螺旋型波带片相衬成像研究

相衬成像是X射线光学研究的重要领域，本项目拟利用螺旋型波带片实现X射线相衬成像，为实现高分辨相衬显微提供一种新的实现手段，从而进一步丰富X射线相衬成像技术的研究和应用。波带片是X射线能段的高分辨成像元件，将波带片成像和相衬结合起来是实现高分辨相衬成像的有效手段。螺旋型波带片正是结合了波带片成像和光学径向希尔伯特变换双重功能，从而实现对位相物体成像。由于光学径向希尔伯特变换具有边界增强效应，螺旋型波带片对于目标物体内梯度值变化较大的界面区域将锐化显示，其成像的信噪比和衬度将大幅提高。本项目拟在激光等离子体源上开展对螺旋型波带片相衬成像进行实验研究，在实现螺旋型波带片相衬成像的同时，也发展了对激光等离子体成像诊断的方法。具有边界增强特性的螺旋型波带片有望显著提高对激光等离子体内部界面区域的诊断精度。

本项目研究工作从样品制备，理论模拟和实验测试三个方面开展。样品制备方面，根据螺旋型波带片的拓扑结构，提出了优化的光刻图形生成代码，采用电子束直写技术成功制作了可用于可见光成像的螺旋型波带片2块，可用于X射线波成像的螺旋型波带片样品3组共6块，完成样品的形貌表征和验收。理论模拟方面，完成了螺旋型波带片相衬成像数值模拟，形成了一套完整的螺旋型波带片边缘增强成像模拟算法。在螺旋型波带片研究的基础上，以类贝塞尔函数作为螺旋光子筛透过率的振幅调制窗函数设计了一种新型螺旋光子筛，理论计算表明该光子筛能够有效抑制旁瓣噪声，能够消除螺旋波带片对圆盘状位相物体成像时图像的“浮雕”效应而且能够更为清晰地分辨出位相跳变更为密集的周期矩形条状物体，从而显著提高图像的分辨率和对比度。实验测试方面，在实验室CT装置和自主研制的X射线管装置上完成了螺旋型波带片样品的测试和验收。在百焦耳高能激光装置上完成螺旋型波带片成像测试实验，在神光II装置上完成对针孔阵列的成像实验，成功获得了成像图像。