[發(fā)明專利]基于光場高階空間關(guān)聯(lián)的單次曝光X射線衍射成像裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011014594.3
• 申請日: 2020-09-24
• 公開（公告）號: CN112198176B
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 談志杰;喻虹;朱瑞國;韓申生
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G01N23/2055
• 分類號: G01N23/2055
• 代理公司: 上海恒慧知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

一種基于光場高階空間關(guān)聯(lián)的單次曝光X射線衍射成像裝置及方法，裝置包括X射線源、分束裝置、參考臂光闌，待測物體、X射線面陣探測器和計算機。X射線源發(fā)出的光經(jīng)過分束裝置，分為參考光與探測光，參考光沿參考臂光軸方向經(jīng)過參考臂光闌，光強空間分布被X射線參考臂面陣探測器記錄，探測光沿探測臂光軸方向通過待測物體，光強空間分布被X射線探測臂面陣探測器記錄。計算機與X射線面陣探測器相連，具有對采集到的光強空間分布進行空間關(guān)聯(lián)運算的程序。本發(fā)明基于光場的高階空間關(guān)聯(lián)特性，其數(shù)據(jù)采集和處理過程不同于傳統(tǒng)的時間序列關(guān)聯(lián)成像計算方法，應用于X射線關(guān)聯(lián)成像中，能極大的提高圖像質(zhì)量和成像速度，并減少樣品輻射損傷。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明是關(guān)于一種基于光場高階空間關(guān)聯(lián)的單次曝光X射線衍射成像裝置及方法，它可以運用于X射線強度關(guān)聯(lián)衍射成像技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

X射線強度關(guān)聯(lián)衍射成像技術(shù)是一種利用光場高階關(guān)聯(lián)的衍射成像技術(shù)。該成像技術(shù)在理論上不需要相干光源就可以得到物體透過率函數(shù)的傅里葉變換強度分布，之后通過相位恢復算法恢復出物體的實空間分布信息。由于其對光源相干性要求較低，有望使用小型化實驗室光源實現(xiàn)高分辨顯微成像。

中國科學院上海光學精密機械研究所的喻虹等人設(shè)計了非相干X射線衍射成像裝置(非相干X射線衍射成像裝置，201110148476.6)，并于2016年完成了X射線傅里葉變換關(guān)聯(lián)成像(XFGI)的原理演示實驗(H.Yu et al.,“Fourier-Transform Ghost Imaging withHard X Rays,”Phys.Rev.Lett.,vol.117,no.11,2016)，驗證了該成像技術(shù)的有效性。這種X射線衍射成像技術(shù)采集的數(shù)據(jù)為時間序列，主要存在以下幾個局限：

1)在理論上，關(guān)聯(lián)成像的結(jié)果是通過計算系綜平均得到的，需要無限多的時間序列才能夠得到結(jié)果。在實際中，往往是有限次的測量，通過壓縮感知等算法得到一個較為滿意的結(jié)果，其時間測量次數(shù)通常為幾百至數(shù)千次。較多的時間測量次數(shù)帶來的必然是成像時間的延長，特別的在X光成像領(lǐng)域中，較長的成像時間通常是難以接受的。

2)傳統(tǒng)強度關(guān)聯(lián)衍射成像技術(shù)中，在探測臂通常是采樣點探測器，相比與面陣探測器，點探測器只能夠記錄一個空間點的光強數(shù)據(jù)。而探測臂光強在空間中具有一定的分布，僅記錄一點的光強數(shù)據(jù)無疑造成了光通量的浪費，未被探測器記錄下來的光強數(shù)據(jù)依然攜帶物體信息，對物體實空間分布的重構(gòu)具有一定的幫助。

2019年，中國科學院上海光學精密機械研究所的劉震濤等人提出了二階空間自關(guān)聯(lián)的成像方法(Z.Liu et al.,“Lensless Wiener-Khinchin telescope based on high-order spatial autocorrelation of thermal light,”Chinese optics letters,vol.17,no.9,2019)，該成像方法使用非相干光照明，在待測物體后面放置空間隨機相位屏對光路進行調(diào)制，通過計算探測器上記錄下的光強分布，通過空間關(guān)聯(lián)算法能夠獲得物體的空間分布信息。然而這種成像方法主要局限性在于無法獲得物體的相位信息，只能夠獲得待測物體的振幅信息。而在X光成像中，由于X光波長短，相位信息往往更加重要。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于克服上述在先技術(shù)的缺陷，提供一種基于光場高階空間關(guān)聯(lián)的單次曝光X射線衍射成像裝置及方法，在探測臂光路使用面陣探測器接受光強分布，通過計算參考臂與探測臂光強分布的空間關(guān)聯(lián)得到物體的傅里葉衍射譜，本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

一種基于光場高階空間關(guān)聯(lián)的單次曝光X射線衍射成像裝置及方法，特征在于其構(gòu)成包括X射線源、分束裝置、參考臂光闌，待測物體、X射線面陣探測器和計算機。