率密度微焦斑X射线源的聚焦系统进行了优化设计,包括透镜结构设计、多透镜工作模式的选择、透镜间距优化等。本文设计了小球差系数的物镜;提出了由聚光镜、辅助聚光镜和物镜组成的多透镜聚焦系统,以实现系统较大的缩放比率和束流较高的传递效率;优化了透镜间距,以保证在满足系统缩放比率的前提下减小聚光镜的安匝数。最后,运用MEBS公司专业电子束计算软件,计算仿真了160 k V的加速电压下聚焦系统中透镜的场分布、电子的运动轨迹、像差、束斑分布等电子光学参量,最终得到束流为80μA,束斑为0. 9μm,功率密度优于1 W/μm^2的微束斑电子束。本文设计的聚焦系统为高功率密度微焦斑X射线源的设计和研制提供了依据。

摘要：磁透镜聚焦是获得微束斑电子束的一种主要方法,磁透镜的场分布直接影响着电子束的品质。为了解决商业软件难以实现的磁透镜参数化设计,本文基于Matlab编制了计算磁透镜场分布的有限元法程序,实现了磁透镜参量的系列化设计,并搭建了磁场测量平台进行实验验证,仿真值与实验值的相对误差<5%。在此基础上,编制的程序能够对磁场值是否饱和进行实时判断,进而微调控饱和区域优化透镜结构消除磁饱和点。

摘要：X射线显微分析技术利用X射线的穿透能力,结合精密定位和数据反演技术,可以在微米甚至亚微米尺度上展现被测样品的内部结构、密度和缺陷等特征信息。该技术已然成为一种重要的物理分析方式,且被广泛应用于生命科学、材料学和先进制造等领域。微焦点X射线源是X射线显微分析系统的核心部件之一,其性能直接影响着系统的测试分辨率和效率。针对微焦点X射线源使用中安全防护升级、工作效率提升、控制精度提高的需求,设计一套基于PLC的微焦点X射线源控制系统,并介绍该系统具体的实现过程。采用JIMA分辨测试卡进行分辨率成像实验,实现了3μm线对的分辨率,证实了该控制系统性能良好,能够满足使用需求。