專利名稱：消除x射線無透鏡傅里葉變換全息零級波的裝置和方法
技術領域：
本發明與X射線全息有關，特別是一種消除X射線無透鏡傅里葉變換全息零級波的裝置和方法，這種全息術在生物醫學中有廣泛的用途。
背景技術：
早在1952年，Balz就把全息術的概念引進到X射線領域，經幾年的努力，X射線全息取得了不少進步。70年代，由于缺少高亮度的X射線源、缺乏所必需的光學元件和高分辨率的記錄介質，以及成像方法上存在不少問題，致使這一領域進展不盡人意。近年來，由于同步輻射源的出現，這一成像方法又得到廣泛關注。參見在先技術陳建文，徐至展，朱佩平，王之江，X射線全息術，物理學進展，1995年，15卷，第2期，125～147。
X射線全息目前有兩種記錄方法同軸記錄和無透鏡傅里葉變換全息記錄。我們感興趣的是X射線無透鏡傅里葉變換全息。傅里葉變換全息圖是指記錄了樣品的傅里葉變換譜，即樣品的空間頻譜的全息圖。無透鏡傅里葉變換全息圖是指參考點源和樣品在同一平面上時，就能記錄到樣品的準傅里葉變換譜的全息圖，如圖1所示。
一相干的平行平面X射線1照射一X射線波帶片2，這個波帶片除一部分透射的零級波以外，還產生一會聚衍射波，在其焦點處放置一針孔，由小孔出射的X射線作為參考波，透射的零級波照射待測樣品3，樣品3散射波作為物束，兩者重疊時發生干涉，形成干涉圖5。因此，無透鏡傅里葉變換全息圖也稱為準傅里葉變換全息圖。傅里葉變換全息圖和無透鏡傅里葉變換全息圖的關系，非常像雙縫干涉條紋和兩平面波干涉條紋的關系。兩平面波的干涉條紋是等間距的，而雙縫干涉條紋是近似等間距的，中心條紋略寬于兩邊的條紋。對于雙縫干涉而言，干涉場離雙縫越遠，其干涉條紋越近似于兩平面波的干涉條紋。對于無透鏡傅里葉變換全息圖而言，記錄物距越大，無透鏡傅里葉變換全息圖和傅里葉變換全息圖的差別越小。記錄物距大的另一個優點是可以提高物點光錐和參考點源光錐的重疊程度，提高分辨率。
再現時，為了使一級物波和零級物波自相關，而和負一級衍射波得到分離，樣品中心與參考點源之間的距離必須足夠大。記錄時，如果物波和參考波相比，振幅足夠小，則物波的自相關就可以忽略不計。因而，可不考慮一級衍射波和物波自相關的分離條件，樣品和參考點源便可進一步靠近，從而使無透鏡傅里葉變換全息圖對紀錄介質的分辨率和X射線束時間相干性的要求降到最低，但這樣做給實驗增加了很多困難。
1992年，I.McNulty等人在Brookhaven國家同步輻射實驗室X-1AUndulator線束上，采用無透鏡傅里葉變換全息方式，以CCD作為接收器，數字法重現，據報道，把X射線無透鏡傅里葉變換全息圖的分辨率提高到60nm。他們用電子束光刻的方法，制作出質量較高的波帶片，波帶片最窄環帶寬度達到50nm。波帶片的最窄寬度決定了波帶片聚焦半徑，而這個聚焦半徑又決定著無透鏡傅里葉變換全息圖的分辨率。在十到三十分鐘的曝光期間內，確保系統的穩定性，并控制環境溫度變化，使其不超過±1℃，他們所用的X射線源的相干長度為0.7μm。
從上述討論可以看出，在X射線無透鏡傅里葉變換全息中，由于零級波的存在，降低了重現圖像的襯度和分辨率，因此非常有必要將零級波從重現圖像中消除掉。
發明內容
本發明要解決的技術問題是針對上述在先技術所存在的缺點，提出一種消除X射線無透鏡傅里葉變換全息零級波的裝置和方法，以提高重現圖像的襯度和分辨率。
本發明的技術解決方案如下一種消除X射線無透鏡傅里葉變換全息零級波裝置的構成在X射線源的X射線的前進方向依次設有波帶片、針孔光闌和探測器，該探測器的輸出端與計算機相連，所述針孔光闌的針孔位于波帶片的焦點處，一待測物位于與所述針孔光闌的針孔同一平面且靠近的另一孔中，其特征是在所述的待測物之后設有一移相器，該移相器的移相為2kπ，其中k為正整數。
利用所述的裝置消除X射線無透鏡傅里葉變換全息零級波的方法，其特征是該方法按以下三個步驟進行①在所述的裝置中，物光束中先不插入移相器，拍攝一張X射線無透鏡傅里葉變換全息圖并把這種全息圖存儲在計算機中；②在所述的裝置中，物光束中插入移相器，再拍攝一張X射線無透鏡傅里葉變換全息圖，亦存儲在計算機中；③在計算機(6)中將兩張全息圖重現的光強相減，即可獲得消除了零級波的X射線無透鏡傅里葉變換全息圖。
本發明的工作原理如下一平行X射線照明波帶片，經過波帶片以后，X射線一部分為零級波照明待測物，一部分被波帶片聚焦，并經過一針孔光闌作為參考波。參考波和被待測物散射的物波干涉，經探測器接收，被計算機重構待測物的圖像。
用這種方法記錄全息圖時，如上面所講的，在重構時，存在一個零級波對圖像干擾的問題。為了解決這一問題，我們如果物光束光程中插入一移相器，從而獲得一個具有不同記錄參數的X射線無透鏡傅里葉變換全息圖，那么在未加移相器之前和加移相器之后，得到的兩張全息圖都記錄在探測器上，讓它們強度相減，得到光強度差值為ΔI(x，y)＝RO(x，y)[1-expjΔ(x，y)]+RO*(x，y){1-exp[-jΔ(x，y)]}式中R為參考波振幅，O為物波振幅，Δφ為物波和參考波的位相差。
在物束中加入移相器的目的在于讓Δφ(x，y)為一常數，即2kπ，那么兩個全息圖相減之后，重現像中只含有RO和RO*兩項，從而可達到零級波消除的目的。
與在先技術相比本發明的X射線無透鏡傅里葉變換全息術中零級波消除方法，只在物光束中加入一X射線移相器，就可以消除重現像中的零級波，從而可大大提高重現圖像的襯度和分辨率。
圖1是現有的用于X射線無透鏡傅里葉變換全息圖的裝置原理圖。
圖2為本發明的X射線無透鏡傅里葉變換全息中消除零級波的裝置原理圖。
具體實施例方式
先請參閱圖2，圖2為本發明的X射線無透鏡傅里葉變換全息中消除零級波的裝置原理圖。由圖可見，本發明X射線無透鏡傅里葉變換全息中消除零級波的裝置的構成是在X射線源1的X射線的前進方向依次設有波帶片2、針孔光闌4和探測器5，該探測器5的輸出端與計算機6相連，所述針孔光闌4的一針孔位于波帶片2的焦點處，一待測物3位于與所述針孔光闌4的針孔同一平面的且靠近的另一光孔中，其特征是在所述的待測物3之后設有一移相器7，該移相器7的移相為2kπ，其中k為正整數。
利用上述裝置消除X射線無透鏡傅里葉變換全息零級波的方法，按以下三個步驟進行①在所述的裝置中，物光束中先不插入移相器7，拍攝一張X射線無透鏡傅里葉變換全息圖并把這種全息圖存儲在計算機6中；②在所述的裝置中，物光束中插入移相器7，再拍攝一張X射線無透鏡傅里葉變換全息圖，亦存儲在計算機6中；③在計算機6中將兩張全息圖重現的光強相減，即可獲得消除了零級波的X射線無透鏡傅里葉變換全息圖。
權利要求
1.一種X射線無透鏡傅里葉變換全息術中消除零級波的裝置，在X射線源(1)的X射線的前進方向設有波帶片(2)、針孔光闌(4)和探測器(5)，該探測器(5)的輸出端與計算機(6)相連，所述針孔光闌(4)的針孔位于波帶片(2)的焦點處，一待測物(3)位于與所述針孔光闌(4)的針孔同一平面且靠近的另一光孔中，其特征是在所述的待測物(3)之后設有一移相器(7)，該移相器(7)的移相為2kπ，其中k為正整數。
2.利用權利要求1所述的裝置消除X射線無透鏡傅里葉變換全息零級波的方法，其特征是該方法按以下三個步驟進行①在所述的裝置中，物光束中先不插入移相器(7)，拍攝一張X射線無透鏡傅里葉變換全息圖并存儲在計算機(6)中；②在所述的裝置中，物光束中插入移相器(7)，再拍攝一張X射線無透鏡傅里葉變換全息圖亦存儲在計算機(6)中；③計算機(6)將兩張全息圖重現的光強相減，即可獲得消除了零級波的X射線無透鏡傅里葉變換全息圖。
全文摘要
一種消除X射線無透鏡傅里葉變換全息零級波的裝置和方法，該裝置的構成是在X射線源的X射線的前進方向依次設有波帶片、針孔光闌和探測器，該探測器的輸出端與計算機相連，所述針孔光闌的針孔位于波帶片的焦點處，一待測物位于與所述針孔光闌的針孔同一平面且靠近的另一孔中，在所述的待測物之后設有一移相器，該移相器的移相為2kπ。利用所述的裝置獲得消除X射線無透鏡傅里葉變換全息圖零級波的方法在物光束中不插入移相器，拍攝一張X射線無透鏡傅里葉變換全息圖并存儲在計算機中；在物光束中插入移相器，再拍攝一張X射線無透鏡傅里葉變換全息圖亦存儲在計算機中；計算機將兩張全息圖重現的光強相減。
文檔編號G03H1/00GK1588238SQ20041005278
公開日2005年3月2日 申請日期2004年7月13日 優先權日2004年7月13日
發明者陳建文, 高鴻奕, 何紅, 李儒新, 徐至展 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所