自聚焦透镜

2024年1月9日，钢研纳克检测技术股份有限公司公开了“一种用于电感耦合等离子体质谱仪的聚焦传输透镜装置”的发明专利，公开号为CN117373899A。发明人为：沈学静 王雷 李凯 任立志 方哲 王超刚 王立平 王海舟。　　发明内容　　本发明的目的是提供一种用于电感耦合等离子体质谱仪的聚焦传输透镜装置，能够在三重四极质谱仪结构基础上增设三个透镜，通过灵活施加三个透镜的电压使其有助于离子沿离子光轴集中和聚焦，有效提高离子传输效率，从而提高质谱仪的灵敏度。　　为实现上述目的，本发明提供了如下方案：　　一种用于电感耦合等离子体质谱仪的聚焦传输透镜装置，所述电感耦合等离子体质谱仪为三重四极质谱仪，所述聚焦传输透镜装置设置在所述三重四极质谱仪的第一级四极杆与第二级多极杆之间或第二级多极杆与第三级四极杆之间 　　所述聚焦传输透镜装置包括：依次设置的透镜一、透镜二、透镜三，所述透镜一、透镜二、透镜三之间互不接触且相对距离可调节，所述透镜一、透镜二、透镜三的中心均开设有通孔，且所述透镜一、透镜二、透镜三的通孔的中心处于同一水平轴 通过直流电压施加装置分别对所述透镜一、透镜二和透镜三施加零电压、正电压或负电压。　　专利内容为：本发明涉及电感耦合等离子体质谱仪技术领域，公开了一种用于电感耦合等离子体质谱仪的聚焦传输透镜装置，应用于三重四极质谱仪，设置在所述三重四极质谱仪的第一级四极杆与第二级多极杆之间或第二级多极杆与第三级四极杆之间 所述聚焦传输透镜装置包括：依次设置的透镜一、透镜二、透镜三，透镜一、透镜二、透镜三之间互不接触且相对距离可调节，所述透镜一、透镜二、透镜三的中心均开设有通孔，且通孔的中心处于同一水平轴 通过直流电压施加装置分别对透镜一、透镜二和透镜三施加零电压、正电压或负电压。本发明提供的聚焦传输透镜装置，能够实现对电压的灵活施加，实现离子的有效传输与聚焦，从而提高质谱仪的灵敏度。

超透镜是实现透镜成像功能的光学超表面，它基于亚波长的人工结构单元对入射光的相位与振幅等参量进行调控，实现透镜聚焦或成像的功能。超透镜具有超轻超薄的平面结构，可以组成高集成度的成像系统，有望替代传统光学系统中繁琐的透镜组。但利用超透镜实现可见光波段的主动变焦成像仍面临挑战。光子轨道角动量（OAM）是一种新颖的光场调控维度，携带OAM的涡旋光束具有螺旋型相位波前，中心相位存在奇点，同时不同拓扑荷之间保持本征正交无串扰的物理属性，为主动调控提供全新的技术手段，在微粒操控、超分辨显微成像、大容量光通信等领域应用前景广阔。近期，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心微加工实验室的李俊杰研究组和纳米物理与器件实验室的顾长志研究组（N10）一起，提出了一种基于轨道角动量(OAM)的多波段选择解码方法，通过全介质TiO2超表面结构的独特设计，实现了可见光频段多路复用的主动变焦超透镜。他们设计了具有面内C2旋转对称性和螺旋排布的TiO2高深宽比纳米鳍阵列结构，成功实现了较高转极化率的圆偏振光调制，同时利用附加的Pancharatnam Berry (PB)相位实现了2π范围的有效螺旋相位调控（图1）。超透镜中包含了四个OAM通道，对应四个焦距深度的聚焦。当入射光携带的OAM拓扑荷数l与超透镜中通道设计的螺旋相位模式l’互为相反数时（ l=l' ），该通道获得解码。因此，四种OAM入射可以实现超透镜在四个焦距位置上的聚焦，通过切换入射光携带OAM的模式即可实现主动切换焦距的功能，在532 nm处获得了5-35 mm的四个焦点（图2）。这种主动变焦的超透镜显示出在非机械转换成像和三维成像等领域具有重要应用潜力。该研究成果以“Active Multiband Varifocal Metalenses Based on Orbital Angular Momentum Division Multiplexing”为题，于2022年07月25日在线发表在《Nature Communications》上。N10组的博士研究生郑睿瑄为第一作者，顾长志和李俊杰为通讯作者，北京理工大学的黄玲玲教授和蒋强博士在测试方面提供了支持。该研究得到了科技部、国家自然科学基金委员会、中国科学院和北京市科委的项目资助。文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-32044-2 图1. 主动变焦超透镜的功能示意图图2.主动变焦超透镜在532nm处的聚焦光斑强度、半径及景深

微透镜阵列是由微米级或亚毫米级透镜按一定规律排列而成的阵列，被广泛应用于光学和光子学领域，包括立体显示、光均匀化、光束整形和三维成像等。与单个透镜相比，微透镜阵列可以收集每一点上的信息，如入射光线的强度和角度。在集成成像系统中，微透镜阵列上的透镜从不同的观察角度在不同的空间位置捕捉一组子图像，而这些图像可以被重建在一起以提供一个伪视觉。此外，在光场成像系统中，位于物镜和图像传感器之间的微透镜阵列能够在单次摄影曝光下收集空间和方向信息，无需聚焦于3D物体。大多数的微透镜阵列中，所有透镜的焦距都是相同的，这导致景深狭窄、深度感知能力有限。因此，这些微透镜阵列不能直接获取距离不同的物体的清晰图像。近日，上海理工大学张大伟教授课题组提出了一种多焦距微透镜阵列的制作方法。该微透镜阵列制造过程具体如下：首先，利用摩方精密面投影微立体光刻3D打印技术（nanoArch P140，BMF Precision，Shenzhen, China）制备出孔壁呈不同倾斜角度的微孔阵列，再采用旋涂的方法使微孔中残留部分光敏树脂并得到不同曲率的液面，最后经过PDMS翻模即可得到多焦距微透镜阵列。该多焦距透镜阵列能够扩展成像景深，具有感知物体深度的能力。该成果以“Fabrication of uniform-aperture multi-focus microlens array by curving microfluid in the microholes with inclined walls”为题发表在光学期刊Optics Express上。图一 多焦距微透镜阵列制作原理图图二 (a) 多焦距微透镜阵列设计，(b) 3D打印的微孔阵列，(c) 复刻的多焦距微透镜阵列，(d) 多焦距微透镜阵列局部显微图。图三 利用多焦距微透镜阵列拍摄不同物距情况下的物体，物距为(a) 14.3mm，(b) 28.5mm，(c) 45.5mm时拍摄的图像。当物距为14.3mm时，中心区域的透镜可呈现清晰图像；当物体移离微透镜阵列时，外圈的透镜可以呈现清晰的图像。文章链接：https://doi.org/10.1364/OE.425333官网：https://www.bmftec.cn/links/10

微透镜阵列是由微米级或亚毫米级透镜按一定规律排列而成的阵列，被广泛应用于光学和光子学领域，包括立体显示、光均匀化、光束整形和三维成像等。与单个透镜相比，微透镜阵列可以收集每一点上的信息，如入射光线的强度和角度。在集成成像系统中，微透镜阵列上的透镜从不同的观察角度在不同的空间位置捕捉一组子图像，而这些图像可以被重建在一起以提供一个伪视觉。此外，在光场成像系统中，位于物镜和图像传感器之间的微透镜阵列能够在单次摄影曝光下收集空间和方向信息，无需聚焦于3D物体。大多数的微透镜阵列中，所有透镜的焦距都是相同的，这导致景深狭窄、深度感知能力有限。因此，这些微透镜阵列不能直接获取距离不同的物体的清晰图像。近日，上海理工大学张大伟教授课题组提出了一种多焦距微透镜阵列的制作方法。该微透镜阵列制造过程具体如下：首先，利用摩方精密面投影微立体光刻3D打印技术（nanoArch P140，BMF Precision，Shenzhen, China）制备出孔壁呈不同倾斜角度的微孔阵列，再采用旋涂的方法使微孔中残留部分光敏树脂并得到不同曲率的液面，最后经过PDMS翻模即可得到多焦距微透镜阵列。该多焦距透镜阵列能够扩展成像景深，具有感知物体深度的能力。该成果以“Fabrication of uniform-aperture multi-focus microlens array by curving microfluid in the microholes with inclined walls”为题发表在光学期刊Optics Express上。图一 多焦距微透镜阵列制作原理图图二 (a) 多焦距微透镜阵列设计，(b) 3D打印的微孔阵列，(c) 复刻的多焦距微透镜阵列，(d) 多焦距微透镜阵列局部显微图。图三 利用多焦距微透镜阵列拍摄不同物距情况下的物体，物距为(a) 14.3mm，(b) 28.5mm，(c) 45.5mm时拍摄的图像。当物距为14.3mm时，中心区域的透镜可呈现清晰图像；当物体移离微透镜阵列时，外圈的透镜可以呈现清晰的图像。文章链接：https://doi.org/10.1364/OE.425333官网：https://www.bmftec.cn/links/10

p style="text-indent: 2em text-align: justify "近期，中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室微纳光子集成课题组利用单层超透镜（metalens）实现了左、右旋圆偏振光在三维空间的分离聚焦，打破了以往自旋相关光束聚焦的对称性，超越了传统几何光学透镜的光场聚焦能力，对光学成像研究具有重要意义。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "传统几何光学透镜仅是通过玻璃厚度的变化来调节入射光相位实现聚焦，无法完成矢量光场（如偏振、自旋等）的操控。超透镜是一种二维平面透镜结构，其体积极小，重量轻，易于集成，可实现对入射光振幅、相位、偏振等参量的灵活调控，在超分辨显微成像、全息光学、消色差透镜等方面有重要应用。该研究利用构成超透镜的纳米天线动力学相位与Pancharatnam-Berry几何相位结合的方法，通过巧妙设计超透镜上纳米天线几何结构与空间取向，在单层超透镜上同时实现了左、右旋圆偏振光相位的独立操控，在横向和径向完成了不同自旋态光束的聚焦，提升了超透镜的光束操控及聚焦能力，具有结构紧凑、灵活性强等优点，能够满足光学系统及器件小型化功能多样化的要求。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "该研究得到中科院战略性先导科技专项（B类)“大规模光子集成芯片”和国家自然科学基金项目的大力资助。相关成果发表在《先进光学材料》（Advanced Optical Materials）上。/p

p　　光学系统的应用范围主要在制造工业。由于需要聚焦(射线引导)镜头，目前在医疗或航天技术方面的应用还常常受限。因为新的脉冲激光源产生的辐射强度，超过常规的玻璃透镜和阵列器件。石英玻璃或钻石等替代光学材料则能提供更好的传输性能，耐受高辐射强度和机械环境影响的能力更强。然而，要加工这些材料很难，而且对自由成型镜头的质量检测大多只能依赖抽样进行。/pp　　德国弗劳恩霍夫制造技术研究所(IPT)近日称，将承担由德国教研部资助的“数字光子生产”研究园区子项目“MaGeoOptik”，研究如何能使要求苛刻的石英玻璃或钻石聚焦镜头的生产成本降低、质量更高，从而开拓新的更大的光学产品市场。这种镜头主要用于高功率激光器。/pp　　研发内容分三部分：一是研制石英玻璃镜头的高精度模具。迄今为止，精密光学器件主要通过研磨和抛光技术生产，但也可通过冲压加工工艺，采用高达1400℃的温度，以复杂的几何形状被制成。“MaGeoOptik”项目的核心是研究这种高温玻璃的性能，并结合新的模具替代材料，如碳化硅或氮化硼陶瓷以及玻璃碳。/pp　　二是制定新的钻石镜头抛光控制方案。目前，制造单晶金刚石光学元件只能通过研磨工艺，因为其结构特性，这种极硬的材料很难被改造，因此，磨具在加工过程中磨损严重。研发人员计划研发新的应用模型，制定相应的机轴控制软件方案，使得生产具有复杂几何形状的钻石镜头更快，成本更低，更适应商业市场。/pp　　三是建立对超精密自由成型镜头的100%无损检测方法。该方法将是一种新的高精准的光学测量系统，用于检测由石英玻璃或钻石制造的镜头的特性。与现有的触摸式方法相比，该方法的测量速度可提高六至十倍。此外，该方法可在生产现场直接使用，并能被集成到自动化生产过程中。/pp　　该项目的研究结果不仅可用于测试高功率激光器及其它未来应用领域的光学新材料，而且符合工业用途。/p

近日，哈尔滨工业大学（深圳）徐科教授、宋清海教授课题组，提出一种基于像素编码的片上数字型超构透镜，因其灵活的设计自由度而具备强大的光场调控能力。该工作以折叠级联的方式构建了高度紧凑的色散元件，结合重构算法实现了片上集成的高分辨率光谱仪。文章提出的数字型超构透镜可显著提升面内光束聚焦、准直和偏转能力。所设计的级联折叠型超构透镜组能够很好地解决传统色散光谱仪尺寸和分辨率互为矛盾的问题。结合重构算法，该器件以100 μm ×100 μm的紧凑尺寸在近红外波段超过35 nm的波长范围内实现了0.14 nm的分辨率，并且可以完成任意光谱的重构和解析。该光谱仪完全通过标准硅光工艺制造，在系统级集成和CMOS兼容性方面具有优势。所提出的超构透镜结构还可移植到氮化硅或其他光子集成平台，以轻松扩展到可见光或中红外波长等波段，为成像、光学计算等其他应用提供有力的光场调控方案。该研究成果以“Folded digital meta-lenses for on-chip spectrometer”为题于2023年4月11日在线发表在《Nano Letters》上。随着物联网、消费电子等应用领域的不断发展，对光谱仪的小型化提出了更高的要求。近40年里，光谱仪的微型化技术经历了从基于分立器件技术到集成光学技术的发展，逐渐趋于低成本和片上集成化。近年来，受到自由空间超构表面波前调控的启发，基于超构波导的一些平面内衍射光网络正在成为片上光波操纵的有力工具。目前已报道的片上超构系统都是基于各单元长度不等的传输阵列，结构规则简单但设计自由度受限，导致系统集成度和功能的局限性。如何突破设计自由度的限制，是提升片上超构表面光场调控能力以及拓展应用的关键。借助超构表面强大的光学操控能力，有望突破传统片上光谱仪分辨率和器件尺寸相互制约的矛盾。为了解决设计自由度受限的问题，文章提出了一种基于像素编码的数字型超构表面。基本思想为求解超构表面目标相位分布。为降低算力消耗，我们将目标区域划分为多个单元，通过逆向设计对每个单元图案分别进行编码，在平面任意区域实现任意相位响应。与数字型超构波导在局部区域内的原位控制不同，本文提出的数字型超构表面可以整体操纵面内波衍射及其在整个平板区域内的传播。这种特性使该结构能够设计连续大相位梯度的高色散数字型超构透镜，允许光束在紧凑的尺寸内实现聚焦、准直和大角度弯曲等类似几何光学透镜的功能。具体设计原理如图1所示。图1. 基于数字型超构表面的超构透镜逆向设计原理。(a)超构透镜在1550 nm处的光弯曲 (θ=45°)和聚焦(f = 19.5 μm)的射线光学演示。(b)透镜的理想相位轮廓曲线(φ)，可视为45°弯曲相位曲线 (φ1)和聚焦相位曲线(φ2)的叠加。I:计算的绝对相位，II:对应的菲涅耳相位。(c)每个单元的优化器件图案和对应的理想相位曲线(φ)。(d) 计算出的理想相位掩模（黑色实线）与所设计超构透镜的模拟相位响应（红色虚线）之间的比较。(e)所设计单个超构透镜的模拟光场分布。(f)模拟超构透镜的焦点AI不同波长下沿x'轴的偏移。插图为不同波长下焦点的横截面光场分布图。要实现更高的波长分辨率，需要累积色差和增加光程。为了验证设计效果，本文设计并制备了一种基于五层折叠超构透镜的光谱仪，器件尺寸仅为100 μm×100 μm。该器件的模拟光场和实测结果如图2所示。图2(a)中的五层超构透镜功能不同，透镜I用于准直扩束输入光同时转折光路，透镜II-IV则承担着累积色散和波长分束的作用。受到读出波导间距的限制，此时该器件直接读出的分辨率约为1 nm (图2(d))。为了进一步提高光谱仪性能以及器件的制备容差，在色散分光的基础上引入了光谱重构算法。图2. 基于五层折叠超构透镜的光谱仪。(a)五层折叠超构透镜光谱仪在1550 nm处的模拟光场分布。(b)器件尺寸为100 μm×100 μm的光谱仪显微镜图像。插图:超构透镜和输出波导阵列的局部电镜图像。(c)器件实测的输出强度与输入波长的映射图。(d)两个相邻输出通道11和12的透射光谱，通道间距约为1 nm。(e)谱相关函数C(δλ)的半高半宽δλ为0.108 nm，与光谱仪的估计分辨率相对应。为了体现光谱仪的性能，构造了几种不同类型的预编程光谱来测试光谱仪的性能。重构光谱见图3。结果表明，结合重构算法后，该光谱仪的光谱分辨率提升至0.14 nm(图3(a))，整体工作带宽覆盖1530 nm-1565 nm，且性能在边带依旧保持稳定(图3(c))。此外，对于同时具有宽高斯背景和窄带单峰特征的复杂频谱(图3(d))，本文提出的片上光谱仪依旧能与商用光谱仪保持良好的一致性。图3. 使用基于五个折叠超构透镜的片上光谱仪进行光谱重建（实线表示重建光谱，虚线表示商用光谱仪测试结果）。(a)两条相隔约0.14 nm的窄光谱线的重建光谱。(b)距离约20.61 nm的双峰重建光谱。(c)在工作带宽上分别重建7处不同波长的窄带光谱。(d)宽带光源入射的重建光谱。此文提出的基于数字型超构透镜的片上光谱仪在超过35 nm的波长范围内实现了0.14 nm的分辨率。整体尺寸仅为100 μm ×100 μm，最小特征尺寸为120 nm，可通过标准硅光工艺大规模制造。该设计方案具有可移植性，使用氮化硅或其他集成平台，基于超构透镜的光谱仪可以扩展到可见光或中红外波长。目前器件的数据读出依赖于片外功率计，可以通过集成片上光电探测器阵列来改善。此外，片上数字型超构透镜作为一种功能强大的片上光场调控器件，在成像、光计算等领域也有应用潜力。

瑞士保罗谢勒研究所（PSI）的科学家开发了一种突破性的X射线消色差透镜。这使得X射线束即使具有不同的波长也可以准确地聚焦在一个点上。根据14日发表在《自然通讯》上的论文，新透镜将使利用X射线研究纳米结构变得更加容易，特别有利于微芯片、电池和材料科学等领域的研发工作。要想在摄影和光学显微镜中产生清晰的图像，消色差透镜必不可少。它们可以确保不同颜色，即不同波长的光，能够清晰聚焦，从而消除模糊现象。直到现在才开发出一种用于X射线的消色差透镜，这一事实乍一看可能令人惊讶，毕竟可见光消色差透镜已经存在了200多年。它们通常由两种不同的材料组成。光线穿透第一种材料，分裂成光谱颜色，就像穿过传统的玻璃棱镜一样。然后，它通过第二种材料来逆转这种效果。在物理学中，分离不同波长的过程称为“色散”。然而，PSIX射线纳米科学与技术实验室X射线光学与应用研究组负责人、物理学家克里斯蒂安大卫解释说：“这种适用于可见光范围的基本原理并不适用于X射线范围。”对于X射线来说，没有哪两种材料的光学性质在很大的波长范围内有足够的差异，从而使一种材料可以抵消另一种材料的影响。换句话说，X射线范围内材料的色散太相似了。此次，科学家没有在两种材料的组合中寻找答案，而是将两种不同的光学原理联系在一起。这项新研究的主要作者亚当库贝克说：“诀窍是意识到我们可以在衍射镜前面放置第二个折射镜。”PSI用已有的纳米光刻技术来制造衍射镜，并用微米级的3D打印制造出折射结构，成功开发出用于X射线的消色差透镜，解决了上述问题。为了表征他们的消色差X射线透镜，科学家们在瑞士同步辐射光源使用了一条X射线光束线，还使用光刻技术来描述X射线光束，从而描述消色差透镜。这使得科学家们能够精确地探测到不同波长的X射线焦点的位置。

近日，瞬态光学与光子技术国家重点实验室在太赫兹频段可变焦消色差超透镜领域取得新进展，相关研究成果发表于Journal of Science: Advanced Materials and Devices(IF = 7.38)。论文第一作者为博士生江晓强，通讯作者为范文慧研究员。 　　超透镜是一种二维平面透镜结构，具有体积小、重量轻、易于集成等特点，可实现对太赫兹波振幅、相位、偏振等参量的灵活调控，有望解决天然材料在太赫兹频段电磁响应不足而导致的效率低、体积大等问题。近年来，消色差超透镜由于能够有效消除宽频带成像产生的色差问题而受到广泛关注。然而，如何在实现宽频带消色差的同时，赋予超透镜连续变焦的能力，仍然是目前亟待解决的难题。 　　针对此问题，研究团队首先基于Ⅲ-Ⅴ族半导体材料锑化铟(InSb)设计了性能优异的单元结构。随后，研究团队采用几何相位和传输相位相结合的方式，巧妙设计超透镜单元结构的排布方式与空间取向，采用单层超透镜实现了太赫兹波的宽频带聚焦，有效消除了色差现象。进一步地通过改变器件工作温度，进而调控器件单元结构的相位补偿范围，实现了焦距736.25 μm (NA = 0.62)至 861.02 μm(NA = 0.56)的连续变焦。本研究成果为设计多功能消色差超透镜提供了一种新思路，有望进一步拓展太赫兹频段超透镜在显微成像和内窥镜等领域的实际应用。 图1 连续变焦消色差超透镜工作示意图 　　西安光机所范文慧研究员带领的太赫兹光子学与表面微纳智造团队已在超宽频谱太赫兹波产生与探测、超快太赫兹波谱成像与应用、太赫兹频段超材料与超表面功能器件等领域开展持续研究并取得一定突破。相关研究成果陆续发表于Angewandte Chemie - International Edition、Carbon、Journal of Science: Advanced Materials and Devices、Optics Letters、Optics Express、Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy、Nanomaterials等国际知名期刊，获得了国内外同行的广泛认同。

据美国航空航天局(NASA)官网报道，NASA喷气推进实验室(JPL)与加州理工学院研究人员合作开发了一种超薄光学透镜，通过“元表面”(metasurface)技术实现对光路的控制，可应用于先进显微镜、显示器材、传感器、摄像机等多种仪器，使光学系统集成度大大提高，并使透镜制造方式产生革命性变化。　　这种透镜的“元表面”由硅晶阵列组成，单个硅晶的横截面为椭圆形。通过改变硅晶的半径与轴向，可以改变通过光线的相位与偏振性，从而使光路弯曲，实现聚焦。传统的光学系统由多组玻璃镜片组成，每个镜片都要求非常精密的制造工艺 而这一新技术可以采用标准的半导体制造工艺，将厚度仅为微米级的“元表面”相互叠加，即可获得所需的光学系统，可以像半导体芯片一样实现大规模批量化自动制造。　　该研究团队正与企业伙伴进行合作，使这一技术进一步商业化。这一项目还获得了美国能源部与国防部高等研究计划局(DARPA)的资助。

要想在摄影和光学显微镜中产生清晰的图像，消色差透镜必不可少。它们可以确保不同颜色，即不同波长的光，能够清晰聚焦，从而消除模糊现象。直到现在才开发出一种用于X射线的消色差透镜，这一事实乍一看可能令人惊讶，毕竟可见光消色差透镜已经存在了200多年。它们通常由两种不同的材料组成。光线穿透第一种材料，分裂成光谱颜色，就像穿过传统的玻璃棱镜一样。然后，它通过第二种材料来逆转这种效果。在物理学中，分离不同波长的过程称为“色散”。然而，瑞士保罗谢勒研究所（PSI）X射线纳米科学与技术实验室X射线光学与应用研究组负责人、物理学家克里斯蒂安大卫解释说：“这种适用于可见光范围的基本原理并不适用于X射线范围。”对于X射线来说，没有哪两种材料的光学性质在很大的波长范围内有足够的差异，从而使一种材料可以抵消另一种材料的影响。换句话说，X射线范围内材料的色散太相似了。此次，科学家没有在两种材料的组合中寻找答案，而是将两种不同的光学原理联系在一起。这项新研究的主要作者亚当库贝克说：“诀窍是意识到我们可以在衍射镜前面放置第二个折射镜。”PSI用已有的纳米光刻技术来制造衍射镜，并用微米级的3D打印制造出折射结构，成功开发出用于X射线的消色差透镜，解决了上述问题。X射线消色差仪的概念和试验装置为了表征他们的消色差X射线透镜，科学家们在瑞士同步辐射光源使用了一条X射线光束线，还使用光刻技术来描述X射线光束，从而描述消色差透镜。这使得科学家们能够精确地探测到不同波长的X射线焦点的位置。他们还使用一种方法对新透镜进行了测试，这种方法将样品以小光栅步移过X射线束的焦点。当X射线束的波长改变时，用传统X射线透镜产生的图像变得非常模糊。然而，当使用新的消色差透镜时，这种情况就不会发生。使用消色差仪演示不同能量的STXM成像X射线束轮廓的演变，其能量用X射线照相术测量消色差透镜和单个FZP（能量范围从5.6keV到6.8keV）多色X射线聚焦模拟该研究成果已发表在近期的《自然通讯》上。文献链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-28902-8DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-022-28902-8

2016年1月7日，由中国科学院高能物理研究所为上海交通大学研制的高温超导磁透镜在上海完成了磁场测量，磁场分布结果满足设计要求，将用于电子显微镜的总装调试。　　电子显微镜是用于原子尺度超高时空分辨兆伏特电子衍射与成像系统，利用电子与物质作用所产生的讯号来鉴定微区域晶体结构、微细组织、化学成分、化学键结和电子分布情况的电子光学装置。用超导磁体做成的磁透镜来聚焦电子，是电子显微镜镜筒中的重要部件。　　互相支持高端科研仪器的研制是高能所与上海交大签订的战略合作内容之一，实验物理中心的超导磁体工程中心承担了具体工作。　　高温超导磁透镜是国际上首次用高温超导磁体作为电子显微镜的磁透镜，使用国产的高温超导带材绕制磁体，不用液氦或者液氮等低温介质，用一台脉管制冷机采取传导冷却的方式对磁体降温，最高工作温度约50K。采用高温超导技术，将提高电子显微镜的分辨率，减少整个设备的体积和重量，提高集成度。　　高温超导磁透镜也是高能所研制的第一台高温超导磁体，相关技术将促进我国高端电子显微镜仪器的研制。高温超导磁透镜磁场测量沿磁体轴线的磁场分布

仪器信息网讯 近日，瑞士保罗谢尔研究所(Paul Scherrer Institute,简称PSI) 的科学家开发了一种X射线显微镜的突破性光学元件——X 射线消色差透镜。这使得 X 射线束即使具有不同的波长也可以准确地聚焦在一个点上。对应成果于3月14日发表在科学杂志Nature Communications上，成果表示，新型X射线镜头将使使用 X 射线研究纳米结构变得更加容易；这种类型的X射线消色差仪将克服衍射光学和折射光学的色差限制，并为宽带X射线管光源在光谱学和显微镜中的新应用铺平道路。DOI: 10.1038/s41467-022-28902-8用于在微纳米尺度上无损研究物质内部结构和元素组成的X射线技术需要高性能的X射线光学系统。为此，在过去的十年中，人们开发了各种类型的反射、折射和衍射光学元件。衍射和折射光学元件已成为大多数高分辨率X射线显微镜的组成部分。然而，始终遭受固有色差的影响。到目前为止，这限制了它们在窄带辐射中的使用，从本质上说，这类高分辨率X射线显微镜仅限于高亮度同步辐射源。与可见光光学类似，解决色差的一种方法是将具有不同色散功率的聚焦光学和散焦光学结合起来。在这次新成果中，PSI科学实现了X射线消色差仪的首次成功实验，该消色差仪由电子束光刻和镀镍制作的聚焦衍射菲涅耳波带片（FZP）和3D打印双光子聚合制作的散焦折射透镜（RL）组成。利用扫描透射X射线显微镜（STXM）和光学显微镜，科学家演示了在宽能量范围内的亚微米消色差聚焦，而无需任何焦距调整。这种类型的X射线消色差仪将克服衍射光学和折射光学的色差限制，并为宽带X射线管光源在光谱学和显微镜中的新应用铺平道路。消色差镜头对于在摄影和光学显微镜中产生清晰的图像至关重要。它们确保不同颜色（即不同波长的光）具有共同的焦点。然而，迄今为止，X 射线还没有消色差透镜，因此只有单色 X 射线才能实现高分辨率 X 射线显微镜。在实践中，这意味着必须从 X 射线光束光谱中滤除所有其他波长，因此只能有效使用一小部分光，从而导致相对低效的图像捕获过程。由 3D 打印机创建的微结构：由 PSI 科学家开发的创新折射结构与衍射元件相结合，形成一个消色差 X 射线镜头，约一毫米长（或高，如图所示）。打开它的末端，就像一个微型火箭。它是由 3D 打印机使用特殊类型的聚合物创建的。该结构的图像由扫描电子显微镜拍摄。图片来源：Paul Scherrer Institute/Umut SanliPSI 科学家团队已通过成功开发用于 X 射线的消色差 X 射线透镜解决了以上问题。由于 X 射线可以揭示比可见光小得多的结构，创新的镜头将特别有利于微芯片、电池和材料科学等领域的研发工作。比可见光消色差更加复杂对于可见光，消色差透镜的应用已经超过200多年。但对于X 射线的消色差透镜直到现在才被开发出来，这一事实乍一看似乎令人惊讶。可见光的消色差透镜是由一对不同的材料组成，当可见光穿透第一种材料时，分散成不同光谱颜色（就像穿过传统的玻璃棱镜时一样），然后这些光谱再通过第二种材料时就会逆转这种分散效果，聚焦在一个点上。（在物理学中，分散不同波长的过程称为“色散”）消色差聚焦原理：散焦折射透镜（RL）的色度作为聚焦菲涅耳波带片（FZP）色度特性的校正器。b扫描电子显微镜（SEM）显示了通过电子束光刻和镍电镀制作的镍FZP，用于对比测量。c由四个堆叠抛物面组成的RL的SEM图像，使用双光子聚合光刻技术进行3D打印。d使用消色差作为聚焦光学元件的扫描透射X射线显微镜（STXM）和光学成像实验装置的草图。PSI 的X 射线纳米科学与技术实验室 X 射线光学与应用研究组负责人、物理学家 Christian David 解释说：“这种适用于可见光范围的基本原理在 X 射线范围内不再起作用。对于 X 射线，没有任何两种材料的光学特性能够在很宽的波长范围内足以抵消另一种材料的影响。换句话说，材料在 X 射线范围内的色散是太相似了。”两个原理而不是两种材料因此，科学家们没有将寻找答案放在在两种材料的组合中，而是探索将两种不同的光学原理联系在一起。“诀窍是要意识到我们可以在衍射透镜前面放置第二个折射透镜，”新研究的主要作者Adam Kubec说。Kubec 目前是 Christian David 小组的研究员，现在为 XRnanotech 工作，XRnanotech 是 PSI 在 X 射线光学研究过程中的一个衍生公司。“多年来，PSI 一直是 X 射线镜片生产的世界领导者，”David 说，“我们为全球同步加速器光源的 X 射线显微镜提供专门的透镜，称为菲涅耳波带片。” David 的研究小组使用已建立的纳米光刻方法来生产衍射透镜。然而，对于消色差透镜中的第二个元素——折射结构——需要一种新方法，这种方法最近才得以实现：微米级的 3D 打印。这最终使 Kubec 能够制作出一种类似于微型火箭的形状。使用消色差仪演示在不同能量下的 STXM 成像。a）使用消色差获得的图b 中所示的Siemens star样品的 STXM 图像，表明在最佳能量约 6.4 keV 的附近，消色差范围 1 keV。b) Siemens star 测试样品的 SEM 图像，外圈和内圈的径向线和间距 (L/S) 的宽度分别为 400 nm 和 200 nm，见红色箭头。c) STXM 的比较结果是使用消色差 (上) 和传统 FZP (下) 获得的能量范围为 6.0 keV 至 6.4 keV。虽然 FZP 图像的对比度随能量快速变化，但使用消色差获得的图像质量变化很小。潜在的商业应用新开发的镜头使得X射线显微镜实现了从研究应用到商业应用（例如工业）的飞跃。“同步加速器源产生如此高强度的 X 射线，以至于可以滤除除单个波长以外的所有波长，同时仍保留足够的光来产生图像，”Kubec 解释说。然而，同步加速器是大型研究设施。迄今为止，在工业界工作的研发人员被分配了固定的光束时间，在研究机构的同步加速器上进行实验，包括 PSI 的瑞士同步辐射光源 SLS。这种光束时间极其有限、昂贵，且需要长期规划。“行业希望在他们的研发过程中拥有更快的响应循环，”Kubec 说，“我们的消色差 X 射线镜头将在这方面提供巨大帮助：它将使工业公司可以在自己的实验室内操作紧凑型 X 射线显微镜。”PSI 计划与 XRnanotech 一起将这种新型镜头推向市场。Kubec 表示，他们已经与专门在实验室规模上建造 X 射线显微镜设施的公司建立了适当的联系。作为元件安装在瑞士同步辐射光源SLS上进行测试为了测试他们的消色差仪的性能，科学家们在将其作为聚焦光学元件安装在瑞士同步辐射光源SLS的cSAXS光束线上。其中一种方法是非常先进的 X 射线显微镜技术，称为 ptychography。“这种技术通常用于检测未知样本，”该研究的第二作者、Christine David 研究小组的物理学家、X 射线成像专家 Marie-Christine Zdora 说，“另一方面，我们使用 ptychography 来表征 X 射线束，从而表征我们的消色差透镜。” 这使科学家能够精确检测不同波长的 X 射线焦点的位置。他们还使用一种方法对新镜头进行了测试，该方法使样品以小光栅步长穿过 X 射线束的焦点。当改变 X 射线束的波长时，使用传统 X 射线镜头产生的图像会变得非常模糊。但是，在使用新的消色差镜头时不会发生这种情况。“当我们最终在广泛的波长范围内获得测试样品的清晰图像时，我们知道我们的镜头正在发挥作用，” Zdora高兴地说道。David 补充说：“我们能够在 PSI 开发这种消色差 X 射线镜头，并且很快将与 XRnanotech 一起将其推向市场，这一事实表明，我们在这里所做的这类研究将在很短的时间内实现实际应用。”

p　　将超表面透镜和MEMS技术相结合，或能为光学系统带来高速扫描和增强的聚焦能力。/pp　　目前，透镜技术在各个领域都获得了长足的发展，从数码相机到高带宽光纤，再到激光干涉仪引力波天文台 LIGO的仪器设备等。现在，利用标准的计算机芯片制造技术开发出了一种新的透镜技术，或将替代传统曲面透镜复杂的多层结构和几何结构。/pcenterimg alt="" src="http://07.imgmini.eastday.com/mobile/20180226/20180226155844_edbff27bad1f96d86a071f94afa52e29_1.jpeg" height="249" width="533"//centerp　　集成在MEMS扫描器上的基于超表面技术的平面透镜(超级透镜)，左图为扫描电镜图片，右图为光学显微成像图片。在MEMS器件上集成超级透镜，将有助于整合高速动态控制和精确波阵面空间控制优势，打造光控制新模型/pp　　与传统曲面透镜不同，基于超表面光学纳米材料的平面透镜相对更轻。当超表面亚波长纳米结构形成某种重复图纹时，它们便可以模仿能够折射光线的复杂曲度，但是体积更小，聚光能力更强，同时还能减少失真。不过，大部分这种纳米结构器件都是静态的，功能性有限。/pp　　据麦姆斯咨询报道，超级透镜技术开拓者——美国哈佛大学应用物理学家Federico Capasso，和MEMS技术早期开发者——美国阿尔贡国家实验室纳米制造和器件小组负责人Daniel Lopez，他们俩来了一番头脑风暴，为超级透镜增加了运动控制能力，例如快速扫描和光束控制能力，或将开辟超级透镜新应用。/pp　　Capasso和Lopez联手开发了一款器件，在MEMS上集成了中红外光谱超级透镜。他们将该研究成果发表在了本周的《APL Photonics》期刊上。/pp　　MEMS是一种结合微电子和微机械的半导体技术，在计算机和智能手机中可以找到，包括传感器、执行器和微齿轮等机械微结构。MEMS现在几乎无处不在，从智能手机到汽车安全气囊、生物传感器件以及光学器件等，MEMS可以借助典型计算机芯片中的半导体技术完成制造。/p

导 | 读 近期，瑞士IBM苏黎世研发中心的Colin博士和Swisslitho公司的Martin博士利用热扫描探针(T-SPL)纳米加工技术，配合干法蚀刻解决方案实现了相互作用微腔（两个相邻的光学微腔），并对微腔距离进行了控制，实现了两个微腔光场的相互作用。相关工作发表在Nature子刊 Scientific Report。 T-SPL纳米加工技术 热扫描探针(T-SPL)纳米加工技术是一种灰度刻蚀技术。与传统意义上的3D打印技术相比，3D模型以灰度图的形式呈现和加工，技术难度要比3D打印技术要小得多；而且，灰度刻蚀与标准微电子加工工艺，如沉积和蚀刻等直接兼容，因此具有广泛的应用前景。例如，在光学/光子学方面，它可以用来制造任意光学曲面、多模光波导，光子晶体以及高Q值的光学微腔。在量子光子学中，高Q因子意味着光损失小，单位模式中有更多的光量子。在电子光学上，可以用螺旋结构来将轨道角动量传递给自由电子。相比平面结构，三维结构具备更多的功能和更好的性能。 图1 T-SPL的原理 纳米加工技术对比 传统纳米加工技术中，电子束蚀刻(EBL)是目前先进的直写技术，也能够进行这种灰度的光刻。然而，当结构小于1微米时，电子束在光刻胶内的弛豫散射要计算，需要进行三维距离校正。聚焦离子束(FIB)同样可以用于灰度光刻。然而，由入射离子引起的表面注入，深度延伸可以超过数百纳米，并且需要进行复杂的计算实现临近校正。此外，由于事故的电离造成的损害，FIB加工过的表面对进一步处理非常敏感。此时，T-SPL技术的优势就突显出来了。 T-SPL纳米加工技术的应用 Colin博士利用T-SPL技术，制备了正旋波图形（图2a, b），螺旋相位板（图2c, d），凹透镜（图2e, f），16方格棋盘（图2g, h）。图形结果和设计匹配，棋盘实验中，台阶的高度仅为1.5nm。得益于闭环的直写算法，将每一次直写后探测的深度信息反馈并修正下一行的直写， T-SPL技术实现了纳米高精度的3D直写。图2 利用T-SPL技术制备各种微结构，图形结果和设计匹配 光子分子—双高斯凸透镜DBR光学微腔 Colin博士进一步设计了光子分子——双高斯凸透镜DBR光学微腔（图3）。在SiO2上刻蚀两个相邻的凹高斯透镜结构，并以此为模板制作了TaO5/SiO2布拉格反射镜（DBR）；利用发光染料作为增益介质制备在DBR中间形成法布里-珀罗（Fabry–Pérot）光学微腔，发光燃料层在结构部分形成高斯凸透镜，相邻两个凸透镜各自约束一路光场在DBR中形成谐振。 图3 光子分子的设计，制备和表征 通过加工多种不同间距的凸透镜对，Colin博士研究了不同距离下，两个谐振光场的耦合作用，以期实现基于交互强度控制的类腔阵列量子计算技术。T-SPL高精度3D纳米加工技术必将推动量子计算的研究向一个关键里程碑迈进。 参考文献：Control of the interaction strength of photonic molecules by nanometer precise 3D fabrication. Swisslitho公司荣获“瑞士产品奖” 2017年11月13日，Swisslitho公司因NanoFrazor 3D纳米直写设备（采用热扫描探针纳米加工技术）的研发和特优势获得“瑞士产品奖”。该奖项主要奖授予“具有特、高技术、高质量的、的产品创新能力，具有高价值，强大潜力的公司”。 图为Swisslitho公司团队于苏黎世市中心举行的颁奖典礼 相关产品及链接：1、NanoFrazor 3D纳米结构高速直写机：http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C226568.htm2、小型台式无掩膜光刻系统：http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C197112.htm

生命科学研究过程离不开各类科学仪器的帮助，仪器信息网特别策划话题：“生命科学技术平台经验分享” ，邀请高校、科研院所公共技术平台的老师分享技术心得和经验，方便生命科学领域研究人员了解相关技术进展，学习仪器使用方法。本篇为深圳湾实验室生物影像平台助理工程师黄诗娴供稿。本文详述了转盘共聚焦显微镜的技术原理和优势、历史沿革、功能和主要应用。点击图片了解更多技术1987年，BIO-RAD公司推出了第一台商业化的共聚焦显微镜。随着激光器技术等各类技术的快速发展，共聚焦显微成像技术更加成熟完备，开始广泛应用于生命科学、材料科学等各个方面。传统的激光点扫描共聚焦显微镜使用逐点扫描，虽然隔绝了非焦平面的杂散光信号，提高了成像分辨率及信噪比，但是成像速度较慢。其光电倍增管检测器PMT的光电转换效率也比较低，需要较强的激发光。为了解决快速变化过程的共聚焦检测问题，实现活细胞长时间成像，发展了转盘共聚焦显微镜（Spinning-disk Confocal Microscopy，SDCM），解决了传统激光点扫描共聚焦显微镜成像速度相对较慢以及光毒性较高的问题。转盘共聚焦显微镜历史沿革和技术优势转盘共聚焦显微镜的概念最早是在1968年由Petrán提出的，在20世纪90年代由日本Yokogawa Electric公司发明了其核心技术：双转盘专利技术。双转盘装置包含了两个同轴排列的转盘，上转盘是带有微透镜阵列的转盘，下转盘是放置在物镜像平面上的带有约20000个阿基米德螺旋状针孔的Nipkow转盘，针孔及微透镜的位置是一一对应的，两个转盘的间距为微透镜的焦距。显微镜工作时，入射光经过微透镜阵列聚焦到Nipkow转盘针孔上，经针孔隔除杂散光后照射在样本上，无需移动载物台或使用扫描振镜，双转盘可进行多点同步扫描，旋转双转盘即可实现对样本的完整扫描，大大提高了采集速度。使用微透镜阵列聚焦激发光，照明光的透射率从使用单Nipkow转盘的4%-6%增加到40%-60%，进一步降低激发光的强度，即使是荧光蛋白表达量非常低的活细胞也可以轻松成像。Yokogawa Electric公司设计了转盘式显微镜目前最先进的共聚焦扫描单元（Confocal Scanner Unit ，CSU）（图1），其CSU-X1转盘最高旋转速度为每分钟10000转，理论上最大帧率高达每秒2000帧。较慢的CSU-W1转盘转速也有4000转，成像速度最大可达200帧/秒，非常适用于快速变化过程检测。图1：Yokogawa转盘共聚焦扫描单元结构示意图（图片来源：Carl Zeiss Microscopy Online Campus）转盘共聚焦显微镜的主要优势之一是使用面阵相机进行成像。激光点扫描共聚焦系统的PMT检测器的量子效率较低，通常为30%-40%，而SDCM使用EMCCD或背照式sCMOS等相机作为探测器，可以具有更高的量子效率，从而降低激发光功率，大大降低了对样品的光漂白和光损伤。为了让相机尽可能多地收集光子，获取高质量图像，应选择高灵敏度的相机。EMCCD相机低噪声、高灵敏，曾经是转盘共聚焦显微系统的第一选择。而如今背照式sCMOS的量子效率可高达95%，且具有与EMCCD相当的灵敏度，其被使用率开始逐渐高于EMCCD相机。此外，背照式sCMOS具有低噪声、高帧率、高动态范围、高分辨率、大靶面的特点，而且功耗更低、集成度更高，成本更低。因此，在未来的发展中，背照式sCMOS有望成为更加主流的图像传感器，应用于各类显微成像技术中。总而言之，转盘共聚焦显微镜因为双转盘技术和高量子效率相机的组合，可以高速运行并且具有非常高的信噪比。转盘共聚焦显微镜主要功能及应用转盘共聚焦显微镜因其成像速度快，层切能力好等特点，常用于多通道荧光成像、拼图及三维成像，如多荧光通道全脑片成像，斑马鱼、透明化小鼠等大组织厚样本三维拼图成像等。转盘共聚焦显微镜可以配置单相机或多相机，配置多个激光器及对应的滤光片组，快速成像多个荧光标记的样本。通过移动电动载物台实现多视野拼图成像，为避免出现拼痕，需做好仪器放大倍数校正、阴影校正及光照均匀度校正等，同时配置合适的拼图软件模块，得到所需大图。通过上下移动物镜或者压电陶瓷载物台实现Z stack三维扫描，结合三维重构软件模块，得到所需三维图像或最大投影图等。因转盘共聚焦显微镜成像采集速度快及光毒性低等优点，非常适合于活细胞成像及活细胞长时程成像，检测信号快速变化过程及信号长时间变化过程，满足细胞动力学、发育生物学等多方面的研究需求。活细胞成像需在显微镜上配置细胞培养装置，提供适宜的培养环境。配置使激光器照明和相机成像达成微秒级别同步的实时控制器，以降低光漂白和光毒性，使细胞在复杂的试验中保持健康的状态。仪器在进行XYT、XYZT成像，甚至是结合多视野、拼图、超分辨的时间序列成像时，需要配置超稳定的锁焦系统使样本始终处于聚焦状态，如Olympus的Z轴漂移补偿系统IX3-ZDC2，Nikon的完美聚焦系统PFS等。进行多视野的时间序列成像时，需要配置高精度的电动载物台，或确保载物台位移精度在可接受范围内。当载物台位移精度较低时，移动到每个成像视野会有较明显的位置偏差，导致成像结果视频中观察的样本出现肉眼可见的抖动现象，高倍镜成像时会更加明显，影响数据查看及成像分析。同时结合相应的分析软件，获得所需活细胞及时间序列的成像分析结果。高内涵细胞成像与分析系统大多使用转盘共聚焦显微成像技术。高内涵细胞成像与分析系统需同时具备自动化高速显微成像功能及自动化图像定量分析功能，可对多个样品快速成像，并从图片中提取大量的数据信息。转盘共聚焦显微成像技术既可以快速地获取多孔板大量的图像数据，并且相较于宽场荧光显微镜而言具有更高的图像分辨率及信噪比，可以提供全自动、高速和高分辨率成像筛选的多种解决方案，能满足药物发现和高通量生物学中多种需求。此外，使用转盘共聚焦显微成像技术还能进行z轴扫描获取三维图像，例如对类器官、组织或3D肿瘤球等三维样本成像，从而进一步分析更多的生理学相关问题。转盘共聚焦显微镜上可以添加各类功能扩展模块，例如超分辨成像模块和光刺激模块等。可以在转盘共聚焦显微镜上添加超分辨成像模块，如Olympus的超分辨技术OSR，是对共聚焦荧光显微镜截止频率附近逐渐减弱的高频信号，进行空间放大的空间频率滤波器，称为OSR滤波器。SpinSR10的SoRa转盘中，在50um针孔盘下添加了微透镜阵列，进一步缩小光斑，提升3~6倍的照明亮度。其可对细胞内深达100微米的区域进行成像，使用常规荧光染料即可在120 nm的分辨率下，采集到各种活细胞样品亚细胞结构的超分辨率图像。还可以在转盘共聚焦显微镜上添加光刺激或光操作实验模块，可进行荧光漂白后恢复FRAP、荧光漂白后缺失FLIP、荧光漂白后定位FLAP、光活化与光转换PA&PC等实验。下一篇作者将根据深圳湾实验室生物影像平台管理经验介绍生物影像平台设备管理心得及未来可提升空间，敬请期待！作者简介黄诗娴，深圳湾实验室生物影像平台助理工程师，南方医科大学生物医学工程硕士，主要负责管理激光共聚焦显微镜、活细胞成像系统、玻片扫描系统等显微成像设备，负责相关设备的管理维护、培训考核、开放共享、成像技术开发等工作。会议预告：12月20-22日生物显微技术大会火热报名中点击图片报名报名链接：https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/swxw2023/

p　　南京理工大学学生团队研制出新型无透镜全息显微镜，这种中国人自己的新一代显微镜打破国外在该领域的垄断，成本仅为同类产品的百分之一!br//pp　　据南京理工大学官微消息，在第五届“互联网+”大学生创新创业比赛获金奖的队伍中，一支来自南京理工大学电光学院的学生团队strong研/strongstrong制出的新一代无透镜全息显微镜 /strong。/pp style="text-align: center"img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 450px height: 386px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201911/uepic/3524107b-4ffc-4b28-8fb9-e5101b28a382.jpg" title="1.jpg" alt="1.jpg" width="450" height="386" border="0" vspace="0"//pp style="text-align: center "img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201911/uepic/d4ba7539-616b-4805-8650-15fd7cc1ca01.jpg" title="2.jpg" alt="2.jpg" width="450" height="254" border="0" vspace="0" style="max-width: 100% max-height: 100% width: 450px height: 254px "//pp style="text-align: left "span　　/span观察细胞通常需要染色标记，无法同时实现大视场、高分辨观测，体积庞大、成本高昂，是当今显微镜存在的三大痛点。/pp style="text-align: center "img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201911/uepic/14ee853c-da52-4067-98d2-5a3836d97902.jpg" title="3.jpg" alt="3.jpg" width="450" height="485" border="0" vspace="0" style="max-width: 100% max-height: 100% width: 450px height: 485px "//pp　　该团队则突破痛点 ，创造出中国人自己的新一代显微镜。span style="text-align: center "　/spanspan style="text-align: center "　/span/pp　　新华社报道称，这种新一代无透镜全息显微镜打破国外在该领域的垄断，成本仅为同类产品的百分之一 。/pp　　strong中国人自己的新一代显微镜/strong/pp　　strong有多厉害?/strong/pp　　“CyteLive”是该团队研发出的新一代无透镜全息显微镜，不仅可以内置于培养箱，还是目前唯一 能够同时实现非染色、大视场、高分辨、长时间连续观察的显微镜产品，且售价远低于 进口产品。/pp　　“由于细胞是无色透明的，所以通常需要将细胞染色标记再观察。然而，这将损害甚至是杀死细胞，难以实现长时间连续观测。”团队负责人、电光学院博士研究生卢林芃说道。/pp　　团队利用定量相位成像技术，使CyteLive可以在无需对细胞进行任何染色标记的前提下，实现长达数天的连续观测，不仅细胞细节清晰可见，还能准确还原其三维影像，可谓“360度全方位无死角” 。/pp style="text-align: center "img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201911/uepic/1d944d2e-2443-4b71-ba19-7e2c61d0addb.jpg" title="4.jpg" alt="4.jpg" width="450" height="273" border="0" vspace="0" style="max-width: 100% max-height: 100% width: 450px height: 273px "//pp style="text-align: center "　　span style="color: rgb(0, 176, 240) "卢林芃在全国三强争夺赛/span/pp　　卢林芃介绍，传统显微镜镜头受到“物镜比例法则”的制约，大视场和高分辨率不可兼得。“CyteLive”抛弃了传统显微镜的光学镜头，只保留光源和传感器，实现了小型化和轻量化，单手即可托起 。/pp　　“strong它的体积仅有传统显微镜的0.8% ，/strong可直接放在细胞培养箱里进行活细胞箱内观察。”/pp style="text-align: center"img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 450px height: 338px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201911/uepic/44074baf-fcc5-4c06-9933-d1a65b7cc0de.jpg" title="5.jpg" alt="5.jpg" width="450" height="338" border="0" vspace="0"//pp style="text-align: center "　　span style="color: rgb(0, 176, 240) "卢林芃在全国三强争夺赛前一个人练习/span/pp　　CyteLive去除了复杂的机械调焦装置，通过先进的计算成像算法，把样品聚焦图像“算”出来，借助自适应超分辨成像技术，成像分辨率可突破至像素尺寸的三分之一，没有物镜却可以实现20倍物镜的成像水平。/pp　　strong无透镜成像技术造就了CyteLive超大的成像视场 ，单幅图像高达一亿像素，视场是传统显微镜的200倍 ，可同时观测10万个血细胞。/strong/pp style="text-align: center "img alt="" src="http://pic.rmb.bdstatic.com/5e074dcd0acc8950670a98d073aaf4109893.gif" width="600" height="427"//pp　　这是CyteLive观测到的海拉细胞(宫颈癌细胞)，单幅图像一亿像素，获得的视场是传统显微镜的200倍/pp　strong　据了解，目前，该型显微镜已经应用于江苏省人民医院、先声药业等机构。团队也与苏州飞时曼、江南永新等国内显微镜企业达成合作，实现商业化落地。/strong/pp style="text-align: center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201911/uepic/8d0a923b-73bc-4212-b530-f6b45502acea.jpg" title="7.jpg" alt="7.jpg"//pp　　对未来市场的进一步探索，团队满怀信心：“我们坚信，通过我们的不懈努力，不远的将来，中国制造的高科技显微镜也能在全世界大放异彩! ”br//p

2021年7月23日，第三届国际摄像头技术应用大会在深圳隆重开幕。会议聚焦垂直腔面发射激光器技术、光学镜头、摄像头、无人驾驶&感知技术。 岛津企业管理（中国）有限公司分析计测事业部市场部刘舟先生在“光学镜头技术应用”会场发表了《镜头的光学力学及异物表征评价》，他介绍了岛津仪器在光学镜头领域的整体解决方案，包括超小光学透镜，滤光片的透过反射率，镜头模组透过率，光学玻璃的力学性能评价，镜头异物及电路版的失效分析，异物分析。岛津分析计测事业部市场部刘舟先生 岛津自1875年创立以来始终坚持“以科学技术向社会做贡献”，不断钻研领先时代、满足社会需求的科学技术，开发生产具有高附加值的产品。岛津拥有丰富多样的分析检测设备，及完善的售后服务体系，可多方位应对光学镜头测试需求。

仪器信息网讯 2014年9月7日-12日，第18届国际显微学会议将在捷克共和国首都布拉格举行。该会议每4年举办一次，此次会议报告包括四个方面的主题：仪器及技术、材料科学、生命科学、交叉学科。其中仪器及技术专场下设了电子光学和光学元件、高分辨率TEM和STEM、超高分辨率光学显微镜和纳米显微成像、扫描电子显微镜等17个分会场。　　分会场1：电子光学和光学元件　　电子源和电子光学元件对显微镜的性能起着关键作用。该研讨会将关注所有类型的电子源，如脉冲源或光电发射源，以及高亮度枪、单色器、像差校正器、能量过滤器、基于新检测原理的检测器，分束器和偏转器，信号转换器等。　　分会场2：高分辨率TEM和STEM　　该研讨会涵盖像差校正、抑制漂移和不稳定性、镜筒屏蔽、离域问题、原子分辨率点缺陷、原子位置的测量、辐照损伤的证明与抑制、低剂量成像、成像模式的结合、STEM多通道检测等。　　分会场3：超高分辨率光学显微镜和纳米显微成像　　该研讨会聚焦于光学显微镜的前沿方法进展。包括PSF工程技术，4PI显微镜，受激发射损耗显微镜(STED)、随机光学重建显微镜(STORM)、光敏定位显微镜(PALM)等，以及采用类似原理的显微镜，如结构照明显微镜，近场光学显微镜，TIRF等。　　分会场4：扫描电子显微镜　　该研讨会将主要关注提升分辨率的方法，进行低能量甚至非常低的能量下的操作，多通道检测，以及包括FIB技术的数据采集、处理和可视化。另外，研讨会还涵盖能量/角度敏感探测器、传输模式、表面处理和原位处理，近场发射扫描电子显微镜等。　　分会场5：分析电子显微镜　　该研讨会将探讨通过分析技术，包括电子能量损失谱(EELS)、高分辨率元素分布、以及近边精细结构谱，可以使得TEM、STEM、SEM的背散射电子像、二次电子像、透射电子像以及前向散射电子像得到显著增强。　　分会场6：环境电镜　　该研讨会将探讨环境扫描电镜、环境透射电镜的各个方面，如加热、冷却、气体处理、电子束诱导沉积、刻蚀、蒸发的动力学现象、冷凝、熔化和凝固、气体中带电粒子束的行为、电子检测等，以及样品湿度控制及相关话题。　　分会场7：原位及冷冻显微技术　　该研讨会将关注在高温、强电场和强磁场条件下的原位实验，原位纳米压痕和变形，在电子、激光及其他辐照条件下观察动态现象，以及相关的仪器。另外，TEM，STEM和SEM在低温及超低温度下，冷冻阶段所涉及的各方面问题，如表面凝结，原位低温压裂和切割，局部温度的测量等也将被关注。　　分会场8：超快显微技术　　该研讨会将专门关注利用时间分辨显微技术，飞行时间技术观察动态现象，飞秒激光的应用、光发射电子显微镜(PEEM)和低能电子显微术(LEEM)中的同步加速器、4D成像、用于像差校正的时间分辨成像，基于电子计数和超快采集的二维图像技术等。　　分会场9：电子衍射技术　　该研讨会将关注会聚束电子衍射(CBED)、纳米束衍射(NBD)、旋进电子衍射(PED)和时间分辨电子衍射方法及应用，以及EBSD的所有相关内容。　　分会场10：电子断层成像　　该研讨会关注先进技术包括：断层成像的新图像模式、用于定量和准确度重建的新算法、以及破坏性和非破坏性成像技术。　　分会场11：电子全息成像及lens-less成像　　除了传统的电子显微镜成像方法，研讨会还将关注离轴和在线全息技术，原子分辨率级的全息术，相位移和微弱信号的测量，洛伦兹电镜和相差显微镜。其他还将关注相位恢复和图像重构算法的进展、全息技术的应用、X-ray spectro-holography、低能电子点源显微镜、少透镜光学显微镜、数字全息显微镜和光学相干断层扫描。　　分会场12：表面显微技术　　该研讨会的核心主题是基于阴极物镜的超高压表面电镜技术和仪器。这包括LEEM，镜式电子显微镜、各种模式的PEEM(UV-PEEM，激光PEEM，同步加速器辐射XPEEM)，具有磁性或化学敏感性的电镜，以及其他场发射电镜等，重点关注高空间分辨率和光谱分辨率。　　分会场13：聚焦离子束显微镜及技术　　该研讨会探讨的内容将包括离子源(镓，氙等)，离子光学器件，二次离子质谱法(SIMS)，注气系统(GIS)，三维聚焦离子束断层扫描和化学分析，微加工和样品制备，生物材料的聚焦离子束分析，离子/固体相互作用，以及新的应用和仪器。　　分会场14：扫描探针显微镜和近场显微镜　　该研讨会将探讨扫描探针仪器和方法，STM、SFM、MFM和SPM的应用，使用SPM作为操纵纳米结构或加工的工具，近场电子显微技术和近场光学显微技术的结合等。　　分会场15：X射线、中子和其他显微技术　　该研讨会将探讨X射线光学、X射线显微学和成像、相位衬度成像、光谱成像、傅里叶变换全息方法、中子束等。　　分会场16：电镜理论和模拟　　基于计算机的分析和模拟工具是该研讨会的主题，将包括用于电子光学的CAD的各个方面，如物理原理、算法、计算机模拟软件、扫描电镜成像过程的完整模拟，以及透射电镜图像模拟。　　分会场17：原子探针和非传统的微量分析任务　　该研讨会将探讨微量分析的非传统解决方案以及新型微量分析工具。另外将探讨原子探针层析技术的原理、仪器及实验操作。（编译：秦丽娟）

白内障指眼球内晶状体混浊，眼睛就像蒙上一层霭，致使视力模糊的一种疾病。通常治疗方式会采用外科手术摘除混浊的晶状体，但患者需要佩戴很厚的眼镜或隐形眼镜。近年来，越来越多的白内障手术在摘除晶状体后，会植入直径约6 mm的眼内透镜。眼内透镜会长年保留在眼内，因此，需要严格把控眼内透镜的材质纯度。此次实验测定了常用的丙烯材料眼内透镜中的6种成分。 表1. 成分名称和眼内透镜作用 图1. 混合样品（成分A与成分D浓度为100 mg/L，其他成分为10 mg/L）色谱图 表2. 测定条件 表3. 流动相梯度程序 图2. 样品制备步骤ü　使用梯度分析法，成功实现丙烯材料眼内透镜中的6种成分的分离。 ü　成分D具有宽分子量分布，可检测到3个峰。ü　制备各成分浓度分别为1, 10, 20, 40 mg/L的样品，得到的线性均为1.000。关于日立液相色谱仪的详情，请见链接：https://www.instrument.com.cn/netshow/SH102446/Product-C0102-0-0-1.htm关于日立高新技术公司：日立高新技术公司，于2013年1月，融合了X射线和热分析等核心技术，成立了日立高新技术科学。以“光”“电子线”“X射线”“热”分析为核心技术，精工电子将本公司的全部股份转让给了株式会社日立高新，因此公司变为日立高新的子公司，同时公司名称变更为株式会社日立高新技术科学，扩大了科学计测仪器领域的解决方案。日立高新技术集团产品涵盖半导体制造、生命科学、电子零配件、液晶制造及工业电子材料，产品线更丰富的日立高新技术集团，将继续引领科学领域的核心技术。

光学显微镜至今已有三百多年的历史，从观察细胞的初代显微镜发展到如今打破分辨率极限的超分辨显微镜。近年来，生命科学领域蓬勃发展，对显微成像技术不断产生新的需求，光学显微镜不断向更高分辨率、快速成像、3D成像等高端技术方向发展。我国高端光学显微镜市场长期处于被国外产品垄断的局面，许多关键核心部件依赖进口。令人欣喜的是，近五年来，市场上涌现出多种国产高端光学显微镜，包括超分辨显微镜、双光子显微镜、共聚焦显微镜、光片显微镜等，逐渐打破当前市场格局。基于此，仪器信息网特别制作“破局：国产高端光学显微镜技术‘多点开花’”专题，并向国产光学显微镜企业广泛征稿（投稿邮箱：lizk@istrumen.com.cn)。 本篇为北京世纪桑尼科技有限公司（以下简称“世纪桑尼”）投稿，作者重点从共聚焦技术角度叙述了共聚焦显微镜的发展现状，世纪桑尼共聚焦成像模块产品是最早的国产共聚焦商业化产品之一。仪器信息网：请回顾一下贵公司光学显微镜技术的发展历程。近20年中国的激光加工产业发展迅猛，增速全球领先，而且绝大部分部件都已经实现国产化，形成了国内供应链，这是我国所有激光相关企业共同努力的结果，也是中国强国梦的基础。北京世纪桑尼科技有限公司成立于2001年，一直致力于激光扫描振镜及控制系统的研发生产，是国内最早开发同类产品的高科技企业，打破了同类产品完全依赖进口的局面，产品被广泛应用于激光加工、激光医疗、激光演示等各个领域。2002年公司推出了第一代CS系列扫描振镜产品——扫描振镜是控制光束（主要是激光）高速地、精确地扫描样品的器件，主要应用在激光打标。激光打标系统和共聚焦扫描成像相比，仅是少了荧光返回分离和检测单元。2014年，经过在激光打标领域的多年积累，我司正式立项开发共聚焦扫描成像系统。第一个项目是阵列（多点）扫描共聚焦成像系统SUNNY ASM，于2015年中完成开发，并于当年年底完成第一台销售。图1 ASM与Zeiss LSM780联用为什么第一个项目选择看似更高端（至少从国外产品对比来说，多点扫描共聚焦是当时最贵的）的阵列扫描共聚焦？因为阵列扫描共聚焦使用的是EMCCD或sCMOS这样的相机成像，开发时只需要将相机的曝光和振镜的扫描做好同步就可以使系统正常工作，甚至是很好地工作，相对来说比较简单。而对于单点扫描共聚焦成像系统来说，还需要涉及到信号转换电路和图像软件的开发——这两点我们直到今天也仍然在优化，以使产品性能更上一层楼。2017年，我司立项单点扫描共聚焦成像系统。2018年初完成样机试制，并于7月份在兰州大学生科院做了第一次演示：当时用的是老师自己的IX71倒置显微镜，只有7：3的分光，但我们拍的线虫肌动蛋白仍然非常清晰。图2 线虫肌动蛋白，100X物镜2019年，我们在广西大学完成了第一台CSIM 100共聚焦扫描成像系统的销售，至今已有7套系统/模块的销售。我们可以为已经采购了研究级显微镜的单位配套CIM共聚焦模块及激光器、配套的控制软件，升级为一套完整的共聚焦显微镜，满足研究人员对共聚焦显微镜的需求，又大大降低了科研经费的投入，这也是我们开发这套系统的初衷。这样的系统我们目前已经完成了几个单位，系统操作方便实用、图片质量不逊色于国外大品牌产品，得到了用户的良好反馈。仪器信息网：当前贵公司主推的产品和技术有哪些。贵公司在高端光学显微镜方面有哪些独具优势的技术？ 当前，我司在生物成像领域主推的产品是CSIM 100/110共聚焦扫描成像系统，后续的工作除了继续优化系统性能、丰富软件功能外，我们也在开发我们自己的超分辨系统，基于环形光束替代高斯光束方法的超分辨技术。共聚焦成像系统是一个光、机、电一体化的工程，要做好共聚焦产品，需要在这三方面同时都做好，不能有短板。否则，做出来的产品只是能用，能动起来完成基本的扫描成像，但得到的图像无法满足实际的应用需求，更不用说追求更好的图像质量了。另外，不管是国外还是国内，第一家做出共聚焦成像系统产品的从来都不是传统的光学显微镜公司，尽管显微镜公司在光学和机械方面一直有着巨大的技术优势。从这里可以看出，电，尤其是高质量的信号转换电路才是开发出一款共聚焦产品的关键，而我司拥有二十年的振镜电机、驱动电路和控制技术的开发制造经验，在电方面有巨大的优势。相对来说，我司在高端光学显微镜（主要指共聚焦）方面的技术优势主要有两点：1、光路结构方面：利用光路可逆性原理，激光和荧光相向穿过同一个针孔，使激发与成像在任何时候都严格共轭，始终保持100%的样品信号采集率；光路稳定性高，免维护。2、自主开发了信号转换放大电路。相对传统共聚焦使用的跨阻放大电路，我们的信号转换放大电路拥有更高的信号转换效率、更低的背景噪声、更宽的动态范围。仪器信息网：您如何看待国产光学显微镜生产商和进口品牌厂商的差距（请结合具体产品回答）？国产高端光学显微镜发展还面临哪些问题？激光扫描共聚焦显微镜是二十世纪80年代发展起来的一项具有划时代的高科技产品 ，它是在荧光显微镜成像基础上加装了激光扫描装置，在反射光 的光路上加上了一块半反半透镜 ，将已经通过透镜的反射光折向其它方向，在其焦点上有一个带有针孔的挡板，小孔就位于焦点处，挡板后面是一个光电倍增管 。利用计算机进行图像处理，把光学成像的分辨率提高了30%--40%，使用紫外或可见光激发荧光探针 ，从而得到细胞或组织内部微细结构的荧光图像。其中光电倍增管探测器是很重要的组成部件，是日本滨松公司生产的，国内还没有成熟的同类产品可以替代，相关企业的产品正处于研发阶段，我们也在密切关注。物镜的性能，主要是数值孔径、消色差等级、平场性能和透光率等方面都还有不小的差距，但如果仅限于应用最广泛的可见光波段，差距已经不大了，至少用共聚焦拍一般的荧光图像，无法仅从图像上分辨哪个是国产拍的、哪个是进口产品拍的。国产高端光学显微镜的发展，最大的问题是用户对国产高端仪器的认可度不足。跑市场，经常能听到这么一句话：“买国产产品出了问题或不能满足要求，做决策的老师就要负责任；买进口产品出了问题，则认为这是目前技术水平的极限，和老师无关。”甚至今年都还有一些省份的政府和专家出面论证，某些仪器只建议采购进口产品。这让我们感到很困惑，难道进口产品都是一个水平、一个档次，就没有高端和低端的区别？低端产品就一定比国产产品好?是否做过对比？如何做的对比，还是只是闭门谈论？产品出现问题，国产产品会被认为质量不行，进口产品则是自己运气不好，在这样的情况下，用户对设备各方面的认识还有待提高，不要被销售人员误导。以上这些，对于国产厂商都是需要去面临和亟待解决的问题。更好地支持国产仪器发展，第一，要靠政策的引导，如科研单位采购国产设备退税就是非常好的政策，希望能够进一步细化，目前退税只退到学校，而不是课题组，对于课题组来说采购成本并没有减少。采购进口设备时，则只需要按免税价格报价。第二，要有权威的检验检测结论。第三，要进行技术和功能利用追踪——例如，招标参数强调了1nm的光谱分辨率，那么在该设备运行期间，这个功能有多少的使用率，出了多少成果。仪器信息网: 您认为，未来几年高端光学显微镜的技术趋势和热点市场需求有哪些？贵公司未来产品技术发展规划是怎样的？超分辨、共聚焦、宽场显微镜大体对应了前沿实验、成熟实验和基本实验，共聚焦成像应该有更广泛的使用面。然而，国外共聚焦显微镜产品的价格仍然“高高在上”，这阻碍了共聚焦成像技术帮助科研人员提升实验水平。未来，降低采购费用和使用成本必将是共聚焦产品的发展趋势。从技术来看，分辨率更高、灵敏度更好、成像速度更快一直都是显微镜的追求，未来的发展大概也会如此。但受限于元器件的发展，未来短期内可能会在通过反卷积计算和人工智能来提高图像的分辨率、信噪比方面有更快的发展。目前光学显微镜市场热点有两点：一、超分辨和活细胞成像，需求主要在经费充足的、已经购买一台或多台共聚焦显微镜的实验室或中心平台；二、单点扫描共聚焦成像系统，降低采购成本，尽可能地满足一般实验室需求。世纪桑尼未来发展希望能够填补国内空白、逐步替代进口产品。依托公司现有的产品和技术实力，研发多通道共聚焦模块、超分辨共聚焦系统、双光子共聚焦系统，为广大的科研人员提供高端实用的分析仪器。国家的强大需要高科技产业的发展，需要拥有自主知识产权的仪器设备，需要培养更多的科研人才，这是我们作为中关村高新技术企业的社会责任，我们义不容辞。

20世纪以来，微纳米科技作为一个新兴科技领域发展迅速，当前，纳米科技已经成为21 世纪前沿科学技术的代表领域之一，发展作为国家战略的纳米科技对经济和社会发展有着重要的意义。纳米材料结构单元尺寸与电子相干长度及光波长相近，表面和界面效应，小尺寸效应，量子尺寸效应以及电学，磁学，光学等其他特殊性能、力学和其他领域有很多新奇的性质，对于高性能器件的应用有很大潜力。具有新奇特性纳米结构与器件的开发要求开发出具有更高精度，多维度，稳定性好的微纳加工技术。微纳加工工艺范围非常广泛，其中主要常见有离子注入、光刻、刻蚀、薄膜沉积等工艺技术。近年来，由于现代加工技术的小型化趋势，聚焦离子束（focused ion beam，FIB）技术越来越广泛地应用于不同领域中的微纳结构制造中，成为微纳加工技术中不可替代的重要技术之一。FIB是在常规离子束和聚焦电子束系统研究的基础上发展起来的，从本质上是一样的。与电子束相比FIB是将离子源产生的离子束经过加速聚焦对样品表面进行扫描工作。由于离子与电子相比质量要大的非常多，即时最轻的离子如H+离子也是电子质量的1800多倍，这就使得离子束不仅可以实现像电子束一样的成像曝光，离子的重质量同样能在固体表面溅射原子，可用作直写加工工具；FIB又能和化学气体协同在样品材料表面诱导原子沉积，所以FIB在微纳加工工具中应用很广。本文主要介绍FIB技术的基本原理与发展历史。离子源FIB采用离子源，而不是电子束系统中电子光学系统电子枪所产生的加速电子。FIB系统以离子源为中心，较早的离子源由质谱学与核物理学研究驱动,60年代以后半导体工业的离子注入工艺进一步促进离子源开发，这类离子源按其工作原理可粗略地分为三类:1、电子轰击型离子源，通过热阴极发射的电子，加速后轰击离子源室内的气体分子使气体分子电离，这类离子源多用于质谱分析仪器，束流不高，能量分散小。2、气体放电型离子源，由气体等离子体放电产生离子，如辉光放电、弧光放电、火花放电离子源，这类离子源束流大，多应用于核物理研究中。3、场致电离型离子源是利用针尖针尖电极周围的强电场来电离针尖上吸附的气体原子，这种离子源多应用于场致离子显微镜中。除场致电离型离子源外，其余离子源均在大面积空间内（电离室）生成离子并由小孔引出离子流。故离子流密度低，离子源面积大，不适合聚焦成细束，不适合作为FIB的离子源。20世纪70年代Clampitt等人在研究用于卫星助推器的铯离子源的过程中开发出了液态金属离子源（liquid metal ion source,LMIS）。图1：LMIS基本结构将直径为0.5 mm左右的钨丝经过电解腐蚀成尖端直径只有5-10μm的钨针，然后将熔融状态的液态金属粘附在针尖上，外加加强电场后，液态金属在电场力的作用下形成极小的尖端（约5 nm的泰勒锥），尖端处电场强度可达10^10 V/m。在这样高电场作用下，液尖表面金属离子会以场蒸发方式逸散到表面形成离子束流。而且因为LMIS发射面积很小，离子电流虽然仅有几微安，但所产生电流密度可达到10^6/cm2左右，亮度在20μA/Sr左右，为场致气体电离源20倍。LMIS研究的问世，确实使FIB系统成为可能，并得到了广泛的应用。LMIS中离子发射过程很复杂，动态过程也很复杂，因为LMIS发射面为金属液体，所以发射液尖形状会随着电场和发射电流的不同而改变，金属液体还必须确保不间断地补充物质的存在，所以发射全过程就是电流体力学和场离子发射相互依赖和相互作用的过程。有分析表明LMIS稳定发射必须满足三个条件：（1）发射表面具有一定形状，从而形成一定的表面电场；（2）表面电场足以维持一定的发射电流与一定的液态金属流速；（3）表面流速足以维持与发射电流相应的物质流量损失，从而保持发射表面具有一定形状。从实用角度，LMIS稳定发射的一个最关键条件：制作LMIS时保证液态金属与钨针尖的良好浸润。由于只有将二者充分持续地粘附在一起，才能够确保液态金属很好地流动，这一方面能够确保发射液尖的形成，同时也能够确保液态金属持续地供应。实验发现LMIS还有一些特性：（1） 存在临界发射阈值电压。一般在2 kV以上；电压超过阈值后，发射电流增加很快。（2） 空间发射角较大。离子束的自然发射角一般在30º左右；发射角随着离子流的增加而增加；大发射角将降低束流利用率。（3） 角电流密度分布较均匀。（4） 离子能量分散大（色差）。离子能散通常约为4.5 eV,能散随离子流增大而增大，这是由于离子源发射顶端存在严重空间电荷效应所致。由于离子质量比电子质量大得多，同一加速电压时离子速度比电子速度低得多，离子源发射前沿空间电荷密度很大，极高密度离子互斥，造成能量高度分散。减小色差的一个最有效的办法是减小发射电流，但低于2uA后色差很难再下降，维持在4.5eV附近。继续降低后离子源工作不稳定，呈现脉冲状发射。大能散使离子光学系统的色差增加，加重了束斑弥散。（5） LMIS质谱分析表明，在低束流（≤ 10 μA）时，单电荷离子几乎占100%；随着束流增加，多电荷离子、分子离子、离子团以及带电金属液滴的比重增加，这些对聚焦离子束的应用是不利的。以上特性表明就实际应用而言,LMIS不应工作在大束流条件下，最佳工作束流应小于10μA,此时，离子能量分散与发散角都小，束流利用率高。LMIS最早以液态金属镓为发射材料，因为镓熔融温度仅为29.8 ºC，工作温度低，而且液态镓极难挥发、原子核重、与钨针的附着能力好以及良好的抗氧化力。近些年经过长时间的发展，除Ga以外，Al、As、Au、B、Be、Bi、Cs、Cu、Ge、Fe、In、Li、Pb、P、Pd、Si、Sn、U、Zn都有报道。它们有的可直接制成单质源；有的必须制成共熔合金（eutectic alloy），使某些难熔金属转变为低熔点合金，不同元素的离子可通过EXB分离器排出。合金离子源中的As、B、Be、Si元素可以直接掺杂到半导体材料中。尽管现在离子源的品种变多，但镓所具有的优良性能决定其现在仍是使用最为广泛的离子源之一，在一些高端型号中甚至使用同位素等级的镓。FIB系统结构聚焦离子束系统实质上和电子束曝光系统相同，都是由离子发射源，离子光柱，工作台以及真空和控制系统的结构所构成。就像电子束系统的心脏是电子光学系统一样，将离子聚焦为细束最核心的部分就是离子光学系统。而离子光学与电子光学之间最基本的不同点：离子具有远小于电子的荷质比，因此磁场不能有效的调控离子束的运动，目前聚焦离子束系统只采用静电透镜和静电偏转器。静电透镜结构简单，不发热，但像差大。图2:聚焦离子束系统结构示意图典型的聚焦离子束系统为两级透镜系统。液态金属离子源产生的离子束，在外加电场( Suppressor) 的作用下，形成一个极小的尖端，再加上负电场( Extractor) 牵引尖端的金属，从而导出离子束。第一，经过第一级光阑后离子束经过第一级静电透镜的聚焦和初级八级偏转器对离子束的调节来降低像散。通过一系列可变的孔径（Variable aperture），可以灵活地改变离子束束斑的大小。二是次级八极偏转器使得离子束按照定义加工图形扫描加工而成，利用消隐偏转器以及消隐阻挡膜孔可以达到离子束消隐的目的。最后，通过第二级静电透镜，离子束被聚焦到非常精细的束斑，分辨率可至约5nm。被聚焦的离子束轰击在样品表面，产生的二次电子和离子被对应的探测器收集并成像。离子与固体材料中的原子碰撞分析作为带电粒子，离子和电子一样在固体材料中会发生一系列散射，在散射过程中不断失去所携带的能量最后停留在固体材料中。这其中分为弹性散射和非弹性散射，弹性散射不损失能量，但是改变离子在固体中的飞行方向。由于离子和固体材料内部原子质量相当，离子和固体材料之间发生原子碰撞会产生能量损失，所以非弹性散射会损耗能量。材料中离子的损失主要有两个方面的原因，一是原子核的损失，离子与固体材料中原子的原子核发生碰撞，将一部分能量传递给原子，使得原子或者移位或者与固体材料的表面完全分离，这种现象即为溅射，刻蚀功能在FIB加工过程中也是靠这种原理来完成。另一种损失是电子损失：将能量传递给原子核周围的电子，使这些电子或被激发产生二次电子发射，或剥离固体原子核周围的部分电子，使原子电离成离子，产生二次离子发射。离子散射过程可以用蒙特卡洛方法模拟，具体模拟过程与电子散射过程相似。1.由原子核微分散射截面计算总散射截面，据此确定离子与某一固体材料原子碰撞的概率；2.随机选取散射角与散射平均自由程，计算散射能量的核损失与电子损失；3.跟踪离子散射轨迹直到离子损失其全部携带能量，并停留在固体材料内部某一位置成为离子注入。这一过程均假设衬底材料是原子无序排列的非晶材料且散射具有随机性。但在实践中，衬底材料较多地使用了例如硅单晶这种晶体材料，相比之下晶体是有晶向的，存在着低指数晶向，也就是原子排列疏密有致，离子一个方向“长驱直入”时穿透深度可能增加几倍，即“沟道效应”（channeling effect）。FIB的历史与现状自1910年Thomson发明气体放电型离子源以来，离子束已使用百年之久，但真正意义上FIB的使用是从LMIS发明问世开始的，有关LMIS的文章已做了简单介绍。1975年Levi-Setti和Orloff和Swanson开发了首个基于场发射技术的FIB系统，并使用了气场电离源（GFIS）。1975年：Krohn和Ringo生产了第一款高亮度离子源：液态金属离子源，FIB技术的离子源正式进入到新的时代，LMIS时代。1978年美国加州的Hughes Research Labs的Seliger等人建造了第一套基于LMIS的FIB。1982年 FEI生产第一只聚焦离子束镜筒。1983年FEI制造了第一台静电场聚焦电子镜筒并于当年创立了Micrion专注于掩膜修复用聚焦离子束系统的研发,1984年Micrion和FEI进行了合作,FEI是Micrion的供应部件。1985年 Micrion交付第一台聚焦离子束系统。1988年第一台聚焦离子束与扫描电镜(FIB-SEM)双束系统被成功开发出来，在FIB系统上增加传统的扫描电子显微系统，离子束与电子束成一定夹角安装，使用时试样在共心高度位置既可实现电子束成像，又可进行离子束处理，且可通过试样台倾转将试样表面垂直于电子束或者离子束。到目前为止基本上所有FIB设备均与SEM组合为双束系统，因此我们通常所说的FIB就是指FIB-SEM双束系统。20世纪90年代FIB双束系统走出实验室开始了商业化。图3:典型FIB-SEM 双束设备示意图1999年FEI收购了Micrion公司对产品线与业务进行了整合。2005年ALIS公司成立，次年ZEISS收购了ALIS。2007年蔡司推出第一台商用He+显微镜，氦离子显微镜是以氦离子作为离子源，尽管在高放大倍率和长扫描时间下它仍会溅射少量材料但氦离子源本来对样品的损害要比Ga离子小的多，由于氦离子可以聚焦成较小的探针尺寸氦离子显微镜可以生成比SEM更高分辨率的图像，并具有良好的材料对比度。2011年Orsay Physics发布了能够用于FIB-SEM的Xe等离子源。Xe等离子源是用高频振动电离惰性气体，再经引出极引出离子束而聚焦的。不同于液态Ga离子源,Xe等离子源离子束在光阑作用下达到试样最大束流可达2uA,显著增强FIB微区加工能力，可以达到液态Ga离子FIB加工速度的50倍，因此具有更高的实用性，加工的尺寸往往达到几百微米。如今FIB技术发展已经今非昔比，进步飞快，FIB不断与各种探测器、微纳操纵仪及测试装置集成，并在今天发展成为一个集微区成像、加工、分析、操纵于一体的功能极其强大的综合型加工与表征设备，广泛的进入半导体行业、微纳尺度科研、生命健康、地球科学等领域。参考文献：[1]崔铮. 微纳米加工技术及其应用(第2版)(精)[M]. 2009.[2]于华杰, 崔益民, 王荣明. 聚焦离子束系统原理、应用及进展[J]. 电子显微学报, 2008(03):76-82.[3]房丰洲, 徐宗伟. 基于聚焦离子束的纳米加工技术及进展[J]. 黑龙江科技学院学报, 2013(3):211-221.[3]付琴琴, 单智伟. FIB-SEM双束技术简介及其部分应用介绍[J]. 电子显微学报, 2016, v.35 No.183(01):90-98.[4]Reyntjens S , Puers R . A review of focused ion beam applications in microsystem technology[J]. Journal of Micromechanics & Microengineering, 2001, 11(4):287-300.

仪器信息网讯 2021年4月10日，“北京市2021年度激光共焦及超高分辨显微学学术研讨会”在北京召开。会议由北京市电镜学会主办，北京理化分析测试技术学会协办，会议旨在推动北京市及周边省市激光共焦超高分辨显微学的进步和发展，提高广大相关工作者的学术及技术水平，促进上述学科在生命科学等领域中的应用。150余名光学高分辨显微学领域国内专家学者、青年科技工作者，及相关仪器厂商代表慕名参会。会议现场“铁打的”进口品牌，悄然崛起的国产技术本次参会，从专家报告分享到会见交流，都给笔者留下一个印象——国产仪器技术正在逐渐崛起。以下笔者整理了仪器信息网参加的近六届“北京市年度激光共焦及超高分辨显微学学术研讨会”（2020年度因新冠疫情停办一次）仪器技术相关报告情况，从仪器技术分享报告数量来看（含仪器技术研究与商业化技术），近六年来，进口品牌变化不大，而国产技术已在悄然崛起。谈应用：市场需求大 超分辨荧光成像解决的科学问题还比较有限中国科学院动物研究所财务资产部资产管理办公室主任王荣荣分享了动物所在激光共聚焦超高分辨显微镜等技术支撑下的科研创新情况。其影像学平台主要提供光学成像类分析测试服务，先进的设备可满足XY分辨率从50nm-500nm的成像需求，专业团队可提供从分析测试到后期图像处理、定量计算的整套解决方案。据介绍，影像学平台配置有结构光照明、激光扫描共聚焦显微镜、双光子显微镜等成像要求设备17套，目前处于饱和运行，接下来还有很大采购需求。在这些设备支持下，平台支持的许多科研成果发表在《Cell Research》、《PNAS》、《Cell Stem Cell》等国际高水平期刊上。中国科学院生物物理研究所王晋辉研究员分享了光学成像技术在示踪大脑记忆细胞方面的应用，以小鼠大脑成像进行研究，对小鼠的胡须、嗅觉，及尾巴进行温度刺激，研究表明，多个相关信号是联合捕获的，大脑会集成和存储这些相关信号，且信号间可相互检索，联想记忆是认知和感情的基础。且联想记忆相关的脑细胞可以对多个相关信号的存储进行编码，可以接受多种来源突触神经的支配。中国农业大学傅静雁教授分享了团队利用超分辨显微技术解析中心体骨架蛋白装配的研究进展。如何重建中心体以满足细胞的需求？基于组装中心体蛋白质动态3D形态的目标，其团队利用系列超高分辨显微技术研究了中心中心体蛋白质的3D结构及形成过程。分别利用3D-SIM技术（120nm分辨）研究得出中心体的分层模型，及中心体蛋白动态装配顺序；进一步利用STED技术（50nm分辨率）研究得出中心体核心蛋白空间分布；接着，利用Expansion microscopy+3D-SIM技术（30nm分辨率）最终研究得出中心体九轴对称的分子基础结构。谈仪器技术之“铁打的”进口品牌：新技术百花齐放徕卡显微系统邢斯蕾介绍了徕卡去年推出的STELLARIS共聚焦平台。与以往平台相比，STELLARIS性能显著增强。蓝-绿波段的灵敏度增强（PDE 55%）提升了最常用光谱的检测限值和动态范围。集成式TauSense是基于荧光寿命而无需增加额外专用硬件的创新成像模式。能够让研究者区分特异性的荧光信号和多余的自发性荧光，从而改善最终图像的质量并通过光谱分离技术将原先无法分离的荧光分离出来。Andor（牛津仪器）王坤主要介绍了其多模式共聚焦显微成像系统Dragonfly，其核心功能是多点高速，高灵敏度共聚焦成像，其采集速度比普通点扫描共聚焦技术快至20倍。另外采用高分辨，高灵敏的探测器，有效减少活细胞成像的光毒性及光漂白，同时也适合于固定样品的高分辨快速三维成像。据介绍，该产品推出以来已经实现全球装机200台，中国装机50台。卡尔蔡司吕冰洁介绍了其去年推出的全新Lattice Light Sheet晶格层光显微镜——Lattice Lightsheet 7，该产品基于Ernst H.K. Stelzer教授在德国海德堡欧洲分子生物学实验室，以及诺贝尔奖获得者Eric Betzig教授在美国霍华德休斯医学研究所Janelia研究园区对于光片技术开创性的研究成果。该产品具有非常低的光毒性，从而能长时间以亚细胞分辨率观察细胞及微小生物体的3D动态过程。配置以环境温控系统以及稳定的光学设计，该产品能帮助研究人员连续观察活体样本数小时，甚至数天。奥林巴斯王咏婕主要介绍了其NoviSight 3D分析软件带来的共聚焦显微凸显分析新方法。该软件特别适合对多孔板多细胞球等标本在复杂的3D范围内进行数据分析。具有精准快速的3D检测、简单便捷的分类分析、数据图片实时联动、与多种共聚焦兼容等特点。上海仁科生物黎瑜辉介绍了美国3i光片显微镜系统产品，包括Lattice LightSheet（超分辨光片系统，实现活细胞内超分辨4D成像）、Marianas LightSheet（多功能光片显微镜，专为活细胞定制）、VIVO LightSheet（活体多光子成像系统）、Cleared Tissue LightSheet（CLTS光片显微镜，专为透明化组织成像定制）等。尼康仪器薛志红分享了其2020年推出的新品显微镜自动培养和成像系统BioPipeline-Live，可解决研究人员在细胞培养与细胞成像环节中的潜在难题。产品具有高内涵平台、摆脱箱式系统的束缚、强大软件系统等特性，采取了灵活的高内涵倒置显微镜平台,可适用于高内涵采集和分析的镜、探测器、影像采集设备和应用程序。软件系统NIS-Elements为用户提供了一个处理和分析工具箱，同时也搭载了全新三大AI模块。谈仪器技术之悄然崛起的国产技术：产业化品牌逐现中国科学院生物物理研究所黄韶辉研究员分享了其团队关于荧光相关光谱（FCS）单分子技术的仪器研发机产业化工作。相关成果在广东中科奥辉科技有限公司实现转化，研制出首创的桌面式荧光相关光谱单分子分析仪CorTectorTM SX100，被纳入中科院首批（2019）推荐国产仪器目录，并认定为广东省高新技术产品，首批客户包括美国国立卫生研究院（NIH）、加州大学旧金山分校等。锘海生物翟星帏主要介绍了其于2019年推出的锘海LS 18平铺光片显微镜，LS 18是一款为透明化大组织样品设计的高分辨率3D成像仪器，采用自主研发的动态虚拟光片平铺技术，克服传统光片显微镜3D空间分辨率、Z轴层析能力和成像视野之间的矛盾，摒弃了原有选择性平面照明显微镜中的单光片照明的方式，利用多个薄的光片分段照明，在不损失成像视野的情况下，获得高分辨率的3D图像，具有高速高分辨率成像、成像模式灵活可调，多色同时成像等优势。据悉，该产品已完成10台销售。北京大学陈良怡教授发明了一系列高时空分辨率生物医学成像方法，还将原创技术转化为国内急需的高端显微镜产品，解决国内高端显微镜“卡脖子”现状。发明的主要技术包括：高分辨微型化双光子显微镜、高三维成像速度的贝塞尔三光子荧光显微镜、大视场下高分辨双光子三轴扫描光片显微镜、海森结构光成像结构超分辨荧光显微镜等。在广州超视计生物科技有限公司产业化的自主创新超灵敏结构光超分辨显微镜HiS-SIM PRO，性能参数皆由于国外厂商同类高端超分辨显微镜，且商品化产品已经达到已经发表高水平文章中的效果。北京世纪桑尼赖博分享了公司于2018年启动研发，2019年实现上市的CSIM 100/110共聚焦成像系统，基于独特光路结构（激光和荧光相向穿过同一个针孔等）和自主开放的信号放大电路（更高信号转换效率等），该系统具有相应时间快、重复精度高等优点。目前该系统DAMO及装机用户包括兰州大学、遗传发育所、军科院、北京大学等高校院所，并表示性能不弱于进口品牌。最后，赖博分享了超分辨技术摄像的探讨及接下来的研发工作，基于其发现的无限远校正光学系统原理，提出增加扫描透镜和真空透镜距离，可提高系统轴向分辨率，突破物镜分辨率极限的计划畅想。

1. 前言　 使用紫外分光光度计测定固体样品时，会用到积分球。积分球的种类繁多，有不同的尺寸、形状、涂层材质。日立紫外可见近红外分光光度计UH4150具有多种积分球检测器，可以满足不同样品的测量需求。图1 日立UH4150及其丰富附件这里以透镜测定为例，介绍标准积分球和全积分球。 2. 积分球结构标准积分球的内壁涂层为BaSO4，副白板的材质为Al2O3。它不但可以测定透过率，还可以测定全反射率和漫反射率。全积分球的副白板位置处无开孔，其内层材质同样为BaSO4。因此，全积分球不能测定全反射率和漫反射率。图2 标准积分球和全积分球的结构 3. 透镜的测定实例当测定如透镜类的样品时，其透射光束会在积分球内发生较大变化，若使用标准积分球时，透射光会从积分球背面的副白板溢出，并由副白板和积分球内壁反射。如图3所示，由于Al2O3和积分球内层BaSO4的反射率不同，因此基线校正(仅通过副白板反射校正)和样品测定时的光学条件不同，无法得到正确的测光值。图3 Al2O3和BaSO4的反射光谱详细信息请点击：https://www.instrument.com.cn/netshow/SH102446/s930350.htm 4. 总结 日立提供多种积分球，包括全积分球和标准积分球，以及开口倾角不同的标准积分球等，满足多种样品的精确测定。拨打400-830-5821，联系我们。

2011年9月7日报道 德国马尔堡大学将与德国塑料中心合作研究用于太赫兹和亚毫米波的新聚合物透镜。这种透镜可以改进图像质量，并降低材料和生产成本。 太赫兹和微波系统在过去二十年发展迅速，相关技术已经逐渐成熟，近年来更出现了一些创新性技术，如低成本塑料光学技术。新项目将开发以聚合物和二氧化钛或氧化铝粉末等添加物的混合物为基础的太赫兹透镜。

p style="margin-left: 66px text-align: justify text-indent: 2em "br//pp style="text-align: justify text-indent: 2em "strongspan style="font-size:19px font-family:宋体"【作者按】/span/strongspan style="font-size:19px font-family:宋体"仪器的测试过程可归类为两件事：激发样品的信息，接收及处理样品的信息。因此其可被看成是由两类功能部件所组成：信号激发、信号接收处理。对扫描电镜来说电子枪和磁透镜属于激发样品信号的部件，探头属于接收样品信息的部件。它们都是构成扫描电镜的最基本部件，其性能的高低将对扫描电镜测试结果产生重大影响。学习扫描电镜也必须从认识这三个功能部件做起。篇幅所限，本文将只探讨激发信号的关键部件：电子枪、电磁透镜。/span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "strong style="text-indent: 0em "span style="font-size:24px"一、span style="font-variant-numeric: normal font-variant-east-asian: normal font-weight: normal font-stretch: normal font-size: 9px line-height: normal font-family: ' Times New Roman' " /span/span/strongstrong style="text-indent: 0em "span style="font-size:24px font-family:宋体"电子枪/span/strong/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="font-family: 宋体 font-size: 19px text-indent: 0em "电子枪是电子显微镜产生高能电子束，这一样品信号激发源的源头。透射电镜和扫描电镜电子枪的构造基本一致。/span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="font-size:19px font-family:宋体"电子枪分为两种：热发射、场发射，它们主体都是三极结构设计。不同点：热发射（阴、栅、阳）；场发射（阴极、第一阳极、第二阳极）。热场电子枪在阴极下方增加了一个抑制热电子发射的栅极。/span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "strongspan style="font-size:19px"1.1/span/strongstrongspan style="font-size:19px font-family: 宋体"热发射电子枪/span/strongstrong/strong/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="font-size:19px font-family:宋体"热发射电子枪按阴极材质分为两类：发叉钨丝和六硼化镧。/span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="font-size:19px font-family:宋体"发叉钨丝材质是多晶钨，功函数大，电子须由高温激发。电子束发散性、色差都比较大，束流密度低。故本征亮度低，分辨能力较差。/span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="font-size:19px font-family:宋体"六硼化镧灯丝的材质为六硼化镧单晶，功函数较发叉钨丝低，激发电子的温度也较低，电子束发散性、色差较发叉钨丝小，束流密度较高。本征亮度和分辨力都好于发叉钨丝。/span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "strongspan style="font-size:19px"1.1.1/span/strongstrongspan style="font-size:19px font-family:宋体"钨灯丝结构图/span/strong/pp style="text-align: center text-indent: 0em "strongspan style="font-size:19px font-family:宋体"img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 664px height: 215px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201912/uepic/ce0d7ace-71d6-4ab7-8f68-495672dab472.jpg" title="电子枪与电磁透镜的另类解析1.png" alt="电子枪与电磁透镜的另类解析1.png" width="664" height="215" border="0" vspace="0"//span/strong/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "strongspan style="font-size:19px"1.1.2 /span/strongstrongspan style="font-size:19px font-family:宋体"六硼化镧灯丝结构图/span/strong/pp style="text-align: center text-indent: 0em "span style="text-indent: 0em font-size: 19px "strongimg style="max-width: 100% max-height: 100% width: 664px height: 278px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201912/uepic/a3341978-d9d2-4556-b62b-1f1c8cfe9484.jpg" title="电子枪与电磁透镜的另类解析2.png" alt="电子枪与电磁透镜的另类解析2.png" width="664" height="278" border="0" vspace="0"//strong/span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="text-indent: 0em font-size: 19px "strong1.1.3/strong/spanstrong style="text-indent: 0em "span style="font-size:19px font-family:宋体"热发射电子枪（钨灯丝、六硼化镧）结构如下图：/span/strong/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "strong/strong/pp style="text-align: center text-indent: 0em "img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 664px height: 239px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201912/uepic/186b57f0-421c-4d0e-afcb-fcf35820cb7e.jpg" title="电子枪与电磁透镜的另类解析a.png" alt="电子枪与电磁透镜的另类解析a.png" width="664" height="239" border="0" vspace="0"//pp style="text-align: justify text-indent: 2em "strongspan style="font-size:19px"1.2/span/strongstrongspan style="font-size:19px font-family: 宋体"场发射电子枪/span/strongstrong/strong/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="font-size:19px font-family:宋体"场发射电子枪分为：热场发射电子枪、冷场发射电子枪。/span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "strongspan style="font-size:19px"1.2.1/span/strongstrongspan style="font-size:19px font-family:宋体"场发射电子枪灯丝的结构及对比/span/strongstrong/strong/pp style="text-align: center text-indent: 0em "img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 664px height: 215px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201912/uepic/100f10a3-fe51-4966-96a8-ff2395470ad4.jpg" title="电子枪与电磁透镜的另类解析1.png" alt="电子枪与电磁透镜的另类解析1.png" width="664" height="215" border="0" vspace="0"//pp style="text-align: justify text-indent: 2em "strongspan style="font-size:19px" 1.2.2/span/strongstrongspan style="font-size:19px font-family:宋体"场发射电子枪的结构/span/strongstrongspan style="font-size:19px" /span/strongstrong/strong/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="font-size:19px font-family:宋体"其结构图如下：/spanspan style="font-size: 19px text-indent: 28px " /span/pp style="text-align: center text-indent: 0em "span style="font-size: 19px text-indent: 28px "img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 664px height: 219px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201912/uepic/201f9912-eb0e-4749-9f83-1d2fb5184e03.jpg" title="电子枪与电磁透镜的另类解析5.png" alt="电子枪与电磁透镜的另类解析5.png" width="664" height="219" border="0" vspace="0"//span/pp style="margin-left: 4px text-align: center text-indent: 2em "strongspan style="font-size: 18px "span style="font-family: 宋体 "左图为热场发射电子枪结构图/span span style="font-family: 宋体 "右图为冷场发射电子枪结构图/span/span/strong/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="font-size:19px font-family:宋体"从上图可见，电子枪无论是热场还是冷场，其基本架构都是阴极、第一阳极、第二阳极结构。热场电子枪结构多了一个栅极保护器，以抑制热场电子枪为降低功函数，在灯丝上加高温所发射的热电子。/span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="font-size:19px"strong1.2.3/strong/spanstrongspan style="font-size:19px font-family: 宋体"场发射电子枪的工作过程/span/strongstrong/strong/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "strongspan style="font-size:19px"1.2.3.1/span/strongstrongspan style="font-size:19px font-family: 宋体"热场发射电子枪：/span/strong/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "strong style="text-indent: 37px "span style="font-size:19px font-family:宋体"氧化锆/span/strongstrong style="text-indent: 37px "span style="font-size:19px font-family: 宋体"∕/span/strongstrong style="text-indent: 37px "span style="font-size:19px font-family: 宋体"钨单晶/span/strongstrong style="text-indent: 37px "span style="font-size:19px font-family:宋体"?/span/strongstrong style="text-indent: 37px "span style="font-size:19px"1.0.0/span/strongstrong style="text-indent: 37px "span style="font-size:19px font-family:宋体"?/span/strongspan style="text-indent: 37px font-size: 19px font-family: 宋体 "所构成的灯丝（阴极）通电后其温度达到/spanspan style="text-indent: 37px font-size: 19px "1200K/spanspan style="text-indent: 37px font-size: 19px font-family: 宋体 "。位于灯丝下方的栅极（电压低于阴极）保护层将抑制多晶钨和单晶钨的热电子发射。栅极保护层下方第一阳极上加载的电位高于阴极，称为引出电压，在该电压作用下氧化锆电子被从灯丝尖部拔出，由第二阳极与阴极间的加速电场加速，形成扫描电镜信息激发源/spanspan style="text-indent: 37px " /spanspan style="text-indent: 37px font-size: 19px font-family: 宋体 "—/spanspan style="text-indent: 37px " /spanspan style="text-indent: 37px font-size: 19px font-family: 宋体 "直径小于/spanspan style="text-indent: 37px font-size: 19px "50nm/spanspan style="text-indent: 37px font-size: 19px font-family: 宋体 "的“高能电子束”。/span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "strongspan style="font-size:19px"1.2.3.2/span/strongstrongspan style="font-size:19px font-family:宋体"冷场发射电子枪：/span/strongstrong/strong/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="font-size:19px font-family:宋体"冷场发射电子抢灯丝尖为单晶钨?/spanspan style="font-size:19px" 3.1.0 /spanspan style="font-size:19px font-family:宋体"?面。该晶面逸出功低，可由位于其下方第一阳极上的引出电压直接拔出。该电子枪不设栅极保护层。拔出的电子由阴极与第二阳极间加速电场加速，形成扫描电镜信号激发源 — 直径小于span10nm/span的“高能电子束”。/span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "strong style="text-indent: 0em "span style="font-size:19px"1.2.4/span/strongstrong style="text-indent: 0em "span style="font-size:19px font-family:宋体"冷、热场电子枪的优缺点/span/strong/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "strong style="text-indent: 0em "span style="font-size:19px"1.2.4.1/span/strongstrong style="text-indent: 0em "span style="font-size:19px font-family: 宋体"冷场电子枪/span/strong/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="text-indent: 0em font-size: 19px font-family: 宋体 "冷场电子枪阴极采用单晶钨（/spanspan style="text-indent: 0em font-size: 19px "3.1.0/spanspan style="text-indent: 0em font-size: 19px font-family: 宋体 "）面，功函数极低，针尖电子可以被第一阳极直接拔出。在工作中电子枪温度和环境温度一致而得名“冷场电子枪”。该电子枪灯丝电子的出射范围小，溢出角（立体角）也小，溢出电子的能量差也小（色差）。这些结果会使得以该阴极为基础形成的电子枪本征亮度大。电子枪本征亮度大有利于扫描电镜获取高分辨的测试结果。/span/pp style="margin-left: 4px text-align: justify text-indent: 2em "span style="font-size:19px font-family:宋体"由于电子枪温度低，镜筒中气体分子容易在灯丝表面积累，对拔出电子产生影响。故在工作中发射电流会逐渐下降，需要不断提升引出电压（/spanspan style="font-size:19px"set/spanspan style="font-size:19px font-family:宋体"）或定时加一个瞬时电流（/spanspan style="font-size:19px"FLASH/spanspan style="font-size:19px font-family: 宋体"）来驱赶这些气体分子，使发射束流满足测试需求。为了保持束流在测试中尽可能稳定，镜筒真空要求更高，高真空也是高分辨的基础条件之一。/span/pp style="margin-left: 4px text-align: justify text-indent: 2em "span style="font-size:19px font-family:宋体"由于发射面积较小，因此虽然电子枪的本征亮度大，但是束流总量不如热发射以及热场电子枪来的大。/span/pp style="margin-left: 4px text-align: justify text-indent: 2em "span style="font-size:19px font-family:宋体"冷场电子枪可以有更好的图像分辨，但束流的稳定度以及束流总量略显不足。不过现在最新的日立/spanspan style="font-size:19px"REGULUS 8230/spanspan style="font-size: 19px font-family:宋体"冷场电镜在电子枪设计、真空度以及镜筒质量上的改进使这些缺陷有所弥补。/span/pp style="margin-left: 4px text-align: justify text-indent: 2em "strongspan style="font-size:19px"1.2.4.2/span/strongstrongspan style="font-size:19px font-family: 宋体"热场电子枪/span/strongstrong/strong/pp style="margin-left: 4px text-align: justify text-indent: 2em "span style="font-size:19px font-family:宋体"热场电子枪问世时间较冷场电子枪来得早。电子枪阴极采用的是单晶钨（/spanspan style="font-size:19px"1.0.0/spanspan style="font-size:19px font-family:宋体"）面，其功函数较多晶钨丝和六硼化镧单晶要低很多但比冷场枪的单晶钨（/spanspan style="font-size:19px"3.1.0/spanspan style="font-size:19px font-family:宋体"）面要大。电子发射虽然也是由第一阳极拔出，但需要采用一系列降低功函数的方法：/spanspan style="font-size:19px"1./spanspan style="font-size:19px font-family:宋体"灯丝加一定电流产生/spanspan style="font-size:19px"1200K/spanspan style="font-size:19px font-family: 宋体"的高温，/spanspan style="font-size: 19px"2./spanspan style="font-size:19px font-family:宋体"表面涂覆一层氧化锆，以降低灯丝表面的功函数，提升发射效果。由于电子基本由第一阳极在单晶钨针尖部拔出，因此其发射面积、立体角及色差都较热发射小很多，但比冷场要大。故本征亮度要比热发射提高很多，但略低于冷场电子枪。/span/pp style="margin-left: 4px text-align: justify text-indent: 2em "strongspan style="font-size:19px font-family: 宋体"热场和冷场电子枪对比：/span/strongspan style="font-size: 19px font-family:宋体"本征亮度低会造成仪器分辨能力不足；氧化锆的消耗会降低灯丝束流发射效果，氧化锆有破损，灯丝的高分辨寿命也到头，因此其高分辨寿命较短。束流大且稳定对微区分析有利，但是随着分析设备（/spanspan style="font-size:19px"EDS\EBSD/spanspan style="font-size:19px font-family:宋体"）性能的提升该优势也在逐步淡化，而分析过程中的空间分辨劣势也会逐步加深。不过这都有个度，而且和测试需求有关，辩证的关系无处不在。/span/pp style="margin-left: 4px text-align: justify text-indent: 2em "strong style="text-indent: 0em "span style="font-size:24px"二、span style="font-variant-numeric: normal font-variant-east-asian: normal font-weight: normal font-stretch: normal font-size: 9px line-height: normal font-family: ' Times New Roman' " /span/span/strongstrong style="text-indent: 0em "span style="font-size:24px font-family:宋体"电磁透镜/span/strong/pp style="margin-left: 48px text-align: justify text-indent: 2em "strong/strong/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="font-size:19px font-family:宋体"透镜系统是显微镜对样品信息激发源（光）进行操控的部件。不同激发源（光束、电子束）使用不同的透镜系统：光学显微镜用的是光学透镜，电子显微镜是电磁透镜和静电透镜（静电透镜在电镜中应用面较窄，效果也较差，本文不予探讨）。无论光学透镜还是电磁透镜都是通过对激发源（可见光、高能电子束）运行方向的改变来对其进行操控。尽管高能电子束在电磁透镜中的运行轨迹较可见光在光学透镜中要复杂的多，但结果基本相似，因此在电子显微镜教材中对电磁透镜和电子光路路径的探讨都是以光学显微镜为模板。/span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="font-size:19px"strong2.1/strong/spanstrongspan style="font-size:19px font-family:宋体"光学透镜/span/strongstrong/strong/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "strongspan style="font-size:19px"2.1.1/span/strongstrongspan style="font-size:19px font-family: 宋体"光的折射现象/span/strongstrong/strong/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="font-size:19px font-family:宋体"直线传播、反射、折射是光的三种运行（传播）模式。在同一种均匀介质中光是以直线方式来运行，小孔成像、影子等都是光线直线传播的反映。光线在两种介质交界处会发生传播方向的改变，如果光返回原来介质中这就是反射，反射光光速和入射光相同。光线从一个介质进入另一个介质，会发生传播方向以及传播速度的改变，这就是光线的折射现象。初中的物理教科书告诉我们透镜的成像原理正是基于这种折射现象。/span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="font-size:19px"strong2.1.2/strong/spanstrongspan style="font-size:19px font-family:宋体"光学透镜的成像原理/span/strongstrong/strong/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="font-size:19px font-family:宋体"透镜可以看成许多棱镜按照特别设计的构造所进行的组合。通常情况下光通过透镜时：凸透镜会将光线经两次折射后会聚在透镜另一侧的焦点（平行光）或像平面上，凹透镜将光线经两次折射后按照像点和虚像各点连线所形成的角度发散出去。/span/pp style="text-align: center text-indent: 0em "span style="font-size:19px font-family:宋体"img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 664px height: 347px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201912/uepic/323d613a-1a81-4dda-9653-58a36a6d5ef1.jpg" title="电子枪与电磁透镜的另类解析7.png" alt="电子枪与电磁透镜的另类解析7.png" width="664" height="347" border="0" vspace="0"//span/pp style="text-align: center text-indent: 0em "strongspan style="font-size:19px font-family: 宋体"凸透镜和凹透镜的经典成像图/span/strongstrong/strong/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="font-size:19px font-family:宋体"显微系统中凸透镜的作用是对光线进行会聚、成像（实像、虚像、放大、缩小），也可对光路进行调整，是组成显微系统的主体部件。凹透镜在显微系统中主要是用于消除系统像差对分辨率的影响。/span/pp style="text-align: center text-indent: 0em "img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 664px height: 307px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201912/uepic/3543cd28-5d88-47f4-9ff7-0e6d73d304ad.jpg" title="7.jpg" alt="7.jpg" width="664" height="307" border="0" vspace="0"//pp style="text-align: center text-indent: 0em "strongspan style="font-size:19px font-family: 宋体"透镜的成像规律/span/strongstrong/strong/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "strongspan style="font-size:19px"2.1.3/span/strongstrongspan style="font-size:19px font-family: 宋体"像差及像差校正/span/strongstrong/strong/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="font-size:19px font-family:宋体"色差和球差是显微系统中光线经过透镜时形成的两个主要像差，对显微镜分辨率有极大影响。消除像差影响对获取高分辨像帮助极大。/span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "strongspan style="font-size:19px"2.1.3.1/span/strongstrongspan style="font-size:19px font-family: 宋体"色差/span/strong/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="font-family: 宋体 font-size: 19px "任何光都很难保证光束中能量完全一致。不同能量的光线传播速度不同，通过透镜时折射程度也存在差别，因此其焦点也不相同。如此就会在焦平面或像平面上形成一个弥散斑，使图像模糊不清，影响图像的分辨能力。不同能量的光线对应不同色彩，因此由光的能量差异而引起的像差被称为“色差”。不同形态（凸透镜、凹透镜）、不同材质的透镜色差通过合理的安排可以相互抵消，以此方式就可以消除整个透镜系统的色差。/span/pp style="text-align: justify text-indent: 0em "span style="font-size:19px font-family:宋体"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201912/uepic/0cf133ab-eb6d-4b98-83bd-95d8413e54a0.jpg" title="电子枪与电磁透镜的另类解析8.png" alt="电子枪与电磁透镜的另类解析8.png"//span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "strongspan style="font-size:19px"2.1.3.2/span/strongstrongspan style="font-size:19px font-family:宋体"球差/span/strongstrong/strong/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="font-size:19px font-family:宋体"透镜中心区与边缘区对光线折射会有差异，使得轴上某个物点发出的光束最后会聚在光轴上不同位置，在像面上形成一个弥散斑从而影响图像的分辨力，这种差异被称为“球差”。利用光阑只让近光轴光线通过可以减少球差，另外还有两种方法最常见：配曲以及组合。/span/pp style="text-align: justify "br//pp style="text-align: justify text-indent: 2em "strongspan style="font-size:19px"2.1.3.2.1/span/strongstrongspan style="font-size:19px font-family:宋体"配曲/span/strong/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="font-family: 宋体 font-size: 19px text-indent: 37px "透镜两个曲面采用不同曲率半径，这两个曲面会对光线的折射产生差异，互相抵消和弥补会减少透镜球差的数值。/span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "strongspan style="font-size:19px"2.1.3.2.2/span/strongstrongspan style="font-size:19px font-family:宋体"组合/span/strong/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="font-family: 宋体 font-size: 19px text-indent: 37px "利用凸凹透镜的组合消除球差。组合方式有胶合和分离。/span/pp style="text-align: center text-indent: 0em "img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 664px height: 709px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201912/uepic/546f7baa-45c4-4b2c-9bf5-06508692bd6f.jpg" title="电子枪与电磁透镜的另类解析9.png" alt="电子枪与电磁透镜的另类解析9.png" width="664" height="709" border="0" vspace="0"//pp style="text-align: justify text-indent: 2em "strongspan style="font-size:19px"2.2/span/strongstrongspan style="font-size:19px font-family:宋体"电磁透镜/span/strong/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="font-family: 宋体 font-size: 19px "电子显微镜使用高能电子束做为光源，若用光学透镜对电子束进行会聚的结果是损耗大、工艺繁琐、效果差。因此必须选用另外的方式来对电子束进行操控。/span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="font-family: 宋体 font-size: 19px text-indent: 37px "一个轴对称的均匀弯曲磁场对电子束拥有更好的折射效果，而且操控简单、效果优异，是对电子束进行会聚的主要方式，类似于光学透镜对光线的会聚，被称为“磁透镜”。该磁场是利用电流通过铜线圈来产生，故而被命名为“电磁透镜”。/span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="font-size:19px"strong2.2.1/strong/spanstrongspan style="font-size:19px font-family:宋体"电磁透镜的构造及工作原理/span/strongstrong/strong/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="font-size:19px font-family:宋体"电磁透镜构造是将一个轴对称螺旋绕制的铜芯线圈置于一个由软磁（顺磁）性质的材料/spanspan style="font-size:19px"(/spanspan style="font-size:19px font-family:宋体"纯铁或低碳钢/spanspan style="font-size:19px")/spanspan style="font-size:19px font-family: 宋体"制成具有内环间隙的壳子里。内部插入磁导率更高的锥形环状极靴。该构造可以使得磁场强度、均匀性、对称性得到极大提升，从而在较小空间获得更大的电磁折射率来提升磁透镜的会聚效果。/span/pp style="text-align: justify text-indent: 0em "img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 664px height: 199px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201912/uepic/0ea4c139-2224-402e-8f16-0c835e6079c0.jpg" title="123.png" alt="123.png" width="664" height="199" border="0" vspace="0"//pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="font-family: 宋体 font-size: 19px text-indent: 19px "电磁透镜的工作过程如下：当电流通过铜芯线圈时，将产生一个以线圈轴中心对称分布的闭环磁场。电子束在穿越磁场时因切割磁力线而受洛仑兹力作用发生向心的偏转折射，该偏转和电子运行方向叠加后使得电子在磁场中以圆锥螺旋曲线轨迹运行，并使电子束从磁场另一端飞出后被重新会聚。类似于光学透镜中的光线会聚，电磁场对电子束起到一个透镜的作用。改变线圈电流的大小，可以改变电磁透镜对电子束的折射率。电子显微镜通过对透镜电流的调节，来无级变换焦点及放大倍率。任何一级透镜可以在需要时打开，不用时关闭，因此更易于仪器的调整。/span/pp style="text-align: justify text-indent: 0em "img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 664px height: 199px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201912/uepic/21c7877d-4b03-4a3c-a3a9-778f4197b5e6.jpg" title="电子枪与电磁透镜的另类解析10.png" alt="电子枪与电磁透镜的另类解析10.png" width="664" height="199" border="0" vspace="0"//pp style="text-align: justify text-indent: 2em "strongspan style="font-size:19px"2.2.2/span/strongstrongspan style="font-size:19px font-family: 宋体"电磁透镜的像差/span/strong/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="font-family: 宋体 font-size: 19px "虽然电子束在电磁透镜中的电子轨迹比可见光在光学透镜中的轨迹要复杂得多，但结果基本类似。光学透镜成像过程中存在的像差，在电磁透镜的成像过程中也同样存在，只是程度以及解决方式不一样。解决像差，对扫描电镜和透射电镜成像效果的影响也不一样。/span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="font-size:19px font-family:宋体"电子显微镜使用高能电子束和电磁透镜，相对于光学显微镜，其所形成的像差要小很多。而解决像差影响也会对测试结果产生负面影响，比如束流密度增大带来的热损伤、运用单色器会对信号量形成衰减、会聚角增大在扫描电镜测试时会增加样品信号扩散，这些负面影响是否会超过解决像差所带来的正面效果？这里存在着一个辨证的关系。/span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="font-size:19px font-family:宋体"光学显微镜显然是解决像差带来的正面效果要大，所以大量的消像差组件存在于光路当中。电子显微镜呢？目前仅在场发射透射电镜中加入球差校正器有着极为明显的作用，扫描电镜中却未见使用。这与两种电子显微镜所针对的样品以及所获取的样品信息特性有关。/span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="font-size:19px font-family:宋体"透射电镜样品极薄、样品中信号扩散基本可以忽略不计。球差的改善会带来两个结果：束流密度的增加、会聚角的增加。束流密度增加会使得信息的激发区缩小同时信号量增加，这无疑对提高分辨力有利；电子束会聚角的增加有利于散射电子散射角的扩大，对/spanspan style="font-size:19px"stem/spanspan style="font-size:19px font-family:宋体"成像有利。因此对于透射电镜来说，解决球差所带来结果基本都是正面，这使得球差校正对透射电镜提高分辨力的影响十分明显。当然基础还是电子枪，热发射电子枪加装球差校正，结构更复杂而且结果差。/span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="font-family: 宋体 font-size: 19px text-indent: 28px "扫描电镜样品相对电子束来说无穷厚，电子束击入样品所引起的信号扩散较大。采用信号又是溢出样品表面的二次电子和背散射电子，电子束会聚角的改变对它们溢出范围影响不可忽略。球差校正结果到底如何？目前还没看到球差校正在扫描电镜中被运用。/span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="font-family: 宋体 font-size: 19px text-indent: 19px "球差校正器是采用多极子校正装置产生的磁场对电子束做一个补偿散射（如凹透镜对光线的散射），来消除聚光镜边缘所引起的球差。/span/pp style="text-align:center"span style="font-size:19px"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201912/uepic/c178f974-3020-497b-9c33-5f66b75f8046.jpg" title="10.jpg" alt="10.jpg"//span/pp style="text-align: center text-indent: 0em "strongspan style="font-size:19px font-family: 宋体"球差校正器图解/span/strong/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="font-family: 宋体 font-size: 19px text-indent: 28px "电子显微镜减少色差主要依靠单色器。其原理是将电子束按照能量进行分离，然后选取某个能量段的电子束，由此降低电子束的能量差也就是色差。其缺点是电子束强度同时降低，这就要求样品能产生充足信号，同时信号接收器的接收效果也要相应提升。目前单色器主要被用在热场电子枪电镜。冷场电子枪由于色差很小，束流也较小，单色器对测试结果的正面影响不大，负面影响（束流的衰减）可能会更大，因此冷场电镜未见使用单色器。/span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="text-indent: 28px font-size: 19px font-family: 宋体 "辩证法的规律无处不在，任何条件的改变，部件的设计都不会是完美无缺。任何事、任何物的存在和变化都包含有正、反两方面的结果。我们必须对事和物做全面的正确了解，根据自己需求选取最大的正面因素，才能使得我们在做事和选物时获得最好的结果。最后以老祖宗的名言来做结束。那就是被我们常常认为是消极思维，其实却包含极大哲理的/spanstrong style="text-indent: 28px "span style="font-size:24px font-family: 宋体"“中庸之道、过犹不及”。/span/strong/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="color: rgb(0, 176, 240) "strongspan style="font-family: 宋体 font-size: 19px text-indent: 28px "作者简介：/span/strong/span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="color: rgb(0, 0, 0) "span style="font-family: 宋体 font-size: 19px text-indent: 28px "img style="max-width: 100% max-height: 100% float: left width: 100px height: 154px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201912/uepic/3b78ff26-962f-4859-9049-9705ef02e500.jpg" title="9735aac7-cc11-41a0-b012-437faf5b20b5.jpg" alt="9735aac7-cc11-41a0-b012-437faf5b20b5.jpg" width="100" height="154" border="0" vspace="0"/林中清，87年入职安徽大学现代实验技术中心从事扫描电镜管理及测试工作。32年的电镜知识及操作经验的积累，渐渐凝结成其对扫描电镜全新的认识和理论，使其获得与众不同的完美测试结果和疑难样品应对方案，在同行中拥有很高的声望。2011年在利用PHOTOSHIOP 对扫描电镜图片进行伪彩处理方面的突破，其电镜显微摄影作品分别被《中国卫生影像》、《科学画报》、《中国国家地理》等杂志所收录、在全国性的显微摄影大赛中多次获奖。/span/span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="color: rgb(0, 0, 0) "span style="font-family: 宋体 font-size: 19px text-indent: 28px "br//span/span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="color: rgb(0, 176, 240) "strongspan style="font-size: 19px font-family: 宋体 "参考书籍：/span/strong/span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="font-size: 19px font-family: 宋体 "《扫描电镜与能谱仪分析技术》张大同/spanspan style="font-size: 19px "2009/spanspan style="font-size: 19px font-family: 宋体 "年/spanspan style="font-size: 19px "2/spanspan style="font-size: 19px font-family: 宋体 "月/spanspan style="font-size: 19px "1/spanspan style="font-size: 19px font-family: 宋体 "日/span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="font-size:19px font-family:宋体"华南理工出版社/span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="font-size:19px font-family:宋体"《微分析物理及其应用》/span span style="font-size:19px font-family: 宋体"丁泽军等/spanspan style="font-size: 19px" 2009/spanspan style="font-size:19px font-family:宋体"年/spanspan style="font-size:19px"1/spanspan style="font-size:19px font-family:宋体"月/spanspan style="font-size:19px" /span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="font-size:19px font-family:宋体"中科大出版社/span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="font-size:19px font-family:宋体"《自然辩证法》/spanspan style="font-size:19px" /spanspan style="font-size:19px font-family:宋体"恩格斯/spanspan style="font-size:19px" /spanspan style="font-size:19px font-family:宋体"于光远等译/spanspan style="font-size:19px" 1984/spanspan style="font-size:19px font-family:宋体"年/spanspan style="font-size:19px"10/spanspan style="font-size:19px font-family: 宋体"月/spanspan style="font-size:19px" /span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="font-size:19px font-family:宋体"人民出版社/spanspan style="font-size:19px" /span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="font-size: 19px font-family: 宋体 "《显微传》/spanspan style="font-size: 19px " /spanspan style="font-size: 19px font-family: 宋体 "章效峰/spanspan style="font-size: 19px " 2015/spanspan style="font-size: 19px font-family: 宋体 "年/spanspan style="font-size: 19px "10/spanspan style="font-size: 19px font-family: 宋体 "月/span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="font-size:19px font-family:宋体"清华大学出版社/span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="font-size:19px font-family:宋体"日立/spanspan style="font-size:19px"S-4800/spanspan style="font-size:19px font-family:宋体"冷场发射扫描电镜操作基础和应用介绍/span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="font-size:19px font-family:宋体"北京天美高新科学仪器有限公司/spanspan style="font-size:19px" /spanspan style="font-size:19px font-family:宋体"高敞/spanspan style="font-size:19px" 2013/spanspan style="font-size:19px font-family:宋体"年/spanspan style="font-size:19px"6/spanspan style="font-size:19px font-family: 宋体"月/span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="font-size:19px font-family: 宋体"br//span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "strongspan style="font-size: 19px font-family: 宋体 color: rgb(0, 176, 240) "延伸阅读：/span/strong/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "a href="https://www.instrument.com.cn/news/20191029/515692.shtml" target="_self" style="text-decoration: underline "span style="color: rgb(0, 0, 0) font-size: 19px font-family: 宋体 "扫描电镜加速电压与分辨力的辩证关系——安徽大学林中清32载经验谈（1）/span/a/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "a href="https://www.instrument.com.cn/news/20191126/517778.shtml" target="_self" style="text-decoration: underline "span style="font-size: 19px font-family: 宋体 color: rgb(0, 0, 0) "扫描电镜放大倍数和分辨率背后的陷阱——安徽大学林中清32载经验谈（2）/span/a/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="font-size:19px font-family: 宋体"/span/p

仪器信息网讯 2012年8月29日，在北京国际材料工艺设备、科学仪器展(CIAMITE 2012)召开之际，卡尔蔡司举行了AURIGA COMPACT聚焦离子束电镜系统新品全球首发仪式。来自科研院所高校150多位专家学者参加了此次新品发布会。　　卡尔蔡司AURIGA COMPACT发布会现场卡尔蔡司负责人与嘉宾共同启动新品发布仪式　　聚焦离子束(Focused Ion beam, FIB)系统是利用电镜将液态金属离子源产生的离子聚焦成尺寸非常小的离子束，在电场的作用下离子束与样品产生物理碰撞，来达到切割(蚀刻)样品的目的。聚焦离子束电镜是指在离子束切割的同时利用电子束观察影像，同时也可配备能谱进行样品表面的元素分析。离子束显微镜也可以为透射电镜制作厚度达十几纳米的样品薄片。　　卡尔• 蔡司新推出的AURIGA系列聚焦离子束显微镜是由电子束系统(SEM)和离子束系统(FIB)组成，具备高分辨率成像功能。AURIGA系列包含AURIGA Compact、AURIGA、AURIGA 60、AURIGA Laser四款产品。此次发布的AURIGA Compact FIB-SEM系统可以对材料实现高分辨三维纳米尺度成像和精确的材料加工及纳米组装。　　AURIGA Compact GEMINI透镜设计可以在FIB切割的同时同步高分辨成像，样品的倾斜不会影响电子光学性能。AURIGA Compact具有的稳定性和效率，足以支持自动采集成百上千的EBSD剖面图谱。CrossBeam工作站的ASP系统支持自动制备TEM样品和进行断面切割。卡尔蔡司独有的X2技术，可以制备面积较大薄片样品，厚度小于10nm。　　卡尔蔡司中国区总裁兼CEO Maximilian Foerst先生　　卡尔蔡司中国区总裁兼CEO Maximilian Foerst先生在致辞中表示，这次活动对于卡尔蔡司非常重要，这是卡尔蔡司首次在中国举行新产品全球首发仪式，同时也证明了中国的客户和市场对于卡尔蔡司非常重要。去年，卡尔蔡司集团的收入超过了42亿欧元，其中卡尔蔡司中国公司的收入超过15亿人民币，并且建立了拥有超过30位研发人员的研发中心。随后Maximilian Foerst介绍了卡尔蔡司集团以及卡尔蔡司中国公司的总体发展情况。　　北京科技大学新金属材料国家重点实验室主任吕昭平教授　　卡尔蔡司全球首台AURIGA Compact FIB-SEM系统落户北京科技大学新金属材料国家重点实验室，实验室主任吕昭平教授在致辞中表示，研究材料有四个重要因素：材料制备、组织结构、性能和服役，材料学研究的主要内容是将这些方面联系起来 而组织结构是研究的核心。材料科学的发展与分析手段息息相关，得益于像卡尔蔡司这样的公司在显微分析手段和关键技术上的突破。　　在新品发布会期间，卡尔蔡司显微镜中国区副总裁张育薪先生接受了仪器信息网简短采访。　　卡尔蔡司显微镜中国区副总裁张育薪先生　　仪器信息网：请您谈谈，电子显微最近有哪些技术发展趋势?　　张育薪：近期电子显微技术发展趋势都是围绕“追求自动化、更高分辨率、操作简单以及软件界面更清楚，为客户节省更多的时间”。此次发布的针对常规用户的AURIGA Compact，在这方面都有很好的体现，同时为客户带来3D测试效果。这些方面，基本上已经体现了目前电镜追求的发展方向。　　仪器信息网：请您谈谈国内电镜市场情况，近几年哪些领域对于电镜需求比较大?　　张育薪：近期，中国政府推出了十二五战略发展规划，涉及到新能源、新材料、制药等，很多方面都会用到电镜，所以国内的市场不是简单的销售市场，而是全方位的大市场。整个纳米技术的发展对电镜市场有很大推动作用。就市场规模而言，每年都有变化，我个人估计2011年国内电镜市场规模在20亿人民币左右，其中约60%左右是扫描电镜。　　仪器信息网：相对于其他的电镜厂商，卡尔蔡司的技术优势体现在哪些方面?　　张育薪：卡尔蔡司是全球唯一一家同时拥有光镜和电镜及相关显微镜技术的公司，我们能够给客户提供一个完整的解决方案，一次性达到客户的要求。很多需要电镜的用户大多数需要光镜来进行筛选，光镜用户也有不断提高分辨率的要求，这两类产品互为补充。　　Instrument：电镜产品的价格一直居高不下，随着配件不同，价格变化非常大，您是如何看待这方面的问题?　　张育薪：大部分电镜产品是与科研有密切的关系，这样的高端设备都是一台一台的生产，很难像民品那样集成化、规模化生产，这是其价格高的主要原因。另外，越是高端的产品，对于售后支持依赖性越强，客户在购买产品的时候，都应该把这些考虑进去，没有完善的售后，再好的产品也很难发挥应有的作用，我们对于价格的理解是客户得到的应该是包括各种服务在内的“完整产品”，而不只报价上的数字。　　AURIGA COMPACT聚焦离子束系统

超透镜能够超越传统光学成像分辨率的极限，实现亚波长级别的微观结构和生物分子的更好观测。然而，超透镜的本征损耗一直是该领域长期存在的关键科学问题，限制了成像分辨率的进一步提升。　　近日，来自香港大学、国家纳米科学中心和英国帝国理工学院等机构的研究人员密切合作，提出了多频率组合复频波激发超透镜成像理论机制，通过虚拟增益来抵消本征损耗，成功提高了超透镜的成像分辨率约一个量级。该研究成果于8月18日在《科学》杂志上在线发表。　　“超透镜”概念最早由英国帝国理工学院教授John Pendry于2000年首次提出。根据理论预测，超透镜将具有突破传统光学成像分辨率极限的能力。随后，为实现超透镜构想，中国科学院外籍院士、香港大学教授张翔团队率先提出了新型银-聚合物超透镜的实验方案，极大推动了超透镜技术的发展和应用。此后，各国科学家纷纷加大研究投入，超透镜迅速成为光学领域的热门课题，并被广泛应用于生物医学、光纤通信、光学成像等场景。合成复频波方法提升超透镜成像质量的原理示意图（研究团队供图）　　目前，基于极化激元材料和超构材料的超透镜已被广泛验证可以实现亚衍射成像，但其本征损耗的严重限制了其分辨率进一步提升，从而也限制了其应用发展。　　为了解决这一重大挑战，由香港大学教授张霜、张翔、国家纳米科学中心研究员戴庆以及John Pendry组成国际科研团队开展联合攻关。　　在最新发表的论文中，张霜介绍：“针对光学损耗提出一种实用的解决方案，即借助多频率组合的复频波激发来获得虚拟增益，进而抵消光学体系的本征损耗。”　　作为验证，他们把这一方案运用到超透镜成像机制，理论上实现了成像分辨率的显著提升。最后，进一步借助微波频段双曲超构材料的超透镜实验进行了论证，获得与理论预期一致的良好成像效果。　　戴庆团队基于长期对原子制造技术下的高动量极化激元的积累，创制了基于合成复频波的碳化硅声子极化激元超透镜。“我们最终实现了超透镜成像分辨率约一个量级的提升，相信这将对光学成像领域产生巨大影响。”戴庆表示。　　科研人员介绍，合成复频波技术是一种克服光子学系统本征损耗的实用方法，不仅在超透镜成像领域有卓越的表现，还可以扩展到光学的其他领域，包括极化激元分子传感和波导器件等。该方法还可以针对不同的系统和几何形状进行定制化应用，为提高多频段光学性能、设计高密度集成光子芯片等方向提供了一条潜在的途径。　　“这是一个优美而普适的方法，可以拓展到其它波动体系来弥补损耗问题，如声波、弹性波以及量子波等。”张翔说。　　香港大学博士后管福鑫、国家纳米科学中心特别研究助理郭相东和香港大学博士生曾可博为本文共同一作。张霜、张翔、戴庆和John Pendry为本文共同通讯作者。

近期，中国科学院上海天文台陕欢源课题组和上海交通大学物理与天文学院张鹏杰课题组合作，基于目前国际上最先进的千平方度巡天（Kilo-Degree Survey，KiDS）数据和Planck卫星宇宙微波背景辐射弱引力透镜（CMB lensing）数据，探究了利用二者的交叉关联限制宇宙学，并首次在这一结果中完整考虑扣除来自星系内秉指向性（intrinsic alignment，IA）带来的污染。5月16日，相关研究成果发表在《天文学与天体物理学》（Astronomy & Astrophysics）上。弱引力透镜是暗物质宇宙演化的唯一无偏探针，在限制宇宙学、大尺度结构演化、暗能量模型等方面具有其他观测手段无法替代的优势。弱引力透镜描述了光线因相对论效应在弱引力场中产生偏折，而对应光源即会在观测者眼中发生形变而偏离原本形状。通过对这一形变效应的观测，即可推测出光源和观测者之间的引力场分布或物质分布，从而更深入地理解宇宙成分性质和宇宙大尺度结构的演化规律（图1）。天文学家认为，使用星系形状因弱引力透镜的形变（剪切场，shear）和CMB光子因弱引力透镜的形变（汇聚场，convergence）的交叉关联，可以有效避免一些系统误差的影响，更好地提取出宇宙学信息。这一交叉关联自2015年首次被观测到以来，已被多项研究工作使用不同数据得以验证。然而，这一信号的处理仍存在一些简单的假设，而这些假设在未来的观测中可能会被打破。上海天文台博士姚骥提出，星系内秉指向性IA即星系在被弱引力透镜扭曲之前的形状，对这一交叉关联信号的影响一般均基于一些假设，而这些假设的正确性值得更深入探讨。本研究总结了过去八年对这一信号所有的处理方法（图2），其中忽略IA的处理方法以橙色线段标注，考虑了IA的影响但对IA的模型和参数进行了很强的假设的工作以绿色线段标注。为了弥补这方面探索的缺失，研究利用星系内秉指向性和弱引力透镜信号在光路上是否具有对称性这一特征，使用自修正的方法分离并扣除KiDS数据中星系内秉指向性（IA）的影响，并验证了IA导致的这一系统误差在如今的数据中已拥有一定的影响，约合0.5σ，超出无偏宇宙学0.31σ的要求。而这一影响在即将到来的第四代弱引力透镜巡天中将会随着统计误差的缩小而极速放大。本研究所使用的全新的IA自修正方法是在弱引力透镜宇宙学的首次应用。这一新方法为宇宙学研究提供了除模型拟合、模拟数据验证等传统的手段之外，直接从测光巡天数据中提取IA并消除其宇宙学影响的方法，也是目前唯一基于对称性的IA修正手段。研究显示，通过大量的基于模拟数据和观测数据的自洽性检验，自修正方法能够很好的减少IA对宇宙学信号的污染，且通过打破简并现象，保持了观测对宇宙学的限制力。上海天文台研究员陕欢源表示，本研究的重要意义体现在通过大量验证、完善了扣除方法的方式对IA进行了更为翔实的研究，同时本研究使用了独立于其他方法的、全新的自修正扣除方法，首次在测光巡天数据中从对称性的角度提取并扣除IA污染。这种全新的扣除方法也可以扩展到许多其他宇宙学研究上。陕欢源还补充道，本次从星表到宇宙学的研究，在工程实现方面也具有重要意义，期望后续在我国自主研发的空间站工程巡天望远镜（CSST）上开展相关的应用研究。研究工作得到国家重点研发计划和国家自然科学基金等的支持。图1.弱引力透镜示意图。左上角的星系发出的光线如果沿蓝色直线传播到望远镜处被我们观察到，则呈现出左下蓝色框中的图景。而实际上光线的传播会被途经的物质的（中上部）引力场所扭曲，以黄色光路传播。对应地，观测到的星系形状也会呈现相应的扭曲，如右下黄色框中所示。从蓝色框到黄色框中星系图像发生的形变，可以用来研究光路经过的物质分布。图2.使用IA自修正方法与之前结果获得的引力透镜幅度的对比（幅度为1表示和Planck宇宙学吻合）。本研究的三个主要结果：使用IA自修正方法扣除IA、完全忽略IA的存在、不使用IA自修正也不对IA进行强的假设，在图中以蓝色呈现。本研究中和IA的物理本质无关的一些对数据、模型、处理方式的选择所造成的差异，以红色呈现。对之前工作的总结以橙色（忽略IA）和绿色（对IA有强假设）呈现，其中橙色做法对应蓝色“ignore IA”，未能扣除IA的污染，绿色做法如果不对IA进行强假设，则误差棒会像蓝色“IA w/o SC”的情况一样显著增大。

毛细管聚焦的微束X射线荧光谱仪及其应用研究邵金发，侯禹存，程琳*（北京师范大学核科学与技术学院，射线束技术教育部重点实验室 100875）摘要随着科技的发展，人们对物质的分析慢慢深入到微区领域。而微束能量色散X射线荧光作为一种高灵敏、高精度的元素分析技术，已然成为物质微区分析的有利工具。本实验室将毛细管X射线聚焦技术与能量色散X射线荧光分析技术相结合，自行设计研发了一种新型毛细管聚焦的微束X射线荧光谱仪。该谱仪在利用毛细管X光透镜的特点将X射线源发出的X射线束会聚到微米量级的同时，基于激光位移传感器开发了自动调整样品测量点到透镜出口端距离的闭环控制系统，有效的减少由于样品表面不平整或弧度带来的测量误差，弥补了现有微束Ｘ射线荧光谱仪在此方面的不足。因此，该微束Ｘ射线荧光谱仪为表面不平整文物样品的无损微区元素分析提供了解决方案。1. 引言微束能量色散X射线荧光光谱（Micro-energy dispersive X-ray fluorescence， µ-EDXRF）分析技术因其快速、准确、无损分析等优点，被广泛应用在考古、地质、环境、材料、生物等科学领域[1-8]。目前，基于实验室光源以获得微束入射X射线的方法主要有准直器限束和X射线光学器件聚焦两种。通过准直器限束获得微束入射X射线是最早在微束X射线荧光谱仪中使用的方法，具体为采用准直狭缝或小孔作为光阑放置在入射光路上，用以减小入射X射线的发散度。但与此同时，入射光束的强度会因为物理阻挡而降低，从而导致获得的特征X射线信息减弱。而多毛细管X光透镜利用X射线全反射原理，可将在空心毛细管内表面上的多次全反射的X射线会聚于焦点。因此可以实现以较大的角度收集从X射线源产生的X射线，且会聚后X射线的束斑大小可低至几十微米。同时，毛细管X光透镜对Cu-Kα的能量有高达2-3个数量级的放大倍数[9]，且具有低的发散度。同时，可以将基于毛细管聚焦的微束能量色散X射线荧光分析技术与大面积扫描相结合，实现微米级表面结构和元素分布的分析测定。目前国内外存在部分商业化的微束X射线荧光谱仪，其中美国EDAX公司生产的Orbis系列微束X射线荧光谱仪，适用于部分地质和考古样品测试的[10]；德国Bruker公司生产的M4 Tornado可移动式微束X射线荧光谱仪，适用于实验室或博物馆内各类样品的研究[11]。但由于部分文物样品表面并不平整或存在较大的弧度，若不对相对位置进行修正，这将使得样品测量点与毛细管Ｘ光透镜出口端的距离在测量过程中发生改变，从而影响测量结果的准确性和元素区域扫描的分辨率[12]。为解决上述问题，本实验室自行设计和开发一种新型的微束X射线荧光谱仪以及相应的计算机控制程序，并且开展了相关分析方法学的研究。2. 仪器组成本实验室设计的毛细管聚焦的微束X射线荧光谱仪结构示意图如图1所示，其主要由微焦斑X射线管（Mo靶，焦斑大小50μm×50μm，德国Röntgen公司）、毛细管X光透镜（Mo-Kα能量处束斑大小为31µm）、SDD X射线探测器（5.9keV时能量分辨率为145eV，铍窗有效面积25mm2）和PX5多道分析器、精度为20µm的激光位移传感器、激光笔、具有20倍放大功能的1400万像素固定焦距CCD摄像头、高精度XYZ三维样品台，以及在LabVIEW语言环境下开发的仪器控制程序等部分组成。仪器控制软件主要包括探测系统控制界面、X射线源高压控制界面、机械运动系统控制界面、CCD图像采集控制界面和氦气控制界面构成。其中主界面包含了各个控制功能系统的一些主要控制命令及输出，如图2所示。谱图显示区域在探测过程中实时显示X射线探测器探测到的谱图。此外，该仪器使用的高精度自动化三维运动平台可以满足微区的二维μ-EDXRFF分析的需求，以便实现对感兴趣区域内元素分布的分析。图1 微束X射线荧光谱仪的结构示意图图2 微束X射线荧光谱仪控制程序主界面3. 实验分析3.1 清代红绿彩瓷的分析为了评估本仪器对样品微区进行元素二维扫描分析的能力，选取一片清代红绿彩瓷的残片作为研究对象（图3）。选取图3中A（白釉）、B（红彩）、C（绿彩）进行微区的元素组成分析。实验测量时，X射线管电压40 kV，电流0.6 mA，探测活时间300 s。样品A（白釉）、B（红彩）、C（绿彩）三点的微束X射线荧光分析的能谱如图4所示，彩料中各元素化学成分采用基本参数法进行定量分析，所得的数据如表1所示。图3 清代红绿彩瓷残片与感兴趣区域图片图4 红绿彩中白釉、红彩和绿彩的μ-EDXRF光谱表1 白釉、红彩和绿彩的化学成分（质量分数，%）此外，选择如图3中2mm×2mm的感兴趣区域，使用微束X射线荧光谱仪进行µ-EDXRF二维扫描分析。进行µ-EDXRF二维扫描分析时，X射线管电压为40 kV，电流为0.6 mA，扫描步距为30 µm，每个点探测时间为1.5 s，扫描数据经软件处理得到如图5所示的元素分布图。图5 扫描区域内Pb、K、Fe、Ca、Cu、Al、Mn、Si元素的分布3.2 吉州窑古陶瓷的分析为评估本仪器对表面存在大弧度的样品进行微区元素二维扫描分析的能力，选取一片吉州窑古陶瓷的残片作为研究对象（图6）。实验开始前调节平移台使样品表面感兴趣区域清晰呈现在CCD图像中，并通过鼠标在控制界面的CCD视野中选择具体的目标扫描区域。选取图6中大小为10mm×10mm的区域进行元素二维扫描分析。µ-EDXRF二维扫描分析的测量条件与上文相同。同时，为验证本仪器“源-样”距离自动控制系统对测量结果的影响，分别在开启和关闭“源-样”距离自动控制系统的条件下进行元素二维扫描分析，扫描数据经软件处理得到如图7所示的元素分布图。图6 吉州窑古陶瓷样品与扫描区域图片图7 扫描区域内K、Ca、Zn、Fe元素分布图。a）关闭“源-样”距离自动控制系统，b）开启“源-样”距离自动控制系统通过图7与图6的比较可知，在关闭“源-样”距离自动控制系统的情况下进行µ-EDXRF二维扫描时，由于样品表面的弯曲，样品测量点与毛细管X光透镜出口端之间的距离发生变化，使得X射线光束的焦点无法与样品测量点重合。这导致测得元素分布图空间分辨率变差，同时生成的图像发生了扭曲。相反，当打开“源-样”距离自动控制系统进行测量时，由于该系统可实时调整平移台使X射线束准确照射在样品测量点上，显著降低由于样品表面弯曲带来的偏差。极大的改善了测量结果，表明该仪器在不平整样品的µ-EDXRF二维扫描中具有重要的应用价值。4. 结论本实验室将毛细管X射线聚焦技术与能量色散X射线荧光分析技术相结合，设计和研发了一种新型毛细管聚焦的微束X射线荧光谱仪。该微束X射线荧光谱仪在具备无损分析微小样品和样品微区的元素分布能力的同时，其基于激光位移传感器开发的“源-样”距离自动控制系统可实时调整样品测量点到透镜出口端距离，显著降低了由样品表面不平整或弧度带来的测量偏差，弥补了现有微束Ｘ射线荧光谱仪在此方面的不足。因此，其在材料科学、地球科学和文物保护等领域有着广泛的应用前景。参考文献[1] 戴珏,吴奕阳,张元璋,等.能量色散X射线荧光光谱法在检测仿真饰品中有害元素的应用[J].上海计量测试,2018,45(04):34-35.[2] 陈吉文,倪子月,程大伟,等.基于EDXRF的土壤中痕量镉的快速检测方法研究[J].光谱学与光谱分析,2018,38(08):2600-2605.[3] 陈曦,周明慧,伍燕湘,等.能量色散X射线荧光光谱仪在稻米中镉含量测定的应用研究[J].食品安全质量检测学报,2018,9(10):2331-2338.[4] 蒯丽君. 化学前处理—能量色散X射线荧光光谱法应用于矿石及水体现场分析[D].中国地质科学院,2013.[5] Rathod T, Tiwari M, Maity S , et al. Multi-element detection in sea water using preconcentration procedure and EDXRF technique [J]. Applied Radiation & Isotopes, 2018, 135.[6] Figueiredo E, M F, Araújo, Silva R J C, et al. Characterisation of Late Bronze Age large size shield nails by EDXRF, micro-EDXRF and X-ray digital radiography [J]. Applied Radiation & Isotopes Including Data Instrumentation & Methods for Use in Agriculture Industry & Medicine, 2011, 69(9):1205-1211.[7] Natarajan V, Porwal N K, Babu Y, et al. Direct determination of metallic impurities in graphite by EDXRF. [J]. Appl Radiat Isot, 2010, 68(6):1128-1131.[8] Li L, Huang Y, Sun H Y, et al. Study on the property of the production for Fengdongyan kiln in Early Ming dynasty by INAA and EDXRF [J]. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, 2016, 381:52-57.[9] Bonfigli, Francesca, Hampai, et al. Characterization of X-ray polycapillary optics by LiF crystal radiation detectors through confocal fluorescence microscopy[J]. Optical Materials, 2016, 58: 398-405.[10] Moradllo M K, Sudbrink B, Hu Q, et al. Using micro X-ray fluorescence to image chloride profiles in concrete[J]. Cement & Concrete Research, 2016:S0008884615300636.[11] Ramos I. Pataco I M, Mourinho M P, et al. Elemental mapping of biofortified wheat grains using micro X-ray fluorescence[J]. Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy, 2016.[12] Ricciardi P，Legrand S，Bertolotti G, et al. Macro X-ray fluorescence (MA-XRF) scanning of illuminated manuscript fragments: potentialities and challenges[J]. Microchemical Journal, 2016, 124:785-791.*通讯作者程琳，工学博士，美国加州大学尔湾分校访问学者。现任职于北京师范大学核科学与技术学院，教授，博导。长期从事毛细管聚焦的微束X射线分析技术的研究及相关设备的研发；目前已经成功研发出国内首台毛细管聚焦的微束X射线荧光谱仪和毛细管聚焦的X射线衍射仪等设备并开展相关的分析技术及应用研究；作为项目负责人已经承担多项国家自然科学基金、北京市自然科学基金和北京市科技计划项目等,国家自然科学基金评审专家、北京市高新技术企业评审专家和X-ray spectrometry等国际刊物审稿人。e-mail: chenglin@bnu.edu.cn