מדידת רנטגן Beam קוהרנטיות לאורך כיוונים מרובים באמצעות 2-D דמקה שלב פומפיה
Summary
הליך ניתוח פרוטוקול מדידת נתונים ניתן להשגת לכידות רוחביות של מקור קרינת synchrotron רנטגן לאורך ארבעה כיוונים בו זמנית באמצעות שלב שחמט יחיד 2-D צורמת. טכניקה פשוטה זו יכולה להיות מיושמת לאפיון קוהרנטיות רוחבי מלא של מקורות רנטגן ואופטיקה רנטגן.
Abstract
הליך עבור טכניקה למדוד את הקוהרנטיות הרוחבית של מקורות רנטגן קרינת synchrotron באמצעות פאזיים אינטרפרומטר הצורמת מדווחת. המדידות היו הפגינו בבית beamline מגנט כיפוף 1-BM של פוטון מתקדם מקור (APS) ב Argonne National Laboratory (ANL). באמצעות 2-D שחמט π / 2 שלב משמרת צורמת, אורכי קוהרנטיות רוחבי התקבלו לאורך כיוונים אנכיים ואופקיים וכן לאורך 45 ° ו -135 ° הכיוונים כדי בכיוון אופקי. בעקבות הפרטים הטכניים המפורטים במאמר זה, interferograms נמדדו בנקודות שונות במורד זרם של השלב הצורם לאורך כיוון התפשטות קורה. ערכי ראות של כל interferogram חולצו מניתוח פסגות הרמוניות בתמונה שינתה הפורה שלה. כתוצאה מכך, אורך קוהרנטיות יחד לכל כיוון ניתן לחלץ מן האבולוציה של נראות כפונקציה של סורג אל detecמרחק טור. המדידה סימולטני של קוהרנטיות אורכים בארבעה כיוונים עזרו לזהות את הצורה האליפטית של האזור הקוהרנטיות של מקור גאוס בצורת X-ray. הטכניקה דיווחה לאפיון קוהרנטיות מרובה בכיוון חשובה לבחירת הגודל וכיוון המדגם המתאים וכן לתיקון ההשפעות קוהרנטיות חלקית בניסויי פיזור קוהרנטיות. טכניקה זו יכולה לחול גם להערכת יכולות שימור קוהרנטיות של אופטיקה רנטגן.
Introduction
מקורות קרינה synchrotron קשה הדור השלישי רנטגן, כגון APS ב ANL, Lemont, אילינוי, ארה"ב (http://www.aps.anl.gov), יש להם השפעה עצומה על התפתחות מדעי רנטגן . מקור קרינת synchrotron מייצר ספקטרום של קרינה אלקטרומגנטית, מ אינפרא אדום באורכי גל רנטגן, כאשר חלקיקים טעונים, כגון אלקטרונים, נועדו לתנועה קרובה למהירות אור מסלול מעגלי. מקורות אלה יש מאפיינים ייחודיים מאוד כגון בהירות גבוהה, פעם ומבנה עיתוי פיקו-שני, ולכידות במרחב ובזמן גדולות. רנטגן הקורה קוהרנטיות מרחבית הוא פרמטר חשוב של מקורות synchrotron הדור השלישי והרביעי ומספר ניסויים ושימוש בקניין זה גדל באופן דרמטי במהלך שני העשורים האחרונים 1. השדרוגים העתיד של מקורות אלה, כגון achromat Multi-בנד המתוכנן (MBA) סריג עבור טבעת אחסון APS, יהיה להגדיל באופן משמעותי את השטף קרן קוהרנטית (http: //www.aps.anl.gov/Upgrade/). קרן X-ray יכולה להיות מכוונת באמצעות monochromator קריסטל להשיג קוהרנטיות זמני גבוה. הקוהרנטיות הרוחבית של מקורות synchrotron היא גבוהה באופן משמעותי מזה של מקורות במעבדות רנטגן בגלל emittance אלומת אלקטרונים הנמוך ומרחק התפשטות ארוך מהמקור לתחנת ניסיוני.
בדרך כלל, הניסוי הכפול-חריר או שני סדקים של יאנג משמש כדי למדוד את קוהרנטיות מרחבית של הקורה דרך הבדיקה של הנראות של בשולי ההפרעה 2. כדי להשיג את הפונקציה קוהרנטיות מכלול המלא (CCF), מדידות שיטתיות נדרשות עם שני החריצים להציב בנקודות שונות עם הפרדות שונות, אשר הן, במיוחד קשה צילומים רנטגן, מסורבל ולא מעשי. באופן אחיד היתירה Array (URA) יכולה לשמש גם למדידת קוהרנטיות הקורה על ידי העסקה זה כשלב הסטת מסכה 3. למרות הטכניקה יכולה לספק את CCF המלא, זה לא נטול מודל. לאחרונה, טכניקות interferometric מבוססות על האפקט טלבוט פותחו באמצעות מאפיין הדמיה-העצמי של חפצים תקופתיים. התאבכות אלה לעשות שימוש הנראות interferogram נמדד מרחקים עצמי הדמיה כמה במורד זרם של הסורג להשגת הלכידות הרוחביות קורה 4-9. מדידות של קוהרנטיות רוחבית באמצעות שתי מערכת צורמת גם מדווחות 7.
מיפוי קוהרנטיות הקרן הרוחבי, בו זמנית לאורך כיוונים אנכיים ואופקיים דווח לראשונה על ידי JP Guigay et al. 5. לאחרונה, מדענים בקבוצת אופטיקה, רנטגן מדע החטיבה (XSD), של APS דיווחו שתי טכניקות חדשות למדידת קרן חוצת קוהרנטיות לאורך יותר משני כיוונים בו זמנית באמצעות שתי שיטות: אחת עם שלב שחמט צורם 8, והשני עם שלב עגול צורם 9.
במאמר זה measurement ונהלי ניתוח נתונים מתוארים להשגת הלכידות הרוחביות של הקורה לאורך 0 °, 45 °, 90 °, ו -135 ° כיוונים ביחס בכיוון האופקי, בו זמנית. המדידות בוצעו על beamline 1-BM של APS עם שלב שחמט π / 2 צורם. הפרטים של הטכניקה הזו המופיעים בסעיפי הפרוטוקול כוללים: 1) תכנון הניסוי; 2) הכנת שלב השחמט 2-ד הצורם: 3) התקנה ויישור ניסוי במתקן סינכרוטרון; 4) ביצוע מדידות קוהרנטיות; 5) ניתוח נתונים. בנוסף, תוצאות הנציגים מוצגות כדי להדגים את הטכניקה. נהלים אלה יכולים להתבצע beamlines סינכרוטרון רב עם שינויי מינימום על העיצוב הצורם.
Protocol
Representative Results
Discussion
איור 5 מראה את אורך קוהרנטיות רוחבי המוערך לאורך כל ארבעת הכיוונים. ברור, בכיוון 90 ° יש ξ גבוה θ לעומת 0 ° כיוון. מאז אופטיקה beamline יש השפעה זניחה על קוהרנטיות הקרן במיקום היחסי הצורם, באזור קוהרנטיות הנמדד הוא ביחס הפוך לאזור גודל המקור. שיטת מדי…
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).
