用于软X射线显微镜的台式激光诱导等离子体源

碳和氧具有很高的吸收对比度。这是用来研究生物和矿物样品通过“水窗”，其光谱范围在λ = 2.3 - 4.4 nm。当菲涅尔波带片被用作具有高放大倍数的物镜时，在这个范围内的透射x射线显微镜具有巨大的用途，因为它可以获得10 nm的空间分辨率。限制是需要一个同步源来提供高频率的光子，以足够高的通量进行这样的实验。

使用气体放电或激光产生的等离子体的其他来源已被探索为Photon的实验室来源，因此软X射线显微镜可以经常执行，无需在大规模设施的梁上等待横梁变得自由。由激光产生的等离子体特别成功，并且已在属于各个领域的应用中使用，从材料消融和结构化吸收光谱和透射X射线显微镜。

在该应用笔记中，描述了异常紧凑性的软X射线显微镜。它具有“水窗”的运行范围，并在2.88nm处使用Helike氮气产生的单波长的辐射。源是来自气体脉冲射流的激光诱导的等离子体，具有几乎沉股和长期稳定性。

实验装置

图1显示了软x射线显微镜的设置，一个带有激光诱导等离子体源的桌面设备，一个椭球聚光镜，一个由菲涅耳带板组成的物镜，一个对软x射线有响应的背部照明的CCD相机。

图1。台式软x射线显微镜示意图。插图显示了激光诱导的氮等离子体的针孔相机图像，平均超过10个脉冲记录的发射波长为2.88 nm

柔软的X射线被空气迅速吸收，因此当前一组实验在真空系统中以1 * 10的基础进行^－6mbar。等离子体源采用基于气体靶的Nd:YAG激光系统(Quantel)，波长为1064 nm，脉冲能量为600 mJ，脉冲持续时间为10 ns，重复频率为5 Hz。氮气等离子体通过厚度为200纳米的钛滤光片发出的光线，可以阻挡可见光光谱和散射激光等其他波段的辐射。λ = 2.7 nm的辐射落在钛板的l边缘及其以下也被吸收，样品接受到λ = 2.88 nm的纯单色辐射。采用直径为50微米的针孔摄像机监测等离子体的空间分布。该波长下的氮等离子体尺寸为0.44*0.24 mm²(FWHM)。

在照射样品后，使用轴对称椭圆形冷凝器镜收集并聚焦，轴对称椭圆形冷凝器镜具有来自Rigaku，Inc的镍涂层。它的焦距为300mm，镜子长度为100mm。物体平面从样品接收聚焦辐射，然后使用190微米的菲涅耳区板物镜（塞板Ltd.）的菲涅耳区域板物镜（ZONEPLES LTD.），最小区域宽度DRN为30nm，以及1580区。倍增到CCD摄像头（ANDOR IKON-L所以型号DO936NOW-BN）上的倍率高达500倍，并具有13.5 * 13.5平方米的像素尺寸，或2048 * 2048像素）是软X.- 射线敏感。

结果与讨论

首先，通过记录西门子星型测试模式(NTTAT，模型ATN/XRESO-50)，测试软x射线显微镜的整个视场(FOV)成像，大约50微米。如图2所示，全视场在显微图上显示了近乎均匀的照明。插图显示，在最小的(50 nm)西门子星形结构中，所有方向都有良好的分辨率。

接下来，如图3所示，对耐辐射球菌(Deinococcus radiodurans)这一多极端细菌进行影像学检查，其代表性结构清晰可见。接下来是对含铁丰富的其他微生物的测试成像，因此它们比相应的碳质材料更好地吸收辐射。该实验还包括对从德国中部河流Main中分离出来的地质胶体的检查，这些胶体描述了不规则和微结构的颗粒。欧洲杯猜球平台图的下半部分是一个类似项链的结构，被认为是生物碎片。空穴是隔离的，并且在215 nm左右有规律地间隔，这显示了仪器的优秀分辨率。

图2。西门子星软x射线显微照片λ= 2.88 nm(放大倍数250倍，有效像素尺寸52 nm, 18000脉冲，曝光时间60分钟)。插图显示了在马恩单独记录的西门子星的中心部分。500倍。

图3。从美因河采集的耐辐射球菌(左)、富铁微生物(中/下)和地质胶体(右)的软x射线显微照片记录于λ= 2.88 nm(放大倍数250倍，有效像素尺寸52 nm, 18 000脉冲，曝光60分钟)。D. radiodurans由T. Salditt (University of Göttingen)提供，微生物和地质体由J. Niemeyer (University of Göttingen)收集。

结论与前景

实验设置显示了一个桌面软X射线显微镜使用2.88 nm的操作波长是可行的，这是基于来自气体靶的激光等离子体，它几乎不会产生碎片，而且长期稳定。目前，它能够检测50纳米或更大尺寸的结构，尽管等离子体的亮度相对较低，提供了一个低的信噪比。然而，这是可能的规模光子通量，这一现象已经被独立的研究。作为第一步，可以用具有更高平均功率(或重复频率)的激光器，或具有更短脉冲的激光器，或两者兼有。当用等能量ps激光脉冲代替目前的ns脉冲时，在“水窗”范围内将产生更大的激发，从而使等离子体亮度提高10倍以上。如果粒子密度更高，就像通过增加气体压力或使用桶震技术可以达到的那样，等离子体可能会变得至少一个数量级的亮度。这样的修改将有助于使系统更加敏感，减少拍摄显微照片的曝光时间。这使得系统体积小，并保持软x射线源的内建清洁度。

参考资料及进一步阅读

1. W. Meyer-ilse，D. Hamamoto，A. Nair，S. A.Lelièvre，G. DeNBeamux，L. Johnson，A.L.Pearson，D. Yager，M.A.Legros和J.Microsc。201,395-403（2001）。
2. M. Juenger, V. Lamour, P. Monteiro, E. Gartner，和G. Denbeaux, J. Mater。科学。Lett. 22, 1335-1337(2003)。
3. W. Chao, P. Fischer, T. Tyliszczak, S. Rekawa, E. Anderson, and P. Naulleau, Opt. Express 20, 9777-9783(2012)。
4. M. Benk，K.Bergmann，D.Schäfer和T.Wilhein，选择。吧。33,2359-2361（2008）。
5. (2000)。
6. F. Barkusky, C. Peth, A. Bayer, K. Mann, J. Appl。中国科学(d辑:地球科学)。
   1. Bartnik，H.Fiedorowicz，R. Jarocki，J. Kostecki，A.Szczurek和M.Szczurek，Appl。物理。B 96,727-730（2009）。
   2. Peth, F. Barkusky和K. Mann, J. Phys。D::。中国科学:地球科学(英文版)。
7. M.Müller，T.Mey，J.Niemeyer和K. Mann，选择。快递22,23489-23495（2014）。
8. P. Wachulak，A. Torrisi，A. Bartnik，D.J.Kostecki，L. Wegrzynski，R.Jarocki，M.Szczurek，H.Fiedorowicz，Appl。物理。B 118,573-578（2015）。
9. M. Müller, T. Mey, J. Niemeyer, M. Lorenz, K. Mann, AIP Conf. Proc. 1764, 030003(2016)。
10. S. Kranzusch和K. Mann, Opt. Commun. 200223 -230(2001)。
11. M. Müller, F. Kühl, P. groe ß Mann, P. Vrba, and K. Mann, Opt. Express 21, 12831-12842(2013)。
12. T. Mey, M. Rein, P. Großmann, and K. Mann, n.j. Phys. 14, 073045(2012)。

这些信息都是从Andor Technology Ltd提供的材料中获取、审查和改编的。欧洲杯足球竞彩

有关此来源的更多信息，请访问和或科技有限公司