一种X射线散斑波前检测的模拟方法技术

本发明专利技术提供一种X射线散斑波前检测的模拟方法，包括：确定光源的能量以及可用实验范围，确定初始光波的复振幅分布，并且给出光波在空气传播路径上的光波衍射方程；确定光波穿过散射体或待测样品后的复振幅分布与透射函数的关系式，并确定散射体和待测样品的透射函数；确定光源、散射体、待测样品和探测器之间的距离，结合光波衍射方程、复振幅分布与透射函数的关系式、散射体和待测样品的透射函数，逐步计算确定探测器平面的波前复振幅分布；根据波前复振幅分布积分得到模拟衍射图样强度。本发明专利技术的方法可以模拟研究不同实验参数对散斑测量技术检测性能的影响，为该技术在实际应用中高效选择合适的实验参数提供理论指导和重要参考。参考。参考。

【技术实现步骤摘要】
一种X射线散斑波前检测的模拟方法


[0001]本专利技术涉及一种光学波前检测技术的模拟方法，具体涉及一种X射线散斑波前检测的模拟方法。

技术介绍

[0002]散斑是一种由光照射物体粗糙表面所产生的具有随机振幅和相位分布的颗粒状图样，在被发现之初一直是各种光学系统中需要尽力消除的一种相干“噪声”。随着人们对散斑统计特性分析的深入以及高性能激光器的发展，散斑逐渐在计量、成像和通信等领域取得了成功且广泛的应用[1]。X射线因其高能量所带来的高穿透性，早期在医学领域得到了重要应用，而高性能同步辐射光源的发展进一步促进了X射线在生物、医学、材料、化学等诸多领域研究和应用的进步[2]。近年来，散斑在X射线波段近场区域(菲涅尔衍射区域)的散射特性得到了较多的关注和研究。不同于远场散斑与光束尺寸和波长紧密相关的特性，X射线近场散斑的大小与光束的传播距离和能量无关，在近场范围内可以保持其大小和形状不变[3]。基于X射线近场散斑的这种散射特性，一种将散斑作为波前标记物并对波前特性进行表征的X射线散斑波前检测技术得到了发展，在多种成像和测量实验中均得到了成功应用[4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种X射线散斑波前检测的模拟方法，其特征在于，包括：步骤S1，选择光源的能量E和二维相干长度；由光源的能量E确定光源的波长λ和该波长下的可用实验范围，可用实验范围是散射体到探测器的距离的取值范围；步骤S2，根据光路类型，确定初始光波的复振幅分布W，并且给出光波在散射体、待测样品和探测器之间的空气传播路径上的光波衍射方程；步骤S3，根据模拟的散斑测量方法确定光波穿过散射体或待测样品后的复振幅分布与散射体或待测样品的透射函数的关系式，并且确定散射体和待测样品的透射函数；步骤S4，根据所模拟的散斑测量方法确定光源、散射体、待测样品和探测器之间的距离以及散射体和待测样品的厚度分布，随后结合步骤S2的光波在散射体、待测样品和探测器之间的空气传播路径上的光波衍射方程、步骤S3的光波穿过散射体或待测样品后的复振幅分布与透射函数的关系式、以及散射体和待测样品的透射函数，逐步计算确定初始光波、经过散射体、待测样品后的光波的波前复振幅分布，直到确定探测器平面的波前复振幅分布W
CCD
；步骤S5，根据探测器平面的波前复振幅分布W
CCD
，积分得到探测器平面的模拟衍射图样强度。2.根据权利要求1所述的X射线散斑波前检测的模拟方法，其特征在于，所述光源的波长λ下的可用实验范围为该波长条件下的菲涅尔近场区域L
f
。3.根据权利要求1所述的X射线散斑波前检测的模拟方法，其特征在于，对于平面波，光源发射的初始光波的复振幅分布W为：W
p
(x，y)＝exp(ikr)，对于球面波，光源发射的初始光波的复振幅分布W为：其中，x，y是垂直于光波传播的方向的空间坐标位置，i是虚数单位，k是波数，k＝2π/λ，r是光波的空间传播距离。4.根据权利要求1所述的X射线散斑波前检测的模拟方法，其特征在于，在空气传播路径上的光波衍射方程为：其中，W(x，y)为当前平面(x，y)的光波的复振幅分布，W(x1，y1)是下一平面(x1，y1)的光波的复振幅分布，x，y是垂直于光波传播的方向的空间坐标位置，Δz是从起始平面(x，y)到下一平面(x1，y1)的光波传播的方向上的距离，i是虚数单位，k是波数，k
×
2π/λ，λ是光波的波长。5.根据权利要求4所述的X射线散斑波前检测的模拟方法，其特征在于，所述步骤S2还包括：确定光波的空间相干度，根据空间相干度对光波在散射体、待测样品和探测器之间的空气传播路径上的光波衍射方程进行修正；光源为完全相关光源时，光波的空间相干度μ(x1，y1)为1；光源为部分相干相关光源时，光波的空间相干度μ(x1，y1)为：
其中，k为波数，l
x
，l
y
为光源的二维相干长度，x，y是垂直于光波传播的方向的空间坐标位置，x1，y1是同一平面上的垂直于光波传播的方向的空间另一点的坐标位置。6.根据权利要求1所述的X射线散斑波前检测的模拟方法，其特征在于，光波穿过散射体或待测样品后的复振幅分布与透射函数的关系式为：W(x，y，z1)≈exp[
‑
ik∫(δ(x，y，z)
‑
iβ(x，y，z))dz]W(x，y，z)，其中，exp[
‑
ik∫(δ(x，y，z)
‑
iβ(x，y，z))dz]为散射体或待测样品的透射函数，δ和β分别是散射体或待测样品的复折射率n＝1
‑
δ+iβ中的折射系数和吸收系数，i是虚数单位，dz是在待测样品厚度起始z到z1之间积分，exp是e指数，W(x，y，z)是光波穿过散射体或待测样品前的复振幅分布，W(x，y，z1)是穿过散射体或待测样品后的复振幅分布，x，y是垂直于光波传播的方向的空间坐标位置，z是光波传播的方向上的空间坐标位置。7.根据权利要求1所述的X射线散斑波前检测的模拟方法，其特征在于，在散射体为砂纸时，散射体的透射函数T
d
(x，y)为：式中，i是虚数单位，n是复折射率，k是波数，m是砂纸上的颗粒的总数目，j是颗粒的序数，j＝1～m，(x
j
，y
j
)是第j个颗粒的中心，r
j
是第j个颗粒的半径，x，y是垂直于光波传播的方向的空间坐标位置；且待测样品是长轴为a，中短轴为b，短轴为c的椭圆半球，待测样品的透射函数T
s
(x，y)为：式中，i是虚数单位，n是复折射率，k是波数，a是长轴，b是中短轴，c是短轴，x，y是垂直于光波传播的方向的空间坐标位置，z是光波传播的方向上的空间坐标位置。8.根据权利要求1所述的X射...

【专利技术属性】
技术研发人员：田纳玺，蒋晖，谢佳楠，
申请(专利权)人：中国科学院上海高等研究院，
类型：发明
国别省市：