相干性对PIE成像方法的影响.pdf

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1、中国科学：物理学力学天文学2012年第42卷第9期：889—898《中国科学》杂志社SCIENTIASINICAPhysicaMechanica＆Astronomicaphysscichina．cornSCIENCECHJNAPRESS相干性对PIE成像方法的影响潘兴臣，林强，刘诚，朱健强中国科学院中国工程物理研究院高功率激光国家物理实验室，上海201800联系人，E—mail：chengliu@siom．ac．cn收稿日期：2012—02．16；接受日期：2012—04—1l；网络出版日期：2012—08—09中国科学院百人计划启动基金资助项目(编号：l104331-JR0

2、)摘要分析了相干性对PIE(PtychographicIterativeEngine)成像技术的影响，指出光源相干性不理想将会引起再现结果中各个频谱分量强度相对于其真实值发生相对变化，而且这种变化随着相干系数的降低而逐步增大．由于实际再现结果是很多可能再现像的线性组合，因而往往包含很多的噪声或细节扭曲，同时当物体衍射能力较弱而零级衍射很强的情况下，高阶衍射间的干涉可以忽略，所得的再现结果相对于原始物体有明显的相位对比度弱化，但由于衍射场仅仅发生强度的减弱而相位并末改变，所以再现像仍然可以较好地反应物体的真实结构信息．关键词相干衍射成像，部分相干，分辨率，相位恢复pACS：42

3、．25．Fx，42．30．一d，42．30．Rx，42．30．Wbdoi：10．1360／132012—149全息技术是用干涉方法来实现相位成像的典型它不能区别出物体自身和其自身的共轭以及自身与代表，但在X射线成像和电子束成像等领域由于高其他函数的卷积组合，对于稍微复杂的物体往往很性能成像器件的缺乏干涉方法往往不容易实现，必难得到理想的重构像．鉴于这个原因，同全息技术相须探索干涉以外的方法来实现相位测量与成像．和比，Pthychography得到的研究相对要少得多，国际上全息的英文Holography对应，这类测量相位方法一只有不多的几个研究组一直从事相关的研究工作l2j．般

4、被称为Ptychography．Ptychography的基本思路，2004年英国谢菲尔德大学的Rodenburg教授提出了在1970年前后由Hoppe等人提出，后又经Fienup等一种方法对此技术进行改进，并命名为PIE(Ptycho—人[1】的工作而逐渐发展起来．其基本思想是利用所记lographicIterativeEngine)。。’．在数据记录时，PIE方录的物体透射光远场强度，通过记录平面和物面之法多次对同一物体在垂直于光轴方向移动并同时记问的反复叠代运算，将物面上收敛的计算结果作为录下这些位置处的远场散射斑强度序列，再现时按物体的实际分布，从而得到物体的相位信息

5、．和常用照顺序对这些远场强度序列进行处理便可以得到物的干涉技术相比，这种方法的优点是不使用参考波，体的准确再现像．此方法的新颖之处在于相邻两个因此大大简化了对光源、探测设备和外部环境等的要位置之间物体有一定比例的面积被重复照明，而这求，但Fienup方法要求样品是孤立物体，同时理论上种重复起到了类似全息中的参考光的作用，将不同潘兴臣等：相干性对PIE成像方法的影响照明位置的物体的相位关系进行了锁定，排除了物现当用现有的PIE方法来对部分相干照明下的远场体真实像以外的其他所有可能性，从而克服了之前散射强度进行处理时，客观上将造成空间频谱分量技术的所有缺点[7l引．由于不需要复杂

6、的光路，因而的强度发生相对变化，而且光源的相干系数越低这成像质量可以不受器件性能的约束，容易达到衍射种变化就越明显，所记录的远场散射斑在数学上可极限的分辨率．这对于目前的X射线成像和电子柬以看成这些改变后的空间频谱分量的干涉叠加，从成像的领域具有非常突出的现实意义，因为很多光而满足了PIE方法对相干性的要求．这是利用PIE方学领域中常见的器件，诸如反射镜、透镜、分束器等，法对部分相干条件下的远场散射斑进行处理可以得对于这些领域来说都是非常困难或者是不可能实现到稳定收敛的再现像的原因所在．由于各种频谱分的．一个突出的例子就是200kV的电子束的波长是量的上述强度改变方式不唯一，

7、实际的再现结果是0．0025nm，根据成像理论其衍射极限分辨率应该是很多种可能再现像的叠加组合，由于叠加组合的复0．001251111，即使是比这个分辨率低20倍，0．0251131杂性再现结果中可以产生很多类似噪声的变形，所的分辨率也几乎可以满足目前所有的科学研究需要，以部分相干条件下的PIE再现结果不再是原物体的但由于目前实际成像所用的磁透镜以线圈所产生的准确再现．本文同时进一步指出，当物体较弱从而散磁场来折射电子束，性能上远不能满足衍射极限成射斑具有很强的零级衍射的情况下，高阶衍射问的像的要求，实