x射线成像技术中空间相干性的研究

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1、UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationfordoctor’Sdegree勰幽InvestigationofthespatialcoherenteffectsinsomeX—rayAutIl01"’SNatTleSpeciality：Supervisor：FiniShedtime：XinGeNuclearScienceandTechnologyProf．ZiyuWuApril，2013中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人

2、在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：III@IIi!I：冱!至：曼￡中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中国学位论文全文数据库》等有关数据库进行检索，可以采用影印

3、、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。j。fk忪开作者签名：签字日期：竺!三：皂!导师签名：签字日期：三兰!主!墨：[摘要X射线成像技术研究的一个重要方面就是成像方法学的研究。X射线成像方法学在近年来取得了长足的发展，在临床医学、生命科学、材料科学、信息科学以及诸多工业应用领域中获得了极其广泛的应用。本论文从X射线成像技术历史发展的角度出发，概述了X射线显微成像和相衬成像技术的现状及研究进展。由于光源的相干性对成像结果的质量影

4、响很大，本论文主要基于部分相干光理论，通过理论分析和计算机模拟等手段对X射线成像技术中几个重要的实验平台进行理论评估。同时，在原有的基础上创新性地提出了新型实验平台的设计。本论文主要取得了以下几个方面的成果：1．基于标量衍射理论和部分相干光理论，对X射线二维光栅干涉仪和基于分形波带片的透射X射线显微镜装置进行详细的成像过程推导和光路模拟。本论文给出了部分相干光情形下的通用分析方法，同时为后续各类X射线成像平台的性能分析奠定基础。2．一维X射线泰伯干涉仪是目前相衬成像的研究热点。作为一维光栅干涉仪的改进版，二维光栅

5、干涉仪的发展强烈地刺激着光栅成像方法的应用。在菲涅耳衍射理论的框架下，我们研究了部分相干光照明下二维相位型光栅的自成像，并分析自成像的条纹可见度随空间相干长度的变化。从自成像可见度的角度出发，我们找到了用于二维X射线光栅成像的最优二维网格结构。同时，我们也实现了用于定量评价的数值模拟。模拟结果与理论分析吻合一致，并指明了二维光栅干涉仪辐射照明的空间相干性要求。此外，我们的结果还可用来优化二维光栅干涉仪的性能，并用于未来基于光栅成像系统的理论和实验研究。3．我们讨论了利用分形波带片作为衍射光学元件的改版透射式X射线

6、显微镜。在改版的透射式X射线显微镜设计中，我们首先将分形波带片作为聚光镜引入。在分形波带片作为聚光镜的情况下，我们模拟了光场的轴向分布。结果表明，分形波带片可以提高聚焦能力并扩展焦深。虽然仅是初步的，但这些模拟清楚地指出分形波带片将对显微镜装置有很大的帮助，尤其是在可预见的“水窗”波段生物学研究。4．分形波带片的一个主要的好处就是用于聚光镜时产生的一系列次级焦点。为了进一步证明在透射式X射线显微镜中分形波带片的可行性，我们研究了分形波带片聚光镜如何对焦斑的影响。我们提出并讨论了在x射线波段与传统摘要菲涅尔波带片的

7、比较，并通过数值模拟指出聚光镜的衍射效率是由波带片结构和材料以及X射线的能量共同决定。5．事实上，分形波带片不仅可用于增加焦深的聚光镜，同时也可以作为成像元件。设计参数基于北京同步辐射装置的实际参数。数值分析指出在不同的相干照明下，分形波带片和传统的菲涅尔波带片具有类似的成像能力。本论文的分析为波带片的衍生类型在实际显微镜中的应用提供了参考。关键词：相位衬度二维泰伯干涉仪部分相干光照明可见度透射式X射线显微镜分形波带片菲涅尔波带片聚焦能力强度分布焦深衍射效率调制传递函数Abs仃actABSTRACTX-rayim

8、agingmethodologyisallimportantaspectoftheX-rayimagingtechnologyresearch．X。rayimagingmethodologyhasbeenmadegreatprogressinrecentyears，especiallyfortheapplicationsofclinicalmedicine，lifesci