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開啟動態與寬譜無透鏡納米成像新紀元！
2025年08月01日 14:46:08
來源：化工儀器網 作者：羊舌木 點擊量：783
團隊提出的動態樣品序列CDI方法(serial CDI)與超寬帶無透鏡衍射成像方法(Ultra-broadband ptychography)，分別針對動態過程觀測與寬譜光源應用兩大難題提出創新解決方案。
近期，南方科技大學電子與電氣工程系張福才副教授團隊在相干衍射成像(CDI)領域取得兩項突破性進展，為無透鏡納米級成像技術的發展注入新動力。
團隊提出的動態樣品序列CDI方法(serial CDI)與超寬帶無透鏡衍射成像方法(Ultra-broadband ptychography)，分別針對動態過程觀測與寬譜光源應用兩大難題提出創新解決方案。
針對動態樣品成像長期存在的技術瓶頸，張福才團隊首次將幀間結構連續性作為重建約束，開發出適用于多種樣品的新型算法框架——serialCDI。
傳統CDI技術在處理動態樣品時存在重建質量不穩定、收斂性差等問題。研究團隊通過構建自適應相似性矩陣，定量評估相鄰幀的局部結構關聯，并以此加權優化樣品函數估計。這種創新約束機制在無需復雜系統改造的前提下，顯著提升了算法對噪聲和數據缺失的魯棒性。
模擬X射線自由電子激光實驗中顯示，該方法在飛秒級超快動態成像中展現出卓越的相位還原能力，為化學反應瞬態過程、生物分子運動等前沿研究提供了全新觀測手段。實驗驗證環節，團隊通過重構眼蟲游動軌跡與模擬晶體生長過程，直觀展示了該技術在復雜動態場景中的精準成像能力。
與此同時，針對桌面光源寬譜特性導致的色散樣品成像難題，研究團隊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)。
傳統疊層掃描相干衍射成像因依賴單色光源，應用局限于同步輻射等大型設施。張福才團隊通過將結構照明技術與自主研發的Joint Deconvolution算法結合，成功突破色散樣品成像的理論局限，實現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。
在波長范圍400-1000nm(帶寬達60%)的實驗室光源下，該方法對真實生物樣品螞蟻的成像分辨率僅比理論極限高7%，充分驗證其高保真度定量相位恢復能力。更值得關注的是，該技術在46nm高次諧波極紫外光源實驗中同樣表現優異，證明該方法對桌面光源的有效性，為開發高性能桌面X射線顯微系統奠定了關鍵技術基礎。
相關成果相繼發表于國際頂級期刊《光：科學與應用》與《自然通訊》。兩項研究均由張福才團隊主導完成，博士生林惠翔為《自然通訊》論文第一作者。研究工作得到國家自然科學基金與深圳市自然科學基金支持。
這些成果不僅拓展了CDI技術的應用邊界，更通過算法創新降低了高端成像技術對特殊光源的依賴，有望推動材料缺陷分析、活體細胞觀測、納米器件研發等領域的技術革新。
隨著無透鏡成像系統向更寬光譜、更高時空分辨率方向發展，張福才團隊的研究為動態過程的無損觀測與實驗室級納米成像提供了兼具通用性與擴展性的技術解決方案。
(資料參考來源：中國科學報、材料人等)
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