【摘 要】
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坩埚下降法又称布里奇曼晶体生长法,是一种常用的晶体生长方法。这种方法常用于制备碱金属和碱土金属卤化物和氟化物单晶。由于可以把原料密封在坩埚里,减少了挥发造成的泄漏和污染,使晶体的成分容易控制;操作简单,可以生长大尺寸的晶体。可生长的晶体品种也很多,且易实现程序化生长。但是在晶体生长过程中难于直接观察。难以建立晶体缺陷产生与演变规律,不能控制晶体缺陷的形成。其根本原因在于无法实时获取晶体生长的固-液
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坩埚下降法又称布里奇曼晶体生长法,是一种常用的晶体生长方法。这种方法常用于制备碱金属和碱土金属卤化物和氟化物单晶。由于可以把原料密封在坩埚里,减少了挥发造成的泄漏和污染,使晶体的成分容易控制;操作简单,可以生长大尺寸的晶体。可生长的晶体品种也很多,且易实现程序化生长。但是在晶体生长过程中难于直接观察。难以建立晶体缺陷产生与演变规律,不能控制晶体缺陷的形成。其根本原因在于无法实时获取晶体生长的固-液界面信息。工业X-CT（X-ray Computed Tomography）是一种集自动控制、机械、光电及计算机图像处理为一体的技术,广泛应用于工业无损检测、工件内部探伤等方面本论文依托中科院重大科研仪器设备研制项目“固-液界面可视可控的光学晶体生长设备研制”子课题“固-液界面可视化和界面参数化”,针对晶体固-液界面可视可控的坩埚下降法,以氟化钙晶体为例,采用高分辨工业X-CT技术在线监测固-液界面形态,利用图像分割算法获得2D CT断层图像上的固-液边界,通过曲面拟合获取晶体生长界面的3D空间坐标信息,以此开展了基于工业X-CT技术的晶体生长固-液界面实时观察和测量算法研究工作,对指导晶体生长设备的参数改进和产品质量提升有这理论指导意义。本论文的研究内容主要是:（1）调研了与之有关的国内外文献资料,理解了工业X-CT技术的物理原理、成像系统组成和图像重建算法,并对CT图像重建算法的投影过程、解析重建算法和迭代重建算法进行了分析研究。（2）为了模拟真实CaF2晶体生长过程中的状态,借以解决可视、可控的坩埚下降法制备CaF2晶体生长过程关键技术问题,开展了基于工业X-CT技术的CaF2晶体图像获取研究。设计了仿真模体,该模体按照坩埚下降法制备晶体生长过程中的状态进行设计,选择与固体CaF2晶体吸收率近似的材料制作了铝制模体,有机玻璃和铜代替仿真模体中的外围物质,构成了基于晶体生长过程中固-液界面状态的仿真模体,利用工业X-CT技术对工作中的坩埚进行实时CT数据采集,获取了模体CaF2晶体20层CT图像。（3）针对CaF2晶体在进行工业X-CT扫描成像时,可能出现的CT图像环状伪影,开展了基于工业X-CT技术的CaF2晶体图像伪影校正技术研究,分析了环状伪影的产生机理,选择了基于极坐标变换的环形伪影去除算法。（4）开展了基于X-CT图像的图像分割与曲面拟合方法研究。针对晶体界面参数,先使用深度学习分割网络对CT图像进行分割,完成分割后得到二值化的结果,再对二值图进行边缘检测,通过基于最小二乘法的椭圆拟合算法,对边缘检测的结果进行椭圆拟合,对于拟合出的椭圆,考虑到采集的CaF2晶体图像的先验信息,对数据精简后进行堆叠,对堆叠出的三维点集进行基于最小二乘法的曲面拟合,获取固-液界面相应的参数。
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