Name: Messung der Röntgenstrahl Coherence entlang mehreren Richtungen unter Verwendung von 2-D-Schachbrett Phase Grating (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-10-11T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 39 s
Description: Erfahren Sie, wie Sie die transversale Kohärenz von Röntgenstrahlen an Synchrotron-Strahllinien mit Gitterinterferometrie und 2D-Phasengittern messen. Diese Methode ermöglicht die simultane Charakterisierung in mehreren Richtungen.

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Die Nutzung der Advanced Photon Source and Center for Nanoscale Materials, Office of Science User Facilities, die für das U.S. Department of Energy (DOE) Office of Science vom Argonne National Laboratory betrieben wird, wurde vom U.S. DOE unter der Vertragsnummer unterstützt. DE-AC02-06CH11357. Wir danken Dr. Han Wen, NHLBI / National Institutes of Health, Bethesda, MD 20892, USA, für viele hilfreiche Anregungen bei der Datenverarbeitung.

1. Planung des Experiments <ol><li> Identifizieren Sie die Synchrotron-Strahlrohr. Kontakt-Strahlrohr Wissenschaftler die Angemessenheit des Experiments zu diesem beamline zu finden. HINWEIS: Die Experimente in diesem Manuskript berichtet wurden an der 1-BM-B-Strahllinie durchgeführt, die Optik und Detektoren Testen gewidmet ist, unter XSD von APS. </li><li> Einen Benutzer Vorschlag und Strahlzeit Anfrage. </li><li> Arbeiten Sie die Details des Experiments mit der beamline Wissenschaftler aus und geben Sie die erforderlichen Instrumente einschließlich motorisierte Tische für das Gitter und Detektor Ausrichtung, 2-dimensionalen Detektor (CCD oder CMOS), lange Übersetzung Bühne abdeckt, die am wenigsten und am weitesten Entfernungen zwischen dem Detektor benötigt und das Phasengitter. </li><li> Bereiten Sie sich auf die Strahlzeit, indem Sie die in der entsprechenden Website bereitgestellten Anweisungen. Füllen Sie die Sicherheitstrainings und notwendige experimentelle Sicherheitsbeurteilung Form. </li></ol> 2. Herstellung der 2-D-Schachbrett Phase Grating <ol><li> Bestimmung der Periode des Gitters, p, die der Periode des Interferogramms Muster verwandt ist, p θ, entlang unterschiedlicher Querrichtungswinkel θ. Die Sichtbarkeit Werte V θ (d) des Interferogramms entlang verschiedener θ Winkel schwingen als Funktion des Gitters-Detektor - Abstand, d. Für ein 2-D schachbrett π / 2 - Phasengitter, V θ (d) Peaks bei Entfernungen, <img alt="Gleichung 1" src="/files/ftp_upload/53025/53025eq1.jpg" /> mit n = 1, 2, 3 ... und λ die Photonenwellenlänge. Das Interferogramm - Muster hat eine charakteristische Periode von p θ = p / √2 entlang der diagonalen Richtung der quadratischen Blöcken und einer Periode von p = θ p / 2 entlang der Kante der quadratischen Blöcke. Die Wahl von p beruht also auf der folgendenKriterien. </li><li> Stellen Sie sicher , mindestens mehrere V θ (d) Peaks innerhalb des größten Gitter-zu-Detektor - Abstand, oder den Raum Grenze der Versuchsstation, d max. Um d n erfüllen, θ &lt;d max, folgt <img alt="Gleichung 2" src="/files/ftp_upload/53025/53025eq2.jpg" /> Für n = 5 ist , d max = 1 m, λ = 0,06888 nm (18 keV), gibt es p θ &lt;3,9 um. </li><li> Innerhalb d max, stellen Sie sicher , dass die Höhe der V θ (d) Spitzenwert bei den größten Abstand d n, θ weniger als einen Faktor γ von derjenigen der ersten V θ (d) Peak bei d 1, θ , um eine genaue Gaussian Abklingfunktion Anprobe haben. Daher γ = V θ, n (d) /V θ, 1 (d) , das ist das Verhältnis des n - ten Spitzen Sichtbarkeit der ersten Spitze. Für eine Röntgenstrahlungsquelle folgende Gaußschen Intensitätsverteilung mit der Kohärenzlänge ξ θ, die Periode eines π / 2 - Phasengitter Bedürfnisse zu befriedigen <img alt="Gleichung 3" src="/files/ftp_upload/53025/53025eq3.jpg" /> beispielsweise mit γ = 10%, ξ θ = 5 &amp; mgr; m und Parameter oben gibt es p θ&gt; 2,4 um. </li><li> Stellen Sie sicher , dass die Periode des Interferogramms Muster, p θ, einige Male größer ist als die räumliche Auflösung des Detektors wird durch die korrekten Detektorsysteme wählen. </li><li> Bestimmen die Dicke T des Gitters für eine Phasenverschiebung erforderlich ist , φ, an der Röntgenphotonenwellenlänge, λ, unter Verwendung von <img alt="Gleichung 4" src="/files/ftp_upload/53025/53025eq4.jpg" /> wobei δder Brechungs Dekrement der Phasenverschiebungsmaterialindex. Beispielsweise ist der Brechungsindex Dekrement für Au 9,7 × 10 -6 für 18 keV. Die Au - Dicke für φ = π / 2 - Phasengitter ist somit 1,8 um. </li><li> Fabrizieren das Phasengitter von Au in einer gemusterten Polymerform Elektroplattieren auf einer Siliziumnitrid (Si 3 N 4) Fenster. HINWEIS: Das Verfahren zur Herstellung von Siliciumnitrid (Si 3 N 4) Fenstersubstrat und Herstellung der Gitterstruktur sind nachfolgend dargestellt. <ol><li> Vorbereiten des Substrats , indem zuerst das Si 3 N 4 Membran Lösen der Röntgenstrahlen durchlässigen Fenster zu bilden. </li><li> Erwerben , Silizium (Si) -Wafer mit niedriger Spannung (&lt;250 MPa) Si 3 N 4 auf beiden Seiten des Wafers von einem Anbieter abgeschieden. </li><li> Laden Sie die Wafer in eine Magnetron-Sputter-Beschichtungssystem Cr und Au abzuscheiden als Galvanik Basis zu handeln. </li><li> Kaution 5 nm Cr thde 30 nm Au auf einer Seite des Wafers, Anweisungen des folgenden Herstellers. HINWEIS: Die Abscheidungsprozesse aus dem Systemhersteller Informationen wie Abschmelzleistung umfassen wird. </li><li> Unload-Wafer aus Abscheideanlage. Verwenden Sie die Seite des Wafers abgeschieden mit Cr und Au für Gitterfertigung. </li><li> Bestimmen Sie die Gesamtgröße des Gitters und dann Design eine photolithographische Maske auf Muster Membranen etwas größer. Verwenden Sie den Entwurf, der eine photolithographische Maske zu erwerben, indem sie von einem Anbieter zu kaufen oder die photolithographische Maske herzustellen. </li><li> Spin eine 3 um dicke Schicht Photolack auf der Rückseite des Wafers, wo es keine Cr und Au-Beschichtung. Expose der Resist mit einem UV-Lithographie-Tool für 20 Sekunden die entworfene photolithographischen Maske. Entwickeln der wässrigen alkalischen Entwicklerlösung wider in exponierten spülen für 30 Sekunden dann mit entsalztem Wasser und trocken mit fließenden N 2. </li><li> Laden Sie den Wafer in ein reaktives Ionenätzen (RIE) Werkzeug with strukturierten Photoresist die Kammer gegenüber. Verwenden Sie CF 4 Plasma die freiliegenden Si 3 N 4 folgende Werkzeug Anweisungen zu ätzen. </li><li> Evakuieren der Ätzkammer und Eingangs Ätzrezept in RIE-Tool. Das Rezept ausführen , bis die Si 3 N 4 Schicht vollständig geätzt wird und die Si - Schicht in dem Muster belichtet. </li><li> Ätzen des freigelegten Si auf der Waferrückseite, indem sie in 30% KOH-Lösung eingetaucht erhitzt auf 80 ° C etwa 8 h für. Etch Rate beträgt etwa 75 &amp; mgr; m / h mit der angegebenen Rezeptur. </li><li> Nach dem Si - Ätzung beendet ist, mit deionisiertem Wasser abspülen und trocken mit 2 N fließt. Die Probe ist bereit für Gitterfertigung. </li></ol></li><li> Fabrizieren die Galvanotechnik Form für das Phasengitter mit den folgenden Schritten. <ol><li> Gestalten Sie das Quadrat Schachbrett-Gittermuster und kompensieren Muster Vorspannen durch die freiliegende quadratische Mustergröße von 100 bis 250 nm zu reduzieren. Fügen Sie eine&gt; 50 &amp; mgr; m breiten Rahmen um den grating Muster später für Dicke Bestätigung in den Prozess. </li><li> Legen Sie die Probe in einem Resist-Spin Coater und Ablagerung Poly (methylmethacrylat) (PMMA) positive Resist-Lösung auf der Gitterseite der Probe. Führen Sie den Resist Spinnbeschichters Film eine 2 bis 3,5 um dicke Resist je nach gewünschten endgültigen Gitterdicke zu bilden. HINWEIS: Spin-Kurven mit Informationen über die Schleuderdrehzahl im Vergleich zu Filmdicke durch die PMMA-Lösungsanbieter zur Verfügung gestellt oder können empirisch ermittelt werden. </li><li> Laden des Wafers in einen 100 keV Elektronenstrahl-Lithographiesystem. </li><li> Kalibrieren Sie Werkzeug für die Belichtung mit einem großen Belichtungsstrom größer als 10 nA. </li><li> Belichten der PMMA mit einem 100 keV Elektronenstrahllithographiewerkzeug widerstehen dem Gittermuster zu schaffen, wobei belichtete Bereiche in dem Entwicklungsschritt entfernt werden. Verwenden Sie einen Belichtungsdosisbereich von 1,100-1,250 &amp; mgr; C / cm 2 je nach Dicke widerstehen. </li><li> Entlasten Sie die Probe aus dem Werkzeug. </li><li> Entwickeln der belichteten Resistdurch Untertauchen in einem 7: 3 (nach Volumen) Isopropylalkohol (IPA): VE-Wasser-Lösung für 30-40 Sekunden unter leichtem Schwenken. Spülen mit IPA und dann trocken mit N 2 fließt. Sicherstellen, dass die PMMA vollständig durch einen Blick auf exponierten Bereich mit einem optischen Mikroskop entwickelt wurde. </li><li> Legen Sie die Probe in ein RIE Werkzeug mit PMMA-Muster der Kammer gegenüber. </li><li> Evakuieren der Ätzkammer und Eingang Descum Ätzrezept in RIE-Tool. Der Descum - Prozess ist ein kurz (&lt;30 sec) O &amp; sub2 ; -Plasma basierend etch restliche PMMA von der freiliegenden Gitterbereich zu entfernen. </li></ol></li><li> Beenden Sie die Au-Gitter, indem sie in das hergestellte Form Galvanik mit den folgenden Schritten. <ol><li> Achten Sie darauf, die Galvanik Gießformdickeneinstellungsverfahren durch Abtasten der Sonde eines Profilometers über den Rahmen für die Dickenbestätigung. </li><li> Tauchen Sie die Probe in die Au-Sulfit-Galvanisierungslösung auf 40 ° C. Die Galvanik-Setup besteht aus einem Becher mit dem ele gefüllt, die ausctroplating Lösung, eine Konstantstromgleichstromversorgung und einer Pt-Netzanode. </li><li> Bestimmung der Plattierungsfläche der Probe durch den freiliegenden Au Berechnung in dem belichteten Muster, dann berechnen, Strom für die gewünschte Stromdichte, die die primäre Variable verwendet, um die Abscheidungsrate einzustellen. </li><li> Berechnen Galvanisierungszeit, um die gewünschte Gitterdicke erreichen die Abscheidungsgeschwindigkeit durch die angelegte Stromdichte bestimmt. </li><li> Schalten Sie die Gleichstromversorgung des ermittelten Stroms auf der Probe angewendet wird, als eine Kathode wirkt, und die Platte etwa die Hälfte der Gesamtbeschichtungszeit. </li><li> Messen der Beschichtungsdicke die gleiche Methode verwendet, um in Schritt 2.8.1. </li><li> Schalten Sie die DC-Stromversorgung Au in die PMMA-Form und galvanisieren auf die gewünschte Gitterdicke zu galvanisieren, unter Berücksichtigung der plattierten Höhe in Schritt 2.8.6 gemessen. </li></ol></li><li> Entfernen Sie die Polymerform ein beheizbarer Lösungsmittel durch die Probe eingetaucht. Überprüfen Sie dann mit einem optical Mikroskop und einem Rasterelektronenmikroskop (SEM) Gitterperiode, das Tastverhältnis und die Gitterdicke zu bestätigen. HINWEIS: Haben Sie zwei 2-D Schachbrettphasengitter (eine für das Experiment und eine als Reserve) bereit, ein paar Tage vor dem Experiment beginnt. </li></ol> 3. Versuchsaufbau und Ausrichtung an der Synchrotron-Strahlungsanlage <ol><li> Fordern Sie die beamline Wissenschaftler der Röntgenstrahlenergie oder Wellenlänge auf den gewünschten Wert einstellen, dass das Phasengitter entspricht. Routinemßig verwendeten Röntgenenergien im APS 1-BM-Strahllinie liegen zwischen 6 und 28 keV. In diesem Fall stimmen die Photonenenergie auf 18 keV. </li><li> Wählen Sie die gewünschte Objektivlinse für das Detektorsystem. Hier verwenden Sie einen Coolsnap HQ2 CCD - Detektor mit 1.392 × 1.040 Pixel Imaging von 6,45 × 6,45 &amp; mgr; m 2 Pixelgröße. Um das kleinste Interferenzmuster zu beheben, verwenden einen EC Plan Neofluar 10 × Ziel. Die effektive Pixelgröße des Detektorsystems einschließlich der VergrößerungsWirkung von mikroskopischen Ziel ist es also 0,64 um. Die geschätzte räumliche Auflösung beträgt etwa 2 &amp; mgr; m, was im Wesentlichen auf die Ausbreitungsfunktion des Detektorsystems Punkt. </li><li> So stellen Sie die raue des Detektorsystems konzentriert, stellen Sie den Szintillator (Lutetium-Yttrium Oxyorthosilikat, 150 &amp; mgr; m dick) auf der &quot;Arbeitsabstand&quot; von der Linse (~ 5,2 mm für das verwendete System). Zuerst stellen Sie den Fokus unter Umgebungslicht durch die Bilder der Überwachung unter &quot;Dauerbetrieb&quot; als Szintillator Position erworben wird ein pico-Motor eingestellt werden. </li><li> Bewegen, um die 2-D-Detektor in den Röntgenstrahl, durch Verwendung vertikalen und horizontalen Stufen in der Mitte des Detektors zur Strahlmitte ausrichten. </li><li> Legen Sie eine &quot;Phase Probe&quot;, zum Beispiel ein Stück Styropor, in den Röntgenstrahl. Führen Sie die Fein des Detektorsystems Fokussierung durch das Streumuster aus der Phase Probe zu beobachten und das Einstellen der Szintillator Position, bis die höchste Bildschärfe. </li> &lt;/ Ol&gt; 4. Durchführen von Messungen Coherence <ol><li> Platzieren Sie die 2-D Schachbrettgitter in den Röntgenstrahl in dem die Kohärenz des Strahls zu messen ist. In diesem Fall ist es auf 34 Meter vom Ablenkmagnet Quelle. </li><li> Stellen Sie die Ebene der 2-D schachbrettPhasenGitter zur Richtung des Röntgenstrahlenausbreitung senkrecht. </li><li> Zentrieren Sie das Gitter auf dem Röntgenstrahl, der durch die Motortische mit und Blick auf die Bilder unter Detektor kontinuierlichen Modus erworben. </li><li> Drehen des Gitters um die Röntgenstrahlausbreitungsrichtung (y) , so daß die Diagonalrichtung des Schachbrettmusters entlang der gewünschten Querstrahlrichtung ist. In diesem Fall werden die diagonalen Richtungen des Schachbrett (bevorzugte Messrichtungen) in den horizontalen und vertikalen Richtungen des Balkens ausgerichtet sind. Feinabstimmung die Gitter Drehungen um die anderen beiden Achsen (x und z) seine Rechtwinkligkeit der Röntgen , um sicherzustellen ,Strahl, der durch Maximieren des Interferogramms Perioden in horizontaler und vertikaler Richtung erzielt wird. </li><li> Bewegen des Detektorsystems so nah wie physikalisch möglich an der Phase entlang des Strahlausbreitungsrichtung Gitter. In dieser Studie verwenden, um einen Abstand von 43 mm. </li><li> Berechne die kleinste Periode in dem Interferenzmuster. Der π / 2 schachbrett mit Periode p = 4,8 &amp; mgr; m - Gitter wird ein Interferenzmuster mit p θ = 3,4 &amp; mgr; m und p θ = 2,4 &amp; mgr; m (kleinste Periode) entlang der Diagonalen und die nicht-diagonalen Richtungen des Schachbrettmusters bzw. erzeugen. Schätzen Sie die Anzahl der Datenpunkte benötigt in-zwischen V θ (d) Spitzenpositionen gegeben durch Gleichung (1) eine glatte Kurve zu erhalten. </li><li> Wählen Sie die gewünschte Belichtungszeit für jedes Interferogramm, 4 Sekunden in diesem Fall. </li><li> Record Interferogramme mit der gleichen Belichtungszeit (beispielsweise 4 sec) beiunterschiedliche Gitter-Detektor-Abstände. Wählen, um die Belichtungszeit auf der Grundlage der Strahlintensitätspegel. Ausgehend von der minimalen Gitter-zu-Detektor-Abstand (43 mm), bewegen sich auf den Detektor stromabwärts von der Röntgen durch kleine Intervalle (10 mm bestimmt basierend auf Schritt 4.6) und ein Interferogramm an jeder Detektorposition bis zur maximal möglichen gitter aufzeichnen to-Detektor-Abstand (750 mm). </li><li> Erwerben dunkel Frame-Bilder mit der gleichen Belichtungszeit (4 sec), aber drehen Sie den Röntgenstrahl ab und halten alle anderen experimentellen Bedingungen die gleiche. </li></ol> 5. Datenanalyse HINWEIS: Es gibt derzeit keine Standardsoftware für die Datenanalyse zur Verfügung. <ol><li> Unter Verwendung des ausgewählten Bildverarbeitungsprogramm, gelesen im Dunkeln Rahmenbild (n) und dem Datenbild. das Datenabbild Korrigieren Sie den (gemittelt) dunkelRahmenBild durch Subtraktion. </li><li> Fourier-Transformation der dunkel Rahmen korrigierte Bild, das sichtbare harmonische Spitzen in der Horizontalen erzeugt (52; = 0º), vertikal (θ = 90 °) und θ = 45 ° und θ = 135 ° -Richtungen. </li><li> Schneiden Sie das 0 - ter Ordnung harmonische Bild an der Spitze 0 - ter Ordnung zentriert. Die Länge und Breite des Bildes gleich den Abständen zwischen den 0 - ten und 1. Ordnung Peaks entlang der horizontalen und vertikalen Richtungen, respectively. In ähnlicher Weise erhalten die 1. Ordnung harmonische Bilder der gleichen Länge und Breite entlang der Querrichtung von Interesse. </li><li> Inversen Fourier-Transformation (IFT), um die beschnittene harmonische Bilder. Verhältnis der Mittelwert der Amplituden des IFT Bild aus der 1. Harmonischen Bildes entlang jeder Querrichtung zu der des IFT Bildes von dem 0 - ten Ordnung harmonische Bild gibt die Sicht entlang dieser Richtung. Man beachte, dass dieser Prozess gültig ist, wenn wenige Hochfrequenzkomponenten in dem gemessenen Interferogramm existieren. Andernfalls kann man die verwenden correchenden harmonischen Peakintensitäten der Fouriertransformierten Bilder aus Schritt 5.4 statt. Aufgrund der Strahldivergenz, werden die harmonischen Peakpositionen allmählich zu verschiedenen verändern Gitter-Detektor-Abstände. Daher &amp; theta; eine Korrektur p &#39;in jedem Abstand oder ein Spitzenfindungsprozess benötigt wird. </li><li> Wiederholen Sie Schritt 5.1-5.4 für alle gemessenen Bilder bei verschiedenen Gitter-Detektor-Abstände und die Sichtbarkeit Wert jedes Bild speichern. </li><li> Zeichnen Sie die Sichtbarkeit V θ (d) als Funktion des Gitters-Detektor - Abstand. Identifizieren Sie Datenpunkte bei V θ (d) Spitzen. Beachten Sie, dass die vollständige Kurve nur besser gemessen wurde, um die Spitzenpositionen durch Gleichung identifizieren (1). manuell auswählen Spitzendatenpunkte sowie benachbarte Datenpunkte auf beiden Seiten jeder Spitze. </li><li> Zeichnen Sie Gaußschen Anpassungsfunktion für die ausgewählten Datenpunkte. Extrahieren Sie die Standardabweichung, σ θ, von the Gaußschen Anpassungsfunktion. </li><li> Besorgen Sie sich die Querkohärenzlänge ξ θ, unter Verwendung von <img alt="Gleichung 5" src="/files/ftp_upload/53025/53025eq5.jpg" /></li></ol>

<ol><li>Als-Nielsen, J., McMorrow, D. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aAls-Nielsen%2C+J+%22Elements+of+Modern+X-ray+Physics%22">Elements of Modern X-ray Physics</a>. , 2nd, John Wiley & Sons Ltd. (2011).</li>
<li>Born, M., Wolf, E. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBorn%2C+M+%22Principle+of+Optics%22">Principle of Optics</a>. , 7th expanded edition, Cambridge University. (1999).</li>
<li>Lin, J. J. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measurement+of+the+Spatial+Coherence+Function+of+Undulator+Radiation+using+a+Phase+Mask%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Measurement of the Spatial Coherence Function of Undulator Radiation using a Phase Mask.</a> Phys. Rev. Lett. 90 (7), 074801(2003).</li>
<li>Cloetens, P., Guigay, J. P., De Martino, C., Baruchel, J., Schlenker, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fractional+Talbot+imaging+of+phase+gratings+with+hard+X-rays%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Lett%22%5BJournal%5D)">Fractional Talbot imaging of phase gratings with hard X-rays.</a> Opt. Lett. 22 (14), 1059-1061 (1997).</li>
<li>Guigay, J. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+partial+Talbot+effect+and+its+use+in+measuring+the+coherence+of+synchrotron+X-rays%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Synchrotron+Rad%22%5BJournal%5D)">The partial Talbot effect and its use in measuring the coherence of synchrotron X-rays.</a> J. Synchrotron Rad. 11, 476-482 (2004).</li>
<li>Kluender, R., Masiello, F., Vaerenbergh, P. V., Härtwig, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measurement+of+the+spatial+coherence+of+synchrotron+beams+using+the+Talbot+effect%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Status+Solidi+A%22%5BJournal%5D)">Measurement of the spatial coherence of synchrotron beams using the Talbot effect.</a> Phys. Status Solidi A. 206 (8), 1842-1845 (2009).</li>
<li>Pfeiffer, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Shearing+Interferometer+for+Quantifying+the+Coherence+of+Hard+X-Ray+Beams%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Shearing Interferometer for Quantifying the Coherence of Hard X-Ray Beams.</a> Phys. Rev. Lett. 94 (1-4), 164801(2005).</li>
<li>Marathe, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Probing+transverse+coherence+of+x-ray+beam+with+2-D+phase+grating+interferometer%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Probing transverse coherence of x-ray beam with 2-D phase grating interferometer.</a> Opt. Express. 22 (12), 14041-14053 (2014).</li>
<li>Shi, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Circular+grating+interferometer+for+mapping+transverse+coherence+area+of+X-ray+beams%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Circular grating interferometer for mapping transverse coherence area of X-ray beams.</a> Appl. Phys. Lett. 105 (1-6), 041116(2014).</li>
<li>2D grating simulation for X-ray phase-contrast and dark-field imaging with a Talbot interferometer. Zanette, I., David, C., Rutishauser, S., Weitkamp, T. X-ray Optics and Microanalysis, Proceedings of the 20th International Congress, , American Institute of Physics. 73-79 (2010).</li>
</ol>

Die Autoren haben nichts offenzulegen.

5 zeigt die geschätzte Querkohärenzlänge entlang allen vier Richtungen. Offensichtlich hat die 90 ° -Richtung höher ξ θ im Vergleich zu 0 ° -Richtung. Da der Strahllinienoptik vernachlässigbaren Effekt auf die Strahlkohärenz am Gitter relative Position aufweist, ist die gemessene Kohärenzbereich mit dem Sourcebereich Größe umgekehrt proportional. Die dargestellte Röntgenstrahlkohärenz Meßtechnik ordnet diese genau , welche als eine Ellipse mit ihrer Hauptachse entlang der vertikalen ...

Die dritte Generation des harten Röntgensynchrotronstrahlungsquellen, wie zum Beispiel die APS bei ANL, Lemont, IL, USA (http://www.aps.anl.gov), haben enorme Auswirkungen auf die Entwicklung der Röntgenwissenschaften hatte . Eine Synchrotron-Strahlungsquelle erzeugt ein Spektrum elektromagnetischer Strahlung, von Infrarot bis Röntgenwellenlängen, wenn geladene Teilchen, wie Elektronen, sind aus in der Nähe der Lichtgeschwindigkeit in eine Kreisbahn zu bewegen. Diese Quellen haben sehr einzigartige Eigenschaften, wie hohe Helligkeit, gepulste und Pico-Sekunden Zeitstruktur und große räumliche und zeitliche Kohärenz. Röntgenstrahl räumliche Kohärenz ist ein wichtiger Parameter der dritten und vierten Generation Synchrotronquellen und die Anzahl der Versuche Verwendung dieser Eigenschaft zu machen hat sich in den vergangenen zwei Jahrzehnten dramatisch zugenommen 1. Die zukünftige Upgrades dieser Quellen, wie die geplante Multi-bend achromat (MBA) Gitter für das APS-Speicherring, den Strahl kohärenter Fluss dramatisch erhöhen (http: //www.aps.anl.gov/Upgrade/). Der Röntgenstrahl kann mit einem Kristall-Monochromator abgestimmt werden höhere zeitliche Kohärenz zu erreichen. Die transversale Kohärenz der Synchrotronquellen ist signifikant höher als die der Labor basierte Röntgenquellen aufgrund der geringen Elektronenstrahl Emittanz und langen Ausbreitungsstrecke von der Quelle bis zum Versuchsstation. Normalerweise wird Young&#39;schen Doppel Pinhole oder Doppelspalt - Experiment 2 verwendet , die räumliche Kohärenz des Strahls , der durch die Inspektion der Sichtbarkeit der Interferenzstreifen zu messen. Um die vollständige komplexe Kohärenzfunktion (CCF), systematische Messungen nötig sind, um mit den beiden Schlitzen an verschiedenen Positionen mit verschiedenen Trennungen gelegt, die, besonders für harte Röntgenstrahlung, umständlich und unpraktisch erhalten. Einheitlich Redundant Array (URA) kann auch für die Strahlkohärenz Messung verwendet werden , indem sie als Phasenverschiebungsmaske verwendet wird 3. Obwohl die Technik kann die volle CCF bietenEs ist nicht modellfrei. mit der Selbstabbildungseigenschaft der periodischen Objekte Unlängst wurden interferometrische Techniken auf Basis von Talbot-Effekt entwickelt. Diese Interferometern nutzen die Interferogramm Sichtbarkeit bei einigen Selbstabbildung Entfernungen gemessen hinter dem Gitter zum Erhalten der Strahlquer Kohärenz 4-9. Die Messungen der Quer Kohärenz zwei Gittersystem wird auch 7 berichtet. Abbilden des Querbalkens Kohärenz, gleichzeitig entlang der vertikalen und horizontalen Richtung wurde zuerst von JP Guigay et al. 5. Vor kurzem haben Wissenschaftler in der Optik - Gruppe, X-ray Science Division (XSD), von APS haben zwei neue Techniken berichtet messen Strahl quert Kohärenz entlang mehr als zwei Richtungen gleichzeitig mit zwei Methoden: eine mit einem Schachbrettphasengitter 8 und das andere mit einem kreisförmigen Phasengitter 9. In diesem Beitrag wird die measurement und Datenanalyseverfahren werden zum Erhalten des Quer Kohärenz des Strahls entlang der 0 °, 45 °, 90 ° und 135 ° Richtungen relativ zu der horizontalen Richtung gleichzeitig beschrieben. Die Messungen wurden mit einem Schachbrett π / 2-Phasengitter in der 1-BM-Strahllinie von APS durchgeführt. Die Einzelheiten dieser Technik in den Protokoll Abschnitten aufgeführt sind: 1) Planung des Experiments; 2) Herstellung der 2-d schachbrettPhasenGitter; 3) Versuchsaufbau und die Ausrichtung an der Synchrotronstrahlungsquelle; 4) Durchführung Kohärenz Messungen; 5) Datenanalyse. Darüber hinaus werden die repräsentativen Ergebnisse gezeigt, die Technik zu veranschaulichen. Diese Verfahren können mit einem Minimum an Änderungen an der Gitterdesign an vielen Synchrotronstrahllinien durchgeführt werden.

<table><tbody><tr><td>1-BM-B Biegemagnet-Röntgenquelle</td><td>Erweiterte Photonenquelle/ Argonne National Lab</td><td></td><td><a href="http://www.aps.anl.gov/Xray_Science_Division/Optics/Beamline/">http://www.aps.anl.gov/Xray_Science_Division/Optics/Beamline/</a></td></tr><tr><td>LYSO Szintillator</td><td>Proteus Inc</td><td></td><td><a href="http://www.apace-science.com/proteus/lyso.htm#top">http://www.apace-science.com/ proteus/lyso.htm#top</a></td></tr><tr><td>Coolsnap HQ2 CCD-Detektor</td><td>Photometrics</td><td></td><td><a href="http://www.photometrics.com/products/ccdcams/coolsnap_hq2.php">http://www.photometrics.com/products/ccdcams/coolsnap_hq2.php</a></td></tr><tr><td>ATC 2000 UHV-Sputterabscheidungssystem</td><td>AJA International Inc</td><td></td><td><a href="http://www.ajaint.com/systems_atc.htm">http:// www.ajaint.com/systems_atc.htm</a></td></tr><tr><td>MICROPOSIT S1800 Fotolack</td><td>Dow&nbsp;</td><td></td><td></td></tr><tr><td>MICROPOSIT 351 Entwickler</td><td>Dow&nbsp;</td><td></td><td></td></tr><tr><td>MA/BA6 Lithographie-System</td><td>SUSS MicroTec</td><td><a href="http://www.suss.com/en/products-solutions/products/mask-aligner/maba6/overview.html">http://www.suss.com/en/products-solutions/products/mask-aligner/maba6/overview.html</a></td>Spin Coater <td></td></tr><tr><td>WS-400-6NPPB</td><td>Laurell Technologies Corporation</td><td></td><td><a href="http://www.laurell.com/spin-coater/?model=WS-400-6NPP-LITE">http://www.laurell.com/spin-coater/?model=WS-400-6NPP-LITE</a></td></tr><tr><td>JBX-9300FS Elektronenstrahl-Lithographie-System</td><td>JEOL</td><td></td><<td>a href="http://www.jeolusa.com/PRODUCTS/PhotomaskDirectWriteLithography/ElectronBeamLithography/JBX-9500FS/tabid/245/Default.aspx">http://www.jeolusa. com/PRODUCTS/PhotomaskDirectWriteLithography/ElectronBeamLithography/JBX-9500FS/tabid/245/Default.aspx</a></td></tr><tr><td>CS-1701 RIE-System</td><td>Nordson March</td><td></td><td><a href="http://www.nordson.com/EN-US/DIVISIONS/MARCH/PRODUCTS/LEGACY/Pages/CS-1701-Anisotropic-RIE-Plasma-System.aspx">http://www.nordson.com/EN-US/DIVISIONS/MARCH/PRODUCTS/LEGACY/Pages/CS-1701-Anisotropic-RIE-Plasma-System.aspx</a></td></tr><tr><td>Techni Gold 25E</td><td>Technic</td><td></td><td><a href="http://www.technic.com/eu/applications/industrial/industrial-chemistry/plating-chemistry">http://www.technic.com/eu/applications/industrial/industrial-chemistry/plating-chemistry</a></td></tr><tr><td>Dektak-8 Oberflächenprofiler</td><td>Bruker</td><td></td><td><a href="http://brukersupport.com/ProductDetail/1136">http://brukersupport.com/ProductDetail/ 1136</a></td></tr><tr><td>MICROPOSIT 1165 Entferner</td><td>Dow&nbsp;</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

messung der röntgenstrahl coherence entlang mehreren richtungen unter verwendung von 2-d-schachbrett phase grating

Measurement of X-ray Beam Coherence along Multiple Directions Using 2-D Checkerboard Phase Grating

Ein Verfahren für eine Technik, die transversale Kohärenz der Synchrotronstrahlung Röntgenquellen zur Messung eines einzelnen Phasengitter-Interferometer verwendet wird berichtet. Die Messungen wurden an der 1-BM Ablenkmagneteinheit-Strahlrohr der Advanced Photon Source (APS) am Argonne National Laboratory (ANL) unter Beweis gestellt. Durch die Verwendung eines 2-D schachbrett π / 2-Phasenverschiebungsgitter Querkohärenzlängen wurden entlang der vertikalen und der horizontalen Richtung als auch entlang der 45 ° und 135 ° -Richtungen zu der horizontalen Richtung erhalten wird. Nach den technischen in diesem Dokument angegebenen Details wurden Interferogramme an verschiedenen Positionen gemessen stromabwärts von der Phase entlang des Strahlausbreitungsrichtung Gitter. Visibility-Werte jedes Interferogramm wurden von der Analyse harmonischen Spitzen in seiner Fourier-transformierten Bild extrahiert. Folglich kann die Kohärenzlänge entlang jeder Richtung von der Entwicklung der Sichtweite in Abhängigkeit von der Gitter-to-detec extrahiert werdentor Abstand. Die gleichzeitige Messung von Kohärenzlängen in vier Richtungen der elliptischen Form der Kohärenzbereich des gaussförmigen Röntgenquelle identifizieren geholfen. Die berichtete Technik zur Mehrrichtungs Kohärenz Charakterisierung ist wichtig für die Auswahl der entsprechenden Stichprobengröße und der Orientierung sowie für die partielle Kohärenzeffekte in Kohärenz Streuexperimente korrigieren. Diese Technik kann auch für die Beurteilung der Kohärenz Konservierungsfähigkeiten Röntgenoptik angewendet werden.

Während detaillierte experimentelle und Simulationsergebnisse 8 an anderer Stelle gefunden werden konnte, nur dieser Abschnitt zeigt die Ergebnisse ausgewählt , um die oben genannten Mess- und Datenanalyseverfahren zu erläutern. Abbildung 1 stellt die Versuchsaufbau an der APS - 1-BM-B - Strahlrohr. Die Strahlgrße wird durch einen 1 × 1 mm 2 Schlitz angeordnet stromaufwärts des Doppelkristall Monochromator (DCM) und 25 m von der Biegemagnetquelle definiert. Das DCM ist mit dem Ausg...

Das Messprotokoll und Datenanalyseverfahren zum Erhalten Quer Kohärenz einer Synchrotronstrahlungsröntgenquelle entlang von vier Richtungen gleichzeitig unter Verwendung eines einzigen 2-D schachbrettPhasenGitter gegeben. Diese einfache Technik kann für eine vollständige transversale Kohärenz Charakterisierung von Röntgenquellen und der Röntgenoptik angewendet werden.

Messung der Röntgenstrahl Coherence entlang mehreren Richtungen unter Verwendung von 2-D-Schachbrett Phase Grating

A procedure for a technique to measure the transverse coherence of synchrotron radiation X-ray sources using a single phase grating interferometer is ...

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens besteht darin, die transversale Kohärenz des Röntgenstrahls an einer Synchrotron-Strahllinie mithilfe der Gitterinterferometrie zu messen. Der Hauptvorteil dieser Technik liegt darin, dass sie die Kohärenzeigenschaften des Röntgenstrahls in mehreren Richtungen gleichzeitig messen kann, indem sie 2D-Gradienten verwendet. Obwohl die Methode an der Strahllinie 1-BM an der Advanced Photon Source demonstriert wurde, kann sie auf jede beliebige Synchrotron-Strahllinie angewendet werden.Die Herstellung von 2D-Gittern ist entscheidend, um verschiedene kohärente Bedingungen an einer Strahllinie zu messen. Die Erzeugung eines Phasengitters erfordert zunächst die Herstellung einer Galvanikform. Der Ausgangspunkt für diese Demonstration ist ein vorbereitetes Stück Siliziumwafer.Dies ist die Goldschicht auf der aktiven Fläche der 15 Millimeter mal 15 Millimeter großen Probe. Auf der gegenüberliegenden Seite der Probe befindet sich ein 5 Millimeter mal 5 Millimeter großes Siliziumnitridfenster. Weitere Einzelheiten zur Probe sind in diesem schematischen Querschnitt dargestellt.Eine Schicht aus geätztem Silizium befindet sich im Kern der Probe. Die Arbeits

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In situ Grazing Incidence Small Angle X-ray Scattering on Roll-To-Roll Coating of Organic Solar Cells with Laboratory X-ray Instrumentation

Erfahren Sie, wie Sie die transversale Kohärenz von Röntgenstrahlen an Synchrotron-Strahllinien mit Gitterinterferometrie und 2D-Phasengittern messen. Diese Methode ermöglicht die simultane Charakterisierung in mehreren Richtungen.

Messung der Röntgenstrahl Coherence entlang mehreren Richtungen unter Verwendung von 2-D-Schachbrett Phase Grating

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