18/06/27知識背景
波長介于10-100埃范圍的X射線稱為軟X射線。入射X射線光子同晶體原子中與核結合較緊的電子進行彈性碰撞產生，輻射出的散射波僅改變方向，無能量損失，波長和位相不變，該現象稱為X射線相干散射。依托該原理可以做分子和超分子結構類型的檢測，以及材料分析和醫學診斷等。
雖然X射線的相干散射現象為世人發現已久，但是礙于技術條件發展，仍未能普遍應用到醫學診斷和材料分析中，這里除了射線源的限制，檢測器本身的發展也是一個關鍵條件。
應用挑戰
當前絕大多數的軟X射線束，比如SOLEIL同步中心的SEXTANT射線束，使用的都是內置在真空環境中的背照CCD。探索道路上的科學家永遠無法被當下技術滿足，事實也證明這些主流背照CCD仍會有一些令人煩躁的缺點，比如采集時間過長，圖像對比度低，邊緣不清晰，容易出現像素溢出現象等。
市面上的CMOS的確常被作為X射線的非直接檢測器組件,用于硬X光斷層成像或者Ptychography實驗性終端平臺。但是很多軟X射線（能量在幾十到2keV之間）的應用并未得益，比如X射線全息成像。目前商用化的sCMOS多是前照式結構，其像素雖然可以通過加裝微透鏡提高進光量，但這對1keV以下的X射線卻是個致命的威脅。
解決方案
Dhyana 95（TUCSEN PHOTONICS）作為新一代sCMOS的典型代表，搭載了最新背照式sCMOS芯片，光譜響應覆蓋180-1100nm，同時擁有22.5mmx22.5mm大面陣，11μmx11μm像素尺寸，95%QE超高量子效率，以及高幀率與低噪聲等優秀品質，完全有能力成為軟X射線研究的新寵。
應用示例
來自法國SOLEIL synchrotron(同步加速器研發中心)的科學家Kewin與其同事正在研究如何提高軟x射線相干散射信號的獲取能力，他們使用Dhyana 95相機做了一些初步的測試評估。
圖1: Dhyana 相機被安裝在METROLOGIE光束線的反射計腔體內
下圖的右圖是由Dhyana 95采集到的衍射圖，其衍射級數達到極大值6階，表明Dhyana 95具有非常優秀的的動態范圍。
圖2:由Dhyana 95記錄的186 eV的一個5微米針孔的衍射光斑
下圖的右圖是由Dhyana95拍攝的50張100 ms曝光時間的圖像累積而成的輻照圖，總采集時間小于10 s，而同樣的圖像效果通過背照式CCD相機需要幾分鐘才能實現，對比凸顯了Dhyana 95讀取速度的優勢。
圖3:由11個直徑為200納米，x射線能量束為700 eV的測試掩模在六色體波束上的輻照反應
應用總結
客戶評價：“Dhyana 95擁有的鮮明特性使其成為上一代同步加速器的軟X射線應用中常用的背照式CCD的一個絕佳替代，比如相干散射實驗，就會因其高幀率完全受益。”
現階段Kewin團隊對Dhyana 95十分滿意。它不僅表現出了優秀的線性度，動態范圍和量子效率，極大地縮減了成像時間，而且性價比極高，截至目前Dhyana 95出色的成像能力使得他們的實驗進展非常順利。
Kewin及其同事的此項初步研究成果已在SRI2018年會上進行了展演。接下來他將和他的同事們進一步探索背照式sCMOS以及Dhyana 95相機在X射線方向的應用潛力，Tucsen也將一如既往助力他們獲得更多豐碩成果。
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感謝來自法國SOLEIL synchrotron的科學家Kewin Desjardins提供以上資料。
參考資料：
Kewin Desjardins, Horia Popesc1, Pascal Mercère, Claude Menneglier,Roland Gaudemer, Karina Th?nel and Nicolas Jaouen. SRI2018.
Characterization of a back-illuminated CMOS Camera for soft x-ray coherent scattering
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