微焦點(diǎn)X射線源類同軸相襯成像

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1、第30卷第11期高能物理與核物理Vol.30,No.112006年11月HIGHENERGYPHYSICSANDNUCLEARPHYSICSNov.,2006微焦點(diǎn)X射線源類同軸相襯成像*1)禹愛民李政章迪黃志峰(清華大學(xué)工程物理系北京100084)摘要微焦點(diǎn)X射線源相襯成像是利用微焦點(diǎn)X射線源透過樣品后攜帶的相位信息對樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu)成像.通過獲取相面上的強(qiáng)度信息利用相位復(fù)原方法可以得到物體內(nèi)部的相位信息.獲取了不同放大倍數(shù)下的螞蟻圖像,通過強(qiáng)度傳播方程(TransportofIntensityEquation,TIE)方法得到了螞蟻的相襯圖像,采用邊緣可見度

2、(EdgeVisibility)方法和熵法比較了不同放大倍數(shù)下的成像效果以及復(fù)原前后圖像質(zhì)量.關(guān)鍵詞相襯成像相位恢復(fù)強(qiáng)度傳播方程邊緣可見度1引言像方法,獲取了不同位置的螞蟻圖像,通過直接復(fù)原方法(TIE)得到了螞蟻的相襯圖像,并通過定量的分微焦點(diǎn)X射線源相襯成像是利用X射線透過樣品析,比較了不同位置、原圖像和復(fù)原后的圖像的效果.后攜帶的相位信息對樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu)成像.對輕元素而言,典型的硬X射線通過樣品時,相位變化要比吸收2微焦點(diǎn)源相襯成像理論[1]變化大3個數(shù)量級左右.隨著高亮度同步輻射光源及X射線激光的發(fā)展,X射線相襯成像越來越受到人對于自由空間衍射的硬X射

3、線類同軸相襯成像,們的重視,提出了許多種相襯成像技術(shù),最早由Bonse在單色球面波入射的情形下,其成像模型如圖1所示,[1]和Hart提出利用干涉法實(shí)現(xiàn)相位成像,后人利用其[2]理論得到了很好的結(jié)果.利用晶體衍射效應(yīng)的衍射增強(qiáng)法也得到了廣泛的關(guān)注,并在信息分離方面取得[3

4、5]了較好的結(jié)果.而類同軸法是一種不需要通過光學(xué)儀器直接成像經(jīng)過相位復(fù)原即可得到物體內(nèi)部的相位信息的相襯成像方法,在90年代中期同樣成為研究[6]的熱點(diǎn),并在同步光源與微焦點(diǎn)源上展開了各種實(shí)[7

5、9]驗(yàn).在類同軸相襯成像技術(shù)中,由強(qiáng)度測量來恢復(fù)物體相位信息問題(即相位恢復(fù)問題)成為關(guān)鍵的技

6、術(shù)圖1微焦點(diǎn)源相襯成像示意圖[10

7、13]問題,成為人們研究的熱點(diǎn).Nugent等人提出圖中源到物面的距離為R1,像面與物面的距離為R2,基于強(qiáng)度傳播方程(TransportofIntensityEquation,傳播方向?yàn)樵次锩嬷行乃谥本€.當(dāng)X射線沿著z方TIE)的多種方法,在近場區(qū)獲得了成功的應(yīng)用.程靜[14]向傳播時,X射線的衰減系數(shù)和相位可以用一復(fù)數(shù)傳等人進(jìn)一步將這種方法定量推廣到具有實(shí)際意義[15]播函數(shù)F(x;y)來表示的部分相干光情形.本文從點(diǎn)源球形X射線束相襯成?k1(x;y)+ik'(x;y)像理論出發(fā),詳細(xì)研究了微焦點(diǎn)源X射線同軸相襯成

8、F(x;y)=e;(1)2005{12{20收稿*國家自然科學(xué)基金(10475044)資助1)E-mail:yam04@mails.tsinghua.edu.cn1119

9、11221120高能物理與核物理(HEP&NP)第30卷相位變化從式(8)可以看出,強(qiáng)度和相位的拉普拉斯變化有直接Z00的關(guān)系,測得相面上的強(qiáng)度信息通過相位復(fù)原即可得'(x;y)=?±(x;y;z;k)dz;(2)到物面上的相位分布.D衰減系數(shù)的變化Z3試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)結(jié)果001(x;y)=ˉ(x;y;z;k)dz;(3)D采用德國FeinfocusFXS160光機(jī)作為微焦點(diǎn)源,2?其中物體

10、的折射率n=(1?±)+iˉ,k=,?為X射最大電壓為160keV,最小焦點(diǎn)為51m.定位系統(tǒng)為一?旋轉(zhuǎn)平臺,有5個自由度,可以上下前后左右移動,并線波長.±±且可以360轉(zhuǎn)動,整個平臺還可以180傾斜轉(zhuǎn)動.移以物面前端為坐標(biāo)面,X射線傳播方向?yàn)閦軸方±動最小的分辨率為101m,轉(zhuǎn)動最小分辨率為0.01.向,源位于點(diǎn)(x0;y0;?R1),像平面位于z=R2,物面樣品為干螞蟻,尺寸大概為5mm￡10mm￡4mm.采用[15]上任何一點(diǎn)(x;y)復(fù)振幅可以表示為KodakAA400膠片成像,將其裝在暗盒中固定在平臺u(x;y;x0;y0;?R1)=上,從而可以

11、在不同位置成像.成像沖洗出膠片然后pikR2+(x?x0)2+(y?y0)2用IMACON848掃描儀進(jìn)行數(shù)字化并存入電腦進(jìn)行處e1pF(x;y):(4)R2+(x?x)2+(y?y)2理.成像時電壓為30keV,電流為2001A.100為比較在不同位置和不同曝光時間下相襯成像效當(dāng)R1à?并且R1àD(D為物體的尺寸),上式可以果,獲取了不同位置的圖像,曝光時間分別為51s,86s,近似為·22?220s的圖像,如圖2所示.圖中A點(diǎn)是為了定量比較不(x?x0)+(y?y0)ikR1+2R1u(x;y;x;y;?R)?eF(x;y):同放大倍數(shù)下的相襯對比度.

12、001R1(5)X射線衍射可以用Rayleigh-S