新型大像元、高帧频X-ray相机——SOPHIA-XO相机

X射线相干衍射成像原理示意图

X射线的应用十分广泛，包括X射线相干性衍射成像、X射线等离子体诊断、EUV光刻、软X射线显微成像、X射线谱、条纹相机和微区CT探测等。

相干衍射成像(Coherent diffraction imaging， CDI)是近年来自由电子激光的重要应用领域之一。 利用自由电子激光产生的紫外或者X射线，CDI技术可以10nm级甚至更优的空间分辨率，突破传统光学成像的局限。

以Henry N. Chapman发表在Nature Physics 论文(doi:10.1038/nphys461)为例，作者利用了德国DESY光源的自由电子激光首次实现了单脉冲CDI成像：波长32nm，25fs的超短脉冲，单脉冲光子数高达10^12个光子。且如图所示，CDI 成像分辨率高达62nm，是32nm波长的采样极限。

实验装置示意图

重建的X射线图像未被毁坏，分辨率可达62nm

在前沿的CDI实验中，除了需要高质量的光源，科研级的探测器也十分关键。而相干衍射成像技术中，对探测器最重要的两点要求就是：1. 满井容量大2. 芯片面积大

在一副衍射图像中，通常中心透射光斑的亮度是衍射光斑的10000倍以上，实验中需要用遮光板遮挡直接透射的信号，避免损伤探测器。除此之外，靠近中心的低阶衍射光斑也比远离中心的高阶衍射强很多。这就需要我们在探测到足够强的高阶弱信号同时，保证低阶强信号不饱和。这样满井容量越大，对实验数据分析越有利。

为X射线研究而生的新产品——SOPHIA-XO相机

普林斯顿仪器最新推出的SOPHIA-XO相机，采用最新的230CCD 芯片，单个像元尺寸为15X15μm，感光面积比传统的13.5μm像元提升了23%，更重要的是，满井容量提升了50%，高达150Ke-/pixel，为高质量CDI数据提供保证。

更大的像元尺寸——15μm

除此之外新一代的SOPHIA-XO大面阵相机还提供4096x4096的芯片格式，芯片整体尺寸高达61.9x61.9mm。更大的成像市场可以有效提升实验的灵活度和数据采集能力。在CDI实验中可以将探测器放置在距离样品更远的位置，获得更高的空间采样分辨率。

更大的芯片面积——4k×4k格式

大面阵CCD虽然能够为实验带来很多便利，但是其漫长的读出时间却成为提升实验效率最大的瓶颈。

普林斯顿仪器新一代SOPHIA-XO相机采用最新的4读出口并行设计，最快ADC效率高达16MHz，1600万像素点全部读出也仅需1.2秒，是传统大面阵CCD速度的5倍。

更快的读出速度

普林斯顿仪器的采用热电制冷的高灵敏度、高速成像的SOPHIA-XO相机采用背照式CCD芯片，可直接检测VUV和X射线(~ 5 eV到30 keV)宽范围能量的光子。

SOPHIA-XO相机是专门为科学应用而设计的，可应用在VUV/ EUV/ XUV成像、X射线衍射、X射线显微术、X射线全息术、X射线光谱学和X射线等离子体等领域。

审核编辑 黄宇