作為一種新興的無(wú)透鏡顯微技術(shù),相干衍射成像(CDI)方法在當(dāng)今的材料、生物、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的二維和三維高分辨成像中都有了很多成功的應(yīng)用。傳統(tǒng)的平面波CDI成像技術(shù)要求滿足孤立樣品條件且樣品尺寸必須小于光斑,該條件大大的限制了成像視場(chǎng);而且傳統(tǒng)CDI重建算法還存在收斂慢、不收斂或重建停滯、重建結(jié)果不唯一等諸多缺點(diǎn)。為了克服這些缺陷,一種新型的CDI成像方法,掃描CDI或?qū)盈B衍射成像技術(shù)(ptychographic CDI,PCDI)被Rodenberg等人提出。PCDI原則上對(duì)垂直光軸的樣品的大小沒(méi)有任何要求,它采用一個(gè)局域照明探針對(duì)樣品進(jìn)行掃描,而且每一個(gè)探針掃描位置均與相鄰的掃描位置有部分重疊,同時(shí)記錄每個(gè)掃描點(diǎn)產(chǎn)生的遠(yuǎn)場(chǎng)衍射花樣,這一系列的衍射花樣將被用于后續(xù)的相位恢復(fù)計(jì)算和重建成像。由于重疊采樣的原因使得記錄的一整套衍射花樣中含有大量的相互關(guān)聯(lián)的冗余信息,這些冗余數(shù)據(jù)不僅可以改善重建算法的收斂性,而且可以同時(shí)重建得到樣品的透射函數(shù)和入射探針函數(shù),獲得多方面的樣品物理和結(jié)構(gòu)信息,進(jìn)行高分辨率的定量成像。隨著成像技術(shù)的發(fā)展,單純的樣品二維成像已經(jīng)不再能滿足人們的信息需求,為了獲取樣品空間結(jié)構(gòu)上的更多信息,在PCDI的基礎(chǔ)上,多種三維成像的方法被提出并使用。傳統(tǒng)的PCDI三維成像技術(shù)需要不停的旋轉(zhuǎn)樣品以記錄足夠多入射角度下的二維PCDI衍射花樣,即需要進(jìn)行上百次的PCDI成像,這使得實(shí)驗(yàn)工作量以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)過(guò)于龐大,極大的影響了實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)處理的效率。而近年提出的多切片三維成像方法,只需要通過(guò)單次的二維掃描CDI的衍射數(shù)據(jù)即可獲得樣品空間結(jié)構(gòu)在第三個(gè)維度上的部分信息。多切片方法的核心是在重建中對(duì)樣品沿入射光方向進(jìn)行切片分層,并且認(rèn)定入射波在相鄰切片間進(jìn)行自由空間內(nèi)的近場(chǎng)傳播,通過(guò)對(duì)收集到的遠(yuǎn)場(chǎng)衍射花樣進(jìn)行迭代反演重建出各層切片上的樣品透射函數(shù)和入射探針函數(shù),從而得到樣品三維空間結(jié)構(gòu)上的復(fù)數(shù)折射率分布信息。為了改善多切片方法的收斂性和圖像重建質(zhì)量,本文先是驗(yàn)證并優(yōu)化了馳豫系數(shù)和掃描重疊度對(duì)成像質(zhì)量的影響,研究表明對(duì)應(yīng)入射波的弛豫參數(shù)β越大,越接近α(對(duì)應(yīng)樣品更新的弛豫參數(shù)),重建效率更好;掃描重疊度越高,重建質(zhì)量更高。以此為基礎(chǔ),我們選取較優(yōu)的參數(shù),通過(guò)模擬計(jì)算系統(tǒng)地研究了入射光的發(fā)散度(數(shù)值光闌)對(duì)多切片方法的重建效果的影響。結(jié)果表明,入射光的發(fā)散度越高(數(shù)值光闌越高),多切片方法圖像迭代重建的收斂越快,圖像的重建質(zhì)量也更好;而選擇較小的入射光發(fā)散度則不利于三維成像的高質(zhì)量重建。本文還考察了入射光低發(fā)散度的極端情形——平行光探針的多切片方法重建效果,發(fā)現(xiàn)利用平行光入射雖然仍可以重建出樣品圖像的大致輪廓,但相較于高發(fā)散度的入射波情形,重建質(zhì)量顯著較差,幾乎可認(rèn)為重建未收斂,故不宜采用。以上結(jié)論對(duì)于多切片成像實(shí)驗(yàn)中聚焦光學(xué)的選擇和設(shè)置具有重要的指導(dǎo)意義,如選擇焦距更小的波帶片或較低的入射X射線能量,將更有希望獲得好的多切片成像質(zhì)量。
【學(xué)位單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：O436.1
【部分圖文】：

系我們可以由伯恩近似條件得知。在已知了這一關(guān)系的基礎(chǔ)上，如果我建出樣品在實(shí)空間中的結(jié)構(gòu)信息，則需要同時(shí)得到相干衍射圖樣的強(qiáng)度相位信息，這就是相干衍射成像的核心。衍射圖樣強(qiáng)度信息我們可以探接獲取。而相位信息探測(cè)器并不能直接記錄，而相位信息探測(cè)器并不能錄，因此根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)相位信息進(jìn)行求解和重建，是相干衍射成像的題和困難所在。而在此之前我們需要確定衍射圖樣中的信息跟樣品結(jié)構(gòu)的相位關(guān)系。對(duì)于非晶樣品，如果我們依然采用非相干光照射，我們并定衍射信號(hào)跟樣品結(jié)構(gòu)的相位關(guān)系，這是因?yàn)榉蔷悠穬?nèi)部結(jié)構(gòu)不再具的周期性，由非相干光照射非晶樣品采集到的衍射信號(hào)十分模糊，；而干光源（X射線，電子束，激光等都可行）照射時(shí)，在一定的條件下，我獲得微弱但是連續(xù)的衍射信號(hào)，跟樣品具有確切的相位關(guān)系，才夠進(jìn)行的相位重建和恢復(fù)。這些條件和相位關(guān)系我們會(huì)在后面的章節(jié)中討論。

X光發(fā)散度對(duì)多切片相干衍射成像質(zhì)量的影響1.2.1 相干衍射成像的現(xiàn)狀圖1-2 （a）（b）（c）（d）分別為平面波CDI、菲涅耳CDI、布拉格CDI和掃描CDI的原理示意圖圖1-2 (a)是平面波CDI的原理示意圖，嚴(yán)格相干的X射線光束照射孤立的物體后到達(dá)探測(cè)器，由探測(cè)器采集衍射圖樣。孤立樣品的衍射是很弱的，強(qiáng)烈的中心直透光勢(shì)必會(huì)對(duì)探測(cè)器信號(hào)造成破壞。為了避免這個(gè)問(wèn)題，因此我們往往會(huì)選擇加裝擋板來(lái)阻擋中心的直透光，以便探測(cè)器能夠更好的測(cè)量出樣品的衍射圖像。但平面破CDI成像技術(shù)有著很大的局限性，孤立樣品必須小于入射光斑才能得到完整的衍射圖樣，這一條件極大的限制了成像視場(chǎng)，另外平面波CDI的重建恢復(fù)算法還有很多其他的問(wèn)題，如算法收斂慢，重建結(jié)果不唯一，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)收斂迭代停滯的情況。圖1-2 (b)是菲涅耳CDI的原理示意圖

（CDI）方法的二維和三維成像中都有了很多成功的應(yīng)用，包括生物樣品及各種材料材料的三維結(jié)構(gòu)成像，樣品的元素分布及定量分析等。比如在Spring-8光源中通過(guò)相干X射線衍射成像，成功地重建出了人體染色體的圖樣。其實(shí)驗(yàn)裝置如圖1-3所示，同步輻射發(fā)射的相干X射線通過(guò)針孔光闌照射樣品，通過(guò)樣品的出射波進(jìn)行自由傳播由遠(yuǎn)場(chǎng)的CCD接受到遠(yuǎn)場(chǎng)衍射圖樣。該實(shí)驗(yàn)中，為了得到樣品第三維度上的結(jié)構(gòu)信息，選擇了在70°到-70°之間，以每2.5°為間隔記錄了足夠多入射角度下的二維PCDI衍射花樣，然后通過(guò)這些衍射花樣進(jìn)行三維成像的重建來(lái)獲取染色體的形狀。這種傳統(tǒng)的三維相干衍射成像方法的通過(guò)不停的旋轉(zhuǎn)樣品以記錄足夠多入射角度下的二維CDI衍射花樣，需要進(jìn)行上百次的CDI成像
【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 阿麗;;讓“小磨蹭”快起來(lái)[J];家長(zhǎng);2014年07期

2 姚海飛;金龍哲;劉建;魏傳光;李杰男;;礦井粉塵分散度的測(cè)定及分析[J];煤礦安全;2010年05期

3 張旭慧;辛小龍;;模糊集上局部散度測(cè)度的幾種構(gòu)造法[J];計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用;2010年35期

4 謝立;新的分散度測(cè)試法[J];橡膠科技市場(chǎng);2005年14期

5 周漢欽;陳建酉;何昆明;潘大建;范芝蘭;李晨;;水稻品種莖集散度分析及評(píng)價(jià)記載標(biāo)準(zhǔn)探討[J];植物遺傳資源學(xué)報(bào);2005年04期

6 馬子燕;顯微鏡法測(cè)定粉塵分散度存在的問(wèn)題[J];工業(yè)安全與防塵;1999年10期

7 王昌斌;粉塵分散度測(cè)定結(jié)果及其分析[J];煤礦安全;1991年05期

8 劉頤榮,苗鳳琴,李秀君;流動(dòng)注射分析的分散度研究[J];北京化工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1993年01期

9 占部誠(chéng)亮;趙可申;;用電阻法測(cè)定炭黑的分散度[J];橡膠譯叢;1987年06期

10 游開(kāi)明;彭如海;;一般正交曲線坐標(biāo)下梯度、散度、旋度與調(diào)和量表達(dá)式的簡(jiǎn)捷推導(dǎo)法[J];衡陽(yáng)師專學(xué)報(bào)(自然科學(xué));1987年01期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前6條

1 楊云;磁流體數(shù)值模擬中新算法的研究[D];中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心);2018年

2 馮予;散度族非線性模型的統(tǒng)計(jì)分析[D];南京理工大學(xué);2003年

3 王曉波;橡膠中炭黑的分散度評(píng)價(jià)機(jī)理和方法研究[D];青島科技大學(xué);2013年

4 皋軍;智能識(shí)別中的降維新方法及其應(yīng)用研究[D];江南大學(xué);2010年

5 梁君;圖像區(qū)域顯著性方法研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2016年

6 金應(yīng)華;對(duì)數(shù)線性模型中若干統(tǒng)計(jì)問(wèn)題的研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2009年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 聶巍;X光發(fā)散度對(duì)多切片掃描相干衍射成像質(zhì)量的影響[D];中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所);2019年

2 孔祥超;混合再生散度模型的統(tǒng)計(jì)推斷[D];昆明理工大學(xué);2018年

3 張星;無(wú)重復(fù)因析試驗(yàn)散度效應(yīng)的估計(jì)[D];山西大學(xué);2007年

4 于曉輝;橡膠炭黑分散度的預(yù)測(cè)模型及應(yīng)用的研究[D];青島科技大學(xué);2006年

5 任改仙;兩水平無(wú)重復(fù)因析試驗(yàn)散度效應(yīng)的G估計(jì)[D];山西大學(xué);2009年

6 代曉虹;無(wú)重復(fù)因析試驗(yàn)設(shè)計(jì)散度效應(yīng)的截?cái)喙烙?jì)[D];山西大學(xué);2009年

7 孫慶揚(yáng);果穗松散度對(duì)釀酒葡萄含糖量的影響機(jī)理[D];齊魯工業(yè)大學(xué);2015年

8 徐仰貴;中國(guó)挖掘機(jī)行業(yè)專利分散度測(cè)量研究[D];華中科技大學(xué);2014年

9 畢華;帶有截尾數(shù)據(jù)的無(wú)重復(fù)因子試驗(yàn)的位置效應(yīng)與散度效應(yīng)分析[D];山西大學(xué);2004年

10 董傳磊;關(guān)于f-散度與Bregman散度[D];上海交通大學(xué);2011年

本文編號(hào)：2848540