高对称度光源的同步辐射X射线同轴相衬成像

作     者：黎刚 张杰 易栖如 王艳萍 陈雨 贾全杰 姜晓明 LI Gang ZHANG Jie YI QiRu WANG YanPing CHEN Yu JIA QuanJie JIANG XiaoMing

作者机构：中国科学院高能物理研究所北京100049 中国科学院北京综合研究中心北京101407 

出 版 物：《科学通报》 (Chinese Science Bulletin)

年 卷 期：2017年第62卷第22期

页      面：2544-2552页

核心收录：

学科分类：070207[理学-光学] 07[理学] 08[工学] 0803[工学-光学工程] 0702[理学-物理学] 

基　　金：中国科学院科研装备研制项目(YZ201211) 中国科学院北京综合研究中心创新课题(2014-01) 中国科学院北京综合研究中心自主部署课题(Y5Z003) 国家自然科学基金(11675208 11305200)资助 

主　　题：X射线同轴相位衬度成像 光源对称度 衬度 空间分辨率 同步辐射 点扩展函数 

摘      要：全球现有的同步辐射光源中,电子束团在垂直于运动方向的截面上其水平尺寸和垂直尺寸的差异都较大,即同步辐射X射线(SRX)源的尺寸在水平和垂直两方向上有较大差异(二者的比值为光源的对称度,与1的差别越大,则对称度越差).这使得利用同步辐射X射线开展同轴相衬成像实验时,水平和垂直两个方向上入射X射线的点扩展函数相差较大,造成两个方向上空间分辨率有很大差别,这种差异还会造成两个方向上相位衬度水平的明显差别,从而严重影响同轴相位衬度成像的质量.本文通过在北京同步辐射装置(BSRF)成像线站(4W1A)束线上加入白光光阑直接限制光源对样品的点扩展函数的方法,获得了一个对称度大大提高的同步辐射X射线源(光源对称度从2.7提高到接近1),并开展了模型样品(聚酰胺细丝)的同轴相位衬度成像实验.使4W1A的光源对称度从2.7提高到1,虽然会使总通量约减小为原来的0.0005,但通量密度只减小到原来的0.22.总通量的减小由光斑尺寸的减小和通量密度的减小共同决定,由于高分辨率同轴成像需要的光斑尺寸很小,因此本方法对高分辨率同轴成像的不利影响仅限于通量密度的减小.同时,研究结果表明,通过关小水平光阑尺寸,把对成像有贡献的水平方向光源尺寸从1.23 mm减小到约0.35 mm,使模型样品成像的最大相位衬度从0.057提高到了0.35,即通过关小光阑提高光源的对称度,使同轴相衬成像的密度灵敏度提高了5倍.光源对称度的提高,使空间分辨率和相位衬度这两方面在水平方向和垂直方向达到相同的水平,从而极大改善了BSRF 4W1A线站SRX同轴相位衬度成像的质量.我们分析了成像质量提升的原因,并讨论了未来进一步改进的方向.