光学与电子显微术中螺旋相位板衬度研究

在显微镜后焦面使用相位板是光学显微术中提高弱相互作用样品衬度的一项成熟技术，在电子显微术中也日益受到关注。本文研究螺旋相位板（SPP），亦称螺旋、涡旋或二维希尔伯特相位板，它在傅里叶空间中对出射波附加一个角向依赖的相位，形式为 $e^{i\ell\phi}$。在大收集角极限下，我们解析计算得出，一对 $\ell=\pm1$ SPP 图像的平均值与出射波梯度的平方成正比，这解释了此前光学 SPP 工作中观察到的边缘衬度。我们讨论了顺时针-逆时针 SPP 图像对之间的差异，以及该差异消失、仅从单张 SPP 图像即可看出射波梯度的条件。最后，我们演示了如何利用三张图像——一张无 SPP、两张分别使用 $\ell=\pm1$ SPP——可能提供足够信息来重建出射波的振幅和相位。本工作为解读 SPP 图像提供了理论背景，并有助于开展新实验，例如在电子显微镜中研究磁性材料。