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光谱学原理考查作业11级物理学1班 伊永凤 20110911036超宽带光相干无透镜成像 美国威特，酒精十英镑，D. W. E. Noom K. S. E. eikemalaserlab，阿姆斯特丹VU大学，德boelelaan 1081 HV 1081，阿姆斯特丹，荷兰摘要：我们使用超宽带光源展示了一个高效的无透镜成像。通过对的时间延迟，在傅立叶相干脉冲变换方案，得到了整个光谱分辨的衍射图案入射光的全谱源。我们使用一个倍频程的可见光源进行了原理的验证实验的证明，并获得一个接近衍射极限的分辨率的全息测试图像样品。我们的方法对使用桌面高次谐波软X效率高分辨率成像提供了一个很有前途的路线。1引言：高分辨率相干无透镜成像高分辨率成像是在尽可能小的尺度内用于研究自然的一个重要的工具。从细胞生物学领域的凝聚态物理，大量的知识通过在一个系统的最小的可能的结构的可视化获得。由于在可见光的分辨率的限制，XUV和X射线源的使用高分辨率的IM应用的迅速普及。各种类型的新型X射线源正在世界各地开发，从公里大小的X射线自由电子激光器到（XFELs）紧凑的桌面高谐波。由于X射线成像系统高质量的发展正在挑战无透镜成像的方法1-3，使用高分辨率的X射线显微镜实际的实现是一个有趣的选择。原则上，桌上的高次谐波（HHG）的来源似乎非常适合软X射线显微镜 4 发展，因为它们的大小，结构紧凑，高度相干的有效的与XFELs。然而，内在的超宽带频谱的HHG形式产生的一个显着的限制，因为无透镜成像通常需要一个单色光源。虽然国家的最先进的高次谐波源实现显著通量 5 ，需要频谱滤除窄带宽导致一个数量级较低的通量，可以有效地用于成像的应用。改进后的算法可减轻要求但只在有限的频宽内。我们发现，通过引入的方法从傅里叶变换光谱技术在无透镜的成像我们可以用超宽带相干光源进行高分辨率成像。这个应用程序是通用的，可以适用于任何类型的相干无透镜成像等相干衍射成像，例如菲涅耳域衍射成像和傅里叶变换全息术。图1.A）两个脉冲傅里叶变换的无透镜成像的概念。无透镜成像实验两个相干脉冲进行扫描时，他们之间的时间延迟。B）的信号仿真在作为延迟时间的函数的单个像素。C）在B的信号直接解决了傅里叶变换频谱分散到特定的像素。D）该倍频程的白色光连续用我们的成像实验谱2两个脉冲傅里叶变换的无透镜成像这个概念是在图1a所示。脉冲分裂成两个时间延迟时，我们的相干副本干涉仪和这双脉冲用一个标准的无透镜成像实验捕捉图像在扫描脉冲之间的延迟，傅立叶变换频谱衍射光是记录在每个像素的探测器，直接揭示SP组件是分散到特定的像素（图1C）。 通过傅立叶变换时间延迟扫描每个像素（图1b），光谱分辨堆栈可获得的图像含有准单色衍射的脉冲带宽的频谱分量图案。可达到的光谱分辨率只有有限的扫描长度：光谱源的带宽不存在的局限性，它甚至不需要预先知道。我们的实验实现了两个脉冲傅里叶变换使用一个倍频程白色光连续（WLC）作为光源（图1d）。WLC是在光子产生晶体光纤，通过从10飞秒钛：蓝宝石振荡器毫微脉冲泵浦。生成两个相干，时间延迟复制脉冲，这些脉冲被发送到一个WLC的迈克尔逊干涉仪其中一个反射镜被安装在一个闭环的压电阶段引入延迟。这双脉冲然后用来照亮样品，和光的衍射与14位CCD相机记录。为一个实验中，我们记录了500个人形象的同时增加在0.67 fs的时间延迟（200）nm步骤。图像采集后，我们的傅立叶变换的时间延迟扫描每个像素在傅立叶空间重构各分量图像。3结果作为原则证明实验，我们实现了两种脉冲傅里叶变换成像测试适用于无透镜全息样本 2（图2A），使空间二维傅立叶变换就够了对于第一图像重建。无透镜成像的超宽带光谱结果在一个强烈的径向弥散衍射图（图2B），作为散射角是成正比的光的波长。作为一个结果，干涉条纹的冲了出去，和尖锐的衍射模式成为到图像重建成为不可能的模糊（图2C）。 显示一个光谱分辨的衍射图案相同的结构，利用我们得到两个脉冲傅里叶变换方法。尖锐的衍射特征是解决整个图像，和该模式是相当于一个单色光源记录的衍射图案。从宽带导致重建图像和光谱分辨的衍射模式图。2d和2e，分别。宽带图像表现出强烈的扭曲这是涂抹在图像空间很大一部分的结构，在原来的结构勉强辨认。相反，从光谱分辨的衍射图案得到的图像是一个尖锐的，我们的“4”试验样品分辨重建。图2显示了一个覆盖 三种不同的光谱成分提取的两个脉冲傅里叶变换的图像数据。这特定的样品作为所有波长的一个简单的散射体，使不同波长的图像在他们的视野的大小不同，可为进一步提高图像的对比度。波长依赖的样品，这种方法形成了强大的光谱直接的方式成像，衍射图案得到所有波长的同时。这提供了一个在例如不同的吸收边光谱分辨图像获得自然的方式。另一个这两个脉冲傅立叶变换方法对光谱强度的优势是它的鲁棒性波动和杂散光击中探测器，当信号被编码为在时间调制延迟扫描。应当指出的是，这种光谱变化显着地存在于我们的WLC谱。图2。A）在实验中使用的传输测试样品的宽视场显微镜图像。B）一致的样品的衍射图案，一个倍频程频谱记录。C）的相同的衍射图案对象，获得两个脉冲傅里叶变换成像。的/= 1 / 125的光谱带宽滤波数值模拟。D）B二维傅里叶变换，显示出强烈的扭曲的特征。E）C的二维傅里叶变换在测试结构已经清楚地分辨。F）从三个选定的重建图像的叠加频谱元件在两个脉冲傅里叶变换扫描。我们的研究结果显示，两个脉冲傅里叶变换的无透镜成像的可行性承诺使高效成像，使任何有限的全光谱带宽的优化利用光源。在短波长的实际的实现依赖于两代延迟脉冲，它已经在XUV波段 7 证明。因此相信两个脉冲傅里叶变换的无透镜成像形成一个很有前途的框架软X射线显微术的分辨率与台面的高次谐波的来源。 1 J.庙等。自然，400，342，（1999）。 2 、麦克纳尔蒂等人。256，科学，1009（1992）。 3 纽金特H.N.查普曼，中国，NAT。光子学，4，833（2010）。 4 桑德伯格等人，选择。快