X射線相位襯度成像相關(guān)光學(xué)問題研究.pdf

1、X射線相位襯度成像是近十多年來發(fā)展起來的一種新的成像方法。基于X射線通過輕元素物質(zhì)獲得的相位改變是光強改變的一千倍到十萬倍的原理，X射線相位襯度能以比傳統(tǒng)吸收成像高得多靈敏度觀察輕元素樣品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。這種成像方法可以廣泛應(yīng)用于生物、醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)等眾多研究領(lǐng)域，為科學(xué)研究、疾病診斷、材料合成等提供強有力的表征手段。因此，X射線相位襯度成像及其CT技術(shù)的研究具有前瞻性和開拓性，并具有重要的研究價值和意義本論文系統(tǒng)綜述了X射線相位襯度成像的

2、發(fā)展和成像原理，基于北京同步輻射光源，通過成像實驗、理論分析和計算機模擬，在同軸相位襯度成像、衍射增強成像和光柵剪切成像等方面做了一些研究，主要的創(chuàng)新工作有以下幾個方面： 1．對基于光柵干涉儀的相位襯度成像原理和方法進行了系統(tǒng)的研究。利用Fresnel公式的Fourier變換對光柵成像進行分析，給出了分?jǐn)?shù)Talbot效應(yīng)的一個簡單的數(shù)學(xué)描述。首次推導(dǎo)出分析光柵位移曲線的數(shù)學(xué)表達式和光柵剪切成像方程。在此基礎(chǔ)上，簡化了目前國際上流

3、行的光柵剪切成像方法，將至少需要五次曝光的折射角提取方法減少到兩次。本論文提出的方法不但簡化了光柵剪切成像實驗的操作步驟，縮短了曝光時間，減少樣品受到的輻照劑量，而且使圖像的后處理更簡便易行。 2．將光柵剪切成像的研究成果創(chuàng)造性地應(yīng)用于計算機斷層成像，結(jié)合北京同步輻射成像組提出的旋轉(zhuǎn)不變條件，基于光柵剪切成像方法推導(dǎo)出五個CT重建算法公式，只需要一套360度的投影數(shù)據(jù)，就能夠重構(gòu)折射率，折射率的梯度，折射率的偏導(dǎo)數(shù)和吸收系數(shù)等五

4、個物理量。可以預(yù)期，本論文提出的光柵剪切相位襯度CT方法，將在未來的科學(xué)研究領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。 3．基于衍射成像方法發(fā)展了信息分離算法的計算程序包，利用在北京同步輻射光源上建立的一整套實驗方法，從老鼠爪子等生物樣品的投影成像實驗數(shù)據(jù)中成功地分離出吸收、散射消光、散射寬度和折射角等四種信息像。同時將信息分離實驗方法應(yīng)用于晶體微小形變的測量之中，這一工作構(gòu)成測量晶體微小形變專利的一部分。 4．由于小周期的厚光柵加T難度

5、很大，本論文提出了一種新型的多層光柵結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)是利用多塊大周期的光柵疊加而成，從而有望降低加工難度，使基于光柵干涉儀的相位襯度成像更加趨于實用化。 5．對于空間相干長度很小的非相干光源的同軸成像進行了理論和實驗研究，分析了影響分辨率的因素，給出了提高分辨率的一些可能的方法。計算機模擬和實驗結(jié)果證明了理論可靠性。一般認(rèn)為同軸相位襯度成像需要相干性很好的光源才能夠得到比較的結(jié)果。經(jīng)過分析，我們發(fā)現(xiàn)，一般生物樣品對于X射線的相位改