成像闪烁体表面修饰的物理机制和制备方法研究

Nowadays X-ray indirect CCD imagers are widely used in synchrotron radiation station for high resolution imaging.In the imagers X-ray has been transfered to visible light by Scintillators,where lights extracted with low efficiency because of high refractive index. The extraction efficiency can be improved by a 2D photonic crystal coverd on the Scintillator surface. However, the imaging quality could not be improved because the extracted light spread in the background.In this project the image degradation will be investigated thoroughly. And then the images could be restored by deconvolution methods with reliable PSF function and SNR would be improved significantly. Light extraction and angle distribution will be further investigated and improved. On the other hand, new XIL method would be applied to fabricated large area 2D photonic crystal. Finally a GPU workstation would be employed, or the software would be solidified in FPGA and applied in a imager system.

目前，同步辐射硬X射线线站上主要使用间接型X射线CCD探测器系统用于高分辨成像实验。闪烁体是其中将X射线转换为可见光图像的关键。由于闪烁体的高折射率，可见光提取效率不高。运用光子晶体对闪烁体表面进行修饰，利用微纳周期结构调制电磁波，为提高闪烁体光提取效率提供了新途径。最初研究表明，运用该方法，虽然可以将提取的光子数成倍提高，但所增加的光子数均散布于背景，像质并无明显提升。进一步实验表明光子晶体对成像点的影响是有规律的。本研究将在前期研究基础上，从理论和实验上研究光子晶体对系统图像退化函数的影响，对光学系统成像进行可靠的反卷积运算，确定PSF函数，恢复图像，使得图像信噪比大幅提高。在此基础上，研究进一步提高提取效率，控制出射光角分布；同时，本项目将利用新型X射线干涉光刻方法快速制作大面积周期结构，并使用GPU并行计算或FPGA固化软件，使整个探测器软硬件系统达到在线和实时的水平。

同步辐射许多成像应用都需要高分辨率的透镜耦合间接 X 射线闪烁体成像仪。闪烁体是其中将X射线转换为可见光图像的关键。而，图像细节的严重削弱阻碍了其进一步的性能提升。通过我们的研究，这种图像劣化归因于高折射率引起的高空间频率信息的宽带损失。因此提出了一种称为高空间频谱增强重建的技术来检索该信息。二维高密度阵列覆盖在闪烁体的出射面上，作为编码器工作，基于该编码器可以将高频信息转移到低频区域，以提高信噪比。实验结果表明，中高频信号强度可以提高一个数量级或更多，最高可达~50倍。因此，可以有效地增强图像细节，以突破这种广泛用于同步辐射设施或台式 X 射线管的 X 射线成像仪的性能瓶颈。