We demonstrate the fabrication of a 2D Compound Array Refractive Lens (CARL) for multi-contrast X-ray imaging. The CARL consists of six stacked polyimide foils with each displaying a 2D array of lenses with a 65 μm pitch aiming for a sensitivity on sub-micrometer structures with a (few-)micrometer resolution in sensing through phase and scattering contrast at multiple keV. The parabolic lenses are formed by indents in the foils by a paraboloid needle. The ability for fast single-exposure multi-contrast imaging is demonstrated by filming the kinetics of pulsed laser ablation in liquid. The three contrast channels, absorption, differential phase, and scattering, are imaged with a time resolution of 25 μs. By changing the sample-detector distance, it is possible to distinguish between nanoparticles and microbubbles.

1.
H. H.
Wen
,
E. E.
Bennett
,
R.
Kopace
,
A. F.
Stein
, and
V.
Pai
,
Opt. Lett.
35
,
1932
(
2010
).
2.
H.
Wen
,
E. E.
Bennett
,
M. M.
Hegedus
, and
S.
Carroll
,
IEEE Trans. Med. Imaging
27
,
997
(
2008
).
3.
A.
Velroyen
,
A.
Yaroshenko
,
D.
Hahn
,
A.
Fehringer
,
A.
Tapfer
,
M.
Müller
,
P. B.
Noël
,
B.
Pauwels
,
A.
Sasov
,
A.
Yildirim
,
O.
Eickelberg
,
K.
Hellbach
,
S. D.
Auweter
,
F. G.
Meinel
,
M. F.
Reiser
,
M.
Bech
, and
F.
Pfeiffer
,
EBioMedicine
2
,
1500
(
2015
).
4.
M.
Bech
,
A.
Tapfer
,
A.
Velroyen
,
A.
Yaroshenko
,
B.
Pauwels
,
J.
Hostens
,
P.
Bruyndonckx
,
A.
Sasov
, and
F.
Pfeiffer
,
Sci. Rep.
3
,
3209
(
2013
).
5.
F.
Pfeiffer
,
M.
Bech
,
O.
Bunk
,
P.
Kraft
,
E. F.
Eikenberry
,
C.
Brönnimann
,
C.
Grünzweig
, and
C.
David
,
Nat. Mater.
7
,
134
(
2008
).
6.
S. A.
McDonald
,
F.
Marone
,
C.
Hintermüller
,
G.
Mikuljan
,
C.
David
,
F.
Pfeiffer
, and
M.
Stampanoni
,
J. Synchrotron Rad.
16
,
562
(
2009
).
7.
T.
dos Santos Rolo
,
S.
Reich
,
D.
Karpov
,
S.
Gasilov
,
D.
Kunka
,
E.
Fohtung
,
T.
Baumbach
, and
A.
Plech
, preprint arXiv:1802.10045 (
2018
).
8.
K. S.
Morgan
,
D. M.
Paganin
, and
K. K. W.
Siu
,
Opt. Express
19
,
19781
(
2011
).
9.
F. A.
Vittoria
,
M.
Endrizzi
,
P. C.
Diemoz
,
A.
Zamir
,
U. H.
Wagner
,
C.
Rau
,
I. K.
Robinson
, and
A.
Olivo
,
Sci. Rep.
5
,
16318
(
2015
).
10.
A.
Snigirev
,
V.
Kohn
,
I.
Snigireva
, and
B.
Lengeler
,
Nature
384
,
49
(
1996
).
11.
B.
Lengeler
,
J.
Tümmler
,
A.
Snigirev
,
I.
Snigireva
, and
C.
Raven
,
J. Appl. Phys.
84
,
5855
(
1998
).
12.
B.
Lengeler
,
C. G.
Schroer
,
J.
Tümmler
,
B.
Benner
,
M.
Richwin
,
A.
Snigirev
,
I.
Snigireva
, and
M.
Drakopoulos
,
J. Synchrotron Rad.
6
,
1153
(
1999
).
13.
E.
Kornemann
,
O.
Márkus
,
A.
Opolka
,
T.
Zhou
,
I.
Greving
,
M.
Storm
,
C.
Krywka
,
A.
Last
, and
J.
Mohr
,
Opt. Express
25
,
22455
(
2017
).
14.
S.
Gasilov
,
A.
Mittone
,
T.
dos Santos Rolo
,
S.
Polyakov
,
S.
Zholudev
,
S.
Terentyev
,
V.
Blank
,
A.
Bravin
, and
T.
Baumbach
,
J. Synchrotron Rad.
24
,
1137
(
2017
).
15.
M.
Lyubomirskiy
,
I.
Snigireva
,
V.
Kohn
,
S.
Kuznetsov
,
V.
Yunkin
,
G.
Vaughan
, and
A.
Snigirev
,
J. Synchrotron Rad.
23
,
1104
(
2016
).
16.
M. A.
Piestrup
,
X-ray and Neutron Imaging
, US patent US6992313B2 (
2003
).
17.
V. P.
Nazmov
,
J.
Mohr
,
H.
Vogt
,
R.
Simon
, and
S.
Diabaté
,
J. Micromech. Microeng.
24
,
075005
(
2014
).
18.
S.
Ibrahimkutty
,
P.
Wagener
,
A.
Menzel
,
A.
Plech
, and
S.
Barcikowski
,
Appl. Phys. Lett.
101
,
103104
(
2012
).
19.
S.
Ibrahimkutty
,
P.
Wagener
,
T.
dos Santos Rolo
,
D.
Karpov
,
A.
Menzel
,
T.
Baumbach
,
S.
Barcikowski
, and
A.
Plech
,
Sci. Rep.
5
,
16313
(
2015
).
20.
H.
Zeng
,
X. W.
Du
,
S. C.
Singh
,
S. A.
Kulinich
,
S.
Yang
,
J.
He
, and
W.
Cai
,
Adv. Funct. Mater.
22
,
1333
(
2012
).
21.
D.
Zhang
,
B.
Gökce
, and
S.
Barcikowski
,
Chem. Rev.
117
,
3990
(
2017
).
22.
P.
Wagener
,
S.
Ibrahimkutty
,
A.
Menzel
,
A.
Plech
, and
S.
Barcikowski
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
15
,
3068
(
2013
).
23.
A.
Letzel
,
B.
Gökce
,
P.
Wagener
,
S.
Ibrahimkutty
,
A.
Menzel
,
A.
Plech
, and
S.
Barcikowski
,
J. Phys. Chem. C
121
,
5356
(
2017
).
24.
H. R.
Beguiristain
,
J. T.
Cremer
,
M. A.
Piestrup
,
R. H.
Pantell
,
C. K.
Gary
, and
J.
Feinstein
,
Proc. SPIE
4144
,
155
164
(
2000
).
25.
R. H.
Pantell
,
J.
Feinstein
,
H. R.
Beguiristain
,
M. A.
Piestrup
,
C. K.
Gary
, and
J. T.
Cremer
,
Rev. Sci. Instrum.
72
,
48
(
2001
).
26.
T.
dos Santos Rolo
,
A.
Ershov
,
T.
van de Kamp
, and
T.
Baumbach
,
Proc. Natl. Acad. Sci.
111
,
3921
(
2014
).
27.
T.
Donath
,
M.
Chabior
,
F.
Pfeiffer
,
O.
Bunk
,
E.
Reznikova
,
J.
Mohr
,
E.
Hempel
,
S.
Popescu
,
M.
Hoheisel
,
M.
Schuster
,
J.
Baumann
, and
C.
David
,
J. Appl. Phys.
106
,
054703
(
2009
).
28.
H.
Wen
,
E. E.
Bennett
,
M. M.
Hegedus
, and
S.
Rapacchi
,
Radiology
251
,
910
(
2009
).
29.
F. A.
Vittoria
,
G. K. N.
Kallon
,
D.
Basta
,
P. C.
Diemoz
,
I. K.
Robinson
,
A.
Olivo
, and
M.
Endrizzi
,
Appl. Phys. Lett.
106
,
224102
(
2015
).
30.
T.
Koenig
,
M.
Zuber
,
B.
Trimborn
,
T.
Farago
,
P.
Meyer
,
D.
Kunka
,
F.
Albrecht
,
S.
Kreuer
,
T.
Volk
,
M.
Fiederle
, and
T.
Baumbach
,
Phys. Med. Biol.
61
,
3427
(
2016
).
31.
S.
Kaeppler
,
F.
Bayer
,
T.
Weber
,
A.
Maier
,
G.
Anton
,
J.
Hornegger
,
M.
Beckmann
,
P. A.
Fasching
,
A.
Hartmann
,
F.
Heindl
,
T.
Michel
,
G.
Oezguel
,
G.
Pelzer
,
C.
Rauh
,
J.
Rieger
,
R.
Schulz-Wendtland
,
M.
Uder
,
D.
Wachter
,
E.
Wenkel
, and
C.
Riess
, “
Signal decomposition for x-ray dark-field imaging
,” in
MICCAI 2014, Part I
, edited by
P.
Golland
,
N.
Hata
,
C.
Barillot
,
J.
Hornegger
, and
R.
Howe
(
Springer International Publishing
,
2014
), pp.
170
177
.
32.
M.
Endrizzi
,
P. C.
Diemoz
,
T. P.
Millard
,
J.
Louise Jones
,
R. D.
Speller
,
I. K.
Robinson
, and
A.
Olivo
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
024106
(
2014
).
33.
Y.
Liu
,
B.
Ahr
,
A.
Linkin
,
G. J.
Diebold
, and
C.
Rose-Petruck
,
Opt. Lett.
36
,
2209
(
2011
).
34.
C.
David
,
B.
Nöhammer
,
H. H.
Solak
, and
E.
Ziegler
,
Appl. Phys. Lett.
81
,
3287
(
2002
).
35.
S.
Reich
,
P.
Schönfeld
,
A.
Letzel
,
S.
Kohsakowski
,
M.
Olbinado
,
B.
Gökce
,
S.
Barcikowski
, and
A.
Plech
,
ChemPhysChem
18
,
1084
(
2017
).
36.
S.
Reich
,
P.
Schönfeld
,
P.
Wagener
,
A.
Letzel
,
S.
Ibrahimkutty
,
B.
Gökce
,
S.
Barcikowski
,
A.
Menzel
,
T.
dos Santos Rolo
, and
A.
Plech
,
J. Colloid Interface Sci.
489
,
106
(
2017
).
37.
S.
Reich
,
J.
Göttlicher
,
A.
Letzel
,
B.
Gökce
,
S.
Barcikowski
,
T.
dos Santos Rolo
,
T.
Baumbach
, and
A.
Plech
,
Appl. Phys. A
124
,
71
(
2018
).
38.
S. K.
Lynch
,
V.
Pai
,
J.
Auxier
,
A. F.
Stein
,
E. E.
Bennett
,
C. K.
Kemble
,
X.
Xiao
,
W.-K.
Lee
,
N. Y.
Morgan
, and
H. H.
Wen
,
Appl. Opt.
50
,
4310
(
2011
).
40.
F.
Prade
,
A.
Yaroshenko
,
J.
Herzen
, and
F.
Pfeiffer
,
EPL
112
,
68002
(
2015
).
41.
A. F.
Stein
,
J.
Ilavsky
,
R.
Kopace
,
E. E.
Bennett
, and
H.
Wen
,
Opt. Express
18
,
13271
(
2010
).
42.
S.
Kohsakowski
,
A.
Santagata
,
M.
Dell'Aglio
,
A.
de Giacomo
,
S.
Barcikowski
,
P.
Wagener
, and
B.
Gökce
,
Appl. Surf. Sci.
403
,
487
(
2017
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.