创新进展｜北科院辐射所在X射线鬼成像方面取得新进展

“鬼”成像（ghost imaging），又称关联成像或者双光子成像，是一种基于光场涨落的量子或者经典关联特性，通过测量参考光场与目标探测光场之间的强度关联函数可以非局域地获取目标图像信息的新型成像技术。基于Glauber的二阶相干函数理论，X射线鬼成像的分辨率取决于掩膜调制X射线束得到的散斑平均尺寸。为了提高鬼成像分辨率，理论上只要散斑尺寸越小，则分辨率越高，然而在掩膜强度调制方案中，当散斑尺寸越小时，散斑的衬度则越低，相应地，Glauber值就越小，而这将降低成像质量。若能在不降低掩膜对散斑衬度的前提下，提升X射线鬼成像的分辨率，则可以提升成像系统的性能。

图1.多毛细管X光透镜

在实际应用中，我们更希望在感兴趣的区域内获得高分辨率和高可见度的细节信息，对于其他成像区域，只需要在低分辨的条件下获得成像结果即可。因此，为了实现这一目标，北京市科学技术研究院辐射技术研究所（以下简称“辐射所”）研究团队将多毛细管X光透镜（图1）应用于X射线鬼成像系统中，提出了一种基于掩膜强度调制的改进型X射线鬼成像方案（图2）。

图3.无透镜方案和改进后的会聚透镜方案成像结果对比

多毛细管X光透镜是一种由几十至上百万根微米级中空玻璃纤维构成的X射线光学调控器件，研究团队正是利用多毛细管X光透镜的每个玻璃纤维都能进行点对点成像的特点，选用了一个入射端大于出射端的多毛细管X光会聚透镜，作为X射线鬼成像系统掩膜的图像缩小器，实现了在不降低掩膜散斑衬度的同时又缩小了散斑尺寸，有效增大了鬼成像系统的分辨率。以狭缝作为实验样品，研究团队分别采用无透镜和有透镜的X射线鬼成像装置对其进行成像，实验结果显示（图3），采用无透镜方案和会聚透镜方案，测得的成像系统分辨率分别约为166𝜇m和55𝜇m，由此表明，毛细管X光透镜的加入使成像系统分辨率提升了约3倍。

该研究为高分辨X射线鬼成像提供了新方案，并以“Resolution-enhanced x-ray ghost imaging with polycapillary optics”为题发表于国际知名SCI期刊Applied Physics Letters。辐射所与北京师范大学联合培养博士研究生李惠泉为论文第一作者，辐射所副研究员孙学鹏和北京师范大学孙天希教授为共同通讯作者。该研究成果获得了国家重点研发计划基础科研条件与重大科学仪器设备研发、国家自然科学基金、北京市科学技术研究院创新工程和创新培育等项目的资助，北京市科学技术研究院和北京师范大学在研究过程中提供了大力支持和帮助。

（辐射技术研究所 文/图）

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