在线X射线波前检测技术研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 胡哲 |
| 答辩日期 | 2021 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所) |
| 导师 | 王劼 |
| 关键词 | 同步辐射 X射线 波前检测 定量相位恢复 |
| 英文摘要 | 波前是由等相位面形成的曲面,波前检测的实质是定量相位恢复。由于在可见光波段以及更高频段,探测器只能采集振幅信息。因此需要借助各种手段从光强信息中提取相位信息。在同步辐射光束线中,波前的性质由光源点和光路的设计决定,在传输中光学器件的缺陷和表面误差,将导致波前的畸变。常见的如反射镜的面形误差和姿态失调会影响其聚焦性能,组合折射透镜的波面误差也会影响其聚焦光斑强度分布,对某些实验存在不利影响。因此准确了解传输过程中X射线波前的性质对于了解光束线光学元件的性能、指导光学元件的加工、降低对实验结果的影响等方面都有重要意义。X射线波前测量也被广泛应用于成像方面的研究。由于X射线的穿透能力,使得人们可以探测样品的内部信息,X射线成像技术是在实空间了解物质内部结构的重要手段之一。相对于传统的X射线吸收成像,相位恢复法有空间分辨率高、样品所受辐射剂量低等优点。因此,利用定量相位恢复技术也可以更好地了解待测样品的内部结构信息。本论文结合当前X射线波前检测的实际需求,通过对多种相位恢复理论和算法技术的深入的研究,获得了以下研究结果:1.当前求解光强传输方程(TIE)的方法需要光阑去构造边界条件或要求待测相位函数尺寸小于视场且位于视场中央。这些限制使得TIE这种定量相位恢复的方法在硬X射线领域难以开展。针对这一问题,本文从基础理论出发,提出了利用齐次纽曼边界条件对基于TIE的硬X射线实验进行求解。首先给出了获得该边界条件的方法,并在模拟和基于上海光源BL09B测试线的实验中验证了该边界条件在硬X射线实验中的实用性和普适性。利用该边界条件,不需要对待测相位函数作任何限定,同时也不需要光阑去构造边界条件或利用其他光学元件辅助成像。使得TIE这种定量相位恢复方法在硬X射线领域可以充分发挥作用。2.设计了一种实时在线监测装置,不但可以得到光束位置、通量、光强分布等信息,还可以结合本文提出的求解TIE的方法,得到入射光波前实时相对变化量,且不影响下游实验开展,能实现达到2 k Hz高速采集。为同步辐射光束线主动光学元件的调节、X射线自由电子激光(XFEL)单脉冲光束性质诊断等提供了行之有效的监测方法。3.针对自由电子激光单脉冲性质诊断需求不断增加,提出了基于光栅分光对光束的空间性质(波前分布、强度分布、相干性等)进行实时、在线监测的方法。在模拟和基于上海光源BL19U2的实验上验证了衍射光栅分光后,一级光与入射光在空间性质上完全一致,说明了在线检测一级衍射光和入射光的等效性。该研究为同步辐射、XFEL的在线光束诊断提供了新的思路。4.通过结合光栅分光性质和近场散斑追迹法,提出了一种实时、在线、高精度的定量相位恢复方法。相比于传统的近场散斑追迹法,这种方法不仅将散斑图样视为位置的函数,同时将时间因素考虑在内。通过同时采集参考图和样品图,可以将不同采集时间以及曝光时间内外界环境(光源点抖动、真空泵和水冷机组振动等)扰动带来的误差减小到1%以内,极大地提高相位恢复实验的精度。5.鉴于目前国内尚未有硬X射线相干成像光束线站,我们设计和搭建了国内第一个专用于硬X射线相干实验的实验平台。根据上海光源BL19U2实际光路,通过对光路中光学元件(狭缝、K-B镜)参数进行设计,以及使用微米级针孔获取了全相干光束。并由纳米扫描台、成像探测器等搭建了实验平台,编写了处理数据的算法。通过单脉冲和扫描两种实验验证了该平台的具有进行相关实验的能力。该平台的搭建,为国内基于硬X射线相干实验以及相关的方法学发展提供了基础。 |
| 语种 | 中文 |
| 源URL | [http://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/33894]  |
| 专题 | 中科院上海应用物理研究所2021-2022年 |
| 作者单位 | 1.中国科学院上海应用物理研究所 2.中国科学院大学; |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 胡哲. 在线X射线波前检测技术研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所). 2021. |
入库方式： OAI收割
来源：上海应用物理研究所
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