突破宽带限制：色散样品超宽带叠层扫描成像新方法亮相-28资讯网—

突破宽带限制：色散样品超宽带叠层扫描成像新方法亮相

2025-09-11 11:31:38 资讯 75观看

摘要X射线叠层扫描成像技术作为同步辐射装置中的关键成像手段，长期面临实验室X射线源性能不足的挑战。传统光源存在时间相干性差、通量低等问题，导致难以实现高分辨率成像。随着材料科学、半导体检测及生物成像领域对纳米级

X射线叠层扫描成像技术作为同步辐射装置中的关键成像手段，长期面临实验室X射线源性能不足的挑战。传统光源存在时间相干性差、通量低等问题，导致难以实现高分辨率成像。随着材料科学、半导体检测及生物成像领域对纳米级分辨率需求的激增，开发适用于实验室环境的X射线成像技术成为科研界的重要课题。叠层扫描技术凭借其无需高精度透镜、空间分辨率仅受限于照明波长的优势，逐渐成为X射线成像领域的主流方法之一。该技术通过部分重叠的扫描方式获取数据冗余，结合相位恢复算法实现定量相位成像，已广泛应用于生物结构分析、化学成分映射及集成电路检测等领域。

近年来，液态金属射流X射线源与高次谐波极紫外源的技术突破显著提升了实验室光源的亮度，为无透镜成像技术开辟了新路径。然而，这类光源的宽带特性与叠层扫描完全相干模型假设存在矛盾，单色滤波虽能满足理论要求，却会大幅降低可用通量，进而影响剂量受限条件下的空间分辨率与成像质量。针对这一难题，研究人员提出通过算法补偿宽带光源影响，直接利用高通量照明进行成像的解决方案。最新发展的宽带衍射成像方法通过数值计算获取光谱信息，实现更精确的数值单色化，但面对色散样品时，复杂光谱变化仍难以预先确定。

为解决色散样品成像中的核心挑战，科研团队提出超宽带叠层扫描成像方法，结合宽带卷积模型与联合反卷积算法，实现无需先验光谱信息的高质量成像。该方法采用多核迭代反卷积策略，利用相位掩模提供的结构化照明增强数据冗余。在远场成像过程中，宽带照明通过结构化孔径形成探针，在样品平面扫描时保持相邻区域部分重叠，确保相位恢复的冗余度。出射波经自由空间传播至探测器平面，记录的部分相干衍射图案通过卷积模型描述，即相干衍射图案与包含相干信息的模糊核进行卷积运算。通过盲解卷积步骤逐步更新模糊核，可有效补偿低相干性带来的影响。

在重建算法设计中，研究团队突破传统共享模糊核的局限，为每个扫描位置分配独立模糊核，通过盲解卷积从测量图案与计算图案的差异中迭代更新。该算法借鉴扩展叠层扫描迭代引擎的探针更新策略，利用先前扫描位置的模糊核作为后续迭代的初始值，充分利用数据冗余提升核检索精度。此策略不仅增强了反卷积算法的收敛性，还能通过后续迭代补偿系统不稳定或样本移动引起的微小退相干效应。数值模拟与同步辐射源实验验证表明，该方法可成功生成离轴X射线涡旋束，实现对复杂结构样品的高分辨率重建。

生物样本成像实验进一步证明了该技术的实用性。研究团队构建了原理验证系统，采用半高宽420纳米的超连续谱光源，经准直与空间滤波后通过针孔形成光探针，对蚂蚁样本进行扫描。系统景深达230微米，允许将样本视为二维对象。在针孔平面引入相位型USAF分辨靶产生结构化照明，探测器采集的远场衍射图样通过联合反卷积算法重建，成功获取蚂蚁样本的高分辨率图像。实验中使用的染色生物样本模拟了吸收边效应，验证了该方法在极紫外波段的扩展潜力。研究显示，该技术可适配任意波长范围的宽带光源，有效克服传统方法在处理区域性光谱变化时的局限性。

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