HL-2A装置相衬成像系统的安全连锁与远程监控

通过在相衬成像系统光路中引入电控安全快门控制激光输出,并使用延迟电路实现了安全快门与HL-2A放电运行的同步触发,保障了诊断系统的安全运行,安全快门时间响应为26ms,其抖动误差1ms;利用四象限传感器实现了激光束斑位置的实时监测,获得了HL-2A装置垂直和水平方向的振动数据。所发展的电控快门技术和激光实时监测系统不仅能够大幅提高相衬成像系统的安全性和可靠性,对于HL-2A/2M装置诊断系统的发展和完善也具有重要意义。

相衬光学相干弹性成像的超分辨应变测量

相衬光学相干弹性成像的相位分辨率受限于系统的光源带宽,导致层析应变成像质量低。这严重制约了相衬光学相干弹性成像的实际应用与发展。为此,本文提出一种基于数据驱动的超分辨应变测量方法,以解决相位分辨率受限下的应变重构困难问题。首先,根据相衬光学相干弹性成像原理,搭建了层析应变测量模型,用于获取网络训练所需的数据集,解决实际测量过程中超分辨应变标签难以获取的问题。其次,构建深度卷积神经网络,通过带有层析分辨率受限特点的数据驱动方式,让网络学习低分辨相位与高分辨应变之间的映射关系,从而实现相衬光学相干弹性成像的超分辨应变测量。最后,采用数值验证和压缩变形加载实验对本文方法的性能进行验证。实验结果表明本文方法在窄带宽输出下能重构出宽带宽的应变测量效果,并且其信噪比相比于矢量方法和传统应变计算深度神经网络,分别提高了18.4 dB和1.45 dB。本文方法可以突破系统光源的带宽限制,在低分辨相位输入条件下实现超分辨应变测量,从而加快相衬光学相干弹性成像在力学性能表征、内部早期损伤探测等方面的应用前景。

相衬光学相干层析的薄膜全场力学测量方法

聚合物薄膜的力学特性对于其优化设计、制备和应用具有重要意义,但现有方法普遍难以对其厚度方向进行有效测量。为此,本文提出相衬光学相干层析的薄膜全场力学性能表征方法。利用相衬光学相干层析成像对全场位移的高灵敏特性,结合薄膜拉伸、压缩加载装置,实现了亚毫米级薄膜厚度方向的层析应变全场测量。并结合弹性力学原理,可以从全场应变结果中分别计算材料的弹性模量和泊松比。通过搭建基于相衬光学相干层析的薄膜层析力学测量系统,首先对厚度为0.6 mm的单层硅橡胶薄膜进行了压缩、拉伸加载下的定量表征,测得其弹性模量为2.461 Mpa,泊松比为0.470;随后,分别对由硅橡胶及玻璃胶制作的三层薄膜进行了压缩、拉伸加载下的全场测量,观察到了深度方向各层薄膜的力学差异,测得玻璃胶薄膜的弹性模量为1.005 Mpa,泊松比为0.450。通过本文所述方法可以测量微变形的亚毫米级薄膜厚度方向的全场应变及局部应力,进而测得弹性模量、泊松比这两个力学参数,即可以实现薄膜厚度方向力学特性的高灵敏测试,是一种研究薄膜材料力学性能的新的有效手段。

X射线相衬成像中靶丸球壳界面晕区暗区现象

在微聚焦X射线以及等离子体X射线源平台上开展了多层球壳靶丸的相衬成像实验。实验结果表明,通过相衬成像能够获得清晰的多层球壳靶丸图像并观察到球壳内外表面晕区暗区现象。根据光的折射原理解释了该晕区暗区现象产生的物理机制。实验结果与几何模型计算结果符合较好。

基于Zernike相衬法的相衬成像探索

传统CT由于利用人体组织对X光的吸收进行成像具有很大的局限性。利用相位衬度对物体成像可以获得更高的对比度和分辨率,因此相衬成像成为近年来研究的热点。但是目前相衬图像的获取十分困难,一般需要利用第三代同步光源。为了摆脱物理手段的限制和探索图像相位信息的意义,提出了一种基于Zernike相衬法处理医学图像的方法,并对该方法进行了分析。实验表明,结果图像呈现出了相衬成像的特点。

泽尔尼克与相衬显微镜

相衬法是通过空间滤波器将物体的位相信息转换为相应的振幅信息 ,用改变频谱的位相来改善透明物体成像的反衬度 ,从而提高透明物体的可分辨性 ,泽尔尼克首先提出相衬法并发明了相衬显微镜 .相衬显微镜现已在生物学、医学、晶体学。

普通显微镜改装成相衬显微镜的一种新方法

本文提出了一种新的相衬显微镜的光路系统，这种系统非常适用于将普通显微镜改装成相衬显微镜．首先，叙述了相衬法的基本原理；接着提出了一种将相衬板置于物镜前方的相衬显微镜系统，并运用傅里叶光学证明了在非柯勒照明条件下在物镜前方确实存在物体的频谱面．这种相衬显微镜系统对于将普通显微镜改装成相衬显微镜来说，不仅简单实用，而且杂散光小。

泽尼克是如何发明相衬显微镜的

介绍了泽尼克的生平和他对物理学发展的主要贡献，着重介绍了他是如何发明相衬原理和相衬显微镜的，以及这一发明对我们的启示──创新将面临重重困难，为了增强学生的创新能力，必须注意理论与实验结合能力的培养。

一种新型X射线相衬成像实验室系统

目前的X射线相衬成像研究大都采用同步辐射光源。光源点尺寸达微米量级的X射线管辐射具有较好的空间相干性,也可用于相衬成像研究。本文报道了一种基于纳聚焦X射线管的新型相衬成像实验室系统,光源点尺寸可达500 nm。实验结果表明,该系统可对低Z样品如生物软组织、有机样品等的内部结构成清晰像,分辨率可达微米量级。与已有系统相比较,其空间分辨率和有效通量都有相当大的提高。锥形光束张角约为30°,通过纵向扫描机构调节样品与光源点间距可调整投影放大率,从而降低对探测器分辨率的要求。适用于大样品研究,且可实现样品的横向二维扫描。在医学、生物学、材料科学及化学反应动力学等领域有重要应用前景。

微焦点源X射线相衬成像技术

相衬成像方法利用硬X射线对低密度弱吸收物质成像,可获得高衬度图像。用菲涅尔衍射理论分析了X射线图像的形成机理。在频域中根据光学传递函数,对物像距离、样品空间频率等对图像相位衬度的影响进行了分析。分辨率和衬度是决定图像可见度的两个依据,分辨率主要依赖于光源的空间相干性,空间相干性又决定于源点尺寸,而时间相干性(单色性)是一个不重要的影响因子。利用多色微焦点源实现了X射线相衬成像技术,获得了有价值的相衬图像,如低原子序数低密度泡沫材料的硬X射线相衬图像,与吸收衬度成像相比,其图像质量得到了很大提高,能观察到泡沫材料的细微结构,分辨率可达μm量级。

微分相衬干涉显微镜定量测量表面形貌

改进了用于定量测量样品表面形貌的微分相衬干涉显微镜系统 ,对系统中由Nomarski棱镜引起的相位差 β 的消零工作提出了一种新的方法 ,实验证明是有效可靠的 ,并且对样品表面三维形貌重构、截面轮廓比对及系统的测量精度进行了实验研究。

关于X射线同轴位相衬度成像的研究(英文)

利用模糊函数对部分相干源相X射线衬成像进行了详细的理论分析·列举了不同条件下的实验结果·通过与吸收成像相比较,相衬成像无疑对生物样品的内部结构有更高的对比度和可见度·

ZEMAX模拟中子相衬成像研究

相衬成像是中子成像领域内的前沿技术,它的成像机理基于中子束的波动性。进行中子相衬成像研究,有必要对这一过程进行仿真计算,但目前尚无模拟中子波动行为的程序出现,本文探讨了利用光学仿真软件ZEMAX对热中子相衬成像过程进行模拟的可行性,介绍了具体的模拟过程和结果,研究了不同的物源距离、物屏距离、点中子源尺寸以及样品尺寸对最终成像结果的影响。仿真结果和理论较为接近,这表明使用该软件模拟中子相衬成像是具有一定的可行性的。

双层塑料靶丸的X射线相衬成像

为对微聚焦X射线相衬成像技术应用于双层以及多层塑料靶丸成像和特征分析进行可行性研究,基于类同轴X射线成像技术,综合考虑成像放大倍数、分辨率和衬度等因素,选择合适的实验参数,成功获得了较为清晰的双层塑料靶丸X射线相衬成像照片;采用数字图像处理技术的图像分割手段,如拉普拉斯高斯边缘检测法等对所成像中靶丸边界特征进行分析处理,获得了双层靶丸内层厚度为(10.5±0.6)μm,外层厚度为(9.2±0.7)μm,靶丸外径为(273.3±1.0)μm等参数。

相衬显微镜衬比的分析

本文详细讨论了制约相衬显微镜衬比的各种因素，并针对不同的被观察样本提出了合适的观察方法．首先，叙述了相衬显微镜和暗场显微镜的基本原理，并根据观察时的实际情况，定义了衬比Ｆｃ．然后，分纯相位物体和既有振幅变化又有相位变化的物体两种情况，对影响衬比的各种因素进行了详细讨论，得出了相衬显微镜的衬比最大的条件，并比较了各种条件下相衬显微镜和暗场显微镜的灵敏度，从中得出：在观察弱纯相位变化的物体时，相衬显微镜要比暗场显微镜有效些；在观察既有振幅变化又有相位变化的物体时，相衬显微镜和暗场显微镜要比明场显微镜有效些，但视场中的光强变化已是物体的振幅变化和相位变化的混合效应，而不能单独反映出相位变化．

空间相干与入射光子能量对临床类同轴X射线相衬成像影响(英文)

在临床实际应用中,X射线源是一个具有有限尺寸的多色光源.基于Fresnel-Kirchhoff衍射理论,考虑空间相干的影响,新的类同轴X射线相衬成像公式被导出.分别代表吸收效应与相位效应的吸收衬度传递函数和相位衬度传递函数从新公式得到.吸收衬度传递函数和相位衬度传递函数的曲线由Matlab给出,不同源半径的最佳成像位置也被计算.理论分析结果如下:1)当光源半径足够大时空间相干效应须被考虑,减小源半径可以增强相位效应;2)源半径与最佳成像位置间有确定关系,并在本文中给出;3)源尺寸效应对相位效应影响不是无限的;4)减小入射X射线光子能量将会显著增强相位效应,但不会对最佳成像位置有影响,因此,上述结论可以被拓展到多色光情况.为了验证理论结果,本文给出了对一个表面破损的光学玻璃微聚焦相衬成像的实验结果.其中一些实验结果与理论分析符合很好,但也有一些实验未达到预期,相关的解释文中也已给出.

X射线微分相衬成像系统莫尔条纹对比度的改善（英文）

为制作高质量的铋吸收光栅以提高X射线微分相衬成像系统性能,针对表面改性环节对微铸造技术进行改进,以Bi2O_3取代Si O_2作为改进的浸润层.在周期为3μm、深度为150μm的分析光栅结构上制作了具有高填充率的分析光栅,获得了该光栅的扫描电子显微镜照片.为进一步表明改进微铸造技术制作分析光栅的优越性,与改进前的分析光栅进行对比.将两种光栅先后置于X射线微分干涉相衬成像系统中,分别获取了系统莫尔条纹.从最终的条纹对比度上判断,改进后的微铸造技术制作的分析光栅填充率明显提高.

基于微焦斑源X射线传播的相衬成像模拟

从标量衍射及部分相干光衍射理论出发,结合硬X射线特点,建立基于微焦斑X射线源的衍射成像模型.该模型将Fresnel积分运算转换到空间频域,利用快速傅里叶变换计算衍射光场.根据部分相干光理论分析,有限大小光源的物体衍射光场为光源光强分布与点源所形成的物体衍射光场的卷积,将卷积运算转换到空间频域并利用快速傅里叶变换算法提高运算速度.模拟衍射结果表明,物体到X射线源的距离、X射线光子能量以及X射线源焦斑尺寸均影响自由空间传播相衬成像系统的图像衬度.研究结果有助于X射线相衬成像系统的设计和性能优化.

基于激光驱动等离子体X光源的X射线相衬成像

为了诊断惯性约束聚变(ICF)内爆靶丸球壳的多层信息,在神光Ⅱ激光器上对激光驱动等离子体X光源的相衬成像进行了研究。利用神光Ⅱ第9路激光驱动平面Ti靶获得X光源,在10μm的针孔约束下作为次级点光源对样品成像,用X光胶片记录。成功地将相衬成像技术应用于ICF实验,综合考虑成像放大倍数、分辨力、成像衬度和抑制烧蚀碎片等因素,选择合适的实验条件,成功获得了清晰的双层内爆靶丸球壳结构,空间分辨力优于10μm。

复杂物体的X射线相衬成像三维仿真

用计算机仿真相衬成像可以对成像理论和方法的研究,以及成像系统的设计提供很好的平台。以X射线衍射理论为基础,利用图形学中光线追踪技术,提出了一个相衬成像的三维仿真算法,对由10个具有不同折射率的椭球组成的Shepp-Logan模型进行了三维仿真实验,获得了具有相衬特征的边界增强效果的成像。对比实验表明,该算法可获得与真实物理实验一致的结果。