随着球差校正在透射电子显微镜领域中的广泛使用,高分辨透射电子显微技术也开始被广泛地研究,并应用于各类样品在原子尺寸上的表征和分析。由于球差校正下,电磁透镜依然还有残余的高阶像差未能消除,电子束时间与空间的相干性等多种因素限制了透射电子成像分辨率的进一步提升;此外,传统的透射电子束成像（TEM）及扫描透射电子束成像（STEM）只能获取样品的部分信息,电子成像领域需求获得样品的更多的信息,例如轻元素信息、电场分布、缺陷等。叠层衍射成像技术（Ptychography）是一种使用迭代恢复算法（Ptychographic Iterative Engine,PIE）的成像技术,Ptychography技术能够从采集的衍射强度图像中恢复出缺失的相位信息,普遍应用于可见光及X射线相位恢复成像领域中,也被用于三维成像。近些年来,曾受限于计算时间及计算复杂度的Ptychography技术,随着计算机性能的大幅提升而快速发展。结合高速电子探测器,Ptychography技术在单层Mo S2的分辨率已经能够达到0.39?,远高于传统成像方法在相同条件下所达到的0.98?。此外,由于Ptychography技术能够得到样品相位信息,相比于传统的STEM模式对轻元素更加敏感,并且能以远高于STEM模式的电子剂量效率得到分辨率相近甚至更好的图像。这些优势使得Ptychography在电子显微学领域成为了热点和前沿方向。但是,Ptychography技术依然受噪声、数据采集时间、样品漂移等因素影响,有着数据采集时间较长和成像频段受限等问题,限制了其在原位表征以及宽频段成像上的应用。针对以上问题,基于现有的Ptychography技术,本文展开了理论和实验研究,得到了如下结果:（1）基于X射线以及可见光内的单次拍摄叠层衍射成像（Single-shot Ptychography）,本文在理论上提出了使用多个电子束形成的阵列实现多电子束电子叠层衍射成像方法,单次照射内得到多个电子束的衍射强度图像。对图像与原子势场构成的模拟样品,本文进行了衍射成像与Ptychography重构的计算模拟,验证了多电子束电子叠层衍射成像方法的可行性,同时探索了各个电子束间互相影响引入的噪声及解决方法。多电子束电子叠层衍射成像方法可以大大地减少采集时间和样品漂移,减轻样品辐照损伤,实现数据并行采集,为原位表征提供了一种可行的解决方案。（2）利用Ptychography技术衬度传递与会聚角之间的关系,本文在理论上设计了多会聚角电子叠层衍射成像,使用不同会聚角的电子束照射样品,得到混合衍射图案数据集。首先,本文分别以非晶碳和Gro EL生物分子为模拟研究对象,通过多层法（Multislice）模拟得到不同会聚角下衍射图像,分别对不同会聚角及混合衍射图像使用Ptychography重构,验证了噪声下衬度传递与会聚角的关系,以及多会聚角电子叠层衍射成像方法的可行性。之后,本文分别以Ag-CdS纳米颗粒,Au-DNA折纸结构,氮化硼纳米管作为实验材料,在实验上实现了多会聚角电子叠层衍射成像方法,展示了多会聚角电子叠层衍射成像能够实现低频信息与高频信息的混合,获得高分辨高衬度的宽频段图像。未来利用光阑快速切换装置实现在扫描过程中实时切换光阑,一次扫描成像过程中采集具有多会聚角的衍射图案,最终实现直接的高分辨高衬度成像,有望成为新的实用高分辨成像技术,用于生物、轻元素等样品成像。