近日，南方科技大學電子與電氣工程系副教授張福才課題組提出了一種適用于色散樣品的超寬帶無透鏡衍射成像方法(Ultra-broadband ptychography)，相關(guān)成果以“Ultra-broadband ptychography for dispersive samples”為題發(fā)表在Nature Communications上。

疊層掃描相干衍射成像(Ptychography)是一種高效的無透鏡顯微成像技術(shù)，可適用于X射線和電子顯微鏡領(lǐng)域。因卓越的成像性能吸引了材料科學和生物學領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。然而，該技術(shù)對光通量和相干性的高要求使其應用主要局限于同步輻射等大型設施。近年來，研究團隊致力于將該技術(shù)推廣至實驗室光源，重點解決桌面光源所固有的低時間相干性(寬譜)和光通量不足等挑戰(zhàn)。在本研究之前，處理寬帶光源的數(shù)值方法主要基于非色散樣品的理論假設，然而實際情況中大多數(shù)樣品在寬帶照明下表現(xiàn)出色散特性，導致原有算法模型失效，難以重建高質(zhì)量圖像。

圖1.超寬帶ptychography成像技術(shù)的原理示意圖

圖2.在60%帶寬的照明下對螞蟻樣品的成像結(jié)果

針對寬譜照明下的無透鏡成像問題，研究團隊提出了一種適用于色散樣本的超寬帶成像方法，解決了當前寬帶魯棒算法中的核心挑戰(zhàn)之一。該方法將結(jié)構(gòu)照明與團隊所提出的Joint Deconvolution算法相結(jié)合，實現(xiàn)了色散樣品的高分辨率、高保真度定量相位恢復，而無需任何單色器的濾波(圖1)。研究團隊在帶寬高達60%的光源下(波長范圍從400-1000 nm)，成功將真實生物樣品——螞蟻進行了高質(zhì)量成像，實際分辨率相比于理論值僅相差7%(圖2)。此外，研究團隊也在高次諧波極紫外光源(46 nm波段)上進行了實驗驗證，證明該方法對桌面光源的有效性，為實現(xiàn)高性能桌面X射線衍射成像奠定了基礎。

該論文第一作者為南方科技大學博士生林惠翔，張福才副教授為通訊作者，南方科技大學為論文第一單位。研究得到了國家自然科學基金、深圳市自然科學基金等項目支持。

審核編輯 黃宇