2次元チェッカーボード位相格子を使用して複数の方向に沿ってX線ビームコヒーレンスの測定
Summary
測定プロトコル及びデータ解析手順は、同時に格子単一2次元チェッカーボード相を使用して、4つの方向に沿って放射光X線源の横方向コヒーレンスを得るために与えられます。この単純な技術は、X線源及びX線光学系の完全な横方向コヒーレンス特性評価に適用することができます。
Abstract
技術のための手順は、格子干渉計が報告されている単相を用いた放射光X線源の横方向コヒーレンスを測定します。測定は、アルゴンヌ国立研究所（ANL）で光量子ソース（APS）の1-BM偏向電磁石ビームラインで実証されました。 2-Dの市松π/ 2位相シフト回折格子を使用することによって、横方向コヒーレンス長は、垂直方向及び水平方向に沿って同様に水平方向に45°、135°方向に沿って得られました。本稿で指定された技術的な詳細に続いて、インターフェログラムは、ビーム伝搬方向に沿って位相格子の下流の異なる位置で測定しました。各インターフェログラムの可視性の値は、そのフーリエ変換像における高調波のピークを分析から抽出しました。従って、各方向に沿ったコヒーレンス長は、回折格子対detecの関数としての視認性の進化から抽出することができますTORの距離。四方向におけるコヒーレンス長の同時測定は、ガウス状のX線源のコヒーレンス領域の楕円形状を特定する助け。複数方向のコヒーレンス特性評価のための報告された技術は、適切なサンプルサイズと向きを選択するだけでなく、一貫性の散乱実験での部分的なコヒーレンス効果を補正するために重要です。この技術は、X線光学系の一貫性維持能力を評価するために適用することができます。
Introduction
このようなANL、レモント、IL、USA（http://www.aps.anl.gov）でAPSなどの第三世代の硬X線シンクロトロン放射源は、X線科学の発展に多大な影響を与えています。シンクロトロン放射源は、電子のような荷電粒子は、円軌道に光速近くに移動させるX線の波長、赤外線から、電磁放射のスペクトルを生成します。これらのソースは、高輝度、パルス及びピコ秒のタイミング構造、大きな空間的及び時間的コヒーレンスのような非常に独特の特性を有しています。 X線ビームの空間的コヒーレンスは、第3および第4の世代のシンクロトロン源の重要なパラメータであり、このプロパティを利用した実験の数は劇的に過去20年間1上に増加しています。このようなAPS蓄積リングのために計画されたマルチベンドアクロマート（MBA）格子としてこれらのソースの将来のアップグレードは、劇的に光コヒーレントフラックス（HTTPを増加します：//www.aps.anl.gov/Upgrade/）。 X線ビームは、より高い時間的コヒーレンスを達成するために、結晶モノクロメーターを使用して調整することができます。シンクロトロン光源の横方向コヒーレンスが低いため、電子ビームのエミッタンスおよび実験局へのソースからの長い伝搬距離の実験室ベースのX線源のそれよりも有意に高いです。
通常は、ヤングのピンホール二重または二重スリット実験は、干渉縞2の視認性の検査を通ったビームの空間的コヒーレンスを測定するために使用されます。完全な複雑なコヒーレンス関数（CCF）を得るためには、体系的な測定は、特に硬X線のため、面倒であり、現実的ではない、様々な分離と異なる位置に配置された2つのスリットで必要とされています。均一冗長アレイ（URA）は、位相シフトマスク3として用いることにより、ビームのコヒーレンス測定にも使用することができます。技術は完全なCCFを提供することができるが、それはモデルフリーではありません。さらに最近では、タルボ効果に基づく干渉技術は、定期的なオブジェクトの自己イメージングプロパティを使用して開発されました。これらの干渉計は、ビームの横方向のコヒーレンス4-9を得るための格子の下流少数自己像の距離で測定されたインターフェログラムの可視性を利用します。 2格子システムを使用して横方向コヒーレンスの測定も7が報告されています。
同時に垂直方向と水平方向に沿って、横方向のビームコヒーレンスのマッピングは、最初JP Guigay らによって報告された。5。最近では、APSの光学グループ、X線科学部門（XSD）、中の科学者は、ビームを測定するために、2つの新しい技術を報告している二つの方法用いて同時に二つ以上の方向に沿ってコヒーレンスを横切る：8格子市松相と1、および他の円形相は9格子付き。
本論文ではmeasurementおよびデータ分析手順が、0°に沿って同時に、水平方向に対して45°、90°、135°方向を、ビームの横方向の一貫性を得るために記載されています。測定は、格子市松π/ 2相とAPSの1-BMビームラインで行いました。プロトコルセクションに記載されているこの技術の詳細は、次のとおりです。実験の1）計画。 2）格子2次元市松相の調製。シンクロトロン施設で3）実験のセットアップとアライメント; 4）コヒーレンス測定を行います。 5）データ解析。また、代表的な結果は、技術を説明するために示されています。これらの手順は、格子の設計に最小限の変更で多くの放射光ビームラインで行うことができます。
Protocol
Representative Results
Discussion
図5は、4つのすべての方向に沿った推定横コヒーレンス長を示しています。明らかに、90°方向を0°方向に比べてθ高いξを持っています。ビームライン光学格子の相対位置でのビームの干渉性にほとんど影響を有するので、測定されたコヒーレンス領域は、ソースサイズ面積に反比例します。提示されたX線ビームのコヒーレンス測定技術は、垂直方向（参照…
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).
