激光等离子体X射线成像诊断研究

为了诊断激光等离 子体X射线二维空间信息,基于Bragg衍射原理建立了等离子体X射线背光成像系统,其核心 元件为石英球面弯曲晶 体,弯曲半径为143mm。在中国工程物理研究院神光III原型激光装 置上,利用建立的系统,进行了单色X射线背光成像实验,激光聚焦到平面 Mg靶中心聚爆产生高温等离子体X射线为背光源,成像物体为15μm ×15μm网格阵列,X射线CCD得到了清晰的Mg靶 单色X射线二维网格图像。通过对背光图像分析,在7.8mm×2.6mm的视场范围,成像系统得到空间分辨率为5μm。实验 结果表明,基于石英球面弯曲晶体的X射线背光成像系统可以用于等离子体X射线诊断研究。     

快速高能X射线光栅相衬成像

X射线光栅相衬成像对弱吸收物质成像能够获得较高的图像衬度,然而使用高分辨探测器,成像时间长。此外,受光栅工艺限制,成像能量通常在30 keV左右。文中基于投影成像原理,大大放宽了对光栅工艺的要求,提高了成像能量。同时,利用医用CT球管以及医用探测器,基于周步进扫描模式,实现了快速相衬CT成像。在国家同步辐射实验室搭建的成像系统上,完成了80 kV管电压（等效能量约48 keV）180 mA管电流,物体80 s曝光的二维和三维成像实验。针对实验结果,进一步探讨了提高密度分辨率的方法和途径。     

高线密度X射线透射光栅的制作工艺

采用电子束光刻、X射线光刻和微电镀技术,成功制作了面积为10mm×0.5 mm,周期为500nm,占空比为1∶1,金吸收体厚度为430nm的可用于X射线衍射的大面积透射光栅.首先利用电子束光刻和微电镀技术制备基于镂空薄膜结构的X射线光刻掩模,然后利用X射线光刻经济、高效地复制X射线透射光栅.整个工艺流程分别利用了电子束光刻分辨率高和X射线光刻效率高的优点,并且可以得到剖面陡直的纳米级光栅线条.最后,测量了制作出的X射线透射光栅对波长为11nm同步辐射光的衍射峰,实验结果表明该光栅具有良好的衍射特性.     

高线密度X射线透射光栅的制作工艺

采用电子束光刻、X射线光刻和微电镀技术,成功制作了面积为10mm×0.5 mm,周期为500nm,占空比为1∶1,金吸收体厚度为430nm的可用于X射线衍射的大面积透射光栅.首先利用电子束光刻和微电镀技术制备基于镂空薄膜结构的X射线光刻掩模,然后利用X射线光刻经济、高效地复制X射线透射光栅.整个工艺流程分别利用了电子束光刻分辨率高和X射线光刻效率高的优点,并且可以得到剖面陡直的纳米级光栅线条.最后,测量了制作出的X射线透射光栅对波长为11nm同步辐射光的衍射峰,实验结果表明该光栅具有良好的衍射特性.     

数字断层融合成像技术及其在乳腺癌筛查方面的应用

乳腺癌严重威胁着女性的生命健康,其治疗的关键手段在于早期诊断。乳腺数字断层融合技术是当前乳腺癌早期筛查的重要方式之一,成为乳腺成像领域的研究热点。数字断层融合成像技术使用影像重建算法将不同角度获取的一系列低剂量乳腺X射线影像重建,得到与探测器平面平行的乳腺任意深度层面的影像。相对于传统的二维X射线乳腺成像,数字断层融合成像技术具有检出率高、病灶成像不重叠、成像清晰等优点,被广泛应用于科学研究和临床治疗中。在陈颖博士多年研究的基础上,结合国内外最新的相关研究现状,从研究背景、技术原理、临床应用等方面,综述了乳腺数字断层融合成像技术在乳腺癌筛查诊断中的研究和应用现状。     

X射线背光成像诊断的球面晶体分析器研究

在激光约束聚变和箍缩聚爆实验中,为了分析内爆 靶丸推进层的运动过程和评估激光辐射驱动的对称性和均匀性, 需要得到靶丸内爆单色X射线二维空间分辨信息。为了诊断内爆高温等离子体X射线二维空间 信息,利用晶体布喇格衍射 原理研制了新型的成像系统。系统的核心元件为球面晶体分析器,球面晶体为云母球面晶体 ,弯曲半径为143.3mm。在中 国工程物理研究院进行了单色X射线背光成像实验,磷屏成像板获得了清晰的Cr靶单色X射线 二维网格图像。通过对实验 所得背光图像分析,云母球面晶体成像系统得到的空间分辨率为86 μm。实验结果表明,云母球面晶体可以应用于等离子体X射线的背光成像诊断研究。     

基于石英球面弯曲晶体的X射线成像研究

为了诊断惯性约束聚变的聚爆靶的尺寸、形状、分布和均匀性等情况,利用X射线布拉格衍射理论,搭建了基于球面弯曲晶体的X射线背光成像系统。其核心元件是α-石英球面弯晶,α-石英晶体性质稳定,结构完整,反射率和分辨率高。弯曲晶体尺寸为65mm×20mm,弯曲半径为143.3mm。利用该背光成像系统进行了单色X射线背光成像实验。成像物体为3×3阵列的正方形不锈钢网格,利用接收装置磷屏成像板,得到清晰的Cr KαX射线背光源二维空间分辨,在9.6mm×28.7mm的视场范围内,其像的空间分辨率大约为83.3μm。实验结果表明α-石英球面弯曲晶体适合于X射线的背光诊断研究。     

基于半导体光子学器件的太赫兹成像技术研究进展

太赫兹(THz)成像是THz技术应用的重要方向之一。基于THz量子级联激光器(QCL)和THz量子阱探测器(QWP)等半导体光子学器件的THz成像系统具有结构紧凑、空间分辨率高、成像信噪比较高等优点,已成为当前研究的热点领域。对国内外关于THz QCL和THz QWP器件在远场和近场成像应用方面的研究进行了系统综述,分析了THz成像系统的构成和成像效果,总结了各THz成像系统的性能参数情况,并探讨了THz成像系统性能提升的途径及其应用前景。     

基于光波映射展宽技术的稀疏图像实时获取

针对传统成像技术的成像速度慢且灵敏度低,本 文采用光波映射展宽技术搭建一个一 维稀疏图像实时获取系统,以实现高速图像的实时获取。基于空间光栅的空-频映射以 及色散光纤的 频-时映射,充分利用傅里叶变换的色散效果,使得系统简化并能够实现实时处理的性能 。从光栅公式入手,对系统的量程和空间分辨率进行了初步分析,并通过系统实验将 上述理论结果 进行验证。实验表明,本文系统能够将一维的条形码以20.9MHz的帧 率在示波器上实时成像,比目前的常用成像技术高4个量级。     

多能点X射线透射光栅的制作技术

针对X射线自支撑透射光栅在多能点单色成像光栅谱仪中的应用,采用电子束和光学匹配曝光、微电镀和高密度等离子体刻蚀技术,成功制备了周期为500nm、金吸收体厚度为350nm、占空比接近1∶1,满足三个能点成像需求的2000lp/mm X射线自支撑透射光栅。首先利用电子束光刻和微电镀技术制备金光栅图形,然后采用紫外光刻和微电镀技术制作自支撑结构,最后通过腐蚀体硅和感应耦合等离子体刻蚀聚酰亚胺完成X射线自支撑透射光栅的制作。在电子束光刻中,采用几何校正和高反差电子束抗蚀剂实现了对纳米尺度光栅图形的精确控制。实验结果表明,同一个器件分布的三块光栅占空比合理,栅线平滑,可以满足单能点单色成像谱仪的要求。     

Crystal diffraction systems for X-ray spectroscopy, imaging, and interferometry of laser fusion targets

Recent developments in X-ray diagnosis of laser produced plasmas, involving X-ray diffraction systems, are reviewed. Three methods currently under development are described: 1) Von Hamos focusing crystal X-ray spectrograph, 2) Laue crystal spectrograph and imaging devices, and 3) X-ray interferometry crystal devices. Some of the results shown are 1) a method of using mosaic crystals in a geometry which yields both high sensitivity and resolution; 2) ionic spectral lines of higher energy (12-14 keV) than has been previously observed; and 3) two-dimensional achromatic Laue imaging ofsim 10mum resolution.     

Fabrication of High-Aspect Ratio Nanogratings for Phase-Based X-Ray Imaging

Diffractive optical elements such as periodic gratings are fundamental devices in X-ray imaging – a technique that medical, material science, and security scans rely upon. Fabrication of such structures with high aspect ratios at the nanoscale creates opportunities to further advance such applications, especially in terms of relaxing X-ray source coherence requirements. This is because typical grating-based X-ray phase imaging techniques (e.g., Talbot self-imaging) require a coherence length of at least one grating period and ideally longer. In this paper, the fabrication challenges in achieving high-aspect ratio nanogratings filled with gold are addressed by a combination of laser interference and nanoimprint lithography, physical vapor deposition, metal assisted chemical etching (MACE), and electroplating. This relatively simple and cost-efficient approach is unlocked by an innovative post-MACE drying step with hexamethyldisilazane, which effectively minimizes the stiction of the nanostructures. The theoretical limits of the approach are discussed and, experimentally, X-ray nanogratings with aspect ratios >40 are demonstrated. Finally, their excellent diffractive abilities are shown when exposed to a hard (12.2 keV) monochromatic X-ray beam at a synchrotron facility, and thus potential applicability in phase-based X-ray imaging.     

X射线光栅相衬成像的仿真

根据菲涅耳衍射积分理论,提出了X射线光栅相衬成像系统的仿真模型。以聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）小球作为成像物体模型,选取30 keV的X射线做模拟计算。通过仿真,得到了穿过球体和相位光栅的X射线波前的变化。采用多步位移法从模拟条纹图中恢复出了PMMA小球的相位信息,并分析了莫尔条纹对比度对成像质量的影响,为实际的实验提供可靠的参数选择。经过仿真得到的相移信息与通过实验得到一致,验证了仿真算法的正确性。     

Printing via hot embossing of optically variable images in thermoplastic acrylic lacquer

A novel printing process via hot embossing of either grating or micro-mirror microstructures has been demonstrated in thermoplastic acrylic lacquer. Embossing experiments were performed in the temperature range 100-150 °C and at 80 kN force. The range of microstructures has included a dot-matrix hologram, grating-based optically variable devices (OVDs) and a micro-mirror based OVD. High quality replicas of each type of device have been fabricated using this process. Embossed replicas of grating-based OVDs have shown optical effects including image switching and color movement. For devices based on micro-mirror arrays, the embossed replicas have shown an optically variable switch between a portrait and a non-portrait image. Printing via an embossing process offers the possibility of incorporating optically variable devices into documents without the use of hot stamping foil. This is particularly relevant for documents based on polymeric substrates such as credit cards and polymer banknotes.     

Novel at-design-rule via-to-metal overlay metrology for 193-nm lithography

The effect of scanner aberrations on pattern placement errors (PPE) in the copper interconnect lithography process is studied both in simulations and experimentally. A new grating-based overlay mark, advanced imaging metrology, enables measuring device feature overlay. It is shown that the grating mark exhibits superior performance over conventional box-in-box marks. A comparison between grating-based optical and direct CD scanning electron microscopic (SEM) device overlay measurements was done. Both CD SEM and grating mark optical measurements show sensitivity to PPE. Good matching between the new grating target and device overlays was demonstrated.     

信息安全中的光学加密技术

光学加密技术作为一种新的加密手段,近年来得到了快速发展,成为现代加密技术的重要研究内容之一.简要概括光学加密技术的产生和发展过程.就影响较大的几种光学加密技术,如双随机相位编码方法、基于分数傅里叶变换的加密方法、基于菲涅耳变换的加密方法、基于联合变换相关器的加密系统、利用离轴数字全息的加密系统和利用相移干涉技术的加密系统以及基于相位恢复算法的加密技术等作了分类评述和讨论.介绍各种加密方案的技术特点和实现方法,讨论实际应用中尚存在的问题,并对其应用前景作了进一步阐述.     

基于联合互时频分布的InISAR三维成像方法

 常规InISAR通常采取先进行各天线的二维ISAR成像再进行图像间干涉处理的三维成像步骤.与此不同,本文提出了一种基于联合互时频分布的InISAR三维成像方法,通过构造干涉天线接收回波之间的联合互时频分布,在一次时频变换中能同时实现同一距离单元内各散射点的横向分辨和相位干涉处理,并利用Radon变换有效抑制了互时频分布的交叉项.该方法不仅具有Cohen类时频变换的高时频聚集性的特点,而且对0阶平稳运动和1阶机动目标都能进行三维成像.仿真结果验证了该方法的有效性.     

基于散斑相关的宽视场成像技术研究进展（特邀）

散射成像技术因具备透过生物组织等散射介质后清晰成像的能力而受到广泛关注。近年来,基于散斑自相关的成像方法以其非接触、无需先验信息且能够单帧成像的特点得到迅速发展。然而,散斑自相关成像受光学记忆效应的限制。当多个目标之间的距离在记忆效应范围之外时,基于散斑自相关的成像方法会导致目标自相关信息在相关域发生混叠,导致成像严重退化。文中在光学记忆效应及散斑自相关成像基本原理的基础上,首先介绍了基于散斑自相关和与散斑相关成像有关的其他散射成像技术。接着介绍了拓展光学记忆效应的主要技术及相关应用。最后总结了基于散斑相关的宽视场成像技术目前存在的问题,并对未来的发展应用进行了展望。     

数字全息技术及散斑干涉技术在形变测量领域的发展及应用

对近年来数字全息及散斑干涉技术在形变与位移测量方面的主要技术发展及应用发展进行综述。由于数字全息测量具有准确性高、无损、全场和动态测量等优点,成为形变和位移测量的重要技术之一。最近几年,数字全息技术在形变测量领域的发展主要体现在如下几个方面。首先,数字全息形变测量逐步由原来单一维度的形变测量转向多维度的形变测量。尤其是三维形变的同时测量是近年来本领域的研究重点。其次,形貌形变联合测量的技术受到关注。实际应用中曲面物体常常存在。而曲面物体需要离面与面内形变的分析,这需要获取曲面物体的形貌信息。针对这一需求,学者们针对形貌形变的同时测量方法开展了研究。再次,为了进一步扩大测量视场和深度范围,对基于长波长及远距离的技术进行了探索。与此同时,回顾了数字全息的形变测量技术在应用方面的进展。值得关注的是,在应用方面,数字全息技术从以前工程领域的形变测量向生物医学领域的形变测量发展,测量数据用于生物医学领域疾病分析与研究。