實(shí)驗(yàn)室X射線相襯成像技術(shù)—核心調(diào)制和探測(cè)器件技術(shù)分析(下)
上篇我們談到了使用毛細(xì)管調(diào)制來(lái)提高光源利用率以及采用單光柵/掩模法來(lái)降低系統(tǒng)復(fù)雜度的兩種思路,下面我們來(lái)談?wù)勱P(guān)于光柵/微結(jié)構(gòu)技術(shù)指標(biāo)權(quán)衡、高能大視場(chǎng)器件選擇的其他思路。
2.1
大視場(chǎng)光柵/微結(jié)構(gòu)—成本vs指標(biāo)

不同厚度金箔的X射線能量透過(guò)率

透過(guò)率對(duì)邊緣增強(qiáng)效果的影響
周期:3±0.1μm;占空比:0.5±0.05;光柵面積:50mm x 50mm;光柵厚度:25-29μm




2.2
二維光柵/微結(jié)構(gòu)—成本vs指標(biāo)

不同厚度金箔的 X 射線能量透過(guò)率
結(jié)合實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景,選擇合適的技術(shù)路線和技術(shù)參數(shù),將微結(jié)構(gòu)尺度控制在15-30μm 范圍,深寬比甚至可以達(dá)到30;那么無(wú)論是從技術(shù)實(shí)行難度還是成本方面,都是非常有意義的。這些能力也完全能夠支撐邊緣照明技術(shù)路線的微結(jié)構(gòu)制作。可以看到,400μm 的厚度,完全可以支撐 60-80keV 的高能應(yīng)用。
高縱橫比針孔


3.1
高能大視場(chǎng)相襯的技術(shù)路線和器件簡(jiǎn)析
光柵法相襯成像


但這種方式犧牲了一維方向上的視場(chǎng)。既然光柵這條路不好走,那么我們可能需要轉(zhuǎn)換思路。
對(duì)于光源來(lái)說(shuō),100KV 以上的微焦點(diǎn)光源是可以獲得的,但是其光通量必然較低。在高投影放大倍數(shù)的情況下,落到每一個(gè)像素的光子數(shù)極其有限。顯然,如果要用同軸法來(lái)實(shí)現(xiàn)高能的寬視場(chǎng)相襯成像,對(duì)探測(cè)器的要求有:小像素、低串?dāng)_以保證高空間分辨、高能高靈敏響應(yīng)以保證實(shí)驗(yàn)效率、視場(chǎng)大小則制約樣品尺寸。

8μm 像素的直接探測(cè)型4K芯片

a-Se CMOS 探測(cè)器 BrillianSe?
APS 線站上進(jìn)行分辨率測(cè)試的裝置照片及測(cè)試結(jié)果:


APS Beamline 1-BM;21keV, 250ms, 100幀平均;JIMA RT RC-05分辨率測(cè)試卡
可以看到:無(wú)論是 8μm 的高分辨線對(duì)卡,還是 15-30μm 的低分辨卡,強(qiáng)度調(diào)制都非常明顯。說(shuō)明 BrillianSe? 的空間分辨能力非常優(yōu)秀。
接下來(lái)通過(guò)刀邊成像,提取線分布函數(shù):

146pixels x 274-pixels ROI

可以看到:其半高全寬為 9.7μm,僅為像素尺寸的1.1倍。而同樣是 9μm 像素的間接探測(cè) CCD 相機(jī)參數(shù):其點(diǎn)擴(kuò)散(FWHM = 27μm),一般是像素尺寸的 3 倍。所以,這個(gè)數(shù)據(jù)再次說(shuō)明,直接探測(cè)型 a-Se CMOS 探測(cè)器的空間分辨能力是非常優(yōu)越的。

同時(shí),這款探測(cè)器是直接探測(cè),具有天然的靈敏度優(yōu)勢(shì),其采用100μm 厚的 a-Se 傳感器,高能響應(yīng)可以覆蓋100keV。所以,該款探測(cè)器為高能寬視場(chǎng)同軸相襯成像的實(shí)現(xiàn)提供了可能。
a-Se CMOS 探測(cè)器 BrillianSe? 測(cè)試結(jié)果:

陶瓷封裝的內(nèi)部 IC 直徑為 24μm 的金屬線

直徑為 8μm 的軟排線
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