Måling av X-ray Beam Coherence sammen flere retninger ved hjelp av 2-D Sjakkbrett fasegitter
Summary
Måle protokoll og dataanalyse prosedyre er gitt for å oppnå tverr sammenheng i en synkrotronstråling X-ray kilde sammen fire retninger samtidig ved hjelp av et enkelt 2-D sjakkbrett fase rist. Denne enkle teknikken kan brukes for fullstendig tverr sammenheng karakterisering av X-ray kilder og røntgen optikk.
Abstract
En prosedyre for en teknikk for å måle den transversale sammenhengen i synkrotron strålingsrøntgenkilder ved hjelp av en enkelt fasegitter interferometer er rapportert. Målingene ble demonstrert på en-BM bøying magnet beamline av Advanced Photon Source (APS) ved Argonne National Laboratory (ANL). Ved å bruke en 2-D sjakkbrett π / 2 faseforskyvning gitter, ble tverrgående koherens lengder oppnådd langs de vertikale og horisontale retninger, så vel som langs de 45 ° og 135 ° retninger til horisontal retning. Ved å følge de tekniske detaljene som er angitt i dette dokumentet, ble interferogrammer målt ved forskjellige posisjoner nedstrøms for fasegitter langs bjelken forplantningsretningen. Sikt verdiene for hvert interferogram ble ekstrahert fra analyse av harmoniske topper i dens Fourier-transformerte bilde. Følgelig kan koherenslengden langs hver retning trekkes ut fra utviklingen av synligheten som en funksjon av risten-til Søkeretor avstand. Den samtidige måling av koherens lengder i fire retninger bidro til å identifisere den elliptiske formen av koherens området av Gauss-formet røntgenstråle-kilde. Den rapporterte teknikk for fler retning koherens karakterisering er viktig for å velge den riktige prøvestørrelse og retning, så vel som for å korrigere de partielle koherensegenskapene effekter i koherens spredning eksperimenter. Denne teknikken kan også brukes for å vurdere koherensskapende bevare egenskapene til X-ray optikk.
Introduction
Den tredje generasjons vanskelig X-ray synkrotron strålekilder, som for eksempel APS på ANL, Lemont, IL, USA (http://www.aps.anl.gov), har hatt enorm innvirkning på utviklingen av X-ray vitenskaper . En synkrotron strålingskilde frembringer et spektrum av elektromagnetisk stråling, fra infrarødt til røntgenbølgelengder, når de ladede partikler, slik som elektroner, er laget for å bevege seg nær lysets hastighet i en sirkulær bane. Disse kildene har svært unike egenskaper som høy lysstyrke, pulset og pico-andre timing struktur, og stort romlig og tidsmessig sammenheng. X-ray beam romlig sammenheng er en viktig parameter for den tredje og fjerde generasjon synkrotron kilder og antall eksperimenter som gjør bruk av denne eiendommen har økt dramatisk i løpet av de siste to tiårene 1. De fremtidig oppgradering av disse kilder, slik som den planlagte Multi-bend achromat (MBA) gitter for APS lagring ring, vil dramatisk øke den koherente strålen fluksen (http: //www.aps.anl.gov/Upgrade/). Den røntgenstråle kan være innstilt ved hjelp av en krystall monokromator for å oppnå større tidsmessige koherens. Den tverrgående sammenheng med synkrotron kilder er betydelig høyere enn for laboratoriebasert røntgenkilder på grunn av den lave elektronstråle emittance og lang forplantning avstand fra kilden til den eksperimentelle stasjon.
Normalt er Youngs dobbel-pinhole eller dobbelt slit eksperimentet brukt til å måle den romlige koherens av strålen gjennom inspeksjon av synligheten av interferensstriper 2. For å oppnå den fullstendige Kompleks koherensfunksjonen (CCF), er systematiske målinger nødvendig med to slisser plassert på forskjellige posisjoner med forskjellige separasjoner, som er, spesielt for harde røntgenstråler, uhåndterlige og upraktiske. Jevnt Redundant Array (URA) kan også brukes for strålen sammenheng måling ved å anvende det som en faseforskyvning maske 3. Selv om teknikken kan gi full CCF, Er det ikke modell-fri. Flere nylig, ble interferometriske teknikker basert på Talbot effekt utviklet ved hjelp av selv bildebehandling eiendom periodiske stedene. Disse interferometre gjøre bruk av interferogram synligheten målt ved et par selvbildedannende avstand nedstrøms av gitteret for å oppnå den tverrgående bjelken koherens 4-9. Målinger av tverrgående sammenheng med to gitter system er også rapportert syv.
Kartlegging av tverrbjelken sammenheng, samtidig langs vertikale og horisontale retninger ble først rapportert av JP Guigay et al. 5. Nylig forskere i Optics Group, X-ray Science Division (XSD), av APS har rapportert to nye teknikker for å måle strålen transverses sammenheng sammen mer enn to retninger samtidig ved hjelp av to metoder: en med et rutefasegitter 8, og den andre med en sirkulær fasegitter 9.
I dette papiret Måltement og dataanalysefremgangsmåter er beskrevet for å oppnå den tverrgående koherens av bjelken langs 0 °, 45 °, 90 °, 135 ° og retninger i forhold til horisontalretningen, samtidig. Målingene ble utført ved en-BM beamline av APS med et dambrett π / 2 fasegitter. Detaljene i denne teknikken er oppført i protokollen seksjoner inkluderer: 1) planlegging av forsøket; 2) Fremstilling av 2-d sjakkbrett-fasegitter; 3) eksperiment oppsett og justering på synkrotron anlegget; 4) utfører koherens målinger; 5) dataanalyse. I tillegg er representative resultater er vist for å illustrere den teknikk. Disse prosedyrer kan utføres på mange synkrotron beamlines med minimale endringer på gitteret design.
Protocol
Representative Results
Discussion
Figur 5 viser den estimerte tverrgående koherenslengden langs alle fire retninger. Åpenbart har 90 ° retningen høyere ξ θ i forhold til 0 ° retningen. Siden beamline optikk har neglisjerbar virkning på bjelken koherens på gitteret relative posisjon, er den målte koherens området omvendt proporsjonal med størrelsen kilde-området. Den presenterte røntgenstråle koherens måleteknikken tilordner dette nøyaktig som kan bli vist som en ellipse med dens hovedakse langs den v…
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).
