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超强激光科学卓越创新简报

(第八百零二期)

2026年7月21日

上海光机所在光子筛单次曝光阵列相干衍射成像取得进展

近期，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研究团队联合哈尔滨工业大学研究团队首次基于自分束光子筛实现了轴向和径向空间分离的单次曝光阵列相干衍射成像。相关研究成果以“Single-shot multi-plane coherent diffraction imaging with an anisotropic photon-sieve splitter”为题发表于Applied Physics Letters。

由于材料的强吸收，高相干高性能的短波聚焦元件一直是限制短波发展的瓶颈之一。相比于干涉术，相干衍射成像对光学系统的硬件要求低，通过光强迭代算法实现待测物体的衍射极限相位成像，其主要通过轴向或径向两类分束方式实现高精度的相位单次测量。前期各向异性自分束光子筛（Optica, 12, 1388, 2025）的出现为高精度的单次曝光相干衍射成像提供了器件支撑。

联合团队首先设计了一个自分束光子筛，第一层和第三层为等边三角形分束，相对夹角60度，第二层为单点，作为标记的记录位置，一三层之间的间距由器件参数唯一确定，与光路参数无关，极大提升了收敛速度。图1为实验光路原理图，图2为实验结果，待测物体为30微米宽的圆环。单次曝光记录三对衍射光斑，对应第一层和第三层的各自三个。显然，随着更多衍射光斑参与计算，明显提高了复原的收敛速度和成像质量。该技术为水窗段的活体生物细胞成像、短波相干衍射成像等单次曝光提供了核心元器件支撑。

该研究工作得到了国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项A类等项目的支持。

原文链接

图1单次曝光各向异性阵列相干衍射成像实验光路原理图

图2实验结果(a)衍射图样, 不同组合下的复原(b)一对,(c)两对,(d)三对

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