光子学报
2021, 50(11): 1105002
深圳大学 物理与光电工程学院，光电子器件与系统 （教育部、广东省） 重点实验室， 广东深圳518060
非线性体效应在计算机断层扫描重构的理论与应用中，仍然是一个悬而未决的问题。本文利用优化重构算法来解决非线性体效应，建立了离散非线性X射线投影变换模型，将X射线投影变换的逆问题变为一个非凸的优化问题，通过裁剪原用于求解凸优化问题的一阶原对偶算法，提出非线性迭代重构算法来解决非凸问题。通过构建成像系统模型对算法的收敛性和重构精度进行了模拟验证，模拟中重建的图像首先通过检验在极窄的显示窗口中显示小于1%的对比度，然后使用相对于真实图像的差异的l2范数进行定量分析。模拟结果表明，在计算精度范围内，非线性重构算法可以收敛到真实图像，而且对于图像衬度小于1%的细节，重构图像也可以显示出来。该研究结果可为设计有效补偿非线性体效应伪影的计算机断层扫描成像应用算法提供参考。
X射线 计算机断层扫描 非线性 非凸 优化 迭代算法 X-ray Computed tomography Non-linear Non-convex Optimization Iterative algorithm
深圳大学物理与光电工程学院光电子器件与系统教育部/广东省重点实验室, 广东 深圳 518060
与传统相衬成像方法相比,基于傅里叶变换的X射线单光栅相衬成像技术具有辐射剂量低、成像速度快等优势,在材料、医疗等领域具有广阔的应用前景。物体频谱信息的获取是利用该技术恢复相位的关键步骤,但其提取过程容易受到莫尔伪影的影响而导致成像质量下降,限制了该方法的发展应用。针对上述问题,基于莫尔伪影的理论分析和成像系统的结构特征,提出了旋转光栅和调节光栅投影频率两种方案来消除伪影,并在实验上成功验证了它们的可行性,为X射线单光栅相衬成像的推广应用提供了参考。
傅里叶光学 X射线光学 单光栅相衬成像 莫尔伪影 光栅旋转 投影频率
1 深圳大学光电工程学院广东省/教育部光电子器件与系统重点实验室, 广东 深圳 518060
2 深圳大学信息工程学院， 广东 深圳 518060
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。
X射线光学 X射线相衬成像 条纹对比度 数值计算 铋吸收光栅
深圳大学光电工程学院, 光电子器件与系统教育部/广东省重点实验室, 广东 深圳 518060
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。
射线光学 铋光栅 结构化转换屏 X 射线微分相衬成像
深圳大学 光电工程学院 光电子器件与系统教育部/广东省重点实验室, 深圳 518060
光锥阵列耦合数字X射线探测器是获得大面积高分辨率数字X射线成像的重要途径, 但目前通常采用粘结固定的方式实现光锥阵列各小端面与对应图像传感器芯片之间的耦合.为克服粘结耦合方式的不足, 设计并实现了一种可微调的非粘结2×2光锥阵列耦合数字X射线探测器.该方案能够在调节空间受光锥阵列结构和硬件电路板尺寸限制, 特别是竖直方向板间距离仅40mm的情况下, 通过独特设计的水平和竖直调节机构在同一个调节层上对四块数据采集板分别进行多维度调节.利用四块数据采集板与数据传输板相互分立的特点, 设计了基于ARM+ 4 FPGA的嵌入式以太网多CMOS芯片传输数据采集系统, 所实现的X射线探测器成像面积达100mm×100mm, 能够完成可微调的非粘结耦合和多CMOS芯片的图像数据采集.
X射线探测器 光锥阵列 耦合 X射线成像 调节机构 数据采集 数据传输 X-ray detector Fiber optic taper array Coupling X-ray imaging Adjusting mechanism Data acquisition Data transimission
1 深圳大学 机电与控制工程学院, 广东 深圳 518060
2 深圳大学 光电工程学院, 广东 深圳 518060
制备了基于P3HT∶PCBM复合体异质结有机太阳能电池,通过改变旋涂速度和时间来控制活性混合膜中溶剂的挥发时间,研究了载流子复合损耗与器件加工制造条件以及界面陷阱密度的关系.测试结果表明,活性复合膜溶剂的挥发时间对有机太阳能电池的光电性能有直接影响.溶剂挥发快的器件产生的陷阱辅助复合最为强烈,基于开路电压与光强对数关系的直线的斜率较大,存在的界面陷阱密度也最大.文中建立了制造加工条件、复合损耗机制、界面陷阱密度、器件光电特性之间的数值联系,这对最终提高聚合物太阳能电池性能具有重要的指导意义.
溶剂挥发时间 复合损耗 陷阱密度 solvent evaporation time recombination loss trap density
1 深圳大学光电子学研究所教育部和广东省光电子器件与系统重点实验室, 广东深圳 518060
2 天津大学精密仪器与光电工程学院, 天津 300000
利用大面积硅片制作 X 射线光栅和硅基微通道板等都涉及硅的热氧化工艺。热氧化使具有高深宽比微结构的大面积硅片产生形变, 严重影响了这些器件的应用。本文以 5 英寸硅片为例, 研究了硅基微结构在热氧化过程中的变形问题, 定性分析了产生形变的力学因素, 提出了减小形变的氧化方法。首先实验制作了具有高深宽比微结构的硅片, 采用不同的氧化方法, 比较了变形的大小。结果表明, 通过控制热氧化过程中的温度来控制热膨胀系数和在热氧化过程中施加外部热塑应力等方法能够有效地减小热氧化变形量。
硅 热氧化 高深宽比 热膨胀系数 热塑性形变 silicon thermal oxidation high aspect ratio thermal expansion coefficient plastic deformation
1 深圳大学 a.光电子器件与系统(教育部及广东省)重点实验室
2 b.机电与控制工程学院
3 c.光电工程学院,广东 深圳 518060
制备了结构为CuPc/缓冲层/C60异质结的有机光伏器件，分别选用三氧化钼和红荧烯为缓冲层，研究了增加缓冲层对器件性能的影响.结果表明，增加三氧化钼和红荧烯缓冲层后器件的开路电压和光电转换效率都得到提高，器件的短路电流密度和填充因子都有所降低.开路电压从没有缓冲层时的0.39 V分别提高到0.58 V、0.55 V，转换效率从0.36%提高到0.44%，短路电流从1.92 mA/cm2分别降低到1.77 mA/cm2、1.81 mA/cm2，填充因子从0.48分别减少到0.43、0.44.进一步研究表明器件的短路电流密度受缓冲层厚度的影响很大，当缓冲层厚度很小时，器件短路电流密度还有所增加，但随着缓冲层厚度的增加，短路电流密度逐渐减小，当缓冲层厚度为10 nm时，器件短路电流密度减少到0.35 mA/cm2.开路电压随着厚度的增加逐渐增加，从1 nm时的0.43 V增加10 nm时0.63 V.根据整数电荷转移模型和界面能级理论解释有机光伏器件开路电压提高以及短路电流密度减少的原因，为有机太阳能电池性能的改善提供了研究方法.
缓冲夹层 异质结 有机光伏器件 Buffer interlayer Heterojunction Organic photovoltaic devices
