Le réseau de phase pure seul et déctection indirecte

4.4.2 Le réseau de phase pure seul et déctection indirecte

Résumons un peu les points clés de cette étude des diérents interféromètres à réseaux pour mesurer le contraste de phase dans les rayons X. Pour ne pas être limité par la résolution spatiale, il faut utiliser un réseau avec un pas faible. Mais la construction de réseaux d'absorption de pas faible est très délicate en raison du fort rapport d'aspect nécessaire. Cependant, si le réseau possède un pas faible, le pas du système d'interférences qu'il va générer sera faible également, trop faible pour être résolu directement par un détecteur de rayons X. C'est pour cela que la plupart des équipes utilisent un second réseau de transmission qui transforme les franges produites par le réseau de phase en franges de Moiré analysables directement par un détecteur.

Pourtant, une autre solution existe pour ne pas avoir à utiliser un réseau de lecture : la détection indirecte. Son principe est le suivant : un composée chimique appelé scintillateur convertit les photons X en photons visibles, un objectif de microscope collecte les franges d'interférences dans le plan de ce scintillateur an de les grossir et un détecteur visible les enregistre (plus de détails sont donnés dans la suite de ce manuscrit car il s'agit de la méthode que j'ai utilisée pendant ma thèse également).

Cette technique a été utilisé pour la première fois dans l'imagerie de phase en 2007 par Takeda [91]. Il a utilisé un réseau de phase binaire 1D-périodique illuminé par une onde plane

monochromatique de longueur d'ondeλ= 0,07nm, produisant un système de franges dont le pas était de2µm. En plaçant un système de détection indirecte à une distance de Talbot fractionnaire du réseau, il a pu obtenir des images de contraste de phase ainsi qu'une image tomographique d'un polymère, dont la résolution spatiale était de quelques microns.

L'inconvénient de cette technique est qu'elle repose sur l'eet Talbot et qu'elle est donc sensible à la position du détecteur par rapport au réseau et monochromatique.

L'interféromètre développé pendant ma thèse et décrit dans ce manuscrit est inspiré de l'ex-périence de Takeda. Il n'est composé que d'un unique réseau de phase pure, mais 2D-périodique et s'appuie sur un eet particulier appelé eet panchromatique [44].

4.5 Conclusion

Dans ce chapitre, nous avons passé en revue les diérentes techniques permettant d'obtenir des images par contraste de phase dans les rayons X. Nous avons vu que les techniques utilisant des réseaux sont les plus susceptibles de permettre un jour une utilisation industrielle du contraste de phase dans les rayons X. Les dispositifs à réseaux les plus utilisés sont les interféromètres à eet Talbot et ses évolutions, qui nécessitent l'emploi d'un réseau de phase, et d'un ou deux réseaux de transmission. L'un de ces réseaux de transmission est utilisé pour lire les franges produites par le réseau de phase, trop petites pour être détectées directement par un capteur de rayons X. Mais l'utilisation de ce réseau pose des problèmes d'utilisation qui sont très limitants pour le transfert vers l'industrie. C'est pour cela que certaines techniques basées sur l'utilisation d'un unique réseau commencent à émerger. Les techniques utilisant des réseaux d'absorption comme le masque de Hartmann ont produit des résultats intéressants, mais le pas minimal possible pour ces réseaux est trop grand et limite la résolution spatiale de ces méthodes. Une technique utilisant un unique réseau de phase pure 1D-périodique dans son régime de Talbot et un système de détection indirecte a été envisagé. La suite de cette thèse va s'appuyer sur ces travaux pour créer un interféromètre n'utilisant qu'un unique réseau de phase 2D-périodique mais ne reposant pas sur l'eet Talbot.

L'interféromètre à réseau de phase unique (SPGI)

Sommaire

5.1 L'interféromètre monté au synchrotron SOLEIL . . . . 56 5.1.1 La ligne de lumière "Métrologie" du synchrotron SOLEIL . . . 56 5.1.2 Le réseau de phase . . . 59 5.1.3 Le bloc de détection indirecte . . . 63 5.2 Validation théorique du SPGI . . . . 66 5.2.1 Transmittance d'un damier de phase binaire 2D-périodique . . . 66 5.2.2 Propagation de l'éclairement après un damier de phase binaire éclairé

par une onde monochromatique . . . 69 5.2.3 Inuence d'un éclairage polychromatique : apparition d'un régime

pan-chromatique . . . 72 5.2.4 Inuence d'un front d'onde sphérique . . . 76 5.2.5 Inuence de la coherence spatiale de la source . . . 77 5.2.6 Inuence du ltrage lié aux diérents éléments de l'interféromètre . . . 79 5.3 Validation expérimentale du SPGI au synchrotron SOLEIL . . . . . 80 5.3.1 Mesure Expérimentale de la FTM de l'interféromètre . . . 80 5.3.2 Démonstration expérimentale de l'existence du régime panchromatique . 84 5.4 Conclusion . . . . 85 Ce cinquième chapitre présente l'interféromètre à contraste de phase que nous avons déve-loppé pendant cette thèse sur la ligne "Métrologie" du synchrotron SOLEIL. Le principal objectif était de créer un système simple et compatible avec les exigences de l'industrie de l'imagerie en rayons X. Celui-ci sera donc composé d'un unique réseau de phase, d'un système de détection indirecte et d'une source large spectralement. Ce dispositif sera baptisé Single Phase Grating Interferometer ou SPGI. Nous allons montrer que sous certaines conditions, un SPGI peut être une approximation susante de l'Interféromètre à Décalage Quadri-Latéral décrit dans la section 3.3.2 et ainsi créer des gures d'interférences achromatiques, invariantes par propagation et de prol transverse sinusoïdal. La première section de ce chapitre est consacrée à la description de la ligne de lumière utilisée au synchrotron et des diérents composants de l'interféromètre. La seconde section est une étude théorique de la propagation après notre réseau, appuyée par des simulations numériques, qui va permettre d'expliquer le principe de fonctionnement de l'interfé-romètre, mais aussi d'évaluer les limitations dues à chacun de ses composants. Enn, la troisième et dernière section sera consacrée à la validation expérimentale du SPGI.

5.1 L'interféromètre monté au synchrotron SOLEIL

Le SPGI que nous avons conçu pour l'imagerie en rayons X est composé de trois éléments : une source de lumière X large spectralement, un damier de phase binaire 2D-périodique et un bloc de détection indirecte. Un schéma global de ce dispositif est représenté en Fig. 5.1. Chacun de ses composants sera présenté dans cette section.

Source

Figure 5.1 L'interféromètre à réseau de phase unique ou SPGI. Il est composé d'une source de rayons X large spectralement, d'un réseau de phase binaire en forme de damier et d'un bloc de détection indirecte lui-même composé d'un scintillateur qui convertit les photons X en photons visibles, d'un objectif de microscope mis au point sur le plan du scintillateur, d'un oculaire et d'un détecteur CCD matriciel visible haute sensibilité.