超衍射谱仪

一、项目基本情况1.项目编号：SDJDHD20230348-Z188/YDZ23037382H项目名称：泵浦探测中红外超快光谱系统预算金额：960.0000000 万元（人民币）最高限价（如有）：960.0000000 万元（人民币）采购需求：标包货物名称数量简要技术要求1泵浦探测中红外超快光谱系统1台详见公告附件 合同履行期限：合同签订后开始履行，至项目履约完成。本项目( 不接受 )联合体投标。2.项目编号：SDDX-SDLC-CS-2023005项目名称：山东大学X射线衍射仪采购采购方式：竞争性磋商预算金额：180.0000000 万元（人民币）最高限价（如有）：180.0000000 万元（人民币）采购需求：X射线衍射仪采购，具体内容详见磋商文件。合同履行期限：质保期：国产产品3年；进口产品1年本项目( 不接受 )联合体投标。二、获取招标文件1.时间：2023年09月14日 至 2023年09月20日，每天上午8:30至11:30，下午13:30至17:00。（北京时间，法定节假日除外）地点：山东大学招标采购管理系统方式：登录山东大学招标采购管理中心网站（http://www.cgw.sdu.edu.cn/）进行供应商注册，注册完成山东大学招标采购管理中心审核通过后，在获取招标文件截止时间前再次登录系统在线参与本项目，审核成功后自助下载招标文件。注：（1）本项目不收取招标文件工本费；（2）本项目实行资格后审，获取招标文件成功不代表资格后审的通过。售价：￥0.0 元，本公告包含的招标文件售价总和2.时间：2023年09月13日 至 2023年09月20日，每天上午8:30至11:30，下午13:30至17:00。（北京时间，法定节假日除外）地点：山东省鲁成招标有限公司2408室（地址：济南市经十东路10567号成城大厦A座）方式：凡有意参加本次采购的供应商必须在磋商文件提供期限内联系代理机构，告之邮寄磋商文件地址，并明确所报项目名称及项目确认（联系人：王青东0531-83196323、 18595271270 lc83191789@126.com），供应商项目确认后请访问中国政府采购网下载电子版磋商文件； 纸质磋商文件工本费：￥300.00元/本，售后不退（缴纳磋商文件工本费账户信息：开户名称：山东省鲁成招标有限公司；开户银行：中国农业银行济南分行；银行帐户：15110101040001136；行号：103451011106；汇款须注明：招标十部+项目简称）； 本项目实行资格后审，获取磋商文件成功不代表资格后审的通过。售价：￥300.0 元（人民币）三、对本次招标提出询问，请按以下方式联系。1.采购人信息名 称：山东大学　　　　　地址：山东大学中心校区明德楼　　　　　　　　联系方式：马老师0531-88369797　　　　　　2.采购代理机构信息名 称：山东英大招投标有限公司　　　　　　　　　　　　地　址：山东省济南市历下区马鞍山路2-1号山东大厦四楼8406室　　　　　　　　　　　　联系方式：刘孔明、刘妍0531-85198189　　　　　　　　　　　　3.项目联系方式项目联系人：刘孔明、刘妍电　话：　　0531-851981894.采购人信息名 称：山东大学　　　　　地址：山东大学中心校区明德楼　　　　　　　　联系方式：0531-88366151　　　　　　5.采购代理机构信息名 称：山东省鲁成招标有限公司　　　　　　　　　　　　地　址：济南市经十东路10567号成城大厦A座　　　　　　　　　　　　联系方式：刘嘉华 0531-83196323　　　　　　　　　　　　6.项目联系方式项目联系人：王青东电　话：　　0531-83196323

x射线多层膜在静态和超快x射线衍射中的应用x射线光学组件类型根据x射线和物质作用的不同原理和机制，目前主流的x射线光学组件可以大致分为四类：以滤片、窗片、针孔光阑为代表的吸收型组件；基于反射，全反射原理的各种镜片以及毛细管、波导等反射型器件，还有基于折射原理的各种复折射镜。而本文的主题多层膜镜片，其底层原理和晶体、光栅、波带片一样，都是基于衍射原理。吸收型反射型折射型衍射型滤片窗口针孔/光阑镜片：kb、wolter、超环面镜… … 毛细管：玻璃毛细管、金属镀层毛细管复折射镜：抛物面crl、菲涅尔crl、马赛克crl、… … 晶体光栅多层膜波带片多层膜的原理和工艺一般来说，反射型镜片存在“掠射角小、反射率低”的问题。而多层膜镜片则是通过构建多个反射界面和周期，并使反射界面等周期重复排列，相邻界面上的反射线有相同的相位差，就会发生干涉，如果相位差刚好为2pi的整数倍，则会干涉相长，得到强反射线。从布拉格公式可以看出：多层膜就是通过对d值的控制，来实现波长选择的人工晶体。而在工艺实现方面，目前制备x射线多层膜镜的主要工艺有：磁控溅射、电子束蒸镀、离子束蒸镀。一般使用较多的是磁控溅射或离子束镀膜工艺，即在基板上交替沉积金属和非金属层，通过选择材料，控制镀膜的厚度及周期的选定，实现对硬x射线到真空紫外波段的光的调制。上图为来自德国incoatec的四靶材磁控溅射镀膜系统。可实现多种膜系组合的高精度镀膜。[la/b4c]40 多层膜b-kα（183ev）用多层膜，d：10nm单层膜厚：1-10nm0.x nm的镀膜精度tem: 完美的镀层界面frank hertlein, a.e.m. 2008上图为40层la-b4c多层膜的剖面透射电镜图像和选区电子衍射，弥散的衍射环说明膜层是非晶结构。同时可以明显看到：周期为10nm的膜层界面非常清晰和规则。这套镀膜系统可获得0.x nm的镀膜精度。多层膜的特点示例—单色和塑形多层膜最显著的特点和优势在于可以通过基底的面型控制和镀层的膜厚控制，将x光的塑形和单色统一起来。当然，这是以精度极高的镀膜工艺为前提。下图的数据展示了进行梯度渐变镀膜时，从镜片一端到另一端镀膜的周期设计数值 vs. 实际工艺水平。可以看到：长度为150mm的基底上，单层镀膜膜厚需要控制在3.8-5.7nm，公差需要在1%以内。相当于在1500公里的长度上，厚度起伏要控制mm水平。这是非常惊人的原子层级的工艺水平。frank hertlein, a.e.m. 2008通过面型控制来实线x射线的塑形；通过极高精度的膜厚控制实现2d值渐变—继而实现单色；0.x nm尺度的镀膜误差——需要具备原子层级的工艺水平！多层膜的特点示例—带宽和反射率除了可以通过曲面基底和梯度镀膜实现对x光的塑形和单色，还可通过对膜层材料、膜厚、镀膜层数等参数的设计和控制，来实现带宽和反射率的灵活调整。如窄带宽的高分辨多层膜，以及宽带宽的高积分反射率多层膜。要实现高分辨：首先要选择对比度较低的镀膜材料，如be、c、b4c、或al2o3；其次减小膜的厚度，多层膜的厚度降为10~20å；最后增加镀膜层数，几百甚至上千。from c. morawe, esrf多层膜的特点示例—和现有器件的高度兼容左侧: [ru/c]100, d = 4 nm r 80% for 10 e 22 kev中间: si111 δorientation0.01°右侧: [w/si]100, d = 3 nm r 80% for 22 e 45 kevdcmm at sls, switzerland, m. stampanoni精密、灵活的膜层设计和镀膜控制镀膜材料的组合搭配；d/2d值的设计和控制；带宽和反射率的灵活调整。和现有器件的高度兼容多层膜主流应用方向目前，多层膜的主流应用方向和场景主要有：粉末、x射线荧光、单晶衍射以及同步辐射的单色、衍射、散射装置搭建。粉末衍射x射线荧光单晶衍射同步辐射基于dac的原位高压静态x射线衍射典型的静高压研究中，常利用金刚石对顶砧来获得一些极端条件。在极端的高压、高温下，利用x射线来诊断新的物相及其演化过程是重要的研究手段。x-ray probe利用金刚石对顶砧可以获得极端条件(数百gpa, 几千°c) 利用x射线探针来诊断和发现新物相；由于对x光源、探测器以及实验技术等方面的苛刻要求，尤其是需要将微束的x光，精准的穿过样品而不打到封垫上。长期以来，基于dac的x射线高压衍射实验只能在同步辐射实现。但同步辐射有限的机时根本无法满足庞大的用户需求。不能在实验室进行基于dac的x射线高压衍射实验和样品筛选，一直是广大高压科研群高压衍射实验室体的一大痛点。以多层膜镀膜工艺为技术核心，将多层膜镜片与微焦点x光源耦合，我们可以为科研用户提供单能微焦斑x射线源，使得在实验室实现高压衍射成为可能。下图是利用mo靶（左）和ag靶（右）单能微焦斑x射线源获得的dac加载下的lab6样品的衍射图。曝光时间300s，探测器为ip板，样品和ip板距离为200mm。可以看到：300s曝光获得的衍射数据质量是可接受的。特别地，对于银靶，由于其能量更高，可以压缩倒易空间，在固定的2thelta角范围内，可以获得更多的衍射信息，这对于很多基于dac的静高压应用来说非常有吸引力。dac加载下的lab6样品的衍射数据：多层膜耦合mo靶（左）和ag靶（右）曝光时间300s，探测器为ip板，样品和ip板距离为200mmbernd hasse, proc. of spie vol. 7448, 2009 (doi: 10.1117/12.824855)基于激光驱动超快x射线衍射在利用激光驱动的x射线脉冲进行超快时间分辨研究中，泵浦探针是常用的技术手段。脉宽为几十飞秒的入射激光经分束后，一路用于激发超快x射线脉冲，也就是探针光；另一路经倍频晶体倍频作为泵浦光。通过延时台的调节，控制泵浦激光和x射线探针到达样品的时间间隔，可实现亚皮秒量级时间分辨的测量。而在基于激光驱动的超快x射线衍射实验中，如何提升样品端的光通量？如何获得低发散角的单色光束？如何抑制飞秒脉冲的时间展宽？如何同时兼顾以上的实验要求？都是需要考虑的问题。很多时候还需要兼顾多个技术指标，所以我们非常有必要对各类光学组件和x射线飞秒脉冲源的耦合效果和特点有一个比较清晰的认知。四种光学组件和激光驱动x射线源的耦合效果对比首先我们先对弯晶、多层膜镜、多毛细管和单毛细管四种组件的聚焦效果有个直观的了解。以下是将四种光学组件和激光驱动飞秒x射线源耦合，然后进行了对比。四种光学组件在聚焦和离焦位置的光斑：激光参数：800nm/1khz/5mj/45fs源尺寸：10um 打靶产额：4*109 photons/s/sr这是四种组件的理论放大倍率和实测聚焦光斑的对比。可以看到：弯晶和多层膜的工艺控制精度很高，实测光斑和理论值比较接近。而毛细管的大光斑并不是工艺精度的误差，而是反射型器件的色差导致的，不同能量的光都会对聚焦光斑有贡献，导致光斑较大。而各种组件的工艺误差，导致的强度不均匀分布，则是在离焦位置处的光斑中得到较为明显的体现。ge(444)双曲弯晶多层膜镜片单毛细管多毛细管放大倍率1270.7收集立体角 (sr)+---++反射率--+++-有效立体角 (sr)---+++1维会聚角 (deg)+---++耦合输出通量(ph/s)---+++聚焦尺寸 (μm)2332155105光谱纯度好好差差时间展宽 (fs)++++--激光参数：800nm/1khz/5mj/45fs打靶产额：4*109 photons/s/sr等级: ++ + - --利用针孔+sdd，在单光子条件下，测量有无光学组件时的强度和能谱，可以推演出相应的技术参数。这里我们直接给出了核心参数的总结对比。其中，大多数用户最为关注，同时也是对于实验最为重要的，主要是有效立体角、输出光通量、光谱纯度和时间展宽。可以看到：典型的有效收集立体角在-4、-5sr的水平，而在样品上的输出光通量在5-6次方每秒这样的水平。但是需要指出的是：毛细管并不具备单色的能力，虽然有效立体角大，但输出的是复色光。对于时间展宽的比较，很难通过实验手段获得测量精度在几十到百飞秒水平的结果，所以主要通过理论分析和计算来获得。对于同为衍射型组件的ge(444)双曲弯晶和多层膜镜片，光程差引入项主要是x光在组件内的贯穿深度。对于ge(444)，8kev对应的布拉格角约为70度，x光的衰减长度约为28um，对应的时间展宽约90fs。对于多层膜镜片，因为它属于掠入射型的衍射组件，x光的衰减长度在um量级，对应的时间展宽甚至可以到10fs水平，因此这里的数据相对比较保守的。而对于毛细管这种反射型器件，光程差引入项主要是毛细管的长度差。对于单毛细管，光程差在10fs水平，对于多毛细管，位于中心区域和边缘的子毛细管长度是有较大的差异的，光程差可达ps水平。小结1. 弯晶：单色性好、时间展宽较小、有效立体角小、输出通量低；2. 多层膜：单色性好、时间展宽较小、有效立体角大、kα输出通量高；3. 单毛细管：复色、时间展宽很小、有效立体角大、复色光通量高；4. 多毛细管：复色、时间展宽较大、有效立体角最大、复色光通量最高。每一种光学组件都有其适用的场景，对于非单色的超快应用，如超快荧光、吸收谱，毛细管可能更为合适，而对于追求单色的超快应用，如超快衍射，多层膜是比较好的选择，兼顾了单色性、时间展宽和有效立体角（输出通量）三个核心指标！如果您有任何问题，欢迎联系我们进行交流和探讨。北京众星联恒科技有限公司致力于为广大科研用户提供专业的x射线产品及解决方案服务！

太赫兹（THz）辐射频率处于电子学和光学频率之间，因此具备多种光电子特性。THz成像作为THz辐射最重要的应用方面，在国防、通信、生物、医学和材料有着巨大应用潜力。THz 时域光谱系统（THz-TDS）被广泛用于角膜含水量测量、角膜瘢痕成像、蛋白浓度检测和细胞标志物检测等。然而受限于衍射极限存在，THz成像分辨率一般被限制在毫米量级。近场光学成像技术使用空间尺度极小探针直接探测样品表面亚波长尺度细节，可有效突破衍射极限，是实现THz超分辨成像的重要路径。目前，根据探针工作方式的区别，THz近场成像技术可分为孔径探针THz近场成像和散射探针THz近场成像。孔径探针THz近场成像方案需要平衡空间分辨率、截至频率和近场耦合效率之间关系，其成像分辨率仍无法突破至nm量级。散射探针THz近场成像分辨率与探针几何结构和探针-样品表面距离有关，截至目前其成像分辨率可以突破至0.3 nm。本文综述了THz超分辨成像的基本原理及最新进展，围绕孔径探针和散射探针两种主流的THz近场成像技术，详述其在成像原理、成像质量与成像分辨率等方面的突破，并对THz超分辨成像做出总结与展望。图1 THz近场成像及其应用场景孔径探针孔径探针THz近场成像主要利用亚波长结构形成THz辐射源或THz探测器在近场范围内扫描样品表面提升成像空间分辨率。依据孔径类型分类，孔径探针THz近场成像共有四种技术路线，分别是物理孔径、动态孔径、人工表面等离子激元和近场天线。物理孔径探针通常为锥形波导，可以将THz辐射局域成亚波长THz辐射源并扫描样品，提升空间分辨率。其优势在于：结构简单制备容易，可根据THz源设计波导几何结构提升THz耦合效率。图2 锥形物理孔径THz近场成像示意图动态孔径THz成像系统主要有两种实现方式。一种是基于光泵浦方案，该方案激发半导体材料形成特定分布的载流子，进而调制THz空间分布。另一种是基于飞秒激光成丝方案，该方案应用光丝对THz辐射强束缚作用，或是应用交叉光丝，形成动态微孔调制THz空间分布。动态孔径技术优势在于，一方面可以和压缩感知技术结合在保证空间分辨率情况下极大提升成像速度，另一方面基于飞秒激光光丝可以进一步提升成像分辨率至20 μm。图3 交叉光丝形成动态孔径实现THz近场成像人工表面等离子激元器件表面具有周期结构，通过改变材料表面等效介电常数实现THz波近场聚焦。常规调制方案包括金属锥形结构聚焦探针、金属周期结构THz超透镜和石墨烯THz超透镜等；其适用波长范围广、聚焦效率高具有一定的应用前景，尽管目前还处于实验室阶段，但是随着THz器件加工技术逐渐发展，相信在不久的将来其实用性会得到提升。图4 人工表面等离子激元器件实现THz近场成像近场THz天线这是一种微型近场THz探测器，优势为在提升空间分辨率同时能够保证时间分辨率，另一方面THz近场天线可以被集成至片上，拓宽了其使用场景。 图5 近场天线实现THz近场成像散射探针散射探针THz近场成像系统，是通过测量探针与样品表面在外场作用下的近场耦合效应反映样品表面信息。其适用于宽谱THz光源，成像空间分辨率与探针几何结构和探针-样品表面间距有关最高可以达到0.3 nm量级。由于背景散射信号强度远大于近场散射信号强度，散射探针THz近场成像系统主要技术难点在于信号收集与提取。目前，较为成熟的近场散射信号提取技术包括：自零差方案、正交零差方案、伪外差方案和合成光学全息方案等。在保障扫描时间的前提下，伪外差方案成像对比度高且具备相位分辨能力，因此被广泛采用。散射探针THz近场成像系统通常使用扫描隧道显微镜或者原子力显微镜作为提供近场条件的媒介，可将探针针尖与样品表面间距精确控制在20 nm范围内。基于扫描隧道显微镜的散射THz近场成像系统优势：1）其空间分辨率最高可以提升至0.3 nm；2）基于扫描隧道显微镜增强隧穿电流原理，可以增强近场散射信号。缺点：扫描隧道显微镜是通过测量针尖与样品表面隧穿电流实时反馈控制针尖与样品表面间距，故此种方案不适用于不导电样品。图6 基于扫描隧道显微镜搭建的近场成像系统及其一维扫描结果图基于原子力显微镜的散射THz近场成像系统原子力显微镜，因其和扫描隧道显微镜类似，具有卓越的空间分辨能力，是搭建散射探针THz近场成像系统的主力设备，同时能够通过检测针尖与样品之间相互作用反馈控制针尖和样品间距，故该系统可以适用于多种样品。图7 基于原子力显微镜搭建的近场成像系统及其扫描结果图散射探针THz近场成像不仅可以将THz成像分辨率提升至nm量级，还可以被应用于检测样品表面载流子运动。与光学波段和红外波段成像技术相比，有掺杂的半导体或者半金属材料对THz波段更加敏感，因此散射探针THz近场成像技术还被应用在nm量级表征载流子数目和分布情况。 总结与展望随着强THz产生技术和高灵敏THz探测技术的不断发展，超分辨THz成像技术得到了长足发展。孔径探针和散射探针THz成像方案各有侧重，在不同领域得到广泛应用。根据以上总结，从应用角度出发对近场THz成像技术作出展望：(1)成像速度。目前大多数超分辨THz成像方案都是采用逐点扫描模式，尽管成像分辨率得到很大提升，但是成像速度较慢。(2)装置集成化与轻量化。高效的桌面式近场THz成像系统能够助力此项技术得以推广。(3)样品多样性。目前，nm量级THz近场成像技术主要被应用于材料学研究，未来可以充分发挥THz辐射优势，将检测样品扩展至生物大分子甚至活体。(4)大范围成像。未来可以在平衡成像质量与成像速度前提下，实现nm量级大范围样品成像。综上所述，本文概括了超分辨近场成像技术的多个技术指标，分别是空间分辨率、时间分辨率、相位分辨能力、成像速度、成像对比度和装置复杂性。在保证空间分辨率的前提下，提升其他技术指标仍然任重而道远。