Misura di raggi X a fascio coerenza lungo molteplici direzioni Utilizzando 2-D scacchiera reticolo di fase
Summary
La procedura protocollo di misura e l'analisi dei dati sono dati per ottenere la coerenza trasversale di una sorgente di raggi X radiazione di sincrotrone quattro direzioni contemporaneamente utilizzando una singola fase scacchiera 2-D reticolo. Questa semplice tecnica può essere applicata per la completa coerenza caratterizzazione trasversale di sorgenti di raggi X e ottica a raggi X.
Abstract
Una procedura per una tecnica per misurare la coerenza trasversale della radiazione di sincrotrone sorgenti di raggi X utilizzando una singola fase è riportato interferometro a reticolo. Le misurazioni sono state dimostrate al 1-BM piegatura magnete linea di luce della Advanced Photon Source (APS) presso Argonne National Laboratory (ANL). Utilizzando un 2-D scacchiera π / 2 sfasamento grattugiatura, lunghezze di coerenza trasversali sono stati ottenuti lungo le direzioni verticale e orizzontale come pure lungo i 45 ° e 135 ° indicazioni per la direzione orizzontale. In seguito i dettagli tecnici specificati in questo documento, interferogrammi sono stati misurati in diverse posizioni a valle della fase di reticolo lungo la direzione di propagazione del fascio. valori visibilità di ogni interferogramma sono stati estratti da analizzare picchi armonici nella sua immagine trasformata di Fourier. Di conseguenza, la lunghezza di coerenza lungo ogni direzione può essere estratto dalla evoluzione della visibilità in funzione del reticolo-to-DATECtor distanza. La misurazione simultanea di coerenza lunghezze in quattro direzioni contribuito a individuare la forma ellittica della zona coerenza della sorgente di raggi X a forma gaussiana. La tecnica riportata per multiple direzione caratterizzazione coerenza è importante per la scelta della dimensione adeguata del campione e l'orientamento e per correggere gli effetti coerenza parziale in esperimenti di scattering coerenza. Questa tecnica può essere applicata anche per valutare le capacità di coerenza conservazione di ottica a raggi X.
Introduction
I raggi X duri sorgenti di radiazione di sincrotrone di terza generazione, come ad esempio l'APS a ANL, Lemont, IL, USA (http://www.aps.anl.gov), hanno avuto un enorme impatto sullo sviluppo delle scienze a raggi X . Una sorgente di radiazione di sincrotrone genera uno spettro di radiazioni elettromagnetiche, dall'infrarosso lunghezze d'onda dei raggi X, quando particelle cariche, come gli elettroni, sono fatti per spostare vicino alla velocità della luce in un'orbita circolare. Queste fonti hanno proprietà molto uniche come alta luminosità, struttura temporale pulsato e pico-secondo, e grande coerenza spaziale e temporale. Fascio di raggi X coerenza spaziale è un importante parametro di terza e quarta generazione sincrotrone e il numero di esperimenti che si avvale della struttura è drammaticamente aumentata negli ultimi due decenni 1. I futuri aggiornamenti di queste fonti, come ad esempio il reticolo previsto Achromat Multi-bend (MBA) per l'anello di accumulazione APS, aumenteranno drammaticamente il flusso coerente del fascio (http: //www.aps.anl.gov/Upgrade/). Il fascio di raggi X può essere regolato utilizzando un cristallo monocromatore per ottenere una maggiore coerenza temporale. La coerenza trasversale del sincrotrone è significativamente superiore a quella di laboratorio sulla base sorgenti di raggi X a causa della emittanza fascio elettronico a bassa e lunga distanza di propagazione dalla sorgente alla stazione sperimentale.
Normalmente, di Young esperimento della doppia pinhole o doppia fenditura è usato per misurare la coerenza spaziale del fascio attraverso l'ispezione della visibilità delle frange di interferenza 2. Per ottenere la funzione Coherence Complex completa (CCF), misurazioni sistematiche sono necessarie con le due fessure poste a differenti posizioni con varie separazioni, che è, in particolare per raggi X duri, ingombranti e poco pratici. Uniformemente Redundant Array (URA) può anche essere utilizzato per la misura del fascio coerenza impiegando come sfasamento maschera 3. Sebbene la tecnica può fornire la piena CCF, Non è privo di modello. Più di recente, le tecniche interferometriche basate sull'effetto Talbot sono stati sviluppati utilizzando la proprietà di auto-formazione immagine di oggetti periodici. Questi interferometri utilizzano la visibilità interferogramma misurato a pochi distanze angolo di imaging a valle della griglia per ottenere la trave trasversale coerenza 4-9. Misure di coerenza trasversale utilizzando due sistema reticolo è anche riferito 7.
Mappatura la coerenza trave trasversale, contemporaneamente lungo direzioni orizzontale e verticale è stata riportata da JP Guigay et al. 5. Recentemente, gli scienziati del Gruppo Ottica, Divisione Scienze raggi X (XSD), di APS hanno riportato due nuove tecniche per misurare fascio trasversali che la coerenza lungo più di due direzioni contemporaneamente utilizzando due metodi: uno con una fase scacchiera reticolo di 8, e l'altra con griglia una fase di circolare 9.
In questo lavoro il measurprocedure ement e di analisi dei dati sono descritti per ottenere la coerenza trasversale del fascio lungo la 0 °, 45 °, 90 °, e 135 ° direzioni rispetto alla direzione orizzontale, simultaneamente. Le misurazioni sono state effettuate presso la linea di luce 1-BM di APS con una scacchiera π fase / 2 grata. I dettagli di questa tecnica elencato in sezioni protocollo comprendono: 1) pianificazione dell'esperimento; 2) Preparazione della 2-D Fase scacchiera reticolo; 3) l'installazione e l'allineamento esperimento presso l'impianto di sincrotrone; 4) l'esecuzione di misure di coerenza; 5) l'analisi dei dati. Inoltre, i risultati rappresentativi sono mostrati per illustrare la tecnica. Queste procedure possono essere eseguite in molte linee di luce di sincrotrone con modifiche minime sul disegno reticolo.
Protocol
Representative Results
Discussion
La Figura 5 mostra la lunghezza stimata coerenza trasversale secondo quattro direzioni. Chiaramente, la direzione 90 ° ha una maggiore ξ θ rispetto a 0 ° direzione. Poiché la linea di luce ottica ha un effetto trascurabile sulla coerenza fascio nella posizione relativa reticolo, la zona coerenza misurata è inversamente proporzionale all'area dimensioni sorgente. La tecnica di misura coerenza fascio di raggi X presentato Mappe questa precisione che può essere visualizzata c…
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
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