X射線相干衍射成像原理示意圖

X射線的應用十分廣泛，包括X射線相干性衍射成像、X射線等離子體診斷、EUV光刻、軟X射線顯微成像、X射線譜、條紋相機和微區CT探測等。

相干衍射成像(Coherent diffraction imaging， CDI)是近年來自由電子激光的重要應用領域之一。 利用自由電子激光產生的紫外或者X射線，CDI技術可以10nm級甚至更優的空間分辨率，突破傳統光學成像的局限。

以Henry N. Chapman發表在Nature Physics 論文(doi:10.1038/nphys461)為例，作者利用了德國DESY光源的自由電子激光首次實現了單脈沖CDI成像：波長32nm，25fs的超短脈沖，單脈沖光子數高達10^12個光子。且如圖所示，CDI 成像分辨率高達62nm，是32nm波長的采樣極限。

實驗裝置示意圖

重建的X射線圖像未被毀壞，分辨率可達62nm

在前沿的CDI實驗中，除了需要高質量的光源，科研級的探測器也十分關鍵。而相干衍射成像技術中，對探測器最重要的兩點要求就是：1. 滿井容量大2. 芯片面積大

在一副衍射圖像中，通常中心透射光斑的亮度是衍射光斑的10000倍以上，實驗中需要用遮光板遮擋直接透射的信號，避免損傷探測器。除此之外，靠近中心的低階衍射光斑也比遠離中心的高階衍射強很多。這就需要我們在探測到足夠強的高階弱信號同時，保證低階強信號不飽和。這樣滿井容量越大，對實驗數據分析越有利。

為X射線研究而生的新產品——SOPHIA-XO相機

普林斯頓儀器最新推出的SOPHIA-XO相機，采用最新的230CCD 芯片，單個像元尺寸為15X15μm，感光面積比傳統的13.5μm像元提升了23%，更重要的是，滿井容量提升了50%，高達150Ke-/pixel，為高質量CDI數據提供保證。

更大的像元尺寸——15μm

除此之外新一代的SOPHIA-XO大面陣相機還提供4096x4096的芯片格式，芯片整體尺寸高達61.9x61.9mm。更大的成像市場可以有效提升實驗的靈活度和數據采集能力。在CDI實驗中可以將探測器放置在距離樣品更遠的位置，獲得更高的空間采樣分辨率。

更大的芯片面積——4k×4k格式

大面陣CCD雖然能夠為實驗帶來很多便利，但是其漫長的讀出時間卻成為提升實驗效率最大的瓶頸。

普林斯頓儀器新一代SOPHIA-XO相機采用最新的4讀出口并行設計，最快ADC效率高達16MHz，1600萬像素點全部讀出也僅需1.2秒，是傳統大面陣CCD速度的5倍。

更快的讀出速度

普林斯頓儀器的采用熱電制冷的高靈敏度、高速成像的SOPHIA-XO相機采用背照式CCD芯片，可直接檢測VUV和X射線(~ 5 eV到30 keV)寬范圍能量的光子。

SOPHIA-XO相機是專門為科學應用而設計的，可應用在VUV/ EUV/ XUV成像、X射線衍射、X射線顯微術、X射線全息術、X射線光譜學和X射線等離子體等領域。

審核編輯 黃宇