X射线成像旋转椭球聚焦镜的设计与检测

摘要

X射线三维相位成像因其可实现厚物质的内部三维结构的观察，在生物医学和纳米材料领域有着广泛的应用。国家同步辐射实验室(NSRL)利用全场透射显微技术(TXM)建设了高空间分辨X射线成像光束线和实验站。通过分析X射线成像系统的不同的聚焦光学元件，选用旋转椭球聚焦镜来聚焦入射光源。针对成像系统对照明光的要求，设计了四组旋转椭球聚焦镜，并利用新颖的实验方法对美国Xradia公司制作的旋转椭球镜进行了检测。结果表明，旋转椭球聚焦镜的设计满足成像要求。 本论文主要开展了以下几个方面的工作： 1.总结X射线显微技术以及X射线的微聚焦光学元件。总结了X射线成像技术中出现的新研究领域：X射线相位衬度成像技术和X射线三维(显微)成像技术。分析了三类X射线微聚焦光学元件的特点和适用范围。从而选定旋转椭球聚焦镜为NSRL的X射线成像实验站的聚焦光学元件。 2.旋转椭球聚焦镜的设计。旋转椭球聚焦镜的设计按照以下原则：1，X光源处于椭球的一个焦点处，以掠入射角照射到旋转椭球聚焦镜后，经表面全反射聚焦于椭球镜的另一焦点上。2，根据成像系统的要求，四组旋转椭球聚焦镜出射光的数值孔径应与波带片环状照明的数值孔径一致。根据以上原则设计了四组旋转椭球聚焦镜的长轴和短轴和工作长度等。 3.旋转椭球聚焦镜的检测。聚焦光斑的大小和聚焦效率是衡量旋转椭球聚焦的两个最重要的指标。采用NSRL的TXM实验站自身的优势，设计合理的实验方法获得聚焦镜光斑的大小和效率。用实验值与理论值相比较，从而得出旋转椭球镜的设计合理性以及它的性能。

目录

文摘

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第一章X射线三维显微成像技术

1.1 X射线显微成像技术

1.2 X射线相位成像技术进展

1.2.1 X射线在物体中的传播特性

1.2.2 X射线相位成像方法

1.3 X射线三维显微成像技术

1.4本章小结

参考文献

第二章X射线成像聚焦元件的分类及工作原理

2.1引言

2.2折射式聚焦元件

2.3衍射式聚焦元件

2.4反射式聚焦元件

2.4.1环面聚焦

2.4.2 KB聚焦

2.4.3毛细管聚焦

2.4.4波导聚焦

2.5总结

参考文献

第三章X射线成像旋转椭球聚焦镜的设计

3.1引言

3.1.1 TXM

3.1.2国家同步辐射实验室(NSRL)X射显微成像实验站

3.2椭球毛细管聚焦的选择

3.2.1 NSRL的X射显微成像光束线U7A简介

3.2.2几种光学元件的比较

3.3椭球聚焦镜的设计

参考文献

第四章X射线成像旋转椭球聚焦镜的检测

4.1引言

4.2检测聚焦光斑的大小

4.2.1通常的检测聚焦光斑的方法

4.2.2 NSRL检测旋转椭球聚焦光斑大小

4.3 NSRL旋转椭球聚焦镜效率的检测

4.4本章小结

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文和取得的研究成果