用阴影莫尔条纹偏折术测量反射表面角位移

介绍一种阴影莫尔条纹偏折术。利用光栅自成象面的倾斜引起莫尔条纹方向变化来测量反射表面的角位移。     

消畸变成像折反射全景成像系统设计

 单视点折反射全景成像系统畸变较大,通过计算反射镜面型可有效地实现折反射全景成像系统消畸变成像。在反射镜入射角与反射角呈线性关系的基础上,推导适用于消畸变折反射全景成像的反射镜面型公式。为说明反射镜面型的准确性,设计了F#为3.3,视场为138°的消畸变成像折反射全景成像系统,并利用实际像平面和虚拟像平面间的坐标映射关系,实现了系统的消畸变设计。各视场MTF在奈奎斯特频率下均达到0.6, 边缘视场相对畸变小于4 %。结果表明：该面型可实现消畸变折反射全景成像,反射角光线追迹法适用于折反射全景成像系统畸变评价,为折反射全景成像系统消畸变设计提供了必要的模型和计算方法。     

光栅计量装置中离焦误差的控制

探讨光栅成像式莫尔条纹计量装置中离焦误差的影响，提出用莫尔条纹方向的稳定性来提高光栅定位精度的方法。     

纵向莫尔条纹在自准直仪中的应用

为了提高自准直仪的分辨力,将纵向莫尔条纹引入到光路中,用长光栅代替传统单狭缝,将长光栅成像在CCD检测器上,CCD作为标尺光栅,通过两个光栅叠加形成的莫尔条纹的变化可以将成像位移分辨率提高到亚像元,进而将自准直仪的角度分辨率提高到毫秒级.实验结果表明,相对于直接检测狭缝边缘的方法,莫尔条纹法的分辨力提高了25倍.     

基于同心离轴双反射系统成像光谱仪的像散校正(英文)

提出了一种基于同心离轴双反射系统的成像光谱仪,该系统由四片球面反射镜与一块平面光栅组成.在分析同心离轴双反射系统的基础上,结合像差理论与光程函数概念,推导了同心离轴双反射系统的像散公式,得到其消像散条件.消像散理论表明,将消像散的同心离轴双反射系统分别应用于成像光谱仪的准直光路与聚焦光路中,可以实现成像光谱仪全光路消像散.研究了准直光路与聚焦光路共心对称的成像光谱仪结构,给出了其通用设计算法.根据初始结构计算方法,设计了工作波段在远紫外(120~180nm)的成像光谱仪实例,给出了初始结构的点略图与像散曲线图,以验证消像散理论的正确性.结果表明,初始结构完全符合消像散理论.优化设计后的成像光谱仪光谱分辨率接近1.6nm,调制传递函数值全视场全波段在0.37以上,具有良好的成像质量.     

基于级联光栅的X射线相衬成像实验研究

为避免小周期高宽比吸收光栅的制作,提出了由泰伯-劳干涉仪和逆泰伯-劳干涉仪组成的级联光栅X射线相衬成像装置,该装置利用泰伯-劳干涉仪的自成像作为逆泰伯-劳干涉仪的源.通过实验验证了该方法的有效性,得到了成像系统的莫尔条纹和强度振荡曲线.条纹最高对比度为17.4%,随着吸收光栅偏离零点位置,条纹对比度逐渐降低,但是在其位置跨越从-17mm到12mm的范围内,条纹对比度仍保持在10%以上.实验讨论了样品位置对成像灵敏度的影响,结果表明当样品位置靠近相位光栅两侧时,其成像灵敏度最高.本文的研究可应用于生物医学成像的大视场X射线相衬成像系统的设计.     

基于周期结构负反射的远场增强成像研究

远场高分辨率成像是近几年来声学和光学领域的研究焦点之一, 倏逝波无法在介质中传播成为将高分辨率成像带入远场的最大困难.本文提出了一种均匀排列的散射钢柱构成的超构散射体成像方式, 利用周期结构负反射现象将倏逝波信息转化为可传播波来增强成像.有限元数值模拟被用来研究和验证该方案的可行性, 结果显示波长3.4 mm的声波可以在20 cm外的远场获得大约0.6个波长的成像分辨能力. 通过减小散射体的晶格常数有希望达到更高分辨率成像.     

薄透镜反射成像研究

从薄透镜反射成像的实验现象出发，运用光学系统中变换矩阵的有关理论，研究了薄透镜的反射成像规律，并对双凸透镜及平凸透镜的反射成像进行了定量分析。     

利用三分量传感器进行声反射成像测井的新方法

声反射成像测井技术将声源与接收器布置于同一个井中,通过探测从井旁地质界面反射回来的信号,实现对井周围地质构造进行成像。这种勘探方法既弥补了地震波勘探在成像分辨率方面的不足,又提高了声波测井技术的探测范围,具有广泛的应用前景。然而,在理论研究     

CCD在自准直仪中用于莫尔条纹成像研究

讨论了基于纵向莫尔条纹检测的光栅自准直仪测量原理.运用光学傅里叶原理推导出,利用线阵CCD取代指示光栅可以在自准直仪中产生莫尔条纹.实验验证了当标尺光栅在CCD投影光栅常量d2与其光栅常量d1之比为s=1.01时,纵向莫尔条纹的放大作用能达到14.14倍.该方法消除了因指示光栅衍射作用影响试验结果的问题,显著提高了系统的角分辨力,并简化了自准直仪光学系统.     

Single-shot grating-based x-ray differential phase contrast imaging with a modified analyzer grating

X-ray grating interferometer has attracted widely attention in the past years due to its capability in achieving x-ray phase contrast imaging with low brilliance source. However, the widely used phase stepping information extraction method reduces system stability and prolongs data acquisition time by several times compared with conventional x-ray absorptionbased imaging. The mechanical stepping can be avoided by using a staggered grating, but at the cost of low vertical spatial resolution. In this paper, employing a modified staggered grating and the angular signal radiography, we proposed a single-shot grating-based x-ray differential phase contrast imaging with decent vertical spatial resolution. The theoretical framework was deduced and proved by numerical experiments. Absorption, phase, and scattering computed tomography can be performed without phase stepping. Therefore, we believe this fast and highly stable imaging method with decent resolution would be widely applied in x-ray grating-based phase contrast imaging.     

利用平面平晶反射干涉制作低频全息光栅

基于对光栅制作方法优缺点的分析,提出了利用平面平晶双光束干涉原理制作低频全息光栅的方案.在保证光栅质量的前提下,简化了原有全息光栅制作的光路,实验证明简化后的光路是可行的,所制得的全息光栅可用于光学教学实验.     

Shifting curves based on the detector integration effect for x-ray phase contrast imaging

In theory, we find that the actual function of the analyzer grating in the Talbot–Lau interferometer is segmenting the self-images of the phase grating and choosing integral areas, which make sure that each period of self-images in one detector pixel contributes the same signal to the detector. Furthermore, in the case of the lack of an analyzer grating, the shifting curves are still existent in theory as long as the number of fringes is non-integral in a detector pixel, which is a sufficient condition for creating shifting curve. The sufficient condition is available for not only the Talbot–Lau interferometer and the inverse geometry of Talbot–Lau interferometer, but also the x-ray phase contrast imaging system based on geometrical optics. In practical applications, we propose a method to improve the performances of the existing systems by employing the sufficient condition. This method can shorten the system length, is applicable to large period gratings, and can use the detectors with large pixels and large field of view. In addition, the experimental arrangement can be simplified due to the lack of an analyzer grating. In order to improve detection sensitivity and resolution, we also give an optimal fringe period.We believe that the theory and method proposed here is a step forward for x-ray phase contrast imaging.     

云纹干涉法在线复制变形光栅技术研究

介绍了一种云纹干涉法现场转移高密度光栅的新工艺，将现场转移光栅与实验室测量有机结合起来，同时得到物体变形的面内U、V位移场。从理论上分析讨论该方法的可行性及误差。通过实验验证该方法与传统云纹干涉法具有相同的灵敏度和量程，使云纹干涉法应用范围更加广泛。     

基于衍射光栅的干涉式精密位移测量系统

介绍了基于几何莫尔条纹原理和衍射干涉原理的两种光栅精密位移测量系统及各自的特点。综述了国内外对光栅干涉式精密位移测量系统的研究进展,总结了系统存在的关键问题及发展趋势。光栅干涉式精密位移测量系统的优点是对环境要求小,测量分辨率和精度较高,结构紧凑,成本低。该系统需要解决的问题包括提高光栅以及光学元器件制造和安装精度;寻求一种更高精度的检测手段对光栅位移测量系统进行标定等。光栅干涉式精密位移测量系统的发展方向为更高测量分辨率和精度,大量程、多维度测量以及尺寸小巧。该系统在现代工业加工精密制造领域将具有更广阔的应用前景。     

Talbot interferometer with computer generated gratings

In a Talbot interferometer the self image of a periodic pattern, such as a Ronchi ruling of period d, illuminated by a monochromatic plane wavefront of wavelength λ, is formed at distances which are integral multiples of 2d²/λ. A refracting object placed in front of the Ronchi ruling distorts the self image. A computer generated pattern can be designed, such that, when placed in a self imaging plane, a uniform intensity or a distinct moire pattern characterising a standard object is obtained. A method of computing the required patterns and experimental results for some aspherical objects are described.     

零像散宽波段平场全息凹面光栅的优化设计

平场全息凹面光栅的理想像面应为一平面,此时子午焦线与弧矢焦线均位于像面内且彼此重合,形成接近理想像点的光谱像。但子午焦线总是存在弯曲,只有弧矢焦线在满足一定条件的情况下可以成为直线。鉴于此,提出一种满足平场弧矢焦线条件的平场全息凹面光栅设计方法。利用光学设计软件ZEMAX研究了运用此方法设计的零像散光栅的成像特性,并与原有设计方法得到的结果进行比较。模拟结果显示,满足平场弧矢焦线条件的光栅能够达到与原有方法所设计光栅相当的光谱分辨率,而其全波段零像散特性使其拥有更加出色的弧矢方向聚焦性能,显著提高平场光谱仪的信噪比。     

X‐ray grating interferometer for biomedical imaging applications at Shanghai Synchrotron Radiation Facility

An X‐ray grating interferometer was installed at the BL13W beamline of Shanghai Synchrotron Radiation Facility (SSRF) for biomedical imaging applications. Compared with imaging results from conventional absorption‐based micro‐computed tomography, this set‐up has shown much better soft tissue imaging capability. In particular, using the set‐up, the carotid artery and the carotid vein in a formalin‐fixed mouse can be visualized in situ without contrast agents, paving the way for future applications in cancer angiography studies. The overall results have demonstrated the broad prospects of the existing set‐up for biomedical imaging applications at SSRF.     

干涉型计算层析成像光谱仪的图像重建

针对干涉型计算层析成像光谱仪(CTII)提出了一种光谱图像数据立方体的重建方法。干涉型计算层析成像光谱仪是一种将空间调制傅里叶变换成像光谱仪(FTIS)的原理与计算层析成像光谱仪(CTIS)的原理相结合的一种新型成像光谱仪,具有高通量、高光谱分辨力以及高空间分辨力的特点。分析和讨论了干涉型计算层析成像光谱仪的工作原理以及获取图像的特征,介绍了光谱图像数据立方体的重建方法。根据多角度投影数据的特点提出采用卷积反投影计算层析成像图像重建算法,给出了图像重建步骤以及相应的数学表达式。对D65光源照明条件下的396×396像素目标进行了仿真实验,投影角度为0~180°,步长为0.5°,列出了仿真实验部分结果。实验结果验证了干涉型计算层析成像光谱仪及其图像重建算法的可行性。     

一维亚波长周期结构物成像的光子学研究

当用波长为λ的单色平行光垂直照射到光栅常数d<λ的亚波长周期结构衍射物时,会产生隐失波。由于快速衰减,这种亚波长周期物是不能成像的。但是,通过对亚波长周期结构物进行适当的编码后可得到均匀波,使这种携带了隐失波信息的均匀波通过经特别设计的光学系统并被放大到CCD所能识别的像素大小后,再进行必要的解码以滤掉编码波,即可得到原亚波长周期结构衍射物的像,最终达到超分辨的目的。基于这种新颖的成像技术,用常规仪器就实现了对亚波长周期结构物的成像。在运用光子学方法对实验和成像过程进行较为详尽的理论分析的同时,对编码器、解码器的位置以及它们相对物光栅的取向给出了设计性研究,对滤波器的选择给予了必要的说明。实验结果验证了该设计理论的正确性。