同步辐射红外共聚焦谱学三维成像重建算法研究

为获取物质内部成分的三维分布信息,研究了基于同步辐射红外光源的共聚焦三维成像重建算法。采用单点探测器扫描成像的方式,根据同步辐射红外谱学显微共聚焦三维成像的原理及非线性特性,建立了同步辐射红外谱学显微共聚焦三维成像模型;根据该模型的特点建立测试样品的模型,模拟了红外谱学共聚焦三维成像测试,得到了共聚焦三维成像的测试数据;分别使用Levenberg-Marquardt算法和改进型高斯-牛顿算法对使用前向模型模拟采集得到的结果进行重建。结果表明,前向模型中未加入误差时,Levenberg-Marquardt算法可以重建样品的三维信息,在前向模型中加入1%误差时,Levenberg-Marquardt算法重建得到的结果与实际结果偏差较大,而改进型高斯-牛顿算法可以重建样品的三维信息。     

同步辐射X射线相衬显微CT在古生物学中的应用

X射线无损成像技术在古生物化石标本研究领域中应用十分广泛.近几年来,随着技术的不断革新,同步辐射X射线相衬显微断层成像技术(SRX-PC-μCT)也被引入到这一领域.由于同步辐射光源产生的硬X射线具有高亮度、高准直性和高空间相干性等优点,可以实现化石标本高分辨率(亚微米级)的无损三维显微成像,给古生物学的发展带来了新的机遇.文章简要回顾了用于古生物化石标本无损成像技术的发展历程,并在此基础L综述了同步辐射X射线断层显微成像技术在古生物学领域的应用现状和前景.     

调焦调平探测光斑位置误差对测量准确度影响的研究

调焦调平测量系统(FLMS),实时测量硅片曝光视场区域与投影物镜焦面的相对位姿,其测量准确度影响光刻机曝光成像质量。调焦调平测量采用大入射角将3个以上的探测光斑投影到硅片曝光视场区域实现对硅片高度和倾斜的测量。如果光斑位置存在误差,就会引起硅片测量准确度误差,进而造成硅片曝光视场区域离焦,影响曝光成像质量。根据调焦调平单点几何测量模型,建立了光斑位置误差模型。研究结果表明,调焦调平单光斑的测量高度误差与光斑水平位置误差成正比,经调整调焦调平的零平面与焦面近似平行,并精确校准光斑水平位置误差到0.05 mm,其造成的测量误差最大为10 nm。     

基于局部线性关系的扇束X射线荧光CT几何校正研究

基于X射线管的X射线荧光计算机断层扫描术(CT)受多种因素影响,成像质量不佳,几何参数误差是制约其高质量图像重建的重要因素之一.本文分析成像二维平面模体与探测器相对位置偏移对投影数据的影响,并基于原始投影数据和原始重建图像再投影数据的局部线性关系实现几何偏移参数校正;利用Geant4模拟存在偏移参数的扇束X射线荧光CT系统,使用模拟投影数据验证校正方法.研究结果表明:该方法能计算出相对精确的几何偏移量,有效消除几何参数误差对重建图像的影响,校正后的重建图像信息熵降低,平均梯度和标准差提高,图像质量提升.     

三维显微CT扫描系统的X射线源焦点投影坐标测量方法

针对实际的三维显微CT成像系统射线源焦点和探测器成像面位置不能直接测量的问题,提出了一种简单易行的射线源焦点投影坐标精确测量方法.基于球体在锥束射线场中的投影为椭圆的原理,利用双球目标体成像获得的数字射线投影图像,配合图像、图形处理方法和最小二乘拟合技术求取二椭圆的长轴交点,该点坐标即为射线源焦点的投影坐标.实验结果表明,所提出方法的测量精度达到了实际显微CT扫描系统的重建要求,并且实现简单、具有较强的抗噪能力.     

X射线光场成像技术研究

X射线三维成像技术是目前国内外X射线成像研究领域的一个研究热点.但针对一些特殊成像目标,传统X射线计算层析(CT)成像模式易出现投影信息缺失等问题,影响CT重建的图像质量,使得CT成像的应用受到一定的限制.本文主要研究了基于光场成像理论的X射线三维立体成像技术.首先从同步辐射光源模型出发,对X射线光场成像进行建模;然后,基于光场成像数字重聚焦理论,对成像目标场在深度方向上进行切片重建.结果表明:该方法可以实现对成像目标任一视角下任一深度的内部切片重建,但是由于光学聚焦过程中的离焦现象,会引入较为严重的背景噪声.当对其原始数据进行滤波后,再进行X射线光场重聚焦,可以有效消除重建伪影,提高图像的重建质量.本研究既有算法理论意义,又可应用于工业、医疗等较复杂目标的快速检测,具有较大的应用价值.     

基于暗瞳图像的人眼视线估计

虹膜外边缘受眼睑遮挡较为严重时, 会给虹膜中心的准确提取造成很大的困难. 为此, 提出利用放置在相机轴外的红外光源产生的暗瞳图像估计瞳孔中心, 该方法避免了提取虹膜外边缘遇到的遮挡问题. 首先利用角膜反射光斑在相机像面中的位置估计角膜所在球体中心的三维空间坐标, 作为眼球的平动信息; 然后考察瞳孔中心与角膜球体中心在相机成像面投影位置的相对偏移, 作为眼球的转动信息; 最后利用人工神经网络完成视线特征向量与注视点坐标间的映射. 在人眼区域定位的问题上, 利用两部大视场相机, 采用自适应增强算法和主动表观模型算法实现眼部区域的准确定位, 该步骤可以将提取反射光斑和瞳孔中心需要考虑的图像区域限定在较小的范围内. 实验结果表明, 本文视线估计方法在水平方向上的平均误差为0.62°, 在竖直方向上的平均误差为1.05°, 是解决视线点估计的有效方法. 关键词： 暗瞳 人工神经网络 自适应增强 主动表观模型     

光栅衍射型超广角激光告警系统光斑定位方法

成像光斑中心精确定位是光栅衍射型超广角激光告警系统具有高定向准确度和高波长分辨能力的基础.本文分析了光栅衍射型超广角激光告警系统成像光斑特点.针对随激光入射角增大,系统成像光斑畸变为强度近似高斯分布倾斜光斑的问题,提出一种改进型高斯拟合法计算光斑中心,通过仿真模拟和实验测试研究了新方法的定位性能.模拟结果表明,高斯噪音标准差为0.01情况下,光斑长轴与x轴夹角由0°逐渐增大为90°过程中,本文方法的定位误差平均值小于0.005像素,误差标准差小于0.02像素.实验测试表明,实验图像经帧相减和高斯平滑滤波预处理后,光斑长轴与坐标轴方向一致时,本文方法与高斯拟合法的定位结果非常接近,明显优于灰度重心法.光斑倾斜时,本文方法求得的激光入射方向角的误差均值和标准差明显小于灰度重心法和普通高斯拟法.     

基于白光三角法的凸点封装高度测量仿真研究

随着集成电路制造技术的发展,封装尺寸变得更加细密,焊料变形导致的互连短路问题日益突出,针对芯片凸点进行共面性缺陷检测即测量凸点高度的需求更加迫切.为实现这一目的,建立了基于白光三角法的芯片凸点高度测量仿真模型,系统分为光源整形模块,精密狭缝、显微投影系统和显微成像系统.分析了样品移动过程中凸点顶部反射光斑的变化情况,同...     

基于Mueller矩阵成像椭偏仪的纳米结构几何参数大面积测量

为了实现有效的工艺监控, 在批量化纳米制造中对纳米结构的关键尺寸等几何参数进行快速、低成本、非破坏性的精确测量具有十分重要的意义. 光学散射仪目前已经发展成为批量化纳米制造中纳米结构几何参数在线测量的一种重要手段. 传统光学散射测量技术只能获得光斑照射区内待测参数的平均值, 而对小于光斑照射区内样品的微小变化难以准确分析. 此外, 由于其只能进行单点测试, 必须要移动样品台进行扫描才能获得大面积区域内待测参数的分布信息, 从而严重影响测试效率. 为此, 本文将传统光学散射测量技术与显微成像技术相结合, 提出利用Mueller矩阵成像椭偏仪实现纳米结构几何参数的大面积快速准确测量. Mueller矩阵成像椭偏仪具有传统Mueller矩阵椭偏仪测量信息全、光谱灵敏度高的优势, 同时又有显微成像技术高空间分辨率的优点, 有望为批量化纳米制造中纳米结构几何参数提供一种大面积、快速、低成本、非破坏性的精确测量新途径.     

高功率垂直腔面发射激光器的光束准直特性

基于高斯光束的准直原理,针对不同结构参数的大功率垂直腔面发射激光器光束特征,通过选用合适参数的透镜,研究了不同连续和脉冲电流条件激励下光束的准直特性.对于出光口径为200 μm的器件,通过f=3.1 mm,NA =0.68的透镜,连续工作条件下,准直后的最小发散角达到1°;在电流为40A、脉宽60 ns、重复频率1 k...     

激光辐照下镀铬介质高吸收镜的热变形

为了分析激光辐照下反射镜热变形对光束质量的影响, 本文建立了激光光束45°角入射时镀铬介质高吸收镜的热固耦合模型, 对不同辐照光束下反射镜的热变形和镜体厚度对热变形的影响进行了分析, 并用哈特曼波前传感器对自由边界条件下的镜面热变形进行了检测。结果表明:吸收功率在0.085~0.185 W时, 镜面热变形随吸收功率的增加近似线性增加, 随辐照光斑的增加而减小;反射镜厚度在1~5 mm范围, 镜面热变形基本不变。在激光照射的初始阶段, 反射镜表面温度和热变形迅速增加, 在激光连续照射20 s后, 镜面温度增加量逐步变缓, 镜面热变形则在1 s以内就上升至0.27 μm, 之后变形量缓慢增加, 在100 s后达到相对稳定状态;关闭激光后, 镜面在120 s后恢复到初始状态。分析表明, 产生误差的因素主要为光斑大小和辐照光束入射角度。     

A knife-edge measurement of the beam profile of STXM 5.3.2.2 using a focussed ion beam milled metallic glass

We present a simple knife-edge measurement of the STXM 5.3.2.2 synchrotron X-ray beam width. The knife edge was constructed by ion beam milling a metallic glass alloy consisting of 60% gold, 20% nickel and 20% hafnium and was determined to be well-defined to within 2 nm by TEM. An asymmetric beam profile of 120 nm FWHM in the vertical direction and 150 nm FWHM in the horizontal direction was determined and was observed to depart from the expected Airy function profile.     

Dipole‐like backscatter stimulated Raman scattering for in vivo imaging

Stimulated Raman scattering (SRS) scanning microscopy has the potential to enable label‐free in vivo imaging for research and clinical medicine. Volume SRS from focus occurs in the forward scattered direction. Therefore, multiple scattering events are required to direct the light out of the tissue, reducing imaging depth and resolution. Here, a method called Stokes interference SRS (SISRS) is introduced that operates by the addition to the standard pump and stimulated emission probe beams a third beam called the donut beam. The donut is close in wavelength to the probe beam and, after passage through a π phase plate, forms an annular beam in the focal plane with bright nodes above and below focus. The donut beats with the probe beam, and when they destructively interfere with each other, the microscope's 3‐D stimulated emission focal spot is reduced to subwavelength dimensions. A subwavelength focal volume emits a dipole pattern of SRS with forward and backscatter lobes, enabling high‐resolution single‐backscatter imaging from deep within tissues. The reduction of the focal volume also increases the resolution of the scanning image creating imaging beyond the diffraction limit. SISRS imaging may provide in vivo label‐free Raman images comparable with that achieved in stained in vitro tissues in all planes of section. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

Stimulated Raman scattering of gaussian laser beam in relativistic plasma

This paper presents an investigation of Stimulated Raman Scattering of gaussian laser beam in relativistic Plasma. The pump beam interacts with a pre-excited electron plasma wave and thereby generate a back-scattered wave. Due to intense laser beam, electron oscillatory velocity becomes comparable to the velocity of light, which modifies the background plasma density profile in a direction transverse to pump beam axis. The relativistic non-linearity due to increase in mass of the electrons effects the incident laser beam, electron plasma wave and back-scattered beam. We have set up the non-linear differential equations for the beam width parameters of the main beam, electron plasma wave, back-scattered wave and derived SRS back-reflectivity by taking full non-linear part of the dielectric constant of relativistic plasma with the help of moment theory approach. It is observed from the analysis that self-focusing of the pump beam greatly affects the SRS reflectivity, which plays a significant role in laser induced fusion.     

轻量化超宽温度折/衍混合红外热像仪光学系统设计

设计一个用于红外热像仪的轻量化超宽温中波折/衍混合红外热像仪光学系统。光学系统参数:工作波段为3.7 m～4.8 m,相对孔径为1/2,焦距为120 mm,全视场角为5.18,满足100 %冷光栏效率。采用三片式结构,使用硅和锗两种常用的红外材料,以及一个非球面和一个衍射面,系统实现了轻量化和超宽温度下工作。系统在-60℃～160℃温度范围内成像质量接近衍射极限,可供像元尺寸为30 m、像元数256256的凝视型中波红外探测器使用,可探测到2.3 km远的坦克目标。     

Analysis of banding problem in multiple beam scanning system of laser printer

In the slant scanning method of multiple beams a misalignment of the slant angle causes a beam spacing error and pitch irregularities of scan lines called “banding”. This paper evaluates the pitch irregularities and tries to clarify the allowable beam spacing error. The following results are obtained: (1) The maximum spacing error of print lines is proportional to m/(dpi), where m is the number of multiple beams and dpi print dot density. (2) The noticeable limit of periodic variations of print density at low spatial frequency was presumed to be a visibility between 1 and 2% in experiments. (3) The allowable beam spacing error was calculated introducing the human eye spatial frequency response. (4) The banding simulation experiments by laser recording on the photographic paper on the XY stage showed good coincidence with the theoretical evaluations.     

同步光干涉方法对BEPCⅡ储存环束流的测量

 利用同步光的可见光波段空间干涉方法,对北京正负电子对撞机储存环的束流横向截面垂直尺寸进行了测量。在同步模式下,测得束流横向截面垂直尺寸为155 μm,测量结果与理论值符合得很好。此方法避免了同步光衍射带来的测量误差,并使结果更精确,且对其它非相干小尺寸光源也同样适用。     

高光束质量垂直腔面发射激光器同相耦合阵列

质子注入型面发射激光器相干耦合阵列能够实现同相模式的激射,但是由于制作过程中的工艺不均匀性引起单元间存在相位差,影响光束的质量。本文通过设计分离电极结构,使每个单元注入的电流得到分别的控制,实现了3单元三角排列阵列高光束质量同相耦合模式的激射。阵列远场发散角仅为3.4°,大约有25.6%的全部能量聚集在中心光斑。激射光谱的线宽为0.24 nm,边模抑制比为27 dB。该方法能够有效提高相干耦合阵列的光束质量,弥补制作工艺中引入的单元不均匀性,提高器件的可靠性和实用性。质子注入方法简单、成本低,能够成为制作高光束质量相干耦合阵列的一个重要方法。