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1934年由弗里茨.泽尼克发明了相位衬度显微成像方法，他也因为此发明而荣获1953年的诺贝尔物理学奖。这套方法被广泛应用于吸收可忽略的薄生物样品成像。七十多年来，光学显微镜一直沿用这套方法，极大的推动了生命科学的相关研究。近十几年来X射线显微镜也在使用这套方法。然而由于这套方法本身的缺陷所致，尤其是用于厚样品成像，特别是三维成像时，相位衬度的定量化一直是困扰显微成像研究领域的难题。目前不论是光学显微镜还是X射线显微镜都亟待解决相位衬度定量化问题。
基于北京同步辐射成像站在X射线微分相位衬度成像方面的研究成果，本论文提出了微分相位衬度显微成像的初步理论和方法，并在微分干涉显微镜和X射线显微镜上获得验证。实验结果表明，新方法不仅可以获得样品的吸收像和折射角像，而且简便易行，特别适合需要样品旋转的CT三维成像。
另外，本论文基于北京同步辐射的透射显微镜系统进行了方法学和应用等方面的研究，同时也进行包括相位恢复方面的理论工作的研究，主要包括以下内容和相关创新点：
1.参与了北京同步辐射装置X射线显微镜(BSRF-TXM)调试情况和实际应用研究。包括TXM设备和束线调试，在论文作者的努力下，在北京同步辐射X射线显微镜上实现了微区荧光扫描功能。并在北京同步辐射X射线显微镜开展了材料、制药、石油煤矿和生物科学等领域的纳米分辨三维成像研究。
2.基于BSRF-TXM进行了方法学的探索和研究。论文修正了传统的focusstacking方法以适合于TXM系统，增加三维成像样品的尺寸，使得焦深受限的系统观测超过焦深尺寸的样品成为可能。该方法也可应用于水窗软X射线生物成像，可增大目前的细胞三维成像的尺寸。
3.发展了基于近场衍射图像的进行定量相位恢复的方法。该方法基于傍轴近似下的菲涅尔衍射积分，由两幅近场衍射图样就可以重建出初步的复振幅波场。如果采用三幅或以上的衍射图样，则能够实现非常准确的重建。该方法摆脱了强度传播方程方法的弱相位、弱吸收物体的近似，也摆脱了菲涅尔衍射法受到的菲涅尔数大小的限制。