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《微焦点X射线源类同轴相衬成像》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第30卷第11期高能物理与核物理Vol.30,No.112006年11月HIGHENERGYPHYSICSANDNUCLEARPHYSICSNov.,2006微焦点X射线源类同轴相衬成像*1)禹爱民李政章迪黄志峰(清华大学工程物理系北京100084)摘要微焦点X射线源相衬成像是利用微焦点X射线源透过样品后携带的相位信息对样品内部结构成像.通过获取相面上的强度信息利用相位复原方法可以得到物体内部的相位信息.获取了不同放大倍数下的蚂蚁图像,通过强度传播方程(TransportofIntensityEquation,TIE)方法得到了蚂蚁的相衬图像,采用边缘可见度
2、(EdgeVisibility)方法和熵法比较了不同放大倍数下的成像效果以及复原前后图像质量.关键词相衬成像相位恢复强度传播方程边缘可见度1引言像方法,获取了不同位置的蚂蚁图像,通过直接复原方法(TIE)得到了蚂蚁的相衬图像,并通过定量的分微焦点X射线源相衬成像是利用X射线透过样品析,比较了不同位置、原图像和复原后的图像的效果.后携带的相位信息对样品内部结构成像.对轻元素而言,典型的硬X射线通过样品时,相位变化要比吸收2微焦点源相衬成像理论[1]变化大3个数量级左右.随着高亮度同步辐射光源及X射线激光的发展,X射线相衬成像越来越受到人对于自由空间衍射的硬X射
3、线类同轴相衬成像,们的重视,提出了许多种相衬成像技术,最早由Bonse在单色球面波入射的情形下,其成像模型如图1所示,[1]和Hart提出利用干涉法实现相位成像,后人利用其[2]理论得到了很好的结果.利用晶体衍射效应的衍射增强法也得到了广泛的关注,并在信息分离方面取得[3
4、5]了较好的结果.而类同轴法是一种不需要通过光学仪器直接成像经过相位复原即可得到物体内部的相位信息的相衬成像方法,在90年代中期同样成为研究[6]的热点,并在同步光源与微焦点源上展开了各种实[7
5、9]验.在类同轴相衬成像技术中,由强度测量来恢复物体相位信息问题(即相位恢复问题)成为关键的技
6、术图1微焦点源相衬成像示意图[10
7、13]问题,成为人们研究的热点.Nugent等人提出图中源到物面的距离为R1,像面与物面的距离为R2,基于强度传播方程(TransportofIntensityEquation,传播方向为源物面中心所在直线.当X射线沿着z方TIE)的多种方法,在近场区获得了成功的应用.程静[14]向传播时,X射线的衰减系数和相位可以用一复数传等人进一步将这种方法定量推广到具有实际意义[15]播函数F(x;y)来表示的部分相干光情形.本文从点源球形X射线束相衬成¡k¹(x;y)+ik'(x;y)像理论出发,详细研究了微焦点源X射线同轴相衬成
8、F(x;y)=e;(1)2005{12{20收稿*国家自然科学基金(10475044)资助1)E-mail:yam04@mails.tsinghua.edu.cn1119
9、11221120高能物理与核物理(HEP&NP)第30卷相位变化从式(8)可以看出,强度和相位的拉普拉斯变化有直接Z00的关系,测得相面上的强度信息通过相位复原即可得'(x;y)=¡±(x;y;z;k)dz;(2)到物面上的相位分布.D衰减系数的变化Z3试验装置及试验结果00¹(x;y)=¯(x;y;z;k)dz;(3)D采用德国FeinfocusFXS160光机作为微焦点源,2¼其中物体
10、的折射率n=(1¡±)+i¯,k=,¸为X射最大电压为160keV,最小焦点为5¹m.定位系统为一¸旋转平台,有5个自由度,可以上下前后左右移动,并线波长.±±且可以360转动,整个平台还可以180倾斜转动.移以物面前端为坐标面,X射线传播方向为z轴方±动最小的分辨率为10¹m,转动最小分辨率为0.01.向,源位于点(x0;y0;¡R1),像平面位于z=R2,物面样品为干蚂蚁,尺寸大概为5mm£10mm£4mm.采用[15]上任何一点(x;y)复振幅可以表示为KodakAA400胶片成像,将其装在暗盒中固定在平台u(x;y;x0;y0;¡R1)=上,从而可以
11、在不同位置成像.成像冲洗出胶片然后pikR2+(x¡x0)2+(y¡y0)2用IMACON848扫描仪进行数字化并存入电脑进行处e1pF(x;y):(4)R2+(x¡x)2+(y¡y)2理.成像时电压为30keV,电流为200¹A.100为比较在不同位置和不同曝光时间下相衬成像效当R1À¸并且R1ÀD(D为物体的尺寸),上式可以果,获取了不同位置的图像,曝光时间分别为51s,86s,近似为·22¸220s的图像,如图2所示.图中A点是为了定量比较不(x¡x0)+(y¡y0)ikR1+2R1u(x;y;x;y;¡R)¼eF(x;y):同放大倍数下的相衬对比度.
12、001R1(5)X射线衍射可以用Rayleigh-S
