第三代同步辐射光源X射线相干性测量研究

戚俊成; 叶琳琳; 陈荣昌; 谢红兰; 任玉琦; 杜国浩; 邓彪; 肖体乔

doi:10.7498/aps.63.104202

摘要

随着高性能第三代同步辐射光源的建成开放，基于X射线相干特性的实验方法得到了快速发展和广泛应用. 作为一个典型的例子，X射线相位衬度成像已经成为常规的X射线实验方法并向用户开放. 相干散射、相干衍射成像、光子关联谱等X射线实验方法正日益受到重视，在高空间分辨、时间分辨等研究领域已显示出其独特的优越性. 因此，研究和测量第三代同步辐射的空间相干特性对进一步发展这些新的实验方法具有重要意义. 基于Talbot自成像原理成功测量了上海光源X射线成像线站发射的X射线的空间相干长度，并进而测得了相应光源的空间尺度. 光子能量为33.2 keV时，测得的X射线光束垂直方向空间相干长度为8.84 μm，对应的光源尺寸为23 μm，测量结果与理论分析相符.

关键词:

Abstract

Since the third generation synchrotron radiation source came into service, the X-ray techniques which relate to coherent property have quickly developed and been widely used. Typically, X-ray phase contrast imaging has become a conventional imaging method. The X-ray techniques, such as coherence scattering, coherent diffraction imaging, and photon correlation spectroscopy, have received more attention and shown unique superiority in the field of high spatial and time resolution. So quantifying the coherent property of X-ray source is meaningful for those novel X-ray techniques. In this article, based on the Talbot self-imaging phenomenon, the spatial coherent property and the scale of X-ray source of X-ray imaging and biomedical application beam line in Shanghai synchrotron radiation facility are measured. The results show that when the photon energy is 33.2 keV, the spatial coherence length is 8.84 μm and source size is 23 μm in the vertical direction, and the test result is in agreement with the theoretical value.

Keywords:

作者及机构信息

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

基金项目: 国家重点基础研究发展计划（批准号：2010CB834301）资助的课题.

Authors and contacts

1.
Shanghai Institute of Applied Physics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China;

2.
Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

Funds: Project supported by the State Key Development Program for Basic Research of China (Grant No. 2010CB834301).

参考文献

[1]	McNulty I, Kirz J, Jacobsen C, Anderson E H, Howells M R, Kern D P 1992 Science 256 1009
[2]	Zhou G Z, Tong Y J, Chen C, Ren Y Q, Wang Y D, Xiao T Q 2011 Acta Phys. Sin. 60 028701 (in Chinese) [周光照, 佟亚军, 陈灿, 任玉琦, 王玉丹, 肖体乔 2011 60 028701]
[3]	Chapman D, Thomlinson W, Johnston R E, Washburn D, Pisano E, Gmr N, Zhong Z, Menk R, Arfelli F, Sayers D 1997 Phys. Med. Biol. 42 2015
[4]	Wilkins S W, Gureyev T E, Gao D, Pogany A, Stevenson A W 1996 Nature 384 335
[5]	Weitkamp T, Diaz A, David C, Pfeiffer F, Stampanoni M, Cloetens P, Ziegler E 2005 Opt. Express 13 6296
[6]	Weitkamp T, Noehammer B, Diaz A, David C, Ziegler E 2005 Appl Phys. Lett. 86 54101
[7]	Grbel G, Zontone F 2004 J. Alloys Compd. 362 3
[8]	Fivet L 2007 Acta Crystallogr. A 63 87
[9]	Suzuki Y 2004 Rev. Sci. Instrum. 75 1026
[10]	Kohn V, Snigireva I, Snigirev A 2000 Phys. Rev. Lett. 85 2745
[11]	Guigay J P, Zabler S, Cloetens P, David C, Mokso R, Schlenker M 2004 J. Synchrotron Radiat. 11 476
[12]	Talbot H F 1836 Philos. Mag. 9 401
[13]	Pfeiffer F, Bunk O, Schulze-Briese C, Diaz A, Weitkamp T, David C, van der Veen J F, Vartanyants I, Robinson I K 2005 Phys. Rev. Lett. 94 164801
[14]	Xue Y L, Xiao T Q, Wu L H, Chen C, Guo R Y, Du G H, Xie H L, Deng B, Ren Y Q, Xu H J 2010 Acta Phys. Sin. 59 5496 (in Chinese) [薛艳玲, 肖体乔, 吴立宏, 陈灿, 郭荣怡, 杜国浩, 谢红兰, 邓彪, 任玉琦, 徐洪杰 2010 59 5496]
[15]	Chen R C, Dreossi D, Mancini L, Menk R, Rigon L, Xiao T Q, Longo R 2012 J. Synchrotron Radiat. 19 836
[16]	Qi J C, Ren Y Q, Du G H, Chen R C, Wang Y D, He Y, Xiao T Q 2013 Acta Opt. Sin. 33 1034001 (in Chinese) [戚俊成, 任玉琦, 杜国浩, 陈荣昌,王玉丹, 和友, 肖体乔 2013 光学学报 33 1034001]
[17]	Liu X X, Zhao J, Sun J Q, Gu X, Xiao T Q, Liu P, Xu L X 2010 Phys. Med. Biol. 55 2399
[18]	Zhou G Z, Wang Y D, Ren Y Q, Chen C, Ye L L, Xiao T Q 2012 Acta Phys. Sin. 61 018701 (in Chinese) [周光照, 王玉丹, 任玉琦, 陈灿, 叶琳琳, 肖体乔 2012 61 018701]
[19]	Max B, Emil W (translated by Yang J S) 2009 Principles of Optics (Beijing: Publishing House of Electronics Industry) pp239-520 (in Chinese ) [马克斯L, 埃米尔W著 (杨葭荪译) 2009 光学原理 (北京: 电子工业出版社) 第239–520页]
[20]	Liu H Q, Ren Y Q, Zhou G Z, He Y, Xue Y L, Xiao T Q 2012 Acta Phys. Sin. 61 078701 (in Chinese) [刘慧强, 任玉琦, 周光照, 和友, 薛艳玲, 肖体乔 2012 61 078701]
[21]	Weitkamp T, Zanette I, David C, Baruchel J, Bech M, Bernard P, Deyhle H, Donath T, Kenntner J, Lang S, Mohr J, Muller B, Pfeiffer F, Reznikova E, Rutishauser S, Schulz G, Tapfer A, Valade J P 2010 Proc. SPIE 7804 780406
[22]	Momose A, Yashiro W, Takwsa Y, Suzuki Y, Hattori T 2006 Jpn. J. Appl. Phys. 45 5254
[23]	Wang Y, Xiao T Q, Xu H J 2000 J. Synchrotron Radiat. 7 209
[24]	Xiao T Q, Bergamaschi A, Dreossi D, Longo R, Olivo A, Pani S, Rigon L, Rokvic T, Venanzi C, Castelli E 2005 Nucl. Instrum. Meth. A 548 155

施引文献

[1]	McNulty I, Kirz J, Jacobsen C, Anderson E H, Howells M R, Kern D P 1992 Science 256 1009
[2]	Zhou G Z, Tong Y J, Chen C, Ren Y Q, Wang Y D, Xiao T Q 2011 Acta Phys. Sin. 60 028701 (in Chinese) [周光照, 佟亚军, 陈灿, 任玉琦, 王玉丹, 肖体乔 2011 60 028701]
[3]	Chapman D, Thomlinson W, Johnston R E, Washburn D, Pisano E, Gmr N, Zhong Z, Menk R, Arfelli F, Sayers D 1997 Phys. Med. Biol. 42 2015
[4]	Wilkins S W, Gureyev T E, Gao D, Pogany A, Stevenson A W 1996 Nature 384 335
[5]	Weitkamp T, Diaz A, David C, Pfeiffer F, Stampanoni M, Cloetens P, Ziegler E 2005 Opt. Express 13 6296
[6]	Weitkamp T, Noehammer B, Diaz A, David C, Ziegler E 2005 Appl Phys. Lett. 86 54101
[7]	Grbel G, Zontone F 2004 J. Alloys Compd. 362 3
[8]	Fivet L 2007 Acta Crystallogr. A 63 87
[9]	Suzuki Y 2004 Rev. Sci. Instrum. 75 1026
[10]	Kohn V, Snigireva I, Snigirev A 2000 Phys. Rev. Lett. 85 2745
[11]	Guigay J P, Zabler S, Cloetens P, David C, Mokso R, Schlenker M 2004 J. Synchrotron Radiat. 11 476
[12]	Talbot H F 1836 Philos. Mag. 9 401
[13]	Pfeiffer F, Bunk O, Schulze-Briese C, Diaz A, Weitkamp T, David C, van der Veen J F, Vartanyants I, Robinson I K 2005 Phys. Rev. Lett. 94 164801
[14]	Xue Y L, Xiao T Q, Wu L H, Chen C, Guo R Y, Du G H, Xie H L, Deng B, Ren Y Q, Xu H J 2010 Acta Phys. Sin. 59 5496 (in Chinese) [薛艳玲, 肖体乔, 吴立宏, 陈灿, 郭荣怡, 杜国浩, 谢红兰, 邓彪, 任玉琦, 徐洪杰 2010 59 5496]
[15]	Chen R C, Dreossi D, Mancini L, Menk R, Rigon L, Xiao T Q, Longo R 2012 J. Synchrotron Radiat. 19 836
[16]	Qi J C, Ren Y Q, Du G H, Chen R C, Wang Y D, He Y, Xiao T Q 2013 Acta Opt. Sin. 33 1034001 (in Chinese) [戚俊成, 任玉琦, 杜国浩, 陈荣昌,王玉丹, 和友, 肖体乔 2013 光学学报 33 1034001]
[17]	Liu X X, Zhao J, Sun J Q, Gu X, Xiao T Q, Liu P, Xu L X 2010 Phys. Med. Biol. 55 2399
[18]	Zhou G Z, Wang Y D, Ren Y Q, Chen C, Ye L L, Xiao T Q 2012 Acta Phys. Sin. 61 018701 (in Chinese) [周光照, 王玉丹, 任玉琦, 陈灿, 叶琳琳, 肖体乔 2012 61 018701]
[19]	Max B, Emil W (translated by Yang J S) 2009 Principles of Optics (Beijing: Publishing House of Electronics Industry) pp239-520 (in Chinese ) [马克斯L, 埃米尔W著 (杨葭荪译) 2009 光学原理 (北京: 电子工业出版社) 第239–520页]
[20]	Liu H Q, Ren Y Q, Zhou G Z, He Y, Xue Y L, Xiao T Q 2012 Acta Phys. Sin. 61 078701 (in Chinese) [刘慧强, 任玉琦, 周光照, 和友, 薛艳玲, 肖体乔 2012 61 078701]
[21]	Weitkamp T, Zanette I, David C, Baruchel J, Bech M, Bernard P, Deyhle H, Donath T, Kenntner J, Lang S, Mohr J, Muller B, Pfeiffer F, Reznikova E, Rutishauser S, Schulz G, Tapfer A, Valade J P 2010 Proc. SPIE 7804 780406
[22]	Momose A, Yashiro W, Takwsa Y, Suzuki Y, Hattori T 2006 Jpn. J. Appl. Phys. 45 5254
[23]	Wang Y, Xiao T Q, Xu H J 2000 J. Synchrotron Radiat. 7 209
[24]	Xiao T Q, Bergamaschi A, Dreossi D, Longo R, Olivo A, Pani S, Rigon L, Rokvic T, Venanzi C, Castelli E 2005 Nucl. Instrum. Meth. A 548 155

[1]	汪书兴, 李天钧, 黄新朝, 朱林繁. 内壳层体系的X射线腔量子光学. , 2024, 73(24): . doi: 10.7498/aps.73.20241218
[2]	陈子涵, 宋梦齐, 陈恒, 王志立. 双三角形相位光栅X射线干涉仪的条纹可见度. , 2023, 72(14): 148701. doi: 10.7498/aps.72.20230461
[3]	赵昌哲, 司尚禹, 张海鹏, 薛莲, 李中亮, 肖体乔. 晶体X射线劳厄衍射分束特性研究. , 2022, 71(4): 046101. doi: 10.7498/aps.71.20211674
[4]	赵昌哲, 司尚禹, 张海鹏, 薛莲, 李中亮, 肖体乔. 晶体X射线劳厄衍射分束特性研究. , 2021, (): . doi: 10.7498/aps.70.20211674
[5]	周光照, 胡哲, 杨树敏, 廖可梁, 周平, 刘科, 滑文强, 王玉柱, 边风刚, 王劼. 上海光源硬X射线相干衍射成像实验方法初探. , 2020, 69(3): 034102. doi: 10.7498/aps.69.20191586
[6]	杨俊亮, 李中亮, 李瑭, 朱晔, 宋丽, 薛莲, 张小威. 多晶体光路配置的X射线衍射特性及在表征同步辐射光束线带宽上的应用. , 2020, 69(10): 104101. doi: 10.7498/aps.69.20200165
[7]	王海波, 罗震林, 刘清青, 靳常青, 高琛, 张丽. 共振X射线衍射研究高温超导Sr₂CuO_3.4晶体中的调制结构. , 2019, 68(18): 187401. doi: 10.7498/aps.68.20190494
[8]	孙璐, 火炎, 周超, 梁建辉, 张祥志, 许子健, 王勇, 吴义政. 利用扫描透射X射线显微镜观测磁涡旋结构. , 2015, 64(19): 197502. doi: 10.7498/aps.64.197502
[9]	黄建衡, 杜杨, 雷耀虎, 刘鑫, 郭金川, 牛憨笨. 硬X射线微分相衬成像的噪声特性分析. , 2014, 63(16): 168702. doi: 10.7498/aps.63.168702
[10]	丁攀峰, 蒲继雄. 部分相干涡旋光束传输中的光斑分析. , 2012, 61(17): 174201. doi: 10.7498/aps.61.174201
[11]	闫芬, 张继超, 李爱国, 杨科, 王华, 毛成文, 梁东旭, 闫帅, 李炯, 余笑寒. 基于同步辐射的快速扫描X射线微束荧光成像方法. , 2011, 60(9): 090702. doi: 10.7498/aps.60.090702
[12]	薛艳玲, 肖体乔, 吴立宏, 陈灿, 郭荣怡, 杜国浩, 谢红兰, 邓彪, 任玉琦, 徐洪杰. 利用X射线相衬显微研究野山参的特征结构. , 2010, 59(8): 5496-5507. doi: 10.7498/aps.59.5496
[13]	乐孜纯, 张明, 董文, 全必胜, 刘魏, 刘恺. 制作工艺误差对X射线组合折射透镜聚焦性能影响研究. , 2010, 59(9): 6284-6289. doi: 10.7498/aps.59.6284
[14]	张祥志, 许子健, 甄香君, 王勇, 郭智, 严睿, 常睿, 周冉冉, 邰仁忠. 基于软X射线谱学显微双能衬度图像的元素空间分布研究. , 2010, 59(7): 4535-4541. doi: 10.7498/aps.59.4535
[15]	乐孜纯, 董文, 刘魏, 张明, 梁静秋, 全必胜, 刘恺, 梁中翥, 朱佩平, 伊福廷, 黄万霞. 抛物面型X射线组合折射透镜聚焦性能的理论与实验研究. , 2010, 59(3): 1977-1984. doi: 10.7498/aps.59.1977
[16]	孔令琴, 樊林林, 王安帮, 王云才. 相干长度可连续调谐的半导体激光器. , 2009, 58(11): 7680-7685. doi: 10.7498/aps.58.7680
[17]	胡昕, 张继彦, 杨国洪, 刘慎业, 丁永坤. 基于布拉格反射镜的X射线多色单能成像谱仪. , 2009, 58(9): 6397-6402. doi: 10.7498/aps.58.6397
[18]	易荣清, 杨国洪, 崔延莉, 杜华冰, 韦敏习, 董建军, 赵屹东, 崔明启, 郑雷. 北京同步辐射3B3中能束线X射线探测系统性能研究. , 2006, 55(12): 6287-6292. doi: 10.7498/aps.55.6287
[19]	黄万霞, 袁清习, 田玉莲, 朱佩平, 姜晓明, 王寯越. 同步辐射硬x射线衍射增强成像新进展. , 2005, 54(2): 677-681. doi: 10.7498/aps.54.677
[20]	郭红霞, 陈雨生, 张义门, 韩福斌, 贺朝会, 周辉. 浮栅ROM器件x射线剂量增强效应实验研究. , 2002, 51(10): 2315-2319. doi: 10.7498/aps.51.2315

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