全聚焦方法（TFM）具有成像分辨率高、缺陷表征能力强的优点，但其存在数据需求量大、计算复杂、耗时过长等问题。针对上述问题，并结合激光超声检测技术，进行了基于ZYNQ平台加速的激光超声全聚焦技术研究。首先建立了基于激光超声的全聚焦算法，并引入激光超声方向性系数进行优化；进一步，搭建了激光超声扫描检测装置进行实验验证，使用线激光源激发超声信号，利用多普勒测振仪探测回波信号；然后使用形成的激光超声全聚焦成像算法进行内部缺陷的检测和定位，并与合成孔径聚焦算法获得的结果进行比较，从而验证了算法的正确性和可行性；最后将形成的激光超声全聚焦成像算法移植到ZYNQ平台上，对激光超声全聚焦成像算法进行了并行优化及双核设计，实现了算法加速。研究结果表明：激光超声全聚焦技术相比于合成孔径聚焦技术，成像信噪比更高、定位更准确；基于ZYNQ加速的激光超声全聚焦成像算法不会降低成像质量，且耗时相比于计算机缩短了86%。

龙虾眼X射线聚焦望远镜是未来X射线空间天文观测的重要设备之一,这种设备将成为在各种太阳风条件下研究地球空间环境的有力工具。针对龙虾眼型X射线微孔光学器件有效面积的设计与仿真工作,研究了结构参数与几何收集面积的关系,并基于菲涅耳公式计算了不同膜层材料和表面粗糙度对X射线反射率的影响。利用X射线束流测试设备并采用单光子采集模式完成了有效面积X射线的性能测试。结果表明,龙虾眼型光学器件的有效面积主要由膜层材料与内壁粗糙度共同决定,同时沉积Ir膜后在能量为1 keV的情况下有效面积能从2.15 cm ²增大至2.47 cm ²。

为探究循经间质通道的微观结构, 应用活体激光共聚焦成像系统对大鼠腹内壁腹中线, 即循任脉间质通道荧光素钠聚积部位进行观察。通过使用荧光照相法对尾静脉注射荧光素钠的大鼠腹内壁表面的荧光素钠聚集轨迹定位, 应用活体激光共聚焦成像系统观察腹内壁表面中线荧光素钠聚集轨迹上不同位点与旁开点组织的结构差异, 并同离体组织的Masson染色结果比较。结果发现: 腹内壁中线分布有大量与中线走行平行、有序排列的纤维组织, 其中富含大量组织液; 旁开为致密的肌纤维, 表面的纤维排列不与中线平行。循任脉间质通道具有大量平行纤维结构分布的特征, 为组织液向腹中线汇聚, 并在循任脉间质通道中流动提供了组织形态学基础, 为经络循行和结构的可视化提供了新的方法和证据, 对于经络生物学内涵研究具有重要意义。

Angel型龙虾眼X射线光学器件是一种新型X射线聚焦成像器件,具有独特的4π立体角聚焦能力和最佳有效面积-重量比,是未来最具有运用前景的X射线成像光学系统之一。依据龙虾眼的结构特性,采用微通道板方孔阵列制作技术成功研制了龙虾眼光学器件。采用Zygo干涉仪、条纹反射面型仪以及X射线束流检测设备对龙虾眼光学器件球面成型精度和聚焦成像特性进行了测试。测试结果表明:微孔光学器件的球面面型精度均方根为0.72 μm,峰谷值为2.27 μm,曲率半径约为752.3 mm。在电压为2 kV,电流为50 μA条件下,横轴和纵轴的焦斑半峰全宽的直径约为0.39 mm和0.42 mm,对应的成像角分辨率分别为3.65 arcmin和3.93 arcmin。

为了研究Angel型平面龙虾眼光学器件微孔统计特性对聚焦成像性能的影响,研发了一套点对点的真空X射线束流测试装置,采用微焦斑X射线束对研制的光学器件进行了聚焦成像测试。通过利用刀口狭缝系统对平面龙虾眼光学器件进行二维扫描测试,发现光学器件的不同区域存在不同程度的Tilt型工艺缺陷;基于蒙特卡罗软件模拟了Tilt工艺缺陷对聚焦成像的影响。实验结果表明:实验所采用的平面龙虾眼光学器件能在3650 mm焦距处将入射的X射线束会聚成清晰的十字图像,焦斑最大半峰全宽约为4.63 mm,对应的角分辨率最大约为4.36',点扩展函数的不均匀性约为33.7%。模拟结果表明:Tilt型工艺缺陷会导致中心亮斑强度下降,十字线弥散、不连续,二次焦斑畸变,成像质量变差。

极紫外、X射线和中子光学为现代科学的发展提供了高精度的观测手段,但这些手段的实现需要大量高性能薄膜光学元件和系统的支撑。由于短波长和材料光学常数的限制,短波光学元件的结构、性能和制作技术明显区别于长波光学元件。近二十年来,同济大学精密光学工程技术研究所建立了以短波反射镜为基底的精密加工检测平台,发展了超薄薄膜界面生长调控方法和大尺寸薄膜镀制技术,提出了高效率/高分辨率多层膜微纳结构的衍射理论和制备方法,初步阐明了短波辐照损伤的物理机制,形成了短波薄膜和晶体聚焦成像系统的高精度全流程研制技术,并将该技术成功应用于国内和国际短波光子大科学装置中。本文简要介绍本课题组在上述短波元件和系统领域中的研究进展。

为了对具有陡峭轮廓的物体进行非接触式表面粗糙度测量,常采用共聚焦成像对物体进行分层成像,进而重建出物体的表面三维轮廓,并采用高斯滤波的方法从表面三维轮廓中滤出粗糙度轮廓。在滤波过程中,会出现边界数据的缺失,常规的简单延伸原始轮廓两端数值的方法会导致滤波后的轮廓两端出现失真,该方法只适用于整体轮廓较为平缓的零件。引入了一种新的边界区域修正方法,该方法对表面弧度变化较大的零件也同样适用,能够准确提取物体的粗糙度轮廓。对整体轮廓较为平缓和陡峭的两组粗糙度样本分别进行共聚焦成像测量,对于整体轮廓较为平缓的样本,利用常规方法处理后,得到的均方根误差和粗糙度的平均值分别为0.080和2.86 μm,与该样本粗糙度值2.94 μm相比,相对误差为2.72%;利用边界区域修正方法处理后,得到的均方根误差和粗糙度的平均值分别为0.090和2.85 μm,与该样本粗糙度值的相对误差为3.06%。整体轮廓较为陡峭的样本的粗糙度值为3.2 μm,利用常规方法处理后,得到的均方根误差和粗糙度的平均值分别为0.120和3.31 μm,与该样本粗糙度值的相对误差为3.48%;利用边界区域修正方法处理后,均方根误差和粗糙度的平均值分别为0.045和3.19 μm,与该样本粗糙度值的相对误差为0.31%。研究结果表明,该方法能准确地测量整体轮廓较为陡峭的物体的表面粗糙度,为激光共聚焦粗糙度测量设备的研制提供了参考。