在顯微成像技術(shù)領(lǐng)域，X射線疊層掃描成像憑借其納米級(jí)分辨率，成為研究微觀結(jié)構(gòu)的重要手段。不過，傳統(tǒng)方法依賴晶體單色器實(shí)現(xiàn)時(shí)間相干性，導(dǎo)致大部分光譜被浪費(fèi)，且需要同步加速器等大型設(shè)備支持，限制了其應(yīng)用場景。近期，一項(xiàng)發(fā)表于《物理評論快報(bào)》的研究突破了這一瓶頸，通過創(chuàng)新設(shè)計(jì)寬帶光譜疊層掃描裝置，實(shí)現(xiàn)了無需單色器的高效三維成像，為材料科學(xué)和能源研究開辟了新路徑。

研究團(tuán)隊(duì)針對傳統(tǒng)高光譜探測器的兩大短板——通量容限低和菲涅耳波帶片（FZP）色度效應(yīng)強(qiáng)，提出了系統(tǒng)性解決方案。他們將FZP直徑從400微米縮小至20微米，同時(shí)將數(shù)值孔徑擴(kuò)大1.5倍，使裝置能夠同時(shí)處理更寬的光譜范圍。實(shí)驗(yàn)顯示，新裝置在7.6至8.6千電子伏特能量區(qū)間內(nèi)，可生成直徑11至15微米的探針，顯著提升了數(shù)據(jù)采集效率。為匹配探測器性能，研究團(tuán)隊(duì)還優(yōu)化了光束發(fā)散度和樣品-探測器距離，使照明區(qū)域幾乎覆蓋整個(gè)探測器活性面，從而克服了計(jì)數(shù)率限制。

在金剛石光源同步加速器的I13-1光束線上，研究團(tuán)隊(duì)驗(yàn)證了新裝置的可行性。他們使用含鎳、錳、鈷（NMC）的電池材料顆粒作為樣本，通過1微米步長掃描20×30網(wǎng)格，并在180度范圍內(nèi)采集16個(gè)角度的衍射圖案。整個(gè)三維掃描耗時(shí)16.5小時(shí)，數(shù)據(jù)處理分為三個(gè)階段：首先將探測器幀轉(zhuǎn)換為光子列表，再通過滑動(dòng)窗口法生成光譜疊層數(shù)據(jù)集，最后利用擴(kuò)展疊層掃描迭代引擎算法并行重建13個(gè)能量區(qū)間的圖像。這一流程確保了每個(gè)能量倉每幅衍射圖案約3.6×10?個(gè)光子，在重建質(zhì)量與能量分辨率間取得平衡。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，新裝置可清晰區(qū)分三種NMC顆粒中鎳元素的吸收邊差異，即使投影角度較少，仍能精準(zhǔn)檢測元素濃度變化。研究團(tuán)隊(duì)指出，該技術(shù)通過聯(lián)合迭代重建和重新投影算法，有效解決了疊層掃描重建中的橫向移位模糊問題，使樣本在不同能量和角度間的對齊精度達(dá)到亞像素級(jí)別。這一突破不僅將有效采集速率提升至每平方微米4.5秒，更首次在同步加速器上實(shí)現(xiàn)了高光譜X射線疊層斷層成像，為實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下的三維元素分析提供了可行方案。

值得關(guān)注的是，該研究并非孤立的技術(shù)突破。在精密測量領(lǐng)域，國內(nèi)企業(yè)凱視邁（KathMatic）自2014年成立以來，始終專注于高精尖光學(xué)技術(shù)，已形成覆蓋研發(fā)、制造、銷售的全鏈條體系。其推出的KC系列多功能精密測量顯微鏡、KS系列超景深3D數(shù)碼顯微鏡及KV系列激光多普勒測振系統(tǒng)，在工業(yè)檢測和科研領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用，標(biāo)志著國產(chǎn)高端光學(xué)儀器正逐步打破國際壟斷，為材料科學(xué)、半導(dǎo)體制造等領(lǐng)域提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。