第四代同步辐射光源为多个研究领域提供了亮度和相干度更高、性能更加优异的X射线。为了充分发挥这些光束的潜力,需要精确的光束线装调和高质量的X射线光学元件。波前检测技术在这些方面发挥着重要作用。近10年来快速发展起来的基于X射线近场散斑的波前检测技术,具有简便易行、测量精度高等优点。利用散斑在深菲涅耳区形状和大小不变的特性,在参考图和样品图之间进行互相关计算,提取出入射波、待测光学元件透射波或反射波的波前信息。综述了利用X射线近场散斑开展波前检测的研究现状,介绍了X射线散斑追迹技术、X射线散斑向量追迹技术、X射线散斑扫描技术、自相关X射线散斑扫描技术、通用调制图样分析技术和Ptychographic X射线散斑追迹技术的原理、实验流程,以及各自的优势和应用。

结合矩阵光学方法与衍射理论，得到研究X射线长组合折射透镜光学性能（包括焦斑尺寸、有效光束半径和强度增益等）的理论方法。设计并采用LIGA技术实际制作了顶点曲率半径50 μm的抛物面型PMMA材料长X射线组合折射透镜，在北京同步辐射装置（BSRF）的形貌站（4 W，1 A）对其在8 keV时的聚焦性能进行了实际测试。给出了模拟计算和实测结果，并进行了分析讨论，实测结果显示了良好的聚焦效果，理论与实验结果基本吻合。

结合同轴X射线相位衬度成像(XPCI)中的Born近似相位恢复法和CT技术,实现了基于单一物像距同轴X射线相位衬度CT(IL-XPCT)投影图像的相位恢复切片重构方法。利用上海光源Ｘ射线成像及生物医学应用光束线站的单色光开展模型和生物样品(蝗虫)IL-XPCT研究。对比显示,进行相位恢复后,能获得更好的IL-XPCT重构切片和三维重建图像。实验结果表明,本方法具有用于生物活体样品三维无损成像研究的潜力。

X射线相位衬度成像具有极高的灵敏度,能探测到轻元素样品的内部结构,在医学、生物学和材料科学等众多领域显示出良好的应用前景。光栅成像模式可使用非相干光源进行X射线相位衬度成像,开创了非相干光源相衬成像新纪元。将螺旋CT的概念引入光栅相衬成像领域,将螺旋CT的高效率优势与光栅相位成像的高衬度优势相结合,发展X射线螺旋相位CT方法。通过分析螺旋轨迹非相干光源相位成像的特点,提出一种扇形束螺旋条件下的相位信息提取方法;而后借鉴希尔伯特滤波反投影重建算法的思想,得到扇形束螺旋相位CT重建算法。该算法利用折射角像直接重建物体的相位项。计算机仿真实验证明了该算法的有效性。

提出了一种基于X射线衍射增强成像(DEI)断层计算机X射线层析术(CT)图像的物体尺寸精确测量方法。X射线衍射增强成像是一种基于相位衬度的成像技术。通过建立DEI的简化模型,研究衍射成像过程中晶体转角、投影图像谷点位置、成像系统等效模糊等因素之间关系,由此具体探讨了系统模糊效应对圆物体边界成像带来的位置偏移,并以圆形被测样品为例,提出可精确测定直径的简单有效算法。通过理论仿真模型数据和北京同步辐射装置上的实测数据验证了该算法的精度。该方法实现了利用DEI图像对被测物体几何尺寸的精确测量,可用于对生物组织样品等物体内部微小结构的尺寸的精确测量。

X射线相位衬度成像对弱吸收物质有着独有的高密度分辨率,在医学、生物学、材料学等领域显示出良好的应用前景。但是其中的干涉成像法、衍射增强成像法和同轴成像法具有一定局限性,难以被广泛应用。光栅成像克服了以往相位衬度成像的缺陷,也使相位衬度成像向锥束成像发展成为可能。本文致力于锥束相位X射线计算机断层摄影术(CT)重建算法的研究,根据基于光栅的锥束相位成像的特点,利用吸收CT中FDK(Feldkamp-Davis-Kress)重建算法的思想,发展出适用于锥束相位成像的CT重建方法。该方法为滤波反投影类型,以相位一阶导数像为投影值,直接重建物体的相位项。通过仿真验证了算法的正确性。

X射线相位衬度成像是一种新型的X射线成像技术,通过记录射线穿过物体后相位的改变对物体进行成像,可以提供比传统的X射线吸收成像更高的图像衬度以及空间分辨力。衍射增强成像方法(Diffraction enhanced imaging,DEI)是X射线相位衬度成像方法之一,利用一块放置在物体和探测器之间的分析晶体提取物体的吸收、折射以及散射信息并进行成像。将衍射增强成像方法与计算机断层成像技术(Computerized Tomography)进行结合,利用吸收、散射以及折射信息,分别采用滤波反投影以及雷登(Radon)变换,对昆虫样品——蜜蜂进行计算层析重建,获得了好于X射线吸收计算层析的重建结果,验证了衍射增强成像信息分离计算层析的优越性。

本文将同步辐射硬X射线衍射增强成像方法应用于材料无损检测CT方法中(简称衍射增强CT法)，并对自制样品进行投影成像重建，获得了非常清晰的样品内部结构图像，并与样品的单晶吸收成像CT重建结果进行对比．结果表明，对于吸收系数相近的结构材料，衍射增强CT法可得到更好的物质内部边界．

利用模糊函数对部分相干源相X射线衬成像进行了详细的理论分析．列举了不同条件下的实验结果．通过与吸收成像相比较，相衬成像无疑对生物样品的内部结构有更高的对比度和可见度．

文章对梯形三能级系统中自发辐射的相干控制进行了分析,采用从基态到第一激发态为双激光场驱动的物理模型.通过变换驱动激光场之间的相对相位得到了一些主要结果,共振激发时,谱线呈现出三个谱峰的对称形式.当初始相位相同时,两边辐射峰值较高而中间峰值较低.随着初相位差的增加,两边谱峰之间的距离逐渐增大,谱线的高度逐渐下降,中心谱线的高度随着初始相位差的增加逐渐增大,宽度逐渐变小,直至成为一条较为尖锐的线,实现了对两边谱峰的完全抑制效应.采用下能级为双激光场激发的梯-型三能级系统,通过变换激光场之间的相对相位,实现了对激发态自发辐射的量子相干控制,观察到自发辐射光谱的抑制及谱线的猝灭等效应.