设计了一种具有分段式动态元件匹配(DEM)的高分辨率、低功耗噪声整形SAR ADC。该电路实现了具有无源增益的二阶噪声整形滤波器, 从而增强了噪声整形能力。此外, 提出了一种分段式动态元件匹配电路来解决由DAC电容失配引起的谐波失真问题, 以进一步提高ADC的信噪失真比(SNDR)。仿真结果表明, 在4 MS/s的采样速率和40倍过采样率(OSR)的情况下, 所设计的噪声整形SAR ADC的信噪失真比达到91.1 dB。当电源电压为1.8 V时, 该ADC的功耗仅为231 μW, 并实现了174.5 dB Schreier优值(FOM)。

为丰富宏微平面运动装置形式, 该文提出了盆架状压电作动器。设定盆架状结构的一阶面内对称弯振模态和二阶反对称纵振模态为工作模态, 利用粘附于盆架状作动器表面的压电陶瓷激发工作模态振动, 迫使驱动足同时沿xOz、yOz面做椭圆轨迹行进以推动移动体。根据传递阵力学原理, 构造作动器各单元的振动传递方程, 在确定各单元间连接与传递条件及作动器压电边界条件基础上, 建立了作动器的半解析性机电耦合传递矩阵模型, 编制了模型的解算程序。建立作动器的多目标优化数学模型, 求得其优化结构尺寸。为印证半解析理论模型, 还构建了作动器的机电耦合有限元数值模型。传递阵模型与数值模型解得的作动器工作模态频率差分别为177 Hz和191 Hz, 求取驱动足在x、y、z向的振幅分别为2.95 μm、3.27 μm、1.37 μm及3.12 μm、3.61 μm、1.82 μm, 表明了半解析模型的有效性。结果表明, 该文提出的结构设计与驱动原理相结合的作动器分析方式, 为优化压电作动器性能开启了新思路。

针对单板式压电作动器动力小、速度低等问题，为丰富宏微直线作动器形式，该文提出基于双作动板式定子的压电直线作动器。选定双作动板的一阶纵振和二阶弯振为作动器工作模态，利用纵振驱使动子滑移，借助弯振实现驱动足与动子的动态接触与分离。阐释了双作动板推动动子前移的过程，推导出驱动足的椭圆轨迹方程及椭圆形成条件。优化出定子结构尺寸为45.3 mm×11.2 mm×6 mm，实现了两工作模态的简并。建立了定子机电耦合分析模型，解算出两相工作模态的振型，求得两相模态频率分别为34 994 Hz和34 998 Hz，模拟出驱动足的椭圆行进轨迹，求得定子的调压及调频振动特性。测试表明，当驱动电压的幅值和频率为250 V、34 938 Hz 时，驱动足的x、z向振幅分别达1.34 μm和2.73 μm，足以推动动子移进。设计了双板式作动器的装配结构，建立了其三维装配模型。该作动器有望输出较大动力与速度，具有广阔的应用前景。

提出一种新颖、可避免高温过程的大面积吸收光栅制作方法, 使用钨纳米粒子作为X射线吸收材料, 利用有机溶剂和乳化剂作为吸收材料的载体, 在负压下将它们填充到周期为42μm、深度为150μm的光栅结构中。此外, 与通过微铸造技术制作的相同结构铋块体吸收光栅相比较, 得到的X射线投影吸收对比度表明, 钨纳米颗粒对X射线吸收性能低约15%, 但纳米颗粒填充法可显著降低吸收光栅的制作成本, 并利于实现大面积制作。

为避免小周期高宽比吸收光栅的制作, 提出了由泰伯-劳干涉仪和逆泰伯-劳干涉仪组成的级联光栅X射线相衬成像装置, 该装置利用泰伯-劳干涉仪的自成像作为逆泰伯-劳干涉仪的源.通过实验验证了该方法的有效性, 得到了成像系统的莫尔条纹和强度振荡曲线.条纹最高对比度为17.4％, 随着吸收光栅偏离零点位置, 条纹对比度逐渐降低, 但是在其位置跨越从-17 mm到12 mm的范围内, 条纹对比度仍保持在10％以上.实验讨论了样品位置对成像灵敏度的影响, 结果表明当样品位置靠近相位光栅两侧时, 其成像灵敏度最高.本文的研究可应用于生物医学成像的大视场X射线相衬成像系统的设计.

吸收光栅是X射线相衬成像系统的关键器件，铋吸收光栅由于其制作成本低廉且适于在普通实验室开展制作而受到青睐。提出了一种针对铋光栅X射线相衬成像条纹对比度的定量计算方法，通过建立模型，数值计算了不同铋层厚度的吸收光栅所对应的叠栅条纹对比度，并比较了π和π/2相位光栅两种情形下的结果。结果显示，随着吸收光栅铋层厚度的增加，条纹对比度逐渐增加，当源光栅和分析光栅的铋层厚度分别达到150 μm和110 μm时，利用π相位光栅在40 kV管电压下其条纹对比度可达48%，60 kV管电压下其条纹对比度只能达到22%。而在两个吸收光栅铋层厚度相同的情况下，采用π/2相位光栅所得条纹对比度略优于π相位光栅的结果。对铋光栅X射线相衬成像条纹对比度的计算分析，可作为X射线相衬成像系统设计的参考依据，推动该成像技术走向实用化。

飞秒激光加工是一种冷加工技术，能克服热效应的影响，使加工材料的边缘非常整齐和精确，对高熔点和硬脆材料的微细加工具有显著优势。为制备一种由金属靶和金刚石构成的X射线源微结构阵列阳极，提出采用飞秒激光加工技术加工金刚石微结构阵列，通过实验研究了飞秒脉冲激光加工多晶金刚石材料的工艺参量，重点分析了激光聚焦物镜、激光脉冲能量、重复扫描次数对金刚石微结构形貌和尺寸的影响，得到了符合制作要求的加工参量，并依据加工参量制作出了槽宽为20 μm，槽深达45 μm的高质量多晶金刚石微结构阵列，测得其表面可承受电子束轰击的最大功率密度为12 W/mm2。该阵列将可用于制备微阵列阳极X射线源，为实现X射线大视场相衬成像提供关键的光源器件。

X 射线光栅微分相衬成像技术对由轻元素构成的物质的内部探测具有传统吸收成像无法比拟的优势,在材料领域、安检领域以及医疗领域具有广阔的应用前景。吸收光栅是系统中的关键光学器件，其制作难度大、成本高，并且吸收光栅不能完全吸收高能X 射线而导致图像衬度和检测灵敏度下降，限制了该技术的发展应用。针对上述问题，基于自主研制的低成本铋材料源光栅和能够克服高能X 射线限制的具有分析光栅功能的结构化转换屏，提出了低成本、高效率的X 射线光栅微分相衬成像方法，在实验上获得了高质量的相衬图像。

为获得能够实际应用的飞秒时间分辨软X射线变像管，提出并完成了一种新的扫描变像管管型的理论设计。新管型采用五电极平面对称静电柱透镜,它易于对电子束进行强聚焦，且没有轴对称透镜的电子束聚焦交叉点，由此可以缩短变像管长度，减小渡越时间弥散和抑制空间电荷效应，从而提高动态范围和时间分辨率。通过模拟计算得到：在光电子初能量色散半高宽为1.6 eV、狭缝面积为10 mm×20 μm、时间分辨能力为500 fs时，软X射线变像管有用的动态范围约100倍。