搜索

文章查询

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

相干X射线衍射成像的数字模拟研究

肖体乔 周光照 佟亚军 陈灿 任玉琦 王玉丹

相干X射线衍射成像的数字模拟研究

肖体乔, 周光照, 佟亚军, 陈灿, 任玉琦, 王玉丹
PDF
导出引用
导出核心图
  • 相位重建是实现X 射线相干衍射成像的关键, 它利用远场采集的样品傅里叶相干衍射花样、结合过采样理论,再采用迭代算法复原样品的相位信息. 文中采用数字模拟的方法, 利用小尺寸二维非周期性图形作为物场, 研究了过采样比对重构结果的影响, 研究发现, 迭代次数为1000 次时最佳过采样比的范围是3—7 之间. 利用噪声模拟方法, 研究了噪声对相位重建的影响, 找到了完成相位重建的噪声限是信噪比不能低于10. 分析了重构结果中孪生像以及随机平移的产生原因, 并给出了相应的解决办法, 结果表明, 此方法可有效地提高重构图像的质量.
    • 基金项目: 国家重点基础研究发展计划(批准号:2010CB834301)、中国科学院对外合作重点项目(批准号:GJHZ09058)、国家自然科学基金(批准号:10805071,10705020)和上海市基础研究重点项目(批准号:08JC1411900)资助的课题.
    [1]

    Liu L X, Du G H, Hu W, Xie H L, Xiao T Q 2007 Acta Phys. Sin. 56 4556(in Chinese) [刘丽想、杜国浩、胡 雯、谢红兰、肖体乔 2007 物理学报 56 4556]

    [2]

    Shi S M, Chen R C, Xue Y L, Ren Y Q, Du G H, Deng B, Xie H L, Xiao T Q 2008 Acta Phys. Sin. 57 6319(in Chinese) [师绍猛、陈荣昌、薛艳玲、任玉琦、杜国浩、邓 彪、谢红兰、肖体乔 2008 物理学报 57 6319]

    [3]

    Xue Y L, Xiao T Q, Wu L H, Chen C, Guo R Y, Du G H, Xie H L, Deng B, Ren Y Q, Xu H J 2010 Acta Phys. Sin. 59 5496(in Chinese) [薛艳玲、肖体乔、吴立宏、陈 灿、郭 荣怡、杜国浩、谢红兰、邓 彪、任玉琦、徐洪杰 2010 物理学报 59 5496] 〖4] Xie H L, Hu W, Luo H X, Du G H, Deng B, Chen R C, Xue Y L, Shi S M, Xiao T Q 2008 Acta Phys. Sin. 57 7044(in Chinese) [谢红兰、胡 雯、罗红心、杜国浩、邓 彪、陈荣昌、薛艳玲、师绍猛、肖体乔 2008 物理学报 57 7044]

    [4]

    Marchesini S, Chapman H N, Hau-Riege S P, London R A, Szoke A 2003 Opt. Express. 11 2344

    [5]

    Miao J W, Ishikawa T, Shen Q, Earnest T 2008 Annu. Rev. Phys. Chem. 59 387

    [6]

    Sayre D 1952 Acta Cryst. 5 843

    [7]

    Sayre D, Schlenker M 1980 Lectare Notes in physics (vol.112)(Berlin:Springer) p229

    [8]

    Fienup J R 1982 Appl. Opt. 21 2758

    [9]

    Miao J W, Charalambous P, Kirz J, Sayre D 1999 Nature 400 342

    [10]

    Miao J W, Chen C C, Song C Y, Nishino Y, Kohmura Y, Ishikawa T, Damien R J, Lee T K, Risbud S H 2006 Phys. Rev. Lett. 97 215503

    [11]

    Chapman H N, Barty A, Marchesini S, Noy A, Cui C, Howells M R, Rosen R, He H, Spence J C H, Weierstall U, Beetz T, Jacobsen C, Shapiro D 2006 J. Opt. Soc. Am. 23 1179

    [12]

    Abbey B, Williams G J, Pfeifer M A, Clark J N, Putkunz C T, Torrance A, McNulty I, Levin T M, Peele A G, Nugent K A 2008 Appl. Phys. Lett. 93 214101

    [13]

    Thibault P, Elser V, Jacobsen C, Shapiro D, Sayre D 2006 Acta Cryst. 62 248

    [14]

    Hau-Riege S P, London R A, Szoke A 2004 Phys. Rev. E 69 051906

    [15]

    Hau-Riege S P, Chapman H N, Krzywinski J, Sobierajski R, Bajt S, London R A, Bergh M, Caleman C, Nietubyc R, Juha L, Kuba J, Spiller E, Baker S, Bionta R, Tinten K S, Stojanovic N, Kjornrattanawanich B, Gullikson E, Plnjes E, Toleikis S, Tschentscher T 2007 Phys. Rev. Lett. 98 145502

    [16]

    Raines K S, Sara S, Richard L S, Jiang H D, Jose A R, Benjamin P F, Henry C K, Du J C, Miao J W 2009 Nature 463 214

    [17]

    Gerchberg R W, Saxton W O 1972 Optik 35 237

    [18]

    Henke B L, Gullikson E M, Davis J C 1993 At. Data Nucl. Data Tables 54 181

    [19]

    Miao J W, Sayre D, Chapman H N 1998 J. Opt. Soc. Am. A 15 1662

  • [1]

    Liu L X, Du G H, Hu W, Xie H L, Xiao T Q 2007 Acta Phys. Sin. 56 4556(in Chinese) [刘丽想、杜国浩、胡 雯、谢红兰、肖体乔 2007 物理学报 56 4556]

    [2]

    Shi S M, Chen R C, Xue Y L, Ren Y Q, Du G H, Deng B, Xie H L, Xiao T Q 2008 Acta Phys. Sin. 57 6319(in Chinese) [师绍猛、陈荣昌、薛艳玲、任玉琦、杜国浩、邓 彪、谢红兰、肖体乔 2008 物理学报 57 6319]

    [3]

    Xue Y L, Xiao T Q, Wu L H, Chen C, Guo R Y, Du G H, Xie H L, Deng B, Ren Y Q, Xu H J 2010 Acta Phys. Sin. 59 5496(in Chinese) [薛艳玲、肖体乔、吴立宏、陈 灿、郭 荣怡、杜国浩、谢红兰、邓 彪、任玉琦、徐洪杰 2010 物理学报 59 5496] 〖4] Xie H L, Hu W, Luo H X, Du G H, Deng B, Chen R C, Xue Y L, Shi S M, Xiao T Q 2008 Acta Phys. Sin. 57 7044(in Chinese) [谢红兰、胡 雯、罗红心、杜国浩、邓 彪、陈荣昌、薛艳玲、师绍猛、肖体乔 2008 物理学报 57 7044]

    [4]

    Marchesini S, Chapman H N, Hau-Riege S P, London R A, Szoke A 2003 Opt. Express. 11 2344

    [5]

    Miao J W, Ishikawa T, Shen Q, Earnest T 2008 Annu. Rev. Phys. Chem. 59 387

    [6]

    Sayre D 1952 Acta Cryst. 5 843

    [7]

    Sayre D, Schlenker M 1980 Lectare Notes in physics (vol.112)(Berlin:Springer) p229

    [8]

    Fienup J R 1982 Appl. Opt. 21 2758

    [9]

    Miao J W, Charalambous P, Kirz J, Sayre D 1999 Nature 400 342

    [10]

    Miao J W, Chen C C, Song C Y, Nishino Y, Kohmura Y, Ishikawa T, Damien R J, Lee T K, Risbud S H 2006 Phys. Rev. Lett. 97 215503

    [11]

    Chapman H N, Barty A, Marchesini S, Noy A, Cui C, Howells M R, Rosen R, He H, Spence J C H, Weierstall U, Beetz T, Jacobsen C, Shapiro D 2006 J. Opt. Soc. Am. 23 1179

    [12]

    Abbey B, Williams G J, Pfeifer M A, Clark J N, Putkunz C T, Torrance A, McNulty I, Levin T M, Peele A G, Nugent K A 2008 Appl. Phys. Lett. 93 214101

    [13]

    Thibault P, Elser V, Jacobsen C, Shapiro D, Sayre D 2006 Acta Cryst. 62 248

    [14]

    Hau-Riege S P, London R A, Szoke A 2004 Phys. Rev. E 69 051906

    [15]

    Hau-Riege S P, Chapman H N, Krzywinski J, Sobierajski R, Bajt S, London R A, Bergh M, Caleman C, Nietubyc R, Juha L, Kuba J, Spiller E, Baker S, Bionta R, Tinten K S, Stojanovic N, Kjornrattanawanich B, Gullikson E, Plnjes E, Toleikis S, Tschentscher T 2007 Phys. Rev. Lett. 98 145502

    [16]

    Raines K S, Sara S, Richard L S, Jiang H D, Jose A R, Benjamin P F, Henry C K, Du J C, Miao J W 2009 Nature 463 214

    [17]

    Gerchberg R W, Saxton W O 1972 Optik 35 237

    [18]

    Henke B L, Gullikson E M, Davis J C 1993 At. Data Nucl. Data Tables 54 181

    [19]

    Miao J W, Sayre D, Chapman H N 1998 J. Opt. Soc. Am. A 15 1662

  • [1] 周光照, 王玉丹, 任玉琦, 陈灿, 叶琳琳, 肖体乔. 相干X射线衍射成像三维重建的数字模拟研究. 物理学报, 2012, 61(1): 018701. doi: 10.7498/aps.61.018701
    [2] 范家东, 江怀东. 相干X射线衍射成像技术及在材料学和生物学中的应用. 物理学报, 2012, 61(21): 218702. doi: 10.7498/aps.61.218702
    [3] 王淑莹, 章海军, 张冬仙. 基于微球透镜的任选区高分辨光学显微成像新方法研究. 物理学报, 2013, 62(3): 034207. doi: 10.7498/aps.62.034207
    [4] 刘诚, 潘兴臣, 朱健强. 基于光栅分光法的相干衍射成像. 物理学报, 2013, 62(18): 184204. doi: 10.7498/aps.62.184204
    [5] 刘双龙, 刘伟, 陈丹妮, 屈军乐, 牛憨笨. 相干反斯托克斯拉曼散射显微成像技术研究. 物理学报, 2016, 65(6): 064204. doi: 10.7498/aps.65.064204
    [6] 王建国, 杨松林, 叶永红. 样品表面银膜的粗糙度对钛酸钡微球成像性能的影响. 物理学报, 2018, 67(21): 214209. doi: 10.7498/aps.67.20180823
    [7] 戚俊成, 陈荣昌, 刘宾, 陈平, 杜国浩, 肖体乔. 基于迭代重建算法的X射线光栅相位CT成像. 物理学报, 2017, 66(5): 054202. doi: 10.7498/aps.66.054202
    [8] 周光照, 胡哲, 杨树敏, 廖可梁, 周平, 刘科, 滑文强, 王玉柱, 边风刚, 王劼. 上海光源硬X射线相干衍射成像实验方法初探. 物理学报, 2020, 69(3): 034102. doi: 10.7498/aps.69.20191586
    [9] 刘海岗, 许子健, 张祥志, 郭智, 邰仁忠. 中心挡板对扫描相干X射线衍射成像的影响. 物理学报, 2013, 62(15): 150702. doi: 10.7498/aps.62.150702
    [10] 王治昊, 王雅丽, 李拓, 史祎诗. 基于旋转相位编码与照明光束匹配的叠层衍射成像算法研究. 物理学报, 2014, 63(16): 164204. doi: 10.7498/aps.63.164204
    [11] 曹蓓, 罗秀娟, 司庆丹, 曾志红. 相干场成像四光束相位闭合算法研究. 物理学报, 2015, 64(5): 054204. doi: 10.7498/aps.64.054204
    [12] 古宇飞, 闫镔, 李磊, 魏峰, 韩玉, 陈健. 基于全变分最小化和交替方向法的康普顿散射成像重建算法. 物理学报, 2014, 63(1): 018701. doi: 10.7498/aps.63.018701
    [13] 江浩, 张新廷, 国承山. 基于菲涅耳衍射的无透镜相干衍射成像. 物理学报, 2012, 61(24): 244203. doi: 10.7498/aps.61.244203
    [14] 郑娟娟, 姚保利, 邵晓鹏. 基于光强传输方程相位成像的宽场相干反斯托克斯拉曼散射显微背景抑制. 物理学报, 2017, 66(11): 114206. doi: 10.7498/aps.66.114206
    [15] 田劲东, 牛憨笨, 于 斌, 彭 翔. 硬x射线同轴相衬成像的相位恢复. 物理学报, 2005, 54(5): 2034-2037. doi: 10.7498/aps.54.2034
    [16] 明 海, 陈 博, 刘宜晋, 朱佩平, 王寯越, 袁清习, 黄万霞, 吴自玉. X射线光栅相位成像的理论和方法. 物理学报, 2008, 57(3): 1576-1581. doi: 10.7498/aps.57.1576
    [17] 潘安, 王东, 史祎诗, 姚保利, 马臻, 韩洋. 多波长同时照明的菲涅耳域非相干叠层衍射成像. 物理学报, 2016, 65(12): 124201. doi: 10.7498/aps.65.124201
    [18] 邓勇, 张喧轩, 罗召洋, 许军, 杨孝全, 孟远征, 龚辉, 骆清铭. 融合结构先验信息的稳态扩散光学断层成像重建算法研究. 物理学报, 2013, 62(1): 014202. doi: 10.7498/aps.62.014202
    [19] 王华英, 刘飞飞, 廖薇, 宋修法, 于梦杰, 刘佐强. 优化的数字全息显微成像系统. 物理学报, 2013, 62(5): 054208. doi: 10.7498/aps.62.054208
    [20] 师绍猛, 陈荣昌, 薛艳玲, 任玉琦, 杜国浩, 邓 彪, 谢红兰, 肖体乔. 强吸收介质内部低Z材料结构的X射线显微成像研究. 物理学报, 2008, 57(10): 6319-6328. doi: 10.7498/aps.57.6319
  • 引用本文:
    Citation:
计量
  • 文章访问数:  5408
  • PDF下载量:  1075
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 刊出日期:  2011-02-15

相干X射线衍射成像的数字模拟研究

  • 1. (1)中国科学院上海应用物理研究所,上海 201204; (2)中国科学院上海应用物理研究所,上海 201204;中国科学院研究生院,北京 100049
    基金项目: 

    国家重点基础研究发展计划(批准号:2010CB834301)、中国科学院对外合作重点项目(批准号:GJHZ09058)、国家自然科学基金(批准号:10805071,10705020)和上海市基础研究重点项目(批准号:08JC1411900)资助的课题.

摘要: 相位重建是实现X 射线相干衍射成像的关键, 它利用远场采集的样品傅里叶相干衍射花样、结合过采样理论,再采用迭代算法复原样品的相位信息. 文中采用数字模拟的方法, 利用小尺寸二维非周期性图形作为物场, 研究了过采样比对重构结果的影响, 研究发现, 迭代次数为1000 次时最佳过采样比的范围是3—7 之间. 利用噪声模拟方法, 研究了噪声对相位重建的影响, 找到了完成相位重建的噪声限是信噪比不能低于10. 分析了重构结果中孪生像以及随机平移的产生原因, 并给出了相应的解决办法, 结果表明, 此方法可有效地提高重构图像的质量.

English Abstract

参考文献 (19)

目录

    /

    返回文章
    返回