X射线和中子的鬼成像研究
发布时间：2021-08-11 05:20
鬼成像诞生于20世纪90年代,是一种基于强度关联的间接成像方式。由于具有抗湍流、超分辨、单像素成像等一系列优越的特性,已经被广泛应用于雷达导航、遥感、安全检测等多个领域。相比于可见光及红外波段,短波X光以及中子束的鬼成像研究起步较晚,但尽管如此,这些细分领域在无损成像、材料检测等方面却有着巨大的应用潜力。本文介绍了作者博士期间在X光鬼成像以及中子鬼成像方面开展的相关研究工作,论文主要分为以下几个部分。第一部分为绪论,包含第一章。作为全文的基础,本章简单回顾了鬼成像的发展历史,并介绍了大量鬼成像中的基本概念及理论推导,其中包括光场相干理论以及强度关联与鬼成像的关系等。第二部分为X光鬼成像的相关工作,包括第二章与第三章。传统X光成像依赖于带有物体信号的光子在阵列式探测器上的累计,需要足够的灰度和衬度,因此难以降低成像的剂量。而X光鬼成像超灵敏以及单像素成像的特性恰恰可以解决辐射剂量瓶颈这一难题。因此该部分介绍了几种实现X光鬼成像的实验方法及思路,针对不同的研究目的,方案也有所不同。其中,利用砂纸随机调制方案,我们验证了低剂量X光鬼成像的可行性,彰显了X光鬼成像在医学成像上的巨大价值;利用矩...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院物理研究所)北京市
【文章页数】：137 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
杨氏双缝干涉实验原理图
X射线和中子的鬼成像研究8maxmin12maxmin12(1)12-2().PPppPPppIIIIVgIIII==τ++(1.15)从式(1.15)可以看出，干涉条纹的对比度完全由光的一阶复相干度所决定。特别地，当12=ppII时，两者恰好相等。图1.2相干长度物理图像示意图；(a).纵向相干长度（时间相干性）物理图像示意图；(b).横向相干长度（空间相干性）物理图像示意图。[63]Fig.1.2Schematicofcoherencelength;(a).Longitudinal(temperal)coherencelength;(b).Transverse(spatial)coherencelength.[63]当然，以上讨论仅仅是针对点光源的情况。杨氏双缝干涉体现的是光源的一阶横向相干性（空间相干性），来自同一点的两束波列起初具有固定的相位关系，光程差的不同导致了最终干涉条纹明暗强度的不同。当考虑到光源的有限尺寸时，干涉条纹就变成了无数点光源的叠加，不同起始点产生的干涉条纹彼此相互影响，因此条纹对比度也会降低。而光源的横向相干性可以用横向相干长度LT来描述，它的物理图像如图1.2（b）所示，尺寸为D的光源发出了两束光，其波前在P平面相遇，而横向相关长度则定义了当这两个波列经过P平面过后，直到相位差再次恢复到P平面的状态时，光束所传播的距离。根据几何关系，我们可以推导出横向相干长度：
第1章绪论9=.2TRLDλ(1.16)这也解释了为在何杨氏双缝干涉实验中，双缝之前一般都需要加一个狭小单缝的必要性。与空间相干性类似，作为一种电磁波，绝对的理想单色光源并不存在，任何光源都会有一定的谱宽，而不同光谱成分的运动速度略有差异，这就造成了传播过程中彼此相位差的变化，这便是时间相干性（纵向相干性）的概念。我们可以利用纵向相干长度LL来定量地描述时间相干性。同样地，如图1.2（a），两个光波波列初始的波前均在P平面，纵向相干长度定义了这两个波列经过P平面后，直到再次同相所传播的距离。根据几何关系可知2=.2LLλλ(1.17)基于时间相干的原理，迈克尔逊干涉仪被发明出来，并广泛应用于天文物理探测。其中一个重要的设想就是测量恒星的角直径[64]。图1.3迈克尔逊干涉仪光路及典型干涉图；(a).迈克尔逊恒星干涉仪示意图；(b).典型的迈克尔逊干涉仪图。[64]Fig.1.3Michelsoninterferometerlightpathandtypicalinterferogram;(a).SchematicdiagramofMichelsonstellarinterferometer;(b).TypicalMichelsoninterferometerdiagram[64]图1.3（a）是典型的迈克尔逊恒星干涉仪（Michelson’sstellarinterferometer）
【参考文献】：
期刊论文
[1]Energy-Selective X-Ray Ghost Imaging[J]. 何雨航,张艾昕,俞文凯,陈黎明,吴令安. 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)
博士论文
[1]超快激光驱动的电子束与X射线源[D]. 李明华.中国科学院大学(中国科学院物理研究所) 2017
本文编号：3335538
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院物理研究所)北京市
【文章页数】：137 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
杨氏双缝干涉实验原理图
X射线和中子的鬼成像研究8maxmin12maxmin12(1)12-2().PPppPPppIIIIVgIIII==τ++(1.15)从式(1.15)可以看出，干涉条纹的对比度完全由光的一阶复相干度所决定。特别地，当12=ppII时，两者恰好相等。图1.2相干长度物理图像示意图；(a).纵向相干长度（时间相干性）物理图像示意图；(b).横向相干长度（空间相干性）物理图像示意图。[63]Fig.1.2Schematicofcoherencelength;(a).Longitudinal(temperal)coherencelength;(b).Transverse(spatial)coherencelength.[63]当然，以上讨论仅仅是针对点光源的情况。杨氏双缝干涉体现的是光源的一阶横向相干性（空间相干性），来自同一点的两束波列起初具有固定的相位关系，光程差的不同导致了最终干涉条纹明暗强度的不同。当考虑到光源的有限尺寸时，干涉条纹就变成了无数点光源的叠加，不同起始点产生的干涉条纹彼此相互影响，因此条纹对比度也会降低。而光源的横向相干性可以用横向相干长度LT来描述，它的物理图像如图1.2（b）所示，尺寸为D的光源发出了两束光，其波前在P平面相遇，而横向相关长度则定义了当这两个波列经过P平面过后，直到相位差再次恢复到P平面的状态时，光束所传播的距离。根据几何关系，我们可以推导出横向相干长度：
第1章绪论9=.2TRLDλ(1.16)这也解释了为在何杨氏双缝干涉实验中，双缝之前一般都需要加一个狭小单缝的必要性。与空间相干性类似，作为一种电磁波，绝对的理想单色光源并不存在，任何光源都会有一定的谱宽，而不同光谱成分的运动速度略有差异，这就造成了传播过程中彼此相位差的变化，这便是时间相干性（纵向相干性）的概念。我们可以利用纵向相干长度LL来定量地描述时间相干性。同样地，如图1.2（a），两个光波波列初始的波前均在P平面，纵向相干长度定义了这两个波列经过P平面后，直到再次同相所传播的距离。根据几何关系可知2=.2LLλλ(1.17)基于时间相干的原理，迈克尔逊干涉仪被发明出来，并广泛应用于天文物理探测。其中一个重要的设想就是测量恒星的角直径[64]。图1.3迈克尔逊干涉仪光路及典型干涉图；(a).迈克尔逊恒星干涉仪示意图；(b).典型的迈克尔逊干涉仪图。[64]Fig.1.3Michelsoninterferometerlightpathandtypicalinterferogram;(a).SchematicdiagramofMichelsonstellarinterferometer;(b).TypicalMichelsoninterferometerdiagram[64]图1.3（a）是典型的迈克尔逊恒星干涉仪（Michelson’sstellarinterferometer）
【参考文献】：
期刊论文
[1]Energy-Selective X-Ray Ghost Imaging[J]. 何雨航,张艾昕,俞文凯,陈黎明,吴令安. 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)
博士论文
[1]超快激光驱动的电子束与X射线源[D]. 李明华.中国科学院大学(中国科学院物理研究所) 2017
本文编号：3335538
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/wulilw/3335538.html
最近更新
教材专著
