● 摘要
高分辨率扫描X射线显微镜成像技术是近年来出现的一种相干衍射成像方法，能实现纳米分辨显微成像，可无损观察样品内部微细结构信息，为纳米生物医学和材料科学等领域前沿研究提供了一种可行的手段，具有重要科学意义。为进一步提高该方法性能，我们与德国慕尼黑工业大学物理系和瑞士PSI研究所合作，依托瑞士同步辐射光源（SLS）大科学装置，开展了高分辨率扫描X射线显微镜成像方法研究。本文完成的研究工作及取得的进展如下：(1) 在深入分析光学衍射理论基础上，建立了高分辨率扫描X射线显微镜成像方法仿真平台，主要包括扫描方式、复值样品以及探测器仿真三个部分，为后面对该成像方法的相关研究打下了坚实的基础。(2) 基于迭代相位恢复数学理论，实现了高分辨率扫描X射线显微镜成像技术的三种典型迭代相位恢复算法（PIE算法、ePIE算法和DM算法）；从收敛速度、恢复结果的图像质量以及运行时间三个方面，对上述算法进行了详细的比较和分析，为后续相位恢复算法研究提供了指导。(3) 基于对高分辨率扫描X射线显微镜成像物理过程的再认识，提出了gPIE算法，通过引入可变参数 获得了更好的收敛特性和相位恢复质量。参数 对gPIE算法性能有重要作用：当 值较小时，gPIE算法会以较快速度达到收敛；当 值较大时，gPIE算法可以有效抑制噪声水平，从而提高相位恢复质量。因此，gPIE算法可根据探测器数据的噪声水平调节参数 ，在收敛速度及噪声抑制之间达到最优，获得最佳恢复结果。(4) 对gPIE算法性能进行了深入探讨，研究了噪声、探头搭接程度、位置精度及算法理论基础对相位恢复结果的影响，给出了解决方法和优化策略，为成像实验系统的改进、成像参数设置及相位恢复算法的优化提供了指导。(5) 以昆虫翅膀和波带片为样品，在瑞士同步辐射光源（SLS）大科学装置上进行了相干衍射实验；利用该实验数据对上述研究结果进行了实验验证，获得了良好效果。关键词：高分辨率扫描X射线显微镜成像，相干衍射成像，迭代相位恢复算法