鬼成像誕生于20世紀90年代,是一種基于強度關聯(lián)的間接成像方式。由于具有抗湍流、超分辨、單像素成像等一系列優(yōu)越的特性,已經(jīng)被廣泛應用于雷達導航、遙感、安全檢測等多個領域。相比于可見光及紅外波段,短波X光以及中子束的鬼成像研究起步較晚,但盡管如此,這些細分領域在無損成像、材料檢測等方面卻有著巨大的應用潛力。本文介紹了作者博士期間在X光鬼成像以及中子鬼成像方面開展的相關研究工作,論文主要分為以下幾個部分。第一部分為緒論,包含第一章。作為全文的基礎,本章簡單回顧了鬼成像的發(fā)展歷史,并介紹了大量鬼成像中的基本概念及理論推導,其中包括光場相干理論以及強度關聯(lián)與鬼成像的關系等。第二部分為X光鬼成像的相關工作,包括第二章與第三章。傳統(tǒng)X光成像依賴于帶有物體信號的光子在陣列式探測器上的累計,需要足夠的灰度和襯度,因此難以降低成像的劑量。而X光鬼成像超靈敏以及單像素成像的特性恰恰可以解決輻射劑量瓶頸這一難題。因此該部分介紹了幾種實現(xiàn)X光鬼成像的實驗方法及思路,針對不同的研究目的,方案也有所不同。其中,利用砂紙隨機調制方案,我們驗證了低劑量X光鬼成像的可行性,彰顯了X光鬼成像在醫(yī)學成像上的巨大價值;利用矩... 

【文章來源】：中國科學院大學(中國科學院物理研究所)北京市

【文章頁數(shù)】：137 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

楊氏雙縫干涉實驗原理圖

X射線和中子的鬼成像研究8maxmin12maxmin12(1)12-2().PPppPPppIIIIVgIIII==τ++(1.15)從式(1.15)可以看出，干涉條紋的對比度完全由光的一階復相干度所決定。特別地，當12=ppII時，兩者恰好相等。圖1.2相干長度物理圖像示意圖；(a).縱向相干長度（時間相干性）物理圖像示意圖；(b).橫向相干長度（空間相干性）物理圖像示意圖。[63]Fig.1.2Schematicofcoherencelength;(a).Longitudinal(temperal)coherencelength;(b).Transverse(spatial)coherencelength.[63]當然，以上討論僅僅是針對點光源的情況。楊氏雙縫干涉體現(xiàn)的是光源的一階橫向相干性（空間相干性），來自同一點的兩束波列起初具有固定的相位關系，光程差的不同導致了最終干涉條紋明暗強度的不同。當考慮到光源的有限尺寸時，干涉條紋就變成了無數(shù)點光源的疊加，不同起始點產(chǎn)生的干涉條紋彼此相互影響，因此條紋對比度也會降低。而光源的橫向相干性可以用橫向相干長度LT來描述，它的物理圖像如圖1.2（b）所示，尺寸為D的光源發(fā)出了兩束光，其波前在P平面相遇，而橫向相關長度則定義了當這兩個波列經(jīng)過P平面過后，直到相位差再次恢復到P平面的狀態(tài)時，光束所傳播的距離。根據(jù)幾何關系，我們可以推導出橫向相干長度：

第1章緒論9=.2TRLDλ(1.16)這也解釋了為在何楊氏雙縫干涉實驗中，雙縫之前一般都需要加一個狹小單縫的必要性。與空間相干性類似，作為一種電磁波，絕對的理想單色光源并不存在，任何光源都會有一定的譜寬，而不同光譜成分的運動速度略有差異，這就造成了傳播過程中彼此相位差的變化，這便是時間相干性（縱向相干性）的概念。我們可以利用縱向相干長度LL來定量地描述時間相干性。同樣地，如圖1.2（a），兩個光波波列初始的波前均在P平面，縱向相干長度定義了這兩個波列經(jīng)過P平面后，直到再次同相所傳播的距離。根據(jù)幾何關系可知2=.2LLλλ(1.17)基于時間相干的原理，邁克爾遜干涉儀被發(fā)明出來，并廣泛應用于天文物理探測。其中一個重要的設想就是測量恒星的角直徑[64]。圖1.3邁克爾遜干涉儀光路及典型干涉圖；(a).邁克爾遜恒星干涉儀示意圖；(b).典型的邁克爾遜干涉儀圖。[64]Fig.1.3Michelsoninterferometerlightpathandtypicalinterferogram;(a).SchematicdiagramofMichelsonstellarinterferometer;(b).TypicalMichelsoninterferometerdiagram[64]圖1.3（a）是典型的邁克爾遜恒星干涉儀（Michelson’sstellarinterferometer）

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Energy-Selective X-Ray Ghost Imaging[J]. 何雨航,張艾昕,俞文凱,陳黎明,吳令安.  Chinese Physics Letters. 2020(04)
[2]Fast reconstructed and high-quality ghost imaging with fast Walsh-Hadamard transform[J]. Le Wang,Shengmei Zhao.  Photonics Research. 2016(06)

博士論文
[1]超快激光驅動的電子束與X射線源[D]. 李明華.中國科學院大學(中國科學院物理研究所) 2017



本文編號：3335538