基于未知结构照明的多层样品相干衍射成像技术研究

本文创新性地提出一种适用于多层样品的相干衍射成像（CDI）方法，通过利用未知结构照明探针的多样性，在简化实验装置的同时实现了10层样品的高质量重建。该方法突破传统CDI的薄样本限制，无需精确校准照明系统，特别适用于同步辐射装置中光束不稳定的场景，为材料科学和生物医学领域的三维结构解析提供了新思路。

　　

Highlight

我们提出了一种弱已知结构照明下的多层相干衍射成像（CDI）方法。该方法利用有限衍射数据集，无需预先测定所有结构探针即可有效重建各样本切片。

实验验证

通过可见光实验验证了生物样本的重建效果。该方法成功应用于生物样本，实现了三层样本分布的高质量重建，并展现出良好的层间区分能力。数值模拟进一步证明其对10层样本的有效性。

技术优势

1. 1.

   无需精确扫描平台：仅需移动调制器产生照明多样性，大幅简化实验硬件

2. 2.

   突破固定样本限制：通过照明多样性引入数据冗余，避免传统叠层成像（ptychography）的样本移动需求

3. 3.

   免除探针校准：在同步辐射装置中，光束不稳定性导致的照明变化难题迎刃而解

Conclusion

本研究通过未知结构照明实现了多层样本的CDI重建，其简化实验配置和强大重建能力为材料内部结构分析提供了新工具。该方法特别适用于X射线和极紫外（EUV）波段，在光束不稳定的同步辐射场景中展现出独特优势。未来可通过优化调制器设计进一步提升轴向分辨率。

Data availability

本文数据可根据合理要求向作者索取。

Funding

国家自然科学基金（12074167）和深圳市科技创新计划（JCYJ20241202125334045）资助

CRediT作者贡献声明

王冰阳：方法论/数据分析/论文撰写；林慧香：概念化；张福才：基金获取/研究指导

利益冲突声明

作者声明无利益冲突

致谢

感谢南方科技大学计算科学与工程中心的支持，特别鸣谢刘旭教授的建设性意见。