INTRODUCTION

同調斷層掃描顯微術(Coherent Diffraction Tomography)是一種新型態的同調光源顯微技術,其利用一系列從物體繞射取得的二維影像,重建物體三維模型,而其中必須使用無透鏡同調繞射顯微術(Lensless Coherent Diffractive Imaging Tomography),來取得高解析度且完整的二維影像。此技術常用於奈米尺度的物體,例如奈米晶體(nanocrystals)、蛋白質(proteins)結構等等。以電腦相位恢復演算法(computerized phase retrieval algorithm)取代傳統成像系統中的透鏡,可以完整取得影像的光場強度和相位資訊,得到高解析度的影像,而不似光學顯微鏡、電子顯微鏡等顯微技術會受限於透鏡尺寸和精密度的限制。此光學系統中,以光源照射待測樣品,再利用感光耦合元件(charge-coupled device,CCD)收集繞射光的光場強度。此技術所採的繞射圖樣必須為超取樣(oversampled)的繞射圖形,若達到超取樣的條件,即可利用相位恢復疊代演算法重建遺失的相位資訊。

本專題中,我們根據 “On possible extensions of X-ray crystallography through diffraction-pattern oversampling” 這篇論文中所提及的相位恢復演算法,並運用Matlab實現該演算法,以及自行設計的樣品圖樣進行模擬後,再設計實驗裝置,並實際搭建光學系統,以氦氖雷射為光源,以感光耦合元件取得樣品的繞射光場大小資訊,再運用數值計算對繞射圖形進行相位恢復,以實現微米等級解析度的無透鏡同調繞射顯微術,並將得到的結果與模擬結果進行比較、討論與改良。


Fig. 1


Fig. 2


Fig. 3

心得感想

非常感謝陳明彰老師的指導!謝謝老師花很多時間和我們討論,且總是耐心的回答我們的各種問題。從基礎知識的教導,到後來的光學實驗器材操作,暑假時甚至好幾次陪伴我們做實驗到深夜,真的非常感謝老師!也謝謝中山大學陳健群老師的指導,告訴我們演算法能改善的地方,還有如何取得更能成功相位恢復的繞射圖,老師的建議對我們的成果有很大的幫助!另外,也謝謝實驗室學長們給的各種協助,包括製作樣品、教我們使用儀器等等。

經過這次專題的訓練,我們學習到了許多光學繞射和影像處理的知識,和如何設計與搭建光學架構,並實際做出成果。因為每個步驟都是第一次嘗試,讓我們一開始花了很多時間學習和實際操作,但最後終於在經過無數次的失敗後,得到了不錯的成果,相信這次的專題經驗能在我們未來的研究上帶來更多幫助。