X射线成像可分为三种类型：扫描显微镜、全场显微镜和相干衍射成像
近年来，在同步辐射装置上，X射线成像技术的空间分辨率得到了显著提高。硬X射线波段的成像已经实现了优于30nm的三维空间分辨率，而软X射线波段的成像空间分辨率达到10nm的水平。
利用同步辐射能量连续可调的优势，X射线成像技术能够与谱学研究手段相结合。当X射线能量连续改变时，样品中不同化学成分会产生对应的不同信号。因此，一系列在不同X射线能量下采集的成像数据相当于一系列具有纳米级空间分辨率的X射线吸收谱。多方面的光源优势和技术进步促使成像技术进一步发展，使其能够获取三维结构、化学成分与价态、动态过程等信息，从而拓展了X射线成像技术的应用范围。
X射线成像可分为三种类型：扫描显微镜、全场显微镜和相干衍射成像，如上图所示。在第三代光源上，成像技术以全场成像和扫描成像为主。前者类似于透镜放大的方式，利用X射线光学元件放大样品的结构，并在探测器上成像。这种方法最主要的光学元件是波带片，波带片的最外环宽度决定了这种放大成像方法的空间分辨率。扫描成像是利用聚焦元件将X射线聚焦成小的焦斑，然后通过逐点扫描方式获得样品的二维信息，其空间分辨率极限对应于聚焦光斑的尺寸。
在第四代光源上，显著提升的光源相干性非常有利于促进相干衍射成像技术的发展。相干衍射成像技术与前面提到的两种成像类型不同，并不直接形成图像，而是利用相干光照射样品，通过探测器收集样品的远场散射信号。X射线和样品相互作用产生的衍射信号携带着与样品的电子密度和晶格结构相关的信息。
虽然探测器只能记录衍射强度而丢失相位信息，但当入射X射线具有足够的空间相干性时，可以利用衍射信号进行相位恢复。借助于空间相干性优良且准直性好的第四代同步辐射光源，根据散射信号与样品的傅里叶变换具有对应关系，结合相位恢复迭代算法和求解逆问题，相干衍射成像技术可重建样品内部的电子密度与结构信息。
该类成像技术的图像分辨率不依赖于聚焦光束的大小，从而克服了X射线光学元件对分辨率的限制，实际的分辨率最终由相干X射线通量、波长和样品稳定性决定。相干衍射成像技术可以获得有关成分、化学价态、磁性和晶格应变等信息，在表面与界面、无序材料以及异质材料等复杂系统中具有重要应用价值。
由于与现有的扫描透射X射线显微镜的配置非常类似，层叠相干成像(Ptychography)是相干衍射成像的多个技术方案中比较易于实施的一种。通过在样品上扫描聚焦光束并收集一系列相干衍射图案，逐点扫描时存在重叠区域，这种过采样带来的额外冗余非常有利于图像重建。利用与Gd元素的M5吸收边匹配的光子能量，可以从衍射图案中重建出Gd/Fe多层薄膜中的磁畴结构。与现有的扫描透射X射线显微成像技术相比，Ptychography具有更高的空间分辨率。
Ptychography可以生成二维图像，在二维过采样扫描与样品旋转的基础上，可以实现Ptychography与X射线CT技术的融合，从而实现三维成像。而一个集成电路的三维重构图像分辨率达到14.6 nm。这意味着可以利用Ptychography对集成电路进行快速和非破坏性成像，解决芯片检测的问题，以及在芯片故障分析和生产工艺优化中得到应用。
网络转载，侵权必删。