Mesure de faisceau de rayons X Cohérence le long de plusieurs directions à l'aide de 2-D Damier Phase caillebotis
Summary
La procédure de protocole de mesure et d'analyse de données sont données pour l'obtention d'une cohérence transversale d'une source de rayons X du rayonnement synchrotron selon quatre directions simultanément à l'aide d'une seule phase de damier 2-D réseau. Cette technique simple peut être appliquée pour toutes transversale cohérence caractérisation des sources de rayons X et de l'optique X-ray.
Abstract
Une procédure d'une technique permettant de mesurer la cohérence transversale des sources de rayons X rayonnement synchrotron en utilisant une seule phase interférométrique réseau est signalée. Les mesures ont été démontrées au 1-BM aimant de courbure de la ligne de lumière Advanced Photon Source (APS) à l'Argonne National Laboratory (ANL). En utilisant un damier 2-D / 2 déphasage réseau, longueurs de cohérence transversales ont été obtenues le long des directions verticales et horizontales ainsi que le long des 45 ° et 135 ° directions à la direction horizontale. Suivant les caractéristiques techniques énoncées dans le présent document, interférogrammes ont été mesurés à différentes positions en aval du réseau de phase suivant la direction de propagation du faisceau. Les valeurs de visibilité de chaque interférogramme ont été extraites de l'analyse des pics harmoniques dans son image transformée de Fourier. Par conséquent, la longueur de cohérence le long de chaque direction peut être extraite de l'évolution de la visibilité en fonction de la grille à détector la distance. La mesure simultanée de longueurs de cohérence dans quatre directions ont permis d'identifier la forme elliptique de la zone de cohérence de la source de rayons X en forme de gaussienne. La technique rapportée pour plusieurs cohérence direction de caractérisation est important pour le choix de la taille et l'orientation appropriée de l'échantillon, ainsi que pour corriger les effets de la cohérence partielle dans les expériences de diffusion de cohérence. Cette technique peut également être appliquée pour évaluer la cohérence en préservant les capacités de l'optique X-ray.
Introduction
Les rayons X durs sources de rayonnement synchrotron de troisième génération, tels que l'APS à ANL, Lemont, IL, USA (http://www.aps.anl.gov), ont eu des répercussions considérables sur le développement des sciences de rayons X . Une source de rayonnement synchrotron génère un spectre de radiations électromagnétiques, de l'infrarouge aux longueurs d'onde des rayons X, lorsque des particules chargées, telles que des électrons, sont faits pour se déplacer près de la vitesse de la lumière dans une orbite circulaire. Ces sources ont des propriétés uniques telles que la haute luminosité, structure temporelle pulsée et pico-seconde, et une grande cohérence spatiale et temporelle. Faisceau de rayons X cohérence spatiale est un paramètre important des troisième et quatrième sources de rayonnement synchrotron de production et le nombre d'expériences faisant usage de cette propriété a considérablement augmenté au cours des deux dernières décennies 1. Les futures mises à jour de ces sources, telles que le réseau prévu achromat Multi-coude (MBA) pour l'anneau de stockage APS, va considérablement augmenter le flux cohérent de faisceau (http: //www.aps.anl.gov/Upgrade/). Le faisceau de rayons X peut être réglée au moyen d'un monochromateur à cristal pour parvenir à une cohérence temporelle plus élevée. La cohérence transversale des sources de rayonnement synchrotron est nettement supérieure à celle des sources à cause du faible émittance de faisceau d'électrons et longue distance de propagation de la source vers la station expérimentale de rayons X à base de laboratoire.
Normalement, expérience en double sténopé ou double fente de Young est utilisé pour mesurer la cohérence spatiale du faisceau à travers l'inspection de la visibilité des franges d'interférence 2. Pour obtenir la fonction de cohérence complexe complet (CCF), des mesures systématiques sont nécessaires avec les deux fentes placées à des positions différentes avec différentes séparations, ce qui est, en particulier pour les rayons X durs, encombrants et peu pratiques. De façon uniforme Redundant Array (URA) peut également être utilisé pour la mesure de la cohérence du faisceau en utilisant comme masque à déphasage 3. Bien que la technique peut fournir le CCF complet, Il est sans modèle. Plus récemment, les techniques interférométriques basées sur l'effet Talbot ont été développés en utilisant la propriété d'auto-imagerie d'objets périodiques. Ces interféromètres font usage de la visibilité de l' interférogramme mesuré à quelques distances d' auto-imagerie en aval du réseau pour obtenir la poutre transversale cohérence 4-9. Les mesures de cohérence transversale en utilisant deux systèmes de réseau est également rapporté 7.
Cartographie de la cohérence de poutre transversale, simultanément dans des directions verticales et horizontales a d' abord été rapportée par JP Guigay et al. 5. Récemment, les scientifiques du Groupe Optique, Division de la science des rayons X (XSD), de l' APS ont rapporté deux nouvelles techniques pour mesurer faisceau transverses cohérence le long de plus de deux directions simultanément en utilisant deux méthodes: l' une avec une phase de checkerboard caillebotis 8, et l'autre avec une phase circulaire réseau 9.
Dans cet article, la mesuret les procédures d'analyse des ement données sont décrites pour obtenir la cohérence transversale du faisceau le long de 0 °, 45 °, 90 °, 135 ° et les directions par rapport à la direction horizontale, en même temps. Les mesures ont été effectuées à la ligne de lumière 1-BM de l'APS avec / 2 de la phase d'un réseau en damier. Les détails de cette technique figurant dans les sections de protocole comprennent: 1) la planification de l'expérience; 2) Préparation du 2-d phase de réseau en damier; 3) la configuration de l'expérience et de l'alignement à l'installation de synchrotron; 4) effectuer des mesures de cohérence; 5) l'analyse des données. En outre, les résultats représentatifs sont présentés pour illustrer la technique. Ces procédures peuvent être effectuées à de nombreux beamlines synchrotron avec un minimum de changements sur la conception de réseau.
Protocol
Representative Results
Discussion
La figure 5 représente la longueur de cohérence transversale estimée selon les quatre directions. De toute évidence, la direction de 90 ° a ξ supérieur θ par rapport à 0 ° direction. Etant donné que l'optique de ligne de lumière a un effet négligeable sur la cohérence du faisceau à l'emplacement relatif de réseau, la zone de cohérence mesurée est inversement proportionnelle à la source de la zone de taille. La technique de mesure de cohérence fais…
Disclosures
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
References
- 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).
