Måling af X-ray Beam Sammenhæng ad flere retninger Brug 2-D Checkerboard Phase rist
Summary
Måleproceduren protokol og dataanalyse er givet for at opnå tværgående sammenhængen i en synkrotronstråling røntgenkilde langs fire retninger samtidig anvendelse af en enkelt 2-D skakbræt fasegitter. Denne simple teknik kan anvendes til fuldstændig tværgående sammenhæng karakterisering af X-ray kilder og X-ray optik.
Abstract
En procedure for en teknik til at måle den tværgående sammenhæng synkrotronstråling røntgenkilder anvendelse af en enkelt fasegitter interferometer er rapporteret. Målingerne blev demonstreret på en-BM bøjning magnet beamline af Advanced Photon Source (APS) ved Argonne National Laboratory (ANL). Ved anvendelse af en 2-D skakbræt π / 2 faseskift rivning blev tværgående sammenhæng længder opnås langs de lodrette og vandrette retninger samt langs de 45 ° og 135 ° retninger til den horisontale retning. Efter de tekniske detaljer er angivet i dette papir, blev interferogrammer målt ved forskellige positioner nedstrøms for fase gitter langs bjælken formering retning. Synlighed værdier for hver interferogram blev udvundet fra at analysere harmoniske toppe i dens Fourier transformerede billede. Følgelig kan kohærenslængden langs hver retning ekstraheres fra udviklingen i synlighed som en funktion af gitteret-til-DETECtor afstand. Den samtidige måling af sammenhæng længder i fire retninger hjulpet til at identificere den elliptiske form af sammenhængen område af Gauss-formede røntgenkilde. Den rapporterede teknik til flere retningen sammenhæng karakterisering er vigtig for at vælge en passende stikprøve størrelse og retning samt til at korrigere de partielle sammenhæng effekter i sammenhæng spredning eksperimenter. Denne teknik kan også anvendes til at vurdere sammenhæng bevare kapaciteter røntgen optik.
Introduction
De tredje generation hårde X-ray synkrotronstråling kilder, såsom APS på ANL, Lemont, IL, USA (http://www.aps.anl.gov), har haft enorme konsekvenser for udviklingen af X-ray videnskaber . En synkrotronstråling kilde genererer et spektrum af elektromagnetisk stråling, fra infrarøde til X-ray bølgelængder, når ladede partikler, som elektroner, er lavet til at bevæge sig nær lysets hastighed i en cirkulær bane. Disse kilder har meget unikke egenskaber, såsom høj lysstyrke, pulserende og pico-sekund timing struktur, og store rumlige og tidslige kohærens. X-ray stråle rumlig kohærens er en vigtig parameter af tredje og fjerde generation synkrotron kilder og antallet af forsøg, der gør brug af denne egenskab steget dramatisk i løbet af de seneste to årtier 1. De fremtidige opgraderinger af disse kilder, såsom den planlagte Multi-bøjning Achromat (MBA) gitter for APS lagerringen, vil dramatisk øge strålen sammenhængende flux (http: //www.aps.anl.gov/Upgrade/). X-ray stråle kan indstilles ved anvendelse af en krystal monokromator at opnå højere tidsmæssig sammenhæng. Den tværgående sammenhæng synkrotron kilder er betydeligt højere end for laboratorie baseret røntgenkilder grund af den lave elektronstråle emittance og lang formering afstand fra kilden til den eksperimentelle station.
Normalt er Youngs dobbelt-hul eller dobbelt-spalte eksperiment anvendes til at måle den rumlige kohærens af strålen gennem inspektion af synligheden af interferens frynser 2. For at opnå den fuldstændige Complex kohærensfunktionen (CCF), er systematiske målinger nødvendige med de to spalter placeret på forskellige positioner med forskellige separationer, hvilket er, især for hårde røntgenstråler, besværlige og upraktiske. Ensartet kan også anvendes Redundant Array (URA) for strålen sammenhæng måling ved anvendelse af det som en faseforskydning maske 3. Selvom den teknik kan tilvejebringe den fulde CCFEr det ikke model-fri. For nylig blev der interferometriske teknikker baseret på Talbot effekt udviklet ved hjælp af selv-imaging egenskab af periodiske objekter. Disse interferometre gøre brug af interferogram synlighed målt på et par selv-billeddannende afstande nedstrøms for gitteret til opnåelse strålen tværgående sammenhæng 4-9. Målinger af tværgående sammenhæng med to gittersystem er også rapporteret 7.
Kortlægning af tværgående bjælke sammenhæng, samtidigt langs lodrette og vandrette retninger blev først rapporteret af JP Guigay et al. 5. For nylig forskere i Optics Group, X-ray Science Division (XSD), af APS har rapporteret to nye teknikker til at måle stråle transverses sammenhæng langs mere end to retninger samtidig bruger to metoder: en med et skakternet fase gitter 8, og den anden med en cirkulær fasegitter 9.
I dette papir measurement og analysedata fremgangsmåder er beskrevet til opnåelse af den tværgående sammenhæng af strålen langs 0 °, 45 °, 90 °, og 135 ° retninger i forhold til den horisontale retning, samtidigt. Målingerne blev udført på en-BM beamline af APS med et skakternet π / 2 fase rist. Detaljerne i denne teknik er anført i protokollen afsnit omfatter: 1) planlægning af forsøget; 2) forberedelse af de 2-d skakternet fasegitter; 3) eksperiment opsætning og tilpasning på synkrotron facilitet; 4) udføre sammenhæng målinger; 5) dataanalyse. Desuden er de repræsentative resultater vist for at illustrere teknikken. Disse procedurer kan udføres på mange synkrotron beamlines med minimum ændringer på risten design.
Protocol
Representative Results
Discussion
Figur 5 viser den estimerede tværgående kohærenslængde langs alle fire retninger. Det er klart, at 90 ° retning har højere ξ θ i forhold til 0 ° -retningen. Da beamline optik har ubetydelig indvirkning på bjælken sammenhæng på risten relative placering, den målte sammenhæng område er omvendt proportional med kilde størrelse område. Den præsenterede røntgenstråle sammenhæng måleteknik kortlægger dette nøjagtigt som kan vises som en ellipse med sin storakse lan…
Divulgations
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).
