Meting van röntgenbundel coherentie langs meerdere richtingen gebruiken 2-D schaakbord faseraster
Summary
Het meetprotocol en data analyseprocedure worden gegeven voor het verkrijgen transversale coherentie van synchrotronstraling röntgenbron langs vier richtingen tegelijk via één 2-D dambord faseraster. Deze eenvoudige techniek kan worden toegepast voor volledige dwarse samenhang karakterisering van X-ray bronnen en X-ray optiek.
Abstract
Een procedure voor een techniek om de transversale coherentie van synchrotronstraling röntgenbronnen meten met een faseraster interferometer wordt gerapporteerd. De metingen werden gedemonstreerd op de 1-BM buigen magneet bundellijn van de Advanced Photon Source (APS) Argonne National Laboratory (ANL). Door een 2-D dambord π / 2 faseverschuiving rooster werden transversale coherentie verkregen lengten langs de verticale en horizontale richtingen, en ook langs de 45 ° en 135 ° richtingen aan de horizontale richting. Na de technische gegevens in dit document werden interferogrammen gemeten op verschillende posities stroomafwaarts van het faseraster langs de balk voortplantingsrichting. Zichtbaarheid waarden van elke interferogram werden uit de analyse van harmonische pieken in zijn Fourier afbeelding Transformed. Bijgevolg kan de coherentie lengte langs elke richting worden gewonnen uit de evolutie van zichtbaarheid als functie van het raster te detector afstand. De gelijktijdige meting van coherentie lengte in vier richtingen heeft geholpen om de elliptische vorm van de coherentie gebied van de Gauss-vormige röntgenbron. De gerapporteerde techniek van meervoudige richting coherentie karakterisering is belangrijk voor de juiste grootte en oriëntatie sample selecteren en voor het corrigeren van de partiële coherentie effecten in samenhang verstrooiingsexperimenten. Deze techniek kan ook worden toegepast voor het beoordelen van samenhang behouden mogelijkheden van röntgenoptiek.
Introduction
De derde-generatie harde röntgenstraling synchrotron stralingsbronnen, zoals de APS bij ANL, Lemont, IL, USA (http://www.aps.anl.gov), hebben enorme gevolgen voor de ontwikkeling van röntgenstralen wetenschappen had . Een synchrotron stralingsbron genereert een spectrum van elektromagnetische straling, van infrarood tot röntgenstralen golflengten, wanneer geladen deeltjes, zoals elektronen, zijn gemaakt om te bewegen bij de lichtsnelheid in een cirkelbaan. Deze bronnen hebben zeer unieke eigenschappen zoals een hoge helderheid, gepulste en pico-seconde timing structuur, en grote ruimtelijke en temporele samenhang. Röntgenbundel ruimtelijke samenhang is een belangrijke parameter van de derde en vierde generatie synchrotron bronnen en het aantal experimenten gebruik te maken van deze eigenschap is dramatisch toegenomen in de afgelopen twee decennia 1. De toekomstige aanpassingen van deze bronnen, zoals de geplande Multi-bend achromaat (MBA) rooster voor de APS opslagring, zal veel meer op de bundel coherente flux (http: //www.aps.anl.gov/Upgrade/). De röntgenbundel kan gestemd worden door een kristal monochromator hogere temporele coherentie. De transversale coherentie van synchrotron bronnen significant hoger dan die van laboratoriumonderzoek röntgenbronnen vanwege de lage elektronenbundels emittance lange voortplantingsafstand van de bron tot het proefstation.
Gewoonlijk wordt Young's double-pinhole of tweespletenexperiment gebruikt om de ruimtelijke coherentie van de bundel te meten door de inspectie van de zichtbaarheid van de interferentiestrepen 2. Om het volledige complex coherentiefunctie (CCF) te verkrijgen, worden systematisch metingen nodig met de twee gleuven geplaatst op verschillende posities met verschillende scheidingen, die vooral voor harde röntgenstraling, omslachtig en onpraktisch. Gelijkmatig Redundant Array (URA) kan ook worden gebruikt voor bundel samenhang meten door gebruik als een faseverschuivingsmasker 3. Hoewel de techniek volledig CCF kan biedenHet is niet model-vrij. Meer recent, interferometrische technieken op basis van Talbot effect werden ontwikkeld met behulp van de self-beeldvorming eigendom van periodieke objecten. Deze interferometers maken van het interferogram zichtbaarheid gemeten op enkele zelf-beeldvorming afstanden stroomafwaarts van het rooster voor het verkrijgen van de dwarse ligger samenhang 4-9. Metingen van transversale coherentie met twee raster wordt ook gemeld 7.
Afbeelden van de dwarsbalk samenhang gelijktijdig langs verticale en horizontale richting werd voor het eerst beschreven door JP Guigay et al. 5. Een met een dambord faseraster 8, en de andere: Onlangs wetenschappers de Optica, X-ray Science Division (XSD), APS twee nieuwe technieken te meten bundel doorkruist samenhang langs meer dan twee richtingen tegelijk op twee manieren gerapporteerd met een cirkelvormige faseraster 9.
In dit artikel worden de MEASURement en gegevensanalyse worden beschreven voor het verkrijgen van de transversale coherentie van de bundel langs de 0 °, 45 °, 90 ° en 135 ° richtingen ten opzichte van de horizontale richting, gelijktijdig. De metingen werden uitgevoerd bij de 1-BM bundellijn van APS uitgevoerd met een dambord π / 2 fase raspen. De details van deze in het protocol lijst artikelen techniek zijn onder andere: 1) de planning van het experiment; 2) de voorbereiding van de 2-d dambord fase raspen; 3) instellingen van het experiment en de aanpassing aan de synchrotron faciliteit; 4) het uitvoeren van metingen samenhang; 5) data-analyse. Bovendien worden de representatieve resultaten getoond om de techniek te illustreren. Deze procedures kunnen bij veel synchrotron faciliteiten met minimale wijzigingen in het rooster ontwerp worden uitgevoerd.
Protocol
Representative Results
Discussion
Figuur 5 toont de geschatte transversale coherentie lengte langs alle vier richtingen. Is duidelijk dat de 90 ° richting een hogere ξ θ vergeleken met 0 ° -richting. Aangezien de bundellijn optiek heeft een verwaarloosbaar effect op de balk samenhang op het raster relatieve locatie, de gemeten samenhang gebied is omgekeerd evenredig met de brongrootte gebied. De gepresenteerde röntgenbundel samenhang meettechniek brengt dit precies die getoond is als een ellips met een hoofdas l…
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).
