基于同步辐射X射线相衬显微CT技术的竹木复合材料胶合界面特征研究

第三代同步辐射光源X射线相位衬度显微CT能获得样品内部结构的边缘增强图像,实现对低Z材料成像。利用上海同步辐射光源X射线相衬显微成像技术,实现了竹木复合材料中EPI和MUF胶合界面和胶黏剂渗透特征的无损探测,并基于这些特征分析了几种不同加工工艺对胶黏剂在木材和竹材中渗透的影响。该技术为人造板工艺解剖学研究提供了一种重要无损检测手段。     

小鼠肺同步辐射X-射线相衬成像实验研究

同步辐射相衬X射线成像技术的密度敏感性是普通吸收X射线成像技术的1000倍左右,因而它在研究软组织内部结构时具有很大潜力.本课题组采用同步辐射相衬X射线成像观察正常小鼠肺,可见清晰的支气管树和重叠肺泡形成的衬度影像,分辨率可达20μm左右.结果表明,同步辐射相衬X射线成像技术有可能检测到普通X射线成像技术无法检测到的肺部微小病变,并进一步分析病变的细微结构.     

同步辐射X射线相衬显微CT在古生物学中的应用

X射线无损成像技术在古生物化石标本研究领域中应用十分广泛.近几年来,随着技术的不断革新,同步辐射X射线相衬显微断层成像技术(SRX-PC-μCT)也被引入到这一领域.由于同步辐射光源产生的硬X射线具有高亮度、高准直性和高空间相干性等优点,可以实现化石标本高分辨率(亚微米级)的无损三维显微成像,给古生物学的发展带来了新的机遇.文章简要回顾了用于古生物化石标本无损成像技术的发展历程,并在此基础L综述了同步辐射X射线断层显微成像技术在古生物学领域的应用现状和前景.     

同步辐射X射线光源在高压科学研究中的应用

同步辐射X射线光源已经成功地应用到高压科学研究的诸多领域.文章简要回顾了同步辐射高压技术的发展历史,简要介绍了同步辐射X射线衍射技术在高压状态方程、强关联体系、地球内部物质以及早期生命起源等研究中的应用.介绍了同步辐射X射线光谱技术(包括晶格振动声子谱的测量)在高压研究中的应用,此外,还介绍了时间分辨的同步辐射技术在冲击压缩研究中的应用,最后展望了未来先进光源应用于高压科学研究的前景.     

X射线自由电子激光的原理和在生物分子结构测定研究中的应用

X射线具有短波长和强穿透能力,利用电子对X射线的散射能够研究材料和分子的精密内部结构。信号的质量高度依赖于X射线发射源。2009年,美国能源部下属的斯坦福线性加速器中心国家实验室建成世界上第一台具有原子分辨率能力的X射线自由电子激光设施(LCLS),从此X射线进入激光时代,人类所能使用的X射线的峰值亮度比最强的同步辐射X射线光源提高了100亿倍。文章简要介绍了X射线自由电子激光的发展历程、产生原理和特性,并结合具体实验研究对如何应用X射线激光研究生物学领域的分子结构和动态变化进行总结。     

同步辐射计算机断层技术光源误差机理分析

基于同步辐射X射线的优越特性及计算机断层重建技术对材料无损检测等优点,同步辐射计算机断层重建技术被广泛应用于很多领域.本文对光源非均匀、过饱和以及过穿透的三种情形所引起同步辐射计算机断层技术重建误差的形成机理进行了分析研究,给出了三种情形所引起误差的基本形式.在此基础上,对这三种误差进行了数值模拟,模拟结果证实了分析的正确性. 关键词： 同步辐射 计算机断层 光源 误差     

上海光源X射线成像及其应用研究进展

作为具有国际先进水平的第三代同步辐射光源,上海光源的X射线亮度比普通X光管高12~16个量级,基于它的X射线成像具有高空间分辨、高衬度分辨和快时间分辨的特点,同步辐射X射线可对样品实现原位、无损、高分辨、三维和动态成像,而且可以实现相位衬度成像,从而将X射线成像的应用领域拓展到软组织、聚合物等低Z材料。自2009年正式向用户开放以来,上海光源已在生物医学、材料科学、古生物学、土壤学等领域取得了一大批重要研究成果。为更好地支持用户,上海光源X射线成像组在定量成像、CT成像、快速CT重构等成像方法学领域开展了较为全面、系统的研究,大幅提高了实验效率和对不同样品的适应性。本文简要介绍了上海光源X射线成像方法学发展及相关应用研究进展。     

利用X射线相衬显微研究野山参的特征结构

利用X射线的空间相干特性,可实现低Z介质内部结构的高衬度成像.人参主要由碳、氢、氧、氮等轻元素组成,原则上可以利用相衬成像来实现其特征结构的无损成像.由于具有更高的相干通量,利用第三代同步辐射光源成像可获得更高的时间和空间分辨,可用于研究更高分辨的人参特征显微结构.本文利用新建成的上海光源,较为系统地研究了野山参的显微特征结构.作为比较,给出了相应的园参特征结构,并与野山参进行了比对、分析.发现了一种未曾报道过的结构,这很可能是一个新的人参特征结构.研究结果表明,X射线相衬显微有望成为野山参鉴定的一种新的手段. 关键词： X射线相衬显微 同步辐射 显微鉴定 人参特征结构     

基于同步辐射显微CT的肾结石微观结构特征研究

肾结石是全球的泌尿系统常见病、多发病,且复发率高居不下。一般认为,尿中结石晶体的盐类呈超饱和状态,以及尿中抑制晶体形成物质不足是肾结石产生的主要因素。肾结石病因较复杂,目前提出了多种有关肾结石病因的学说,主要是从人体种族遗传、疾病、代谢和饮食习惯等方面研究结石病因,来推测其导致不同的种类的产生,再针对性制定治疗方案,但临床上肾结石内科治疗效果仍欠佳。积极探索肾结石形成和生长机制,无疑能对科学治疗肾结石有积极的意义。直观观察到结石的内部结构,并根据这些结构特征推测出结石的形成和成长轨迹,是研究肾结石形成和生长机制的重要一环。传统的研究手段难以无损获得结石的内部结构,目前未见肾结石微观结构相关报道。高分辨率显微CT特别是同步辐射X射线显微CT的出现,无疑能为这一研究提供先进的检测手段。上海同步辐射光源作为第三代优质同步辐射光源,具有高光子通量、高准直性、高极化性、高相干性及宽频谱范围等特点,其配合高分辨的X射线探测器可实现精确、灵敏的组织结构信息的快速、无损检测,在保持标本完整性的前提下,清晰再现样品内部的三维显微结构,从而克服了传统的二维切片技术存在破坏组织结构的完整性、无法准确获得组织结构的三维空间信息和基质成份等局限性。利用上海同步辐射光源Ｘ射线显微CT技术,对32例肾结石患者的结石微观结构进行了解析。实验结果表明肾结石内部结构差异明显,可归纳为6种类型：Ⅰ两相密实型;Ⅱ结晶型;Ⅲ连续多层沉积型; Ⅳ非连续多层沉积型;Ⅴ镶嵌式多孔型;Ⅵ复合型。研究结果有助于进一步深入揭示肾结石生长机制,也为肾结石更为精准治疗提供了新的科学视角和依据。     

封面说明

近几年 ,X射线位相衬度成像技术引起国际上材料、生物、医学等领域的广泛关注 ,也是国际同步辐射装置上研究的热点之一 .该方法建立在X射线折射效应基础上 ,可用于以轻元素为基的材料内部结构的成像研究 ,弥补传统X射线吸收成像的不足 .其独特优势是 :空间分辨率在 μm量级 ,增强弱吸收特征衬度 ,具有对细胞成像能力 ;在硬X射线范围内 ,辐射剂量远小于吸收衬度成像 .它为材料科学、生物医学等领域提供了一个新的重要手段 .北京同步辐射装置 (BSRF)于 2 0 0 1年 6月在国内首次开展了该方面研究 ,发展了同步辐射相位衬度X射线照相术 (成像…     

量子点光谱成像技术与重建仿真

为满足机载星载平台对光谱成像系统紧凑型和轻量化的需求,克服当前光谱成像技术分光系统结构复杂、成本高的不足,提出了基于量子点材料的光谱成像技术方案。将条带状的量子点阵列片放置于前置镜焦面前,利用量子点材料对光谱的吸收特性对探测目标的入射光谱进行调制,使用最小二乘法建立探测目标的光谱重建模型,采用推扫的方式获取数据并进行光谱重建可以获得目标光谱和空间信息。量子点光谱成像技术具有光谱分辨率高、能量利用率高、体积小、光谱范围宽和成本低等优势。分析了不同光谱谱段间隔和噪声等因素对重建光谱分辨率的影响,以及对重建光谱准确性或者失真度的影响。分析得出谱段间隔越低,光谱分辨率越高;重建的准确性和分辨率随着噪声水平的增大而降低;适当的提高谱段间隔,可以提高重建的准确性。将已知数据立方体和它的仿真结果进行对比,可以看出还原得到的量子点光谱图像质量较好,验证了该技术的可行性。量子点材料为光谱成像技术提供了新的途径,在航空航天等小型化光谱遥感领域具有极大的应用潜力。     

窄带高光谱干涉成像的压缩采样复原方法

利用干涉成像光谱仪对目标进行窄带高光谱成像探测具有高光通量、高光谱分辨率和高目标分辨率等优点。按照尼奎斯特定理对窄带光谱干涉信息进行采样存在较大的数据冗余,增加了后期傅里叶变换的数据处理量,影响光谱的复原效率。在分析窄带光谱傅里叶变换特性的基础上,提出了基于滤光片光谱透射率函数的窄带光谱压缩采样方法。引入滤光片参数和混叠参数,可以复原不同精度的窄带光谱信息。配以符合要求的多带通窄带滤光片,可对目标进行压缩采样获取多个谱段的窄带光谱信息,从而避免了逐个谱段探测,提高了探测效率。对该方法进行了仿真分析和实验验证,得到了与目标光谱相吻合的复原窄带光谱。     

频率步进太赫兹脉冲成像技术研究

针对太赫兹频段具有大带宽的特点,阐述了太赫兹波段进行高分辨力成像的原理,按照微波上变频的方法,将微波源通过混频和倍频方式得到太赫兹频率源;采用频率步进脉冲体制,设计和实现了220 GHz太赫兹主动成像系统;并在暗室和外场进行了分辨力测试和拉距实验,获得的纵向分辨力达4 cm,测试距离达10 m。     

一种光栅型成像光谱仪光学系统设计

 成像光谱仪是一种“图谱合一”的光学遥感仪器。从光栅型成像光谱仪的使用要求出发,利用Zemax软件设计了一种光栅型成像光谱仪光学系统。其中,前置望远物镜采用反射式结构,传统的卡塞格林结构在主次镜均采用非球面时校正像差的能力依然有限,设计时采用改进后的卡塞格林结构对像差进行校正,最终设计的望远镜头传函在50 lp/mm处达到0.5,场曲控制在0.078以内,且不存在畸变。针对光谱成像系统通常采用的基于平面光栅的Czerny-Turner结构由于像差校正能力有限、成像质量较差不能满足仪器的使用要求。采用基于凸面光栅的光谱成像系统,该系统结构紧凑、可实现宽波段内像差的同时校正。最终设计的光谱成像系统光谱分辨率<5 nm,MTF在50 lp/mm时升至0.75。将前置望远物镜与光谱成像系统根据匹配原则进行组合优化后光栅型成像光谱仪系统点列图RMS半径随波长的变化均小于0.2,波长的80%的能量集中在Φ6 μm范围内,波长各视场在特征频率50 lp/mm处的光学传递函数均大于0.5。整个光学系统具有结构简单、像差校正能力强、结构尺寸较小的优点。     

Experimental Study on the Spatial Performance of Photorefractive X-ray Semiconductor Ultrafast Response ChipEI北大核心CSCD

The traditional ultrafast electric vacuum devices are usually based on the mechanism of photoelectric conversion, and their performance is restricted by factors such as material response and space-charge effect. It is difficult for the devices like microchannel plate framing cameras, Dilation X-ray Imager (DIXI) , streak cameras to achieve high temporal resolution (100 fs similar to 1 ps) and spatial resolution (similar to mu m) two-dimensional imaging. Ultrafast imaging technology based on photorefractive effect is a new ultrafast diagnostic technology, which has the advantages of high spatiotemporal resolution, all-optical, all and anti radiation. The nonequilibrium carrier lifetime of low temperature grown AlGaAs (LT-AlGaAs) can reach ps-level. The Ultrafast Response Chip (URC) made of LT-AlGaAs has the characteristics of high temporal resolution, meanwhile, good spatial performance is the other key factor for its application. In this paper, the spatial performance of LT-AlGaAs URC is experimentally studied using X-ray, generated by high-energy nanosecond pulsed laser-produced plasma, as the signal. The results show that the URC has the ability of high spatial resolution and large-scale imaging in the X-ray energy dynamic range of 120: 1. The optimal spatial resolution is >= 35 1p/mm (R) MTF = 0.1, and the imaging frame can reach 6.7 mm x 6.7 mm. The results further verify the feasibility of ultrafast diagnostic technology based on photorefractive materials. In the future, LT-AIGaAs URC will be combined with ultrafast framing technologies such as dispersion framing and polarization chirp framing to realize multi-frames and high spatiotemporal resolution two-dimensional imaging.     

干涉成像光谱仪的通量特性分析

针对高分辨率成像光谱仪的应用要求,对大孔径静态干涉成像光谱仪在不同光照条件下进行了计算分析,表明这种成像光谱仪在能量利用率方面有明显优势.研制仪器的机载飞行试验结果表明,虽然机载试验在2004年12月份进行,太阳高度角在全年中最小,但是图像的个别地方仍会饱和.机载飞行试验进一步验证了干涉成像光谱仪的高通量特性,同时也说明,仪器的地元分辨率指标还有提高的潜力.     

单色化X射线显微成像实验研究

围绕激光惯性约束聚变(ICF)内爆压缩阶段高空间分辨、高能谱分辨的诊断需求,提出了一种将KB显微镜和衍射晶体组合的大视场、单色化成像系统。在实验室条件下,利用Fe靶X射线光管,采用KB显微镜结合高定向热解石墨(HOPG)对网格进行背光成像,晶体选能后的成像结果表明,系统的视场能达到800μm,其中高分辨区域成像的分辨率为37μm。采用能谱探测器测试成像能谱,结果表明,系统的能量分辨率为28,验证了系统的单色性能。该系统兼顾了大视场、空间分辨和能量分辨,对内爆压缩阶段实验中热斑结构及混合效应的研究具有重要应用。     

扩散张量成像的人脑模板构建

扩散张量脑模板包含丰富的大脑白质组织信息,在空间标准化或者脑图谱创建中具有重要价值,然而基于扩散张量模型构建的脑模板精度不高,特别是在脑部复杂的神经元微观结构区域中应用受到限制.针对这一问题,研究者们提出了基于高分辨率扩散成像构建大脑模板的方法.本文对使用扩散张量成像方法进行脑模板构建的研究进展进行了综述,首先介绍了扩散张量脑模板构建的发展进程,阐述了脑模板构建中解决的技术问题及同时存在的局限性;接着详细论述了基于扩散频谱成像及高角度分辨率扩散成像构建脑模板的不同方法间的差异,并总结了这些研究方法取得的重要进展;最后通过分析目前研究进展提出该研究问题中存在的不足以及未来的发展趋势.     

Terahertz sensing and imaging based on nanostructured semiconductors and carbon materials

The advantageous properties of terahertz (THz) waves, such as permeability through objects that are opaque for visible light and the energy spectrum in the microelectron‐volt range that are important in materials research, allow their potential use in various applications of sensing and imaging. However, since the THz region is located between the electronic and photonic bands, even the basic components such as detectors and sources have not been fully developed, unlike in other frequency regions. THz technology also has the problem of low imaging resolution, which results from a considerably longer wavelength than that of the visible light. However, the utilization of nanostructured electronic devices has recently opened up new horizons for THz sensing and imaging. This paper provides an overview of the THz detector and imaging techniques and tracks their recent progress. Specifically, two cutting‐edge techniques, namely, frequency‐selective THz‐photon detection and integrated near‐field THz imaging, are discussed in detail. Finally, the studies of superconductors and semiconductors with high‐resolution THz imaging are described.     

成像光谱仪的光学系统设计

成像光谱仪是一种“图谱合一”的光学遥感仪器 ,以获取地球目标的详细光谱景像为目的 ,如陆地、海洋的辐射信息及大气等方面的监测等。成像光谱仪的特点是成像光谱段多、谱段不连续、位置重叠等 ,并同时存在有图像分辨率和光谱分辨率的问题 ,其光学系统是非常复杂的 ,且所要求的光谱分辨率比图像分辨率要高。详细介绍了成像光谱仪的光学系统原理、光学系统设计方法及组成部分。根据现有的技术条件 ,给出了合理的结构和设计结果 ,设计思想新颖适用