基于46.9nm激光的透射式数字全息成像研究

论文摘要

X射线激光是超短波长的激光。它具有脉冲瞬时功率大、单光子能量高等特点,在微观快过程研究领域具有不可替代的作用。在众多X射线实现方案中,毛细管放电方案具有能量转换效率高,结构简单体积小等优点,可以实现装置的小型化,被各国广泛关注,以期能够实现应用。X射线激光的一个应用方向是全息成像。自1948年Gabor首次提出全息概念以来,全息技术的理论研究和实验研究飞速发展。理论上出现了多种成熟的全息再现算法。在实验领域,可见光和其他长波长激光的全息成像研究较多,短波长激光尤其是毛细管放电产生的46.9 nm软X射线激光的全息成像研究较少。本文利用毛细管放电46.9 nm软X射线激光,基于Gabor同轴全息光路,对二维和三维的透射式数字全息成像进行了探究。在理论仿真中,本文在国际上首次对46.9 nm激光的透射式数字全息成像进行了仿真。在二维透射式数字全息成像模拟仿真中,模拟实际操作中的条件,如成像距离、全息图大小、实际成像物体大小和记录介质像素尺寸等,探究了不同实际因素对全息过程的影响。在三维透射式数字全息成像仿真中,得到了在不同条件下全息成像三维再现的结果,探究了在不同条件下的轴向分辨率结果。本文首次完成了46.9 nm X射线激光的完全数字全息成像实验。由于46.9 nm激光的理论研究还不成熟,以及受限于实验条件,本文只能进行相应的原理性实验研究。在实验工作中,克服了在真空下操作以及全息成像目标选取和固定的困难,完成了二维透射式数字全息成像以及三维透射式数字全息成像的实验。在二维透射式数字全息成像实验中,分别对直径约55μm的镍丝和直径约10μm的蚕丝全息成像,通过再现算法清晰再现,获得了约10μm的横向分辨率。进一步对较复杂的原子力显微镜探针全息成像,其再现像清晰再现了约6μm宽度的探针边框,证明在本实验条件下能对较复杂物体进行全息成像且认为横向分辨率能达到10μm以下。最后,提出一种可能获得更高分辨率全息像的方法,需进一步研究。在三维透射式数字全息成像实验中,对以不同轴向间隔放置的物体进行了三维全息成像,得到再现的轴向分辨率约在10 cm左右,在一定范围内改变物体的大小,不会影响轴向分辨距离。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究的目的和意义
•     1.1.1 研究背景
•     1.1.2 研究目的和意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 国外研究现状
•     1.2.2 国内研究现状
•   1.3 国内外研究现状的分析
•   1.4 主要研究内容
• 第二章 Gabor同轴数字全息术的基本理论
•   2.1 光学全息的基本理论
•     2.1.1 光的干涉
•     2.1.2 光的衍射
•   2.2 Gabor同轴数字全息术
•   2.3 全息再现算法
•     2.3.1 菲涅耳积分变换法
•     2.3.2 卷积法
•     2.3.3 角谱法
•   2.4 本章小结
• 第三章 46.9 nm激光透射式数字全息成像仿真研究
•   3.1 46.9 nm激光透射式二维数字全息成像仿真研究
•     3.1.1 不同成像距离下的数字全息仿真
•     3.1.2 更小尺寸成像物体的数字全息仿真
•     3.1.3 更高分辨率记录介质的数字全息仿真
•   3.2 46.9 nm激光透射式三维数字全息成像仿真研究
•     3.2.1 无遮挡三维数字全息仿真
•     3.2.2 相互遮挡三维数字全息仿真
•   3.3 本章小结
• 第四章 46.9 nm激光透射式数字全息成像实验研究
•   4.1 实验装置介绍
•   4.2 46.9 nm激光透射式二维数字全息成像实验研究
•     4.2.1 镍丝二维数字全息成像
•     4.2.2 蚕丝二维数字全息成像
•     4.2.3 原子力显微镜探针二维数字全息成像
•     4.2.4 更高分辨率记录介质二维数字全息成像
•   4.3 46.9 nm激光透射式三维数字全息成像实验研究
•     4.3.1 蚕丝与镍丝在不同轴向间隔距离下三维数字全息成像
•     4.3.2 镍丝与镍丝三维数字全息成像
•   4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 陆海强

导师: 赵永蓬

关键词: 毛细管放电,软射线激光,同轴数字全息,二维数字全息,三维数字全息

来源: 哈尔滨工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,计算机软件及计算机应用

单位: 哈尔滨工业大学

分类号: TP391.41;O438.1

DOI: 10.27061/d.cnki.ghgdu.2019.004443

总页数: 70

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