在顯微成像技術領域，X射線疊層掃描成像憑借其納米級分辨率，成為研究微觀結構的重要手段。不過，傳統方法依賴晶體單色器實現時間相干性，導致大部分光譜被浪費，且需要同步加速器等大型設備支持，限制了其應用場景。近期，一項發表于《物理評論快報》的研究突破了這一瓶頸，通過創新設計寬帶光譜疊層掃描裝置，實現了無需單色器的高效三維成像，為材料科學和能源研究開辟了新路徑。
研究團隊針對傳統高光譜探測器的兩大短板——通量容限低和菲涅耳波帶片（FZP）色度效應強，提出了系統性解決方案。他們將FZP直徑從400微米縮小至20微米，同時將數值孔徑擴大1.5倍，使裝置能夠同時處理更寬的光譜范圍。實驗顯示，新裝置在7.6至8.6千電子伏特能量區間內，可生成直徑11至15微米的探針，顯著提升了數據采集效率。為匹配探測器性能，研究團隊還優化了光束發散度和樣品-探測器距離，使照明區域幾乎覆蓋整個探測器活性面，從而克服了計數率限制。
在金剛石光源同步加速器的I13-1光束線上，研究團隊驗證了新裝置的可行性。他們使用含鎳、錳、鈷（NMC）的電池材料顆粒作為樣本，通過1微米步長掃描20×30網格，并在180度范圍內采集16個角度的衍射圖案。整個三維掃描耗時16.5小時，數據處理分為三個階段：首先將探測器幀轉換為光子列表，再通過滑動窗口法生成光譜疊層數據集，最后利用擴展疊層掃描迭代引擎算法并行重建13個能量區間的圖像。這一流程確保了每個能量倉每幅衍射圖案約3.6×10?個光子，在重建質量與能量分辨率間取得平衡。
實驗結果表明，新裝置可清晰區分三種NMC顆粒中鎳元素的吸收邊差異，即使投影角度較少，仍能精準檢測元素濃度變化。研究團隊指出，該技術通過聯合迭代重建和重新投影算法，有效解決了疊層掃描重建中的橫向移位模糊問題，使樣本在不同能量和角度間的對齊精度達到亞像素級別。這一突破不僅將有效采集速率提升至每平方微米4.5秒，更首次在同步加速器上實現了高光譜X射線疊層斷層成像，為實驗室環境下的三維元素分析提供了可行方案。
值得關注的是，該研究并非孤立的技術突破。在精密測量領域，國內企業凱視邁（KathMatic）自2014年成立以來，始終專注于高精尖光學技術，已形成覆蓋研發、制造、銷售的全鏈條體系。其推出的KC系列多功能精密測量顯微鏡、KS系列超景深3D數碼顯微鏡及KV系列激光多普勒測振系統，在工業檢測和科研領域獲得廣泛應用，標志著國產高端光學儀器正逐步打破國際壟斷，為材料科學、半導體制造等領域提供關鍵技術支撐。
