Параболические решетки усиливают X

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 9624 (2023) Цитировать эту статью

532 доступа

4 Альтметрика

Подробности о метриках

В рентгеновской интерферометрии Тальбота на основе решеток волновая природа рентгеновского излучения используется для создания фазово-контрастных изображений объектов, которые не создают достаточного контраста в традиционных рентгеновских изображениях, основанных на поглощении рентгеновских лучей. Фазовая чувствительность этого интерферометрического метода пропорциональна длине интерферометра и обратно пропорциональна периоду решеток. Однако ограниченная пространственная когерентность рентгеновских лучей ограничивает максимальную длину интерферометра, а возможность получения решеток с меньшим периодом ограничена производственным процессом. Здесь мы предлагаем новую оптическую конфигурацию, в которой вместо бинарной фазовой решетки используется комбинация собирающейся параболической матрицы микролинз и рассеивающей матрицы микролинз. Без изменения периода решетки или длины интерферометра фазовый сигнал усиливается, поскольку отклонение луча образцом усиливается за счет массива пар сходящихся-расходящихся микролинз. Мы демонстрируем, что сигнал дифференциальной фазы, обнаруженный с помощью предложенной нами установки, в два раза превышает сигнал интерферометра Тальбота, использующего ту же решетку бинарного поглощения и с тем же общим расстоянием между решетками.

С тех пор, как в 18951 году было получено первое рентгеновское изображение, рентгеновское абсорбционно-контрастное изображение стало стандартным инструментом для диагностической медицинской визуализации и неразрушающего контроля. Несмотря на широкое распространение, генерируемый контраст при визуализации рентгеновского поглощения низок для слабопоглощающих материалов, например, материалов с низким атомным номером Z2. Экспериментальная реализация рентгеновской фазово-контрастной визуализации3 предоставила дополнительную информацию о контрасте поглощения, основанную на том факте, что сечение фазового сдвига атомного взаимодействия примерно в тысячу раз больше сечения поглощения.

Методы рентгеновской фазовой визуализации подразделяются на: двухлучевую интерферометрию3, визуализацию с дифракционным усилением4, визуализацию на основе распространения5, когерентную дифракционную визуализацию6 и решеточную интерферометрию7,8. Среди них рентгеновская фазовая визуализация с помощью решеточной интерферометрии, точнее, рентгеновская интерферометрия Тальбота, привлекла внимание из-за ее гибкости в использовании даже с лабораторным источником рентгеновского излучения. Он использует эффект самоизображения (или дробный эффект Тальбота), генерируемый фазовой решеткой (называемой G1). Когда образец помещается перед G1 или позади него, собственное изображение смещается вбок из-за преломления образца. Смещение анализируется второй решеткой, которая представляет собой решетку поглощения (обозначаемую G2) и размещается в положении собственного изображения с особенно высокой видимостью, что называется условием дробного эффекта Тальбота. Детектор изображения, расположенный за G2, записывает муаровые изображения, которые являются результатом суперпозиции собственного изображения и функции пропускания G2.

Чувствительность интерференции Тальбота к рефракции обратно пропорциональна периоду решетки. Однако, поскольку структура с высоким соотношением сторон необходима особенно для G2, возможности изготовления решеток ограничивают наименьший достижимый период9,10. Фазовый сигнал также пропорционален расстоянию между G1 и G2, поскольку смещение собственного изображения пропорционально межрешеточному расстоянию. Однако увеличение расстояния интеграции требует более высокой поперечной когерентности освещающего рентгеновского излучения8. Кроме того, геометрические ограничения компактных установок ограничивают максимальное расстояние между решетками.

Здесь мы предлагаем оптическую схему, в которой используются сходящиеся и расходящиеся параболические матрицы микролинз вместо бинарной решетки (G1) в интерферометрической установке Талбота. Цель состоит в том, чтобы представить механизм повышения чувствительности интерферометрии Тэлбота без уменьшения периода решетки или увеличения расстояния между решетками. В установке сходящаяся вогнутая параболическая матрица микролинз (L1) размещается позади интересующего образца, а расходящаяся выпуклая параболическая матрица микролинз (L2) расположена в пределах фокусного расстояния L1. Функция комбинации L1 и L2 соответствует G1 в интерферометре Тальбота, но кроме того усиливается угол отклонения луча, вызванный преломлением на образце. Самоизображение с усиленным латеральным сдвигом анализируется G2 так же, как и интерферометр Тальбота.