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德国哥廷根大学的研究人员表示，一种弥补 X 射线镜头缺陷的新算法可以显著提高X 射线显微镜的成像清晰度和成像质量。
在汉堡的德国电子同步加速器 (DESY) 进行的初步测试表明，即使使用不完美的光学系统，该算法也可以实现低于 10 nm 的分辨率和定量相位对比。
图1，构建精确排列的同心层的清晰图像，以对两条半导体纳米线进行成像。
标准 X 射线显微镜是无损成像工具，能够以超快的速度分辨 10 nm 水平的细节。主要有三种技术：第一种是透射 X 射线显微镜 (TXM)，它是在 1970 年代开发的，使用菲涅耳波带片 (FZP) 作为物镜来直接成像和放大样品的结构。第二个是相干衍射成像，它的开发是通过用迭代相位复原算法代替基于透镜的图像形成，进而避免与不完美的 FZP 透镜相关的问题。第三种技术是全视野 X 射线显微镜，基于在线全息术，具有高分辨率和可调节视野，非常适合对较弱对比度的生物样品进行成像。
结合三种技术
在这项新工作中，由哥廷根 X 射线物理研究所的 Jakob Soltau、Markus Osterhoff 和 Tim Salditt 领导的研究人员表明，通过结合这三种技术，可以获得更高的图像质量和清晰度。为此，他们使用多层波带板 (MZP) 作为物镜来实现高图像分辨率，并结合定量迭代相位复原方案来重建 X 射线通过样品传输后的物波前信息。
MZP 透镜由精细结构层和几个原子层组成，这些原子层由纳米线上的同心环沉积而成。研究人员将其放置在被成像样本和 X 射线相机之间的可调节距离处，该距离位于DESY的极亮聚焦X射线束中。撞击相机的信号提供了有关样品结构的信息——即使它吸收很少或没有吸收 X 射线辐射。“剩下的就是找到一种合适的算法来解码信息，并将其重建成清晰的图像，”Soltau 及其同事解释说。“要使这种解决方案发挥作用，精确测量严重不完美的镜头本身至关重要，同时要完全摒弃理想透镜的的假设。”
“只有通过镜头和数字图像重建的结合，我们才能获得高图像质量，”Soltau 继续说道。 “为此，我们使用了所谓的 MZP 传递函数，它使我们能够消除完美对准、无像差和无失真的光学器件以及其他限制。”
研究人员将他们的技术称为“基于报告者的成像”，因为与使用物镜获取样品更清晰图像的传统方法不同，他们使用 MZP 来“报告”样品后面的光场，而不是试图在探测器平面上获得清晰的图像。
该研究的发表在《Physical Review Letters》上。
