阿秒相干衍射成像

自2001年阿秒脉冲的首次实现以来，因为超高时间分辨率，为探测原子和分子中的电子动力学打开了一扇新的窗口。随着时间脉冲宽度的不断减小和光子能量范围向X射线方向的趋近，阿秒激光的应用前景将更加广阔。然而，由于阿秒源的宽光谱特征，阿秒科学实验收到很大局限。对于阿秒脉冲，其能量带宽（△E）和时间脉冲持续时间（△t）基本上由不确定度原理（△E*△t≥?/2）支配。例如，最近对53阿秒软X射线脉冲的实验演示达到了碳K吸收边（284 eV），也就是△E/E≈100%。这种宽光谱脉冲对任何基于透镜的成像系统都会造成严重的色差。克服色差的一个经典方法是使用消色差透镜。但这种方法对电磁辐射的全谱并不适用。

       最近，来自加州大学洛杉矶分校（University of California，Los Angeles）和上海科技大学（ShanghaiTech University）的研究人员介绍了一种基于相干衍射成像（CDI）的新方法，它不仅可以消除光学透镜的色差，而且可以利用宽光谱同时重建17个不同波长的光谱、探针和图像。研究人员开发了一种先进的算法，称为光谱探针和图像重建（SPIRE），可以同时重建多个波长的光谱探针和光谱图像。SPIRE要求通过对穿过样品的受限探针进行二维扫描来收集一组衍射图案，为了满足测量强度点方程的个数大于样本未知变量个数的要求，相邻扫描位置之间需要有较大的重叠，然后算法在实空间和倒易空间之间迭代。该算法对初始输入不敏感，经过数百次迭代后收敛，具有较强的鲁棒性。这项工作为阿秒成像科学里一个未被探索的领域扫清了道路，它也可能会对不同学科产生深远的影响。工作以“Potential of Attosecond Coherent Diffractive Imaging”为题发表在《PHYSICAL REVIEW LETTERS》上。(鲁强兵)

文章链接：DOI：10.1103/PhysRevLett.125.086101