消除X射线无透镜傅里叶变换全息零级波的装置和方法

摘要

一种消除X射线无透镜傅里叶变换全息零级波的装置和方法，该装置的构成是：在X射线源的X射线的前进方向依次设有波带片、针孔光阑和探测器，该探测器的输出端与计算机相连，所述针孔光阑的针孔位于波带片的焦点处，一待测物位于与所述针孔光阑的针孔同一平面且靠近的另一孔中，在所述的待测物之后设有一移相器，该移相器的移相为2kπ。利用所述的装置获得消除X射线无透镜傅里叶变换全息图零级波的方法：在物光束中不插入移相器，拍摄一张X射线无透镜傅里叶变换全息图并存储在计算机中；在物光束中插入移相器，再拍摄一张X射线无透镜傅里叶变换全息图亦存储在计算机中；计算机将两张全息图重现的光强相减。

说明书

技术领域

本发明与X射线全息有关，特别是一种消除X射线无透镜傅里叶变换全息零级波的装置和方法，这种全息术在生物医学中有广泛的用途。

背景技术

早在1952年，Balz就把全息术的概念引进到X射线领域，经几年的努力，X射线全息取得了不少进步。70年代，由于缺少高亮度的X射线源、缺乏所必需的光学元件和高分辨率的记录介质，以及成像方法上存在不少问题，致使这一领域进展不尽人意。近年来，由于同步辐射源的出现，这一成像方法又得到广泛关注。参见在先技术：陈建文，徐至展，朱佩平，王之江，X射线全息术，物理学进展，1995年，15卷，第2期，125～147。

X射线全息目前有两种记录方法：同轴记录和无透镜傅里叶变换全息记录。我们感兴趣的是X射线无透镜傅里叶变换全息。傅里叶变换全息图是指记录了样品的傅里叶变换谱，即样品的空间频谱的全息图。无透镜傅里叶变换全息图是指参考点源和样品在同一平面上时，就能记录到样品的准傅里叶变换谱的全息图，如图1所示。

一相干的平行平面X射线1照射一X射线波带片2，这个波带片除一部分透射的零级波以外，还产生一会聚衍射波，在其焦点处放置一针孔，由小孔出射的X射线作为参考波，透射的零级波照射待测样品3，样品3散射波作为物束，两者重叠时发生干涉，形成干涉图5。因此，无透镜傅里叶变换全息图也称为准傅里叶变换全息图。傅里叶变换全息图和无透镜傅里叶变换全息图的关系，非常像双缝干涉条纹和两平面波干涉条纹的关系。两平面波的干涉条纹是等间距的，而双缝干涉条纹是近似等间距的，中心条纹略宽于两边的条纹。对于双缝干涉而言，干涉场离双缝越远，其干涉条纹越近似于两平面波的干涉条纹。对于无透镜傅里叶变换全息图而言，记录物距越大，无透镜傅里叶变换全息图和傅里叶变换全息图的差别越小。记录物距大的另一个优点是可以提高物点光锥和参考点源光锥的重叠程度，提高分辨率。

再现时，为了使一级物波和零级物波自相关，而和负一级衍射波得到分离，样品中心与参考点源之间的距离必须足够大。记录时，如果物波和参考波相比，振幅足够小，则物波的自相关就可以忽略不计。因而，可不考虑一级衍射波和物波自相关的分离条件，样品和参考点源便可进一步靠近，从而使无透镜傅里叶变换全息图对纪录介质的分辨率和X射线束时间相干性的要求降到最低，但这样做给实验增加了很多困难。

1992年，I.McNulty等人在Brookhaven国家同步辐射实验室X-1AUndulator线束上，采用无透镜傅里叶变换全息方式，以CCD作为接收器，数字法重现，据报道，把X射线无透镜傅里叶变换全息图的分辨率提高到60nm。他们用电子束光刻的方法，制作出质量较高的波带片，波带片最窄环带宽度达到50nm。波带片的最窄宽度决定了波带片聚焦半径，而这个聚焦半径又决定着无透镜傅里叶变换全息图的分辨率。在十到三十分钟的曝光期间内，确保系统的稳定性，并控制环境温度变化，使其不超过±1℃，他们所用的X射线源的相干长度为0.7μm。

从上述讨论可以看出，在X射线无透镜傅里叶变换全息中，由于零级波的存在，降低了重现图像的衬度和分辨率，因此非常有必要将零级波从重现图像中消除掉。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述在先技术所存在的缺点，提出一种消除X射线无透镜傅里叶变换全息零级波的装置和方法，以提高重现图像的衬度和分辨率。

本发明的技术解决方案如下：

一种消除X射线无透镜傅里叶变换全息零级波装置的构成：在X射线源的X射线的前进方向依次设有波带片、针孔光阑和探测器，该探测器的输出端与计算机相连，所述针孔光阑的针孔位于波带片的焦点处，一待测物位于与所述针孔光阑的针孔同一平面且靠近的另一孔中，其特征是在所述的待测物之后设有一移相器，该移相器的移相为2kπ，其中k为正整数。

利用所述的装置消除X射线无透镜傅里叶变换全息零级波的方法，其特征是该方法按以下三个步骤进行：

①在所述的装置中，物光束中先不插入移相器，拍摄一张X射线无透镜傅里叶变换全息图并把这种全息图存储在计算机中；

②在所述的装置中，物光束中插入移相器，再拍摄一张X射线无透镜傅里叶变换全息图，亦存储在计算机中；

③在计算机(6)中将两张全息图重现的光强相减，即可获得消除了零级波的X射线无透镜傅里叶变换全息图。

本发明的工作原理如下：

一平行X射线照明波带片，经过波带片以后，X射线一部分为零级波照明待测物，一部分被波带片聚焦，并经过一针孔光阑作为参考波。参考波和被待测物散射的物波干涉，经探测器接收，被计算机重构待测物的图像。

用这种方法记录全息图时，如上面所讲的，在重构时，存在一个零级波对图像干扰的问题。为了解决这一问题，我们如果物光束光程中插入一移相器，从而获得一个具有不同记录参数的X射线无透镜傅里叶变换全息图，那么在未加移相器之前和加移相器之后，得到的两张全息图都记录在探测器上，让它们强度相减，得到光强度差值为：

ΔI(x，y)＝RO(x，y)[1-expjΔ(x，y)]+RO^*(x，y){1-exp[-jΔ(x，y)]}

式中：R为参考波振幅，O为物波振幅，Δφ为物波和参考波的位相差。

在物束中加入移相器的目的在于让Δφ(x，y)为一常数，即2kπ，那么两个全息图相减之后，重现像中只含有RO和RO^*两项，从而可达到零级波消除的目的。

与在先技术相比：本发明的X射线无透镜傅里叶变换全息术中零级波消除方法，只在物光束中加入一X射线移相器，就可以消除重现像中的零级波，从而可大大提高重现图像的衬度和分辨率。

附图说明

图1是现有的用于X射线无透镜傅里叶变换全息图的装置原理图。

图2为本发明的X射线无透镜傅里叶变换全息中消除零级波的装置原理图。

具体实施方式

先请参阅图2，图2为本发明的X射线无透镜傅里叶变换全息中消除零级波的装置原理图。由图可见，本发明X射线无透镜傅里叶变换全息中消除零级波的装置的构成是：在X射线源1的X射线的前进方向依次设有波带片2、针孔光阑4和探测器5，该探测器5的输出端与计算机6相连，所述针孔光阑4的一针孔位于波带片2的焦点处，一待测物3位于与所述针孔光阑4的针孔同一平面的且靠近的另一光孔中，其特征是在所述的待测物3之后设有一移相器7，该移相器7的移相为2kπ，其中k为正整数。

利用上述装置消除X射线无透镜傅里叶变换全息零级波的方法，按以下三个步骤进行：

①在所述的装置中，物光束中先不插入移相器7，拍摄一张X射线无透镜傅里叶变换全息图并把这种全息图存储在计算机6中；

②在所述的装置中，物光束中插入移相器7，再拍摄一张X射线无透镜傅里叶变换全息图，亦存储在计算机6中；

③在计算机6中将两张全息图重现的光强相减，即可获得消除了零级波的X射线无透镜傅里叶变换全息图。