南科大在宽光谱衍射成像研究中取得新进展

　　近日，南方科技大学电子与电气工程系副教授张福才课题组提出了一种适用于色散样品的超宽带无透镜衍射成像方法(Ultra-broadband ptychography)，相关成果以“Ultra-broadband ptychography for dispersive samples”为题发表在Nature Communications上。

　　叠层扫描相干衍射成像(Ptychography)是一种高效的无透镜显微成像技术，可适用于X射线和电子显微镜领域。因卓越的成像性能吸引了材料科学和生物学领域的广泛关注。然而，该技术对光通量和相干性的高要求使其应用主要局限于同步辐射等大型设施。近年来，研究团队致力于将该技术推广至实验室光源，重点解决桌面光源所固有的低时间相干性(宽谱)和光通量不足等挑战。在本研究之前，处理宽带光源的数值方法主要基于非色散样品的理论假设，然而实际情况中大多数样品在宽带照明下表现出色散特性，导致原有算法模型失效，难以重建高质量图像。

　　图1.超宽带ptychography成像技术的原理示意图

　　图2.在60%带宽的照明下对蚂蚁样品的成像结果

　　针对宽谱照明下的无透镜成像问题，研究团队提出了一种适用于色散样本的超宽带成像方法，解决了当前宽带鲁棒算法中的核心挑战之一。该方法将结构照明与团队所提出的Joint Deconvolution算法相结合，实现了色散样品的高分辨率、高保真度定量相位恢复，而无需任何单色器的滤波(图1)。研究团队在带宽高达60%的光源下(波长范围从400-1000 nm)，成功将真实生物样品——蚂蚁进行了高质量成像，实际分辨率相比于理论值仅相差7%(图2)。此外，研究团队也在高次谐波极紫外光源(46 nm波段)上进行了实验验证，证明该方法对桌面光源的有效性，为实现高性能桌面X射线衍射成像奠定了基础。

　　该论文第一作者为南方科技大学博士生林惠翔，张福才副教授为通讯作者，南方科技大学为论文第一单位。研究得到了国家自然科学基金、深圳市自然科学基金等项目支持。