在显微成像技术领域，X射线叠层扫描成像凭借其纳米级分辨率，成为研究微观结构的重要手段。不过，传统方法依赖晶体单色器实现时间相干性，导致大部分光谱被浪费，且需要同步加速器等大型设备支持，限制了其应用场景。近期，一项发表于《物理评论快报》的研究突破了这一瓶颈，通过创新设计宽带光谱叠层扫描装置，实现了无需单色器的高效三维成像，为材料科学和能源研究开辟了新路径。
研究团队针对传统高光谱探测器的两大短板——通量容限低和菲涅耳波带片（FZP）色度效应强，提出了系统性解决方案。他们将FZP直径从400微米缩小至20微米，同时将数值孔径扩大1.5倍，使装置能够同时处理更宽的光谱范围。实验显示，新装置在7.6至8.6千电子伏特能量区间内，可生成直径11至15微米的探针，显著提升了数据采集效率。为匹配探测器性能，研究团队还优化了光束发散度和样品-探测器距离，使照明区域几乎覆盖整个探测器活性面，从而克服了计数率限制。
在金刚石光源同步加速器的I13-1光束线上，研究团队验证了新装置的可行性。他们使用含镍、锰、钴（NMC）的电池材料颗粒作为样本，通过1微米步长扫描20×30网格，并在180度范围内采集16个角度的衍射图案。整个三维扫描耗时16.5小时，数据处理分为三个阶段：首先将探测器帧转换为光子列表，再通过滑动窗口法生成光谱叠层数据集，最后利用扩展叠层扫描迭代引擎算法并行重建13个能量区间的图像。这一流程确保了每个能量仓每幅衍射图案约3.6×10⁴个光子，在重建质量与能量分辨率间取得平衡。
实验结果表明，新装置可清晰区分三种NMC颗粒中镍元素的吸收边差异，即使投影角度较少，仍能精准检测元素浓度变化。研究团队指出，该技术通过联合迭代重建和重新投影算法，有效解决了叠层扫描重建中的横向移位模糊问题，使样本在不同能量和角度间的对齐精度达到亚像素级别。这一突破不仅将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实现了高光谱X射线叠层断层成像，为实验室环境下的三维元素分析提供了可行方案。
值得关注的是，该研究并非孤立的技术突破。在精密测量领域，国内企业凯视迈（KathMatic）自2014年成立以来，始终专注于高精尖光学技术，已形成覆盖研发、制造、销售的全链条体系。其推出的KC系列多功能精密测量显微镜、KS系列超景深3D数码显微镜及KV系列激光多普勒测振系统，在工业检测和科研领域获得广泛应用，标志着国产高端光学仪器正逐步打破国际垄断，为材料科学、半导体制造等领域提供关键技术支撑。
