球面弯晶的背光成像特性

通过对球面弯晶背光成像系统的分析,获得了空间分辨率、能量分辨率等关键性能参数随成像系统设计参数变化的关系。利用这一关系对背光成像系统的不同成像方式应用进行分析,并用光路追踪模拟进行验证。在此基础上,利用X射线衍射仪开展了单能成像系统的成像演示实验,获得与模拟和数值分析一致的结果。通过对成像系统的设计优化,这种高分辨单能成像技术将能够在神光激光装置上开展的物理实验中获得广泛应用。     

塑料闪烁光纤阵列成像探测器在高能X射线辐照下的串扰分析

采用蒙特卡罗方法对闪烁光纤阵列探测器在高能X射线入射下的串扰进行了模拟研究,并且分析比较了加铅层对串扰的影响.研究中采用对表征成像系统空间分辨率参量——调制传递函数进行模拟分析和比较,得到在光纤阵列之间加入不同铅层厚度后对系统调制传递函数参量曲线的影响.研究结果表明:在高能射线下,采用闪烁光纤阵列作为成像探测器存在严重的次级粒子相互串扰的现象,而在阵列之间加入铅介质能够减少这种效应;但另一方面,若所加铅层太厚又会导致成像探测器像素过大而使得空间分辨率下降.通过模拟计算得出:只要在阵列之间加入适当厚度的铅介质,既可以有效抑止阵列之间次级粒子的串扰,同时又能提高闪烁光纤阵列探测器系统的空间分辨率.     

高速TDI CCD亚像元动态成像系统分析

亚像元动态成像技术是目前实现相机小型化及提高相机空间分辨率的有效方法。将亚像元动态成像技术引入高速TDICCD相机中,通过特殊设计的光学拼接方法,使相机在不影响扫描速度及不改变TDICCD器件尺寸和相机焦距的情况下,可大大提高空间分辨率。为评价该TDICCD亚像元动态成像系统的成像质量,对成像系统的调制传递函数(MTF)进行了分析,分析结果表明该TDICCD亚像元动态成像技术可以将系统的空间分辨率提高1.6倍以上。     

塑料闪烁光纤阵列成像探测器在高能X射线辐照下的串扰分析

采用蒙特卡罗方法对闪烁光纤阵列探测器在高能X射线入射下的串扰进行了模拟研究,并且分析比较了加铅层对串扰的影响.研究中采用对表征成像系统空间分辨率参量--调制传递函数进行模拟分析和比较,得到在光纤阵列之间加入不同铅层厚度后对系统调制传递函数参量曲线的影响.研究结果表明:在高能射线下,采用闪烁光纤阵列作为成像探测器存在严重...     

8×8APD阵列激光三维成像接收机研制

为了实现对目标的无扫描阵列激光三维成像并研究系统参数对三维成像距离分辨率的影响,研制了8×8 pixel激光三维成像接收机。接收机采用线性模式APD阵列,设计了模拟信号放大、阈值处理将回波光信号转换为数字信号后,利用FPGA设计实现64通道高精度阵列计时系统,实现了对目标的无扫描实时三维成像功能。首先对设计完成的三维成像接收机组成及成像原理进行了介绍,对三维成像接收机中APD探测器阵列信号的模拟处理和数字处理流程和实现方式进行了说明。随后分别对三维成像的核心FPGA计时系统及探测器整体进行了电子学测试和实验测试。测试结果表明,FPGA计时子系统的时间分辨率优于140 ps,三维成像系统整体距离分辨率在0.2 m左右。最后对分辨率的误差进行了分析,结果表明,激光回波强度波动是影响此接收机距离分辨率的最主要因素。     

被动综合孔径光子成像空间分辨率分析

分析了被动天线阵列接收信号在成像系统中的相位传输过程,并将被动综合孔径光子成像与光综合孔径成像做对比研究,利用阵列缩比因子定义了成像系统的空间分辨率因子;分别通过对天线阵列分辨率和光纤阵列的空间分辨率的分析,深入讨论了缩比因子和空间分辨率因子对整个成像系统分辨率的影响,推导出空间分辨率的计算公式;通过仿真计算和分析,研究了天线接收辐射方向和缩比因子对空间分辨率因子的影响,以及二者对成像系统空间分辨率的综合影响,讨论了空间分辨率有关结论在被动综合孔径光子成像系统设计中的意义。     

辐射照相系统中转换屏的分辨率研究

 在高能X光辐射照相系统中，通常使用闪烁体材料的转换屏将X光转换为可见光进行探测。建立了转换屏空间分辨率的计算模型，模拟了转换屏的空间分辨率随屏的厚度、材料及X光子能量的变化关系，为系统的设计提供了参数。     

针孔单光子发射计算机断层成像的空间分辨率研究

针孔单光子发射计算机断层(SPECT)成像的空间分辨率通常是根据Anger经验公式来进行估算,与实际测量存在较大偏差.本文通过对针孔成像的物理过程进行分析,提出了一个近似度更高的计算公式.利用精确的蒙特卡罗方法模拟针孔SPECT成像,采用OSEM(ordered subsets expectation maximization)算法对投影数据进行图像重建,并与模具实验进行比较,验证了理论公式的适用性.同时还讨论了体素尺寸、几何映射获取投影矩阵以及探测器尺寸与成像物体尺寸比值对断层图像空间分辨率的影响.实验结果显示,该理论公式所估算的空间分辨率比实验值平均偏小约10%,而Anger经验公式所估算的空间分辨率比实验值平均偏大约60%.因此,该理论公式能更好地估算针孔SPECT成像的空间分辨率,可为针孔SPECT系统的设计和使用提供有价值的参考.     

太赫兹综合孔径近场成像系统设计

根据太赫兹成像兼具微波穿透特性和红外线高分辨率成像的特点,在红外与毫米波成像系统的基础上,提出一种近场太赫兹波被动干涉合成孔径成像系统的设计方案,并对其实现方法进行了分析。系统采用二维波束扫描天线结构实现综合孔径成像,在保证高精度成像的同时降低了系统的复杂度。通过数值仿真对成像系统的成像性能进行分析,仿真结果表明系统具有较高的空间分辨率;并对系统的成像过程进行了模拟仿真,验证了系统的可行性。     

带像差校正功能的柔性变焦透镜

快照式光谱成像系统可实时获取运动目标的光谱图像,在动态目标跟踪和识别等领域有着迫切的应用需求。快照式光谱成像系统的光谱分辨率与空间分辨率相互制约,针对现有快照式分光成像系统数值孔径小、难以同时实现高光谱分辨率和高空间分辨率的问题,提出了一种基于Dyson同心结构的新型快照式分光成像系统,它具有数值孔径大、成像性能优和结构紧凑等优点;视场离轴和复杂化设计可在保持光学成像性能的同时,增大机械装调空间,具有很好的工程可实施性。优化设计得到的新型快照式分光成像系统的数值孔径达到了0.3,光谱分辨率优于0.54 nm,空间采样点数为112×24。这种高光谱分辨率和高空间分辨率的快照式分光成像系统可为研究对大视场内快速运动目标进行精确探测识别的快照式光谱成像系统提供重要的理论基础。     

热成像过程中的视场选取问题

详细讨论热成像过程中视场选取与跟踪概率，空间分辨率的关系，认为在测量动态目标时，固定视场选取不能保证空间分辨率满足采样定理。通过数学建模和计算机仿真，实现视场选取的自动控制，获得最佳的热图空间分辨率。     

模拟盒参数对汽液体系模拟过程的影响

为探讨模拟盒参数对分子动力学模拟影响这个长期被忽略的问题,采用Verlet-List搜寻法和Leapfrog差分算法,对分子数目为1000的汽液共存体系进行分子动力学模拟,得到了系统温度为100K时,汽液两相密度、表面张力随系统切片数、汽相空间尺寸、液膜厚度以及步长等模拟盒参数的变化情况.研究结果表明,系统切片数不会影响表面张力及两相密度;体系z轴无量纲长度为60时,模拟值与实验值吻合较好;液膜无量纲厚度达到13以后,液相密度将趋于稳定,两侧界面分子不会相互影响;分子动力学步长不影响平衡后的系统密度,但对表面张力的计算影响较明显.     

X射线同轴相衬成像的参数优化系统

通过对具有2维高斯型相位分布特征的物体的X射线同轴相衬成像技术进行理论分析,建立了成像系统参数优化系统。优化系统明确了图像衬度、信噪比、分辨力和探测器抽样数等成像质量评价参数对射线源能量、源焦斑尺寸、探测器分辨力、成像几何和物体结构特性等系统参数的依赖关系。采用数值模拟,分别对亚微焦点源、激光驱动微焦点源和同步辐射源3种X射线源下的成像系统相关参数进行了优化。结果表明,优化系统很好地完成了系统的优化工作。     

Analyzing sub-100-μm samples with transmission terahertz time domain spectroscopy

The authors propose a method for the extraction of material parameter and thickness information from sub-100-μm thin samples using non-differential transmission terahertz time domain spectroscopy. The approach relies on an additional Fourier transform of the frequency dependent material parameters to a quasi space regime. In this quasi space, periodic Fabry-Perot oscillations from the frequency domain, which originate from multiple reflections inside the sample, correspond to discrete peaks. By iterative minimization of these peaks, the highly precise thickness information along with the refractive index and absorption coefficient of the sample can be determined. Experimental verification of the approach is also provided.     

非对称空间外差光谱技术研究

传统空间外差光谱技术存在光谱分辨率、光谱范围与探测器象元数之间的制约关系。非对称空间外差光谱技术相比传统空间外差光谱技术主要区别在于增加单臂光栅到分束器的距离,能够在系统参数不变的情况下大大的增加光谱分辨率。首先阐述了非对称空间外差光谱技术的基本原理,并给出相应的系统参数计算公式推导结果,从理论上推导出单臂光栅偏置量增加和光谱分辨率增加之间的关系。偏置量作为非对称空间外差光谱技术的重要参数,受短双边象元数和光谱分辨率需求的制约。根据实验室现有实验平台参数,给出偏置量选择原则及结果。在元器件参数相同的情况下,分别计算了两种形式的理论光学性能参数,并且进行了仿真验证,得出非对称空间外差光谱仪与传统空间外差光谱仪光谱范围相同,但具有更高的光谱分辨率,并且分辨率提高与偏置量增加关系与理论计算相符。最后通过单色光扫描方法对非对称空间外差光谱仪实验室装置进行光谱范围和光谱分辨率的定标,定标结果与理论计算值吻合较好。     

电子辐照聚合物带电特性多参数共同作用的数值模拟

电子辐照聚合物样品的带电特性是扫描电子显微镜成像、电子束探针微分析以及空间器件辐照效应等领域的一个重要研究课题. 通过建立基于蒙特卡罗方法的电子散射和时域有限差分法的电子输运的数值模型, 并采用高效的多线程并行计算, 模拟了电子非透射辐照聚合物样品的带电特性, 得到了带电稳态下的样品底部泄漏电流密度、表面负电位以及样品总电荷密度等带电特征量受入射电子能量、入射电流密度、样品材料的电子迁移率、样品厚度等相关参数共同作用的影响. 结果表明, 一个参数的变化使表面负电位增强时, 其他参数对负电位的影响将增强. 样品的带电稳态特征量在同一个电流平衡的模式下受参数影响的变化是单调的. 当电流平衡模式发生变化时, 如在入射电子能量较低的条件下, 样品内部的总电荷量会随着样品厚度的增大而先增加后减小, 出现局部极大值. 样品底部的泄漏电流密度随着入射电流密度的增大而近线性成比例地增大. 研究结果对于揭示电子辐照聚合物的带电规律及微观机理、预测不同条件下的样品带电状态具有重要科学意义.     

Width determination of SiO2-films in Si-based devices using low-loss EFTEM: image contrast as a function of sample thickness

Energy filtering transmission electron microscopy (EFTEM) has become one of the most efficient tools for specimen characterization at nanometer length scales. EFTEM imaging is most often carried out in the core-loss region but image intensity becomes more and more a limiting factor with decreasing feature size. Alternatively, it is possible to record EFTEM images in the low-loss region, where intensities are essentially higher and where in many cases the images contain material specific contrasts. In this paper we investigate the influence of the important parameters on the material contrast between silicon and silicon dioxide, e.g. specimen thickness, specimen orientation, energy-loss and energy selecting slit width. We show that sample thickness plays an important role and present two methods to calculate material contrast as a function of energy-loss and sample thicknesses. The first method uses spectra taken from both materials at different sample thickness by electron energy-loss spectroscopy, the second calculates contrast directly from a series of energy filtered images. From the results we determine the ideal acquisition parameters for the Si/SiO(2) system and demonstrate imaging at sufficient resolution below 2nm with a test sample of thin SiO(2) layers on Si.     

On the problem of homogenizing one-dimensional systems

The possibility of introducing effective one-dimensional medium parameters in the long-wave approximation is considered. A layered system was used as a model of one-dimensional medium. The effective parameters were shown to be functions of sample thickness. Both periodic and random media were studied; the thicknesses of random samples were assumed to be much smaller than the localization length, which allowed us to ignore the localization effect. The results are compared with the Rytov solution. The wave vector was found to tend to the Rytov value as the thickness of the sample increased, whereas the characteristic impedance had no limit in the long-wave approximation. What is more, the characteristic impedance could differ from the Rytov value by 100%. The results were obtained by computer simulation of the propagation of electromagnetic waves in a layered system.     

圆翅片叉排热管散热器流动和传热特性数值分析

文中针对三维坐标系下,圆翅片叉排热管散热器的流动和传热特性进行数值模拟研究。分析了三个主要影响因素:翅片间距、翅片厚度和排间距对平均换热系数、流动摩擦系数和热阻的影响。翅片间距分别为6mm、7mm和8mm,翅片厚度分别为0.8mm、1mm和1.2mm,排间距分别为21.7mm、23mm和24.3mm。模拟结果表明:随着迎面风速增加,摩擦系数减小,传热热阻减小;随着翅片厚度的增加,摩擦系数减小、换热能力增强,热阻在大Re时增大明显。随着翅片间距的增大,摩擦系数增大,换热能力提高,热阻增大;随着排间距的增大,摩擦系数在正三角形管排布时的值上下变动,且只有排间距显著增大时,换热能力和热阻才会增大。