中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所高功率激光物理聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室張軍勇課題組針對(duì)X射線相移全息，首次構(gòu)造了多焦點(diǎn)的相移中國(guó)太極透鏡，在光學(xué)段實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了基于中國(guó)太極透鏡的相移無(wú)透鏡傅立葉變換全息成像技術(shù)。

由于衍射極限的客觀存在，為了實(shí)現(xiàn)更高分辨率的光學(xué)成像，最直接簡(jiǎn)便的一個(gè)途徑是采用更短波長(zhǎng)的光源。隨著近年來(lái)同步輻射、自由電子激光器和核激勵(lì)X射線激光的迅速發(fā)展，相干X射線已廣泛應(yīng)用于生物細(xì)胞成像、材料的無(wú)損檢測(cè)、晶體結(jié)構(gòu)的衍射分析以及X射線顯微等領(lǐng)域。

波帶片作為一類衍射透鏡，卻難以實(shí)現(xiàn)弱相位物體的直接成像，這歸因于探測(cè)器只能響應(yīng)光強(qiáng)的變化。全息無(wú)疑是眾多相位物體測(cè)量與成像的優(yōu)選方法之一，各類功能多樣的X射線器件的缺乏使得共光路的無(wú)透鏡傅立葉變換全息成為較早應(yīng)用于X射線波段的全息技術(shù)，而像光學(xué)段常用的相移全息卻難以在X射線實(shí)現(xiàn)。課題組基于中國(guó)太極圖，引入陰陽(yáng)相位的衍射競(jìng)爭(zhēng)理念，設(shè)計(jì)了一類具有多層相移焦斑的中國(guó)太極透鏡，因是振幅型衍射透鏡，適用于相移X射線全息術(shù)。對(duì)于EUV及更長(zhǎng)的相干光波段，可以設(shè)計(jì)成高衍射效率的位相型衍射透鏡，以方便較弱信號(hào)的檢測(cè)與成像。通過(guò)鑒別率板和橢圓渦旋焦斑等實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了上述提出的相移全息技術(shù)。

該項(xiàng)研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金和中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)的支持。上述相關(guān)工作已發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊OpticsLetters (Opt. Lett. 43, 4085, 2018)上。

圖1 太極透鏡示意結(jié)構(gòu)及其產(chǎn)生的雙層相移焦斑的光強(qiáng)與相位分布。

圖2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果:（上）USAF，（下）橢圓渦旋焦斑—光強(qiáng)與相位。