应力发光是机械外力作用于应力发光材料时的发光现象。应力发光材料, 尤其是弹性应力发光材料在应力可视化传感领域有着重要的应用前景。基于弹性应力发光材料的发光强度与应力大小的线性特征规律, 该材料可以用来制成检测应力强度以及位置的应力分布传感器, 实现动态应力的非破坏性检测和应力可视化。人体肢体的动态压力分布能反映出肢体的结构、体姿势的受力和运动状态, 甚至是人体健康状态等信息。通过对肢体压力的测试和分析, 可获取人体在各体态和运动下的生理和机能参数, 这对临床医学诊断、生物力学及体育运动均有重要意义。本文首先利用固相法制备具有绿光发射的SrAl2O4∶Eu2+(SAO-E)应力发光材料,进而利用SAO-E和硅橡胶(Ecoflex复合)制成的柔性应力发光薄膜来采集肢体（足/手/拳）压力图像, 不仅达到了肢体压力大小可视化的目的, 而且还能够分析不同位置压力大小的分布情况。与传统的测量方式相比, 基于应力发光材料的运动肢体压力测量方法直接可视化, 不仅提升了辨识度, 还可以得到压力细节特征, 同时也为运动健康监测提供了一种新的思路。

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。

利用深反应离子刻蚀技术或湿法腐蚀在硅上制作光栅结构,将与光栅浸润的液体作为载体携带铋纳米颗粒进入光栅结构内,形成致密排列,从而制作出X射线吸收光栅.致密地填充了周期为42 μm、刻蚀深度为150 μm的光栅结构,比较了其与微铸造法制作的铋块体吸收光栅的X射线吸收性能,并通过填充周期为24 μm和6 μm的光栅结构,研究了光栅周期与填充致密性之间的关系.扫描电镜测试结果显示自由沉降法可有效制作较大周期光栅,但对周期为6 μm光栅结构填充的致密性不佳。分析结果表明,对于小周期吸收光栅,需筛选所用填充颗粒,以保证颗粒粒径远小于光栅槽宽.基于纳米颗粒的自由沉降法可降低光栅制作成本及技术门槛,方便实现大面积吸收光栅的制作.

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。

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。

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.

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。