Измерение рентгеновского луча когерентность вдоль нескольких направлениях с помощью 2-D Клетчатый фазовой дифракционной решетки
Summary
Процедура протокола измерения и анализа данных приведены для получения поперечной когерентности источника рентгеновского синхротронного излучения вдоль четырех направлениях одновременно с использованием одной фазы шахматной доски 2-D решетки. Этот простой метод может быть применен для полной поперечной когерентности характеристик источников рентгеновского излучения и рентгеновской оптики.
Abstract
Процедура методики для измерения поперечной когерентности синхротронного излучения рентгеновских источников с использованием одной фазовой дифракционной решетки интерферометр сообщается. Измерения были продемонстрированы на 1-BM изгибающего магнита пучкового от Advanced Photon Source (APS) в Аргоннской национальной лаборатории (ANL). При использовании 2-D Checkerboard л / 2 фазовый сдвиг решетки, поперечные длины когерентности были получены по вертикали и по горизонтали, а также по 45 ° и 135 ° направления в горизонтальном направлении. После технических деталей, указанных в настоящем документе, интерферограммы были измерены в разных позициях вниз по течению от фазовой решетки вдоль направления распространения луча. Видимость значения каждого интерферограммы были извлечены из анализа гармонических пиков в его Фурье-образа. Следовательно, длина когерентности вдоль каждого направления могут быть извлечены из эволюции видимости в зависимости от решетки к DETECТог расстояние. Одновременное измерение длин когерентности в четырех направлениях помогли определить эллиптическую форму области когерентности гауссоподобные источника рентгеновского излучения. Сообщила методика множественного направления когерентности характеристик имеет важное значение для выбора соответствующего размера выборки и ориентации, а также для коррекции частичных эффектов когерентности в когерентности экспериментах по рассеянию. Этот метод также может быть применен для оценки согласованности с сохранением возможности рентгеновской оптики.
Introduction
На жесткий рентгеновские источники синхротронного излучения третьего поколения, такие как APS в ANL, Лемонт, Иллинойс, США (http://www.aps.anl.gov), оказали огромное влияние на развитие рентгеновских наук , Источник синхротронного излучения генерирует спектр электромагнитных излучений, от инфракрасного до рентгеновского излучения длин волн, когда заряженные частицы, такие как электроны, которые сделаны, чтобы двигаться почти со скоростью света по круговой орбите. Эти источники имеют очень уникальные свойства, такие как высокая яркость, импульсного и Пикосекундные структуры синхронизации, а также большой пространственной и временной когерентности. Рентгеновский луч пространственной когерентности является важным параметром , третьего и четвертого поколения источников синхротронного и количество экспериментов , что делает использование этого свойства резко возросло за последние два десятилетия 1. Будущие обновления этих источников, таких, как планировалось Multi-прогиб ахроматический (MBA) решетки для накопительного кольца APS, позволит значительно увеличить поток луча когерентного (HTTP: //www.aps.anl.gov/Upgrade/). Рентгеновский луч может быть настроен с использованием кристалла-монохроматора для достижения более высокой временной когерентности. Поперечная когерентность источников синхротронного значительно выше, чем у лабораторных на основе рентгеновских источников из-за эмиттансу низкой электронно-лучевой и дальние расстояния распространения от источника до опытной станции.
Как правило, дважды обскура или двухщелевой эксперимент Юнга используется для измерения пространственной когерентности пучка посредством инспекции видимости интерференционных полос 2. Для получения полного комплекса Coherence Function (CCF), систематические измерения необходимы с двумя прорезями, расположенных в разных местах с различными разлук, который, особенно для жестких рентгеновских лучей, громоздкими и непрактичными. Равномерно Избыточный массив (АПГ) также может быть использован для измерения когерентности пучка с использованием его в качестве сдвига фазы маски 3. Хотя техника может обеспечить полную CCF, Это не безмодельный. Совсем недавно были разработаны методы интерферометрии на основе эффекта Тальбота с использованием самоизображения свойства периодических объектов. Эти интерферометры используют видимость интерферограммы , измеренной на нескольких дистанциях самоизображения вниз по потоку от решетки для получения поперечной когерентности пучка 4-9. Измерения поперечной когерентности с помощью двух дифракционных решеток системы также сообщили 7.
Картографирование когерентности поперечную балку, одновременно по вертикали и по горизонтали первым сообщил JP Guigay и др. 5. В последнее время ученые в оптике Group, рентгеновским Science Division (XSD), АПС сообщили два новых метода для измерения луча пробегает когерентности вдоль более двух направлениях одновременно , используя два метода: один с фазовым шахматная решетка 8, а другой с круговой фазовая решетка 9.
В данной работе измерения дление и анализ данных процедуры описаны для получения поперечной когерентности пучка вдоль 0 °, 45 °, 90 ° и 135 ° относительно направления в горизонтальном направлении, одновременно. Измерения проводились на 1-BM пучкового АФС с шахматной доски П фазы / 2 решетки. Детали этого метода, перечисленных в секциях протоколов включают в себя: 1) планирование эксперимента; 2) подготовка шахматным фазы 2-й решетки; 3) Настройка эксперимента и выравнивание на синхротроне объекте; 4) выполнение измерений когерентности; 5) анализ данных. Кроме того, представитель результаты приведены для иллюстрации техники. Эти процедуры могут быть проведены на многих синхротронного beamlines с минимальными изменениями на решетке конструкции.
Protocol
Representative Results
Discussion
На рисунке 5 показана оцененная длина поперечной когерентности вдоль всех четырех направлениях. Очевидно, что направление 90 ° , имеет более высокий £ , & thetas по сравнению с 0 ° направлении. Поскольку пучкового оптика имеет пренебрежимо малое влияние на когерент…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Use of the Advanced Photon Source and Center for Nanoscale Materials, Office of Science User Facilities operated for the U.S. Department of Energy (DOE) Office of Science by Argonne National Laboratory, was supported by the U.S. DOE under Contract No. DE-AC02-06CH11357. We acknowledge Dr. Han Wen, NHLBI / National Institutes of Health, Bethesda, MD 20892, USA, for many helpful suggestions during the data processing.
Materials
Referenzen
- Als-Nielsen, J., McMorrow, D. . Elements of Modern X-ray Physics. , (2011).
- Born, M., Wolf, E. . Principle of Optics. , (1999).
- Lin, J. J. A., et al. Measurement of the Spatial Coherence Function of Undulator Radiation using a Phase Mask. Phys. Rev. Lett. 90 (7), 074801 (2003).
- Cloetens, P., Guigay, J. P., De Martino, C., Baruchel, J., Schlenker, M. Fractional Talbot imaging of phase gratings with hard X-rays. Opt. Lett. 22 (14), 1059-1061 (1997).
- Guigay, J. P., et al. The partial Talbot effect and its use in measuring the coherence of synchrotron X-rays. J. Synchrotron Rad. 11, 476-482 (2004).
- Kluender, R., Masiello, F., Vaerenbergh, P. V., Härtwig, J. Measurement of the spatial coherence of synchrotron beams using the Talbot effect. Phys. Status Solidi A. 206 (8), 1842-1845 (2009).
- Pfeiffer, F., et al. Shearing Interferometer for Quantifying the Coherence of Hard X-Ray Beams. Phys. Rev. Lett. 94 (1-4), 164801 (2005).
- Marathe, S., et al. Probing transverse coherence of x-ray beam with 2-D phase grating interferometer. Opt. Express. 22 (12), 14041-14053 (2014).
- Shi, X., et al. Circular grating interferometer for mapping transverse coherence area of X-ray beams. Appl. Phys. Lett. 105 (1-6), 041116 (2014).
- Zanette, I., David, C., Rutishauser, S., Weitkamp, T. 2D grating simulation for X-ray phase-contrast and dark-field imaging with a Talbot interferometer. , 73-79 (2010).
