Les réseaux paraboliques améliorent le X

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 9624 (2023) Citer cet article

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Dans l'interférométrie de Talbot à rayons X basée sur un réseau, la nature ondulatoire du rayonnement X est exploitée pour générer des images à contraste de phase d'objets qui ne génèrent pas un contraste suffisant dans l'imagerie à rayons X conventionnelle reposant sur l'absorption des rayons X. La sensibilité de phase de cette technique interférométrique est proportionnelle à la longueur de l'interféromètre et inversement proportionnelle à la période des réseaux. Cependant, la cohérence spatiale limitée des rayons X limite la longueur maximale de l'interféromètre et la possibilité d'obtenir des réseaux de plus petite période est limitée par le processus de fabrication. Nous proposons ici une nouvelle configuration optique qui utilise une combinaison d’un réseau de micro-lentilles paraboliques convergentes et d’un réseau de micro-lentilles divergentes, au lieu d’un réseau de phase binaire. Sans modifier la période du réseau ou la longueur de l'interféromètre, le signal de phase est amélioré car la déviation du faisceau par un échantillon est amplifiée à travers le réseau de paires de micro-lentilles convergentes-divergentes. Nous démontrons que le signal de phase différentielle détecté par la configuration proposée est le double de celui d'un interféromètre Talbot, utilisant le même réseau d'absorption binaire et avec la même distance globale entre les réseaux.

Depuis la prise de la première image radiographique en 18951, l’imagerie par absorption et contraste des rayons X est devenue un outil standard pour l’imagerie médicale diagnostique et les tests non destructifs. Malgré son utilisation répandue, le contraste généré dans l'imagerie par absorption des rayons X est faible pour les matériaux faiblement absorbants, par exemple les matériaux à faible nombre atomique Z2. La réalisation expérimentale de l'imagerie par contraste de phase aux rayons X3 a fourni des informations complémentaires au contraste d'absorption, basées sur le fait que la section efficace d'interaction atomique du déphasage est environ mille fois plus grande que la section efficace d'absorption.

Les méthodes d'imagerie de phase par rayons X sont classées en : interférométrie à deux faisceaux3, imagerie améliorée par diffraction4, imagerie basée sur la propagation5, imagerie par diffraction cohérente6 et interférométrie à réseau7,8. Parmi celles-ci, l'imagerie de phase aux rayons X avec interférométrie à réseau, plus précisément l'interférométrie à rayons X de Talbot, a attiré l'attention en raison de sa flexibilité d'utilisation, même avec une source de rayons X de laboratoire. Il utilise l'effet d'auto-imagerie (ou effet Talbot fractionné) généré par un réseau de phase (appelé G1). Lorsqu'un échantillon est placé devant ou derrière G1, l'image de soi est déplacée latéralement en raison de la réfraction de l'échantillon. Le déplacement est analysé par le deuxième réseau, qui est un réseau d'absorption (appelé G2) et placé à la position de l'image de soi avec une visibilité particulièrement élevée appelée condition de l'effet Talbot fractionnaire. Le détecteur d'images, placé derrière G2, enregistre des images moirées, qui sont le résultat de la superposition de l'image de soi et de la fonction de transmission de G2.

La sensibilité de l'interférence Talbot à la réfraction est inversement proportionnelle à la période du réseau. Cependant, étant donné qu'une structure à rapport d'aspect élevé est nécessaire, en particulier pour le G2, les capacités de fabrication du réseau limitent la période la plus courte possible9,10. Le signal de phase est également proportionnel à la distance entre G1 et G2, puisque le déplacement de l'image de soi est proportionnel à la distance inter-réseau. Cependant, l’augmentation de la distance d’intégration exige une plus grande cohérence transversale de la part des rayons X éclairants8. De plus, les contraintes géométriques des installations compactes limitent la distance maximale entre les réseaux.

Nous proposons ici un arrangement optique qui utilise des réseaux de micro-lentilles paraboliques convergentes et divergentes au lieu d'un réseau binaire (G1) dans une configuration interférométrique Talbot. L'objectif est d'introduire un mécanisme permettant d'améliorer la sensibilité de l'interférométrie de Talbot sans réduire la période du réseau ni augmenter la distance entre les réseaux. Dans la configuration, un réseau de micro-lentilles paraboliques concaves convergentes (L1) est placé derrière l'échantillon d'intérêt, et un réseau de micro-lentilles paraboliques paraboliques convexes divergentes (L2) est positionné dans la distance focale de L1. La fonction de la combinaison de L1 et L2 correspond à G1 dans un interféromètre de Talbot, mais en plus, l'angle de déviation du faisceau provoqué par la réfraction au niveau de l'échantillon est amplifié. L'image de soi avec le décalage latéral amplifié est analysée par G2 de la même manière que celle d'un interféromètre Talbot.