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X射线荧光全息成像技术及原子三维重建方法研究

陈淼鑫  
【摘要】: 从上个世纪九十年代中期发展起来的基于内参考点的X射线荧光全息术是将X射线探测技术和全息三维成像技术相结合的新的观测微观结构的方法。不同于传统的全息成像手段,它直接利用固体中的原子作为光源或者探针,所以能够达到原子尺度的分辨水平,能够直接获得固体中原子的三维结构。这将为物理、化学、生物学以及材料科学的发展和高科技制造业提供一种新的显微成像手段。因而,对X射线荧光全息成像技术的理论和方法研究具有重要的实际价值。 本文从物理概念和光学原理出发,推导了基于内参考点的X射线荧光全息术的数学描述,包括成像过程和重建过程。并对重建算法加以修改,利用离散Fourier变换来加快重建过程,借鉴CT断层重建的思想,进一步实现三维快速重建。针对X射线全息术存在孪生像干扰的问题,文中详细分析了产生孪生像的原因,给出了实像和虚像相互抵消的条件,为了抑制孪生像的干扰,介绍了目前应用最广的Barton多能重建算法,并提出了一种改进的双能重建算法,该算法和Nishino的算法相比,充分利用了两个不同能量下的全息图的信息,仿真计算的结果表明该算法是有效的,并且比多能法更简单,在实验上也更方便实现。 借助计算机仿真模拟,本文研究了能量、数据完备性和采集间隔等影响重建质量的诸多因素,得到了可供实验借鉴的结果。本文还研究了全息图的预处理,主要包括背景的减除、吸收校正和低通滤波,这些都是提取全息信息所必需的重要处理过程。在国内目前还缺乏相关实验的情况下,对国外同行已有的部分实验数据进行处理,得到的结果和他们的一致。 在已有的实验报道中,大多数实验的全息图采集都是用逐点扫描的方式进行的,这种实验方法需要精度和复杂度高、价格昂贵的仪器,不利于该技术的推广应用。文章最后介绍了一种基于面探测器的全息采集装置,该装置设备仪器较为简单,能够实现全息快速成像,具有更高的数据精度和角度分辨率,利于普通实验室开展相关研究,是较为可行的一种实验方法。


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