Grades parabólicas melhoram o X

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 9624 (2023) Citar este artigo

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4 Altmétrico

Detalhes das métricas

Na interferometria Talbot de raios X baseada em grade, a natureza ondulatória da radiação de raios X é explorada para gerar imagens de contraste de fase de objetos que não geram contraste suficiente em imagens convencionais de raios X que dependem da absorção de raios X. A sensibilidade de fase desta técnica interferométrica é proporcional ao comprimento do interferômetro e inversamente proporcional ao período das grades. No entanto, a coerência espacial limitada dos raios X limita o comprimento máximo do interferômetro, e a capacidade de obter grades de período menor é limitada pelo processo de fabricação. Aqui, propomos uma nova configuração óptica que emprega uma combinação de um arranjo de microlentes parabólicas convergentes e um arranjo de microlentes divergentes, em vez de uma rede de fase binária. Sem alterar o período da rede ou o comprimento do interferômetro, o sinal de fase é aprimorado porque a deflexão do feixe por uma amostra é amplificada através do conjunto de pares de microlentes convergentes-divergentes. Demonstramos que o sinal de fase diferencial detectado pela nossa configuração proposta é duas vezes maior que o de um interferômetro Talbot, usando a mesma rede de absorção binária e com a mesma distância geral entre redes.

Desde que a primeira imagem de raios X foi obtida em 18951, a imagem de absorção-contraste de raios X tornou-se uma ferramenta padrão para diagnóstico por imagem médica e testes não destrutivos. Apesar de seu uso amplamente difundido, o contraste gerado em imagens de absorção de raios X é baixo para materiais de fraca absorção, por exemplo, materiais com baixos números Z atômicos2. A realização experimental de imagens de contraste de fase de raios X3 forneceu informações complementares ao contraste de absorção, com base no fato de que a seção transversal de interação atômica do deslocamento de fase é cerca de mil vezes maior que a seção transversal de absorção.

Os métodos de imagem de fase de raios X são categorizados em: interferometria de dois feixes3, imagem aprimorada por difração4, imagem baseada em propagação5, imagem de difração coerente6 e interferometria de grade7,8. Entre elas, a imagem de fase de raios X com interferometria de grade, mais especificamente a interferometria de raios X Talbot, tem atraído a atenção devido à sua flexibilidade de uso, mesmo com uma fonte de raios X de laboratório. Ele utiliza o efeito de autoimagem (ou efeito Talbot fracionário) gerado por uma grade de fase (referida como G1). Quando uma amostra é colocada na frente ou atrás de G1, a autoimagem é deslocada lateralmente devido à refração da amostra. O deslocamento é analisado pela segunda grade, que é uma grade de absorção (denominada G2) e colocada na posição da autoimagem com uma visibilidade especialmente alta que é denominada condição de efeito Talbot fracionário. O detector de imagens, colocado atrás do G2, registra imagens moiré, que são o resultado da superposição da autoimagem e da função de transmissão do G2.

A sensibilidade da interferência do Talbot à refração é inversamente proporcional ao período da rede. No entanto, uma vez que uma estrutura de alta proporção é necessária especialmente para G2, as capacidades de fabricação de grades limitam o menor período alcançável . O sinal de fase também é proporcional à distância entre G1 e G2, pois o deslocamento da autoimagem é proporcional à distância entre redes. No entanto, aumentar a distância de integração exige maior coerência transversal da iluminação dos raios X8. Além disso, as restrições geométricas em configurações compactas limitam a distância máxima entre redes.

Aqui, propomos um arranjo óptico que usa matrizes de microlentes parabólicas convergentes e divergentes em vez de uma rede binária (G1) em uma configuração interferométrica Talbot. O objetivo é introduzir um mecanismo para aumentar a sensibilidade da interferometria Talbot sem reduzir o período da rede ou aumentar a distância entre redes. Na configuração, um conjunto de microlentes parabólicas côncavas convergentes (L1) é colocado atrás da amostra de interesse, e um conjunto de microlentes parabólicas convexas divergentes (L2) é posicionado dentro da distância focal de L1. A função da combinação de L1 e L2 corresponde a G1 em um interferômetro Talbot, mas além disso, o ângulo de deflexão do feixe causado pela refração na amostra é amplificado. A autoimagem com deslocamento lateral amplificado é analisada pelo G2 da mesma forma que um interferômetro Talbot.