基于光栅分光法的相干衍射成像

刘诚; 潘兴臣; 朱健强

doi:10.7498/aps.62.184204

摘要

提出一种可以通过单次曝光实现 PIE(ptychographic imaging engine)成像的方法, 该方法用正交光栅将入射细光束衍射为传播方向不同的子光束簇以对样品进行照明, 并用CCD同时记录各个子光束所形成的衍射光斑阵列. 该方法很好地克服了现有PIE方法的成像质量易受机械扫描误差影响和数据采集时间过长两个缺点, 具有很好的实用价值.

关键词:

A single shot PIE (ptychographic imaging engine) imaging method is proposed to overcome the disadvantages of common PIE algorithm. In this proposed method, a multiple beam illumination obtained with a cross grating is used to illuminate the object studied, and a CCD camera is adopted to record the diffraction pattern array of all the illumination beams simultaneously. The phase and the modulus images of the object can be faithfully reconstructed with stand PIE computation algorithm from the recorded data.

Keywords:

作者及机构信息

1.
中国科学院上海光学精密机械研究所, 高功率激光物理联合实验室, 上海 201800

基金项目: 中国科学院百人计划基金(批准号:1104331-JRO)资助的课题.

Authors and contacts

1.
Joint Laboratory on High Power Laser and Physics, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Science, Shanghai 201800, China

Funds: Project supported by the "100 Talents Project" of Chinese Academy of Sciences (Grant No. 1104331-JRO).

参考文献

[1]	Hoppe W, Strube G 1969 Acta Crystallogr. A 25 502
[2]	Fienup J R 1982 Appl. Opt. 21 2758
[3]	Fienup J R 1978 Opt. Lett. 3 27
[4]	Misell D L 1973 J. Phys. D: Appl. Phys. 6 L6
[5]	Maiden A M, Humphry M J, Zhang F, Rodenburg J M 2011 J. Opt. Soc. Am. A 28 604
[6]	Rodenburg J M 1989 Ultramicroscopy 27 413
[7]	Gazit S, Szameit A, Eldar Y C, Segev M 2009 Opt. Express 17 23920
[8]	Szameit A, Shechtman Y, Osherovich E, Bullkich E, Sidorenko P, Dana H, Steiner S, Kley E B, Gazit S, Cohen-Hyams T, Shoham S, Zibulevsky M, Yavneh I, Eldar Y C, Cohen O, Segev M 2012 Nat. Mater. 11 455
[9]	Miao J, Charalambous P, Kirz J, Sayre D 1999 Nature 400 342
[10]	Zhang F, Rodenburg J M 2010 Phys. Rev. B 82 121104
[11]	Putkunz C T, Clark J N, Vine D J, Williams G J, Balaur E, Cadenazzi G A, Curwood E K, Henderson C A, Scholten R E, Stewart R J, McNulty I, Nugent K A, Peele A G 2011 Ultramicroscopy 111 1184
[12]	Williams G J, Quiney H M, Dhal B B, Tran C Q, Nugent K A, Peele A G, Paterson D, de Jonge M D 2006 Phys. Rev. Lett. 97 025506
[13]	Faulkner H M L, Rodenburg J M 2004 Phys. Rev. Lett. 93 023903
[14]	Rodenburg J M, Faulkner H M L 2004 Appl. Phys. Lett. 85 4795
[15]	He F, Rodenburg J M, Maiden A M, Midgley P A 2011 Ultramicroscopy 111 1117
[16]	Faulkner H M L, Rodenburg J M 2005 Ultramicroscopy 103 153
[17]	Rodenburg J M, Hurst A C, Cullis A G 2007 Ultramicroscopy 107 227
[18]	Miao J, Ishikawa T, Anderson E H, Hodgson K O 2003 Phys. Rev. B 67 174104
[19]	Rodenburg J M, Hurst A C, Cullis A G, Dobson B R, Pfeiffer F, Bunk O, David C, Jefimovs K, Johnson I 2007 Phys. Rev. Lett. 98 034801
[20]	Nishino Y, Miao J, Ishikawa T 2003 Phys. Rev. B 68 220101
[21]	Humphry M J, Kraus B, Hurst A C, Maiden A M, Rodenburg J M 2012 Nat. Commun. 3 730

施引文献

[1]	Hoppe W, Strube G 1969 Acta Crystallogr. A 25 502
[2]	Fienup J R 1982 Appl. Opt. 21 2758
[3]	Fienup J R 1978 Opt. Lett. 3 27
[4]	Misell D L 1973 J. Phys. D: Appl. Phys. 6 L6
[5]	Maiden A M, Humphry M J, Zhang F, Rodenburg J M 2011 J. Opt. Soc. Am. A 28 604
[6]	Rodenburg J M 1989 Ultramicroscopy 27 413
[7]	Gazit S, Szameit A, Eldar Y C, Segev M 2009 Opt. Express 17 23920
[8]	Szameit A, Shechtman Y, Osherovich E, Bullkich E, Sidorenko P, Dana H, Steiner S, Kley E B, Gazit S, Cohen-Hyams T, Shoham S, Zibulevsky M, Yavneh I, Eldar Y C, Cohen O, Segev M 2012 Nat. Mater. 11 455
[9]	Miao J, Charalambous P, Kirz J, Sayre D 1999 Nature 400 342
[10]	Zhang F, Rodenburg J M 2010 Phys. Rev. B 82 121104
[11]	Putkunz C T, Clark J N, Vine D J, Williams G J, Balaur E, Cadenazzi G A, Curwood E K, Henderson C A, Scholten R E, Stewart R J, McNulty I, Nugent K A, Peele A G 2011 Ultramicroscopy 111 1184
[12]	Williams G J, Quiney H M, Dhal B B, Tran C Q, Nugent K A, Peele A G, Paterson D, de Jonge M D 2006 Phys. Rev. Lett. 97 025506
[13]	Faulkner H M L, Rodenburg J M 2004 Phys. Rev. Lett. 93 023903
[14]	Rodenburg J M, Faulkner H M L 2004 Appl. Phys. Lett. 85 4795
[15]	He F, Rodenburg J M, Maiden A M, Midgley P A 2011 Ultramicroscopy 111 1117
[16]	Faulkner H M L, Rodenburg J M 2005 Ultramicroscopy 103 153
[17]	Rodenburg J M, Hurst A C, Cullis A G 2007 Ultramicroscopy 107 227
[18]	Miao J, Ishikawa T, Anderson E H, Hodgson K O 2003 Phys. Rev. B 67 174104
[19]	Rodenburg J M, Hurst A C, Cullis A G, Dobson B R, Pfeiffer F, Bunk O, David C, Jefimovs K, Johnson I 2007 Phys. Rev. Lett. 98 034801
[20]	Nishino Y, Miao J, Ishikawa T 2003 Phys. Rev. B 68 220101
[21]	Humphry M J, Kraus B, Hurst A C, Maiden A M, Rodenburg J M 2012 Nat. Commun. 3 730

[1]	韦芊屹, 倪洁蕾, 李灵, 张聿全, 袁小聪, 闵长俊. 超高时空分辨显微成像技术研究进展. 物理学报, 2023, 72(17): 178701. doi: 10.7498/aps.72.20230733
[2]	齐乃杰, 何小亮, 吴丽青, 刘诚, 朱健强. 探测器光电特性对叠层相干衍射成像的影响. 物理学报, 2023, 72(15): 154202. doi: 10.7498/aps.72.20230603
[3]	麻永俊, 李睿晅, 李逵, 张光银, 钮津, 麻云凤, 柯长军, 鲍捷, 陈英爽, 吕春, 李捷, 樊仲维, 张晓世. 基于高次谐波X射线光源的三维纳米相干衍射成像技术. 物理学报, 2022, 71(16): 164205. doi: 10.7498/aps.71.20220976
[4]	吴迪, 蒋子珍, 喻欢欢, 张晨爽, 张娇, 林丹樱, 于斌, 屈军乐. 基于分数阶螺旋相位片的定量相位显微成像. 物理学报, 2021, 70(15): 158702. doi: 10.7498/aps.70.20201884
[5]	许文慧, 宁守琮, 张福才. 部分相干衍射成像综述. 物理学报, 2021, 70(21): 214201. doi: 10.7498/aps.70.20211020
[6]	张益溢, 吴佳琛, 郝然, 金尚忠, 曹良才. 基于数字全息的血红细胞显微成像技术. 物理学报, 2020, 69(16): 164201. doi: 10.7498/aps.69.20200357
[7]	周光照, 胡哲, 杨树敏, 廖可梁, 周平, 刘科, 滑文强, 王玉柱, 边风刚, 王劼. 上海光源硬X射线相干衍射成像实验方法初探. 物理学报, 2020, 69(3): 034102. doi: 10.7498/aps.69.20191586
[8]	葛银娟, 潘兴臣, 刘诚, 朱健强. 基于相干调制成像的光学检测技术. 物理学报, 2020, 69(17): 174202. doi: 10.7498/aps.69.20200224
[9]	戚俊成, 陈荣昌, 刘宾, 陈平, 杜国浩, 肖体乔. 基于迭代重建算法的X射线光栅相位CT成像. 物理学报, 2017, 66(5): 054202. doi: 10.7498/aps.66.054202
[10]	李元杰, 何小亮, 孔艳, 王绶玙, 刘诚, 朱健强. 基于电子束剪切干涉的PIE成像技术研究. 物理学报, 2017, 66(13): 134202. doi: 10.7498/aps.66.134202
[11]	潘安, 张晓菲, 王彬, 赵青, 史祎诗. 厚样品三维叠层衍射成像的实验研究. 物理学报, 2016, 65(1): 014204. doi: 10.7498/aps.65.014204
[12]	潘安, 王东, 史祎诗, 姚保利, 马臻, 韩洋. 多波长同时照明的菲涅耳域非相干叠层衍射成像. 物理学报, 2016, 65(12): 124201. doi: 10.7498/aps.65.124201
[13]	余伟, 何小亮, 刘诚, 朱健强. 非相干照明条件下的ptychographic iterative engine成像技术. 物理学报, 2015, 64(24): 244201. doi: 10.7498/aps.64.244201
[14]	何小亮, 刘诚, 王继成, 王跃科, 高淑梅, 朱健强. PIE成像中周期性重建误差的研究. 物理学报, 2014, 63(3): 034208. doi: 10.7498/aps.63.034208
[15]	王淑莹, 章海军, 张冬仙. 基于微球透镜的任选区高分辨光学显微成像新方法研究. 物理学报, 2013, 62(3): 034207. doi: 10.7498/aps.62.034207
[16]	刘宏展, 纪越峰. 一种基于角谱理论的改进型相位恢复迭代算法. 物理学报, 2013, 62(11): 114203. doi: 10.7498/aps.62.114203
[17]	周光照, 王玉丹, 任玉琦, 陈灿, 叶琳琳, 肖体乔. 相干X射线衍射成像三维重建的数字模拟研究. 物理学报, 2012, 61(1): 018701. doi: 10.7498/aps.61.018701
[18]	江浩, 张新廷, 国承山. 基于菲涅耳衍射的无透镜相干衍射成像. 物理学报, 2012, 61(24): 244203. doi: 10.7498/aps.61.244203
[19]	周光照, 佟亚军, 陈灿, 任玉琦, 王玉丹, 肖体乔. 相干X射线衍射成像的数字模拟研究. 物理学报, 2011, 60(2): 028701. doi: 10.7498/aps.60.028701
[20]	于斌, 彭翔, 田劲东, 牛憨笨. 硬x射线同轴相衬成像的相位恢复. 物理学报, 2005, 54(5): 2034-2037. doi: 10.7498/aps.54.2034

计量

文章访问数: 6624
PDF下载量: 820
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

留言板