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开启动态与宽谱无透镜纳米成像新纪元！
2025年08月01日 14:46:08
来源：化工仪器网 作者：羊舌木 点击量：876
团队提出的动态样品序列CDI方法(serial CDI)与超宽带无透镜衍射成像方法(Ultra-broadband ptychography)，分别针对动态过程观测与宽谱光源应用两大难题提出创新解决方案。
近期，南方科技大学电子与电气工程系张福才副教授团队在相干衍射成像(CDI)领域取得两项突破性进展，为无透镜纳米级成像技术的发展注入新动力。
团队提出的动态样品序列CDI方法(serial CDI)与超宽带无透镜衍射成像方法(Ultra-broadband ptychography)，分别针对动态过程观测与宽谱光源应用两大难题提出创新解决方案。
针对动态样品成像长期存在的技术瓶颈，张福才团队首次将帧间结构连续性作为重建约束，开发出适用于多种样品的新型算法框架——serialCDI。
传统CDI技术在处理动态样品时存在重建质量不稳定、收敛性差等问题。研究团队通过构建自适应相似性矩阵，定量评估相邻帧的局部结构关联，并以此加权优化样品函数估计。这种创新约束机制在无需复杂系统改造的前提下，显著提升了算法对噪声和数据缺失的鲁棒性。
模拟X射线自由电子激光实验中显示，该方法在飞秒级超快动态成像中展现出卓越的相位还原能力，为化学反应瞬态过程、生物分子运动等前沿研究提供了全新观测手段。实验验证环节，团队通过重构眼虫游动轨迹与模拟晶体生长过程，直观展示了该技术在复杂动态场景中的精准成像能力。
与此同时，针对桌面光源宽谱特性导致的色散样品成像难题，研究团队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)。
传统叠层扫描相干衍射成像因依赖单色光源，应用局限于同步辐射等大型设施。张福才团队通过将结构照明技术与自主研发的Joint Deconvolution算法结合，成功突破色散样品成像的理论局限，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。
在波长范围400-1000nm(带宽达60%)的实验室光源下，该方法对真实生物样品蚂蚁的成像分辨率仅比理论极限高7%，充分验证其高保真度定量相位恢复能力。更值得关注的是，该技术在46nm高次谐波极紫外光源实验中同样表现优异，证明该方法对桌面光源的有效性，为开发高性能桌面X射线显微系统奠定了关键技术基础。
相关成果相继发表于国际顶级期刊《光：科学与应用》与《自然通讯》。两项研究均由张福才团队主导完成，博士生林惠翔为《自然通讯》论文第一作者。研究工作得到国家自然科学基金与深圳市自然科学基金支持。
这些成果不仅拓展了CDI技术的应用边界，更通过算法创新降低了高端成像技术对特殊光源的依赖，有望推动材料缺陷分析、活体细胞观测、纳米器件研发等领域的技术革新。
随着无透镜成像系统向更宽光谱、更高时空分辨率方向发展，张福才团队的研究为动态过程的无损观测与实验室级纳米成像提供了兼具通用性与扩展性的技术解决方案。
(资料参考来源：中国科学报、材料人等)
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