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。

X射线显微镜具有很高的分辨率，但随着光子能量的增加和研究物体尺寸的减小，物体对X射线的吸收减少，X射线穿透物体后携带出来的信息很弱，成像对比度很低，因此对生物样品等轻元素组成的物质进行显微成像时需要借助相位衬度成像方法。介绍了近年来新发展的几种应用于高分辨X射线显微镜的相衬方法，主要包括泽尼克(Zernike)相衬法、微分干涉法和离轴全息法。着重介绍了这几种相衬显微成像方法的基本原理和主要研究进展，并比较了各自的优缺点，力图通过X射线相衬显微成像技术的发展历程呈现其在生物样品内部结构检测中的潜在优势和主要问题。

理论分析了基于相位光栅分数塔尔博特效应的X射线相衬显微成像原理，采用菲涅耳衍射公式推导出相位光栅在两个不同距离处的成像结果公式。然后建立一个水合蛋白质细胞模型，对成像系统进行了参数设计，得出1~2 keV的中能波段X射线是兼顾大景深和高成像衬度的最优选择。针对10 μm厚的细胞模型，选取1.5 keV的中能X射线做模拟计算，采用多步相移法从模拟条纹图中恢复出了细胞模型的相位信息。模拟结果表明在相同信噪比下采用中能X射线得到的相衬图像比吸收图像具有更好的衬度和细节分辨率，为今后相关的实验奠定了基础。