Mesure de faisceau de rayons X Cohérence le long de plusieurs directions à l'aide de 2-D Damier Phase caillebotis

L’objectif général de cette procédure est de mesurer la cohérence transversale du faisceau de rayons X, à une ligne de faisceau synchrotron, à l’aide de l’interférométrie graduelle. Le principal avantage de cette technique est qu’elle permet de mesurer la propriété de cohérence du faisceau de rayons X, dans plusieurs directions, simultanément, en utilisant des gradients 2D. Bien que la méthode ait été démontrée à la ligne de faisceau 1-BM, à la Source de photons avancée, elle peut être appliquée à n’importe quelle ligne de faisceau synchrotron.

La fabrication d’un réseau 2D est essentielle pour mesurer différentes conditions de cohérence de ligne de faisceau. La création du caillebotis de phase, nécessite d’abord la fabrication, d’un moule de galvanoplastie. Le point de départ de cette démonstration est un morceau de plaquette de silicium préparé.

Il s’agit de la couche d’or sur la face de travail de l’échantillon de 15 millimètres sur 15 millimètres. Sur le côté opposé de l’échantillon, il y a une fenêtre en nitrure de silicium de 5 millimètres sur 5 millimètres. Plus de détails sur l’échantillon se trouvent dans cette coupe transversale schématique.

Une couche de silicium, qui a été gravée, se trouve au cœur de l’échantillon. La face active de l’échantillon est recouverte d’une couche de nitrure de silicium à faible contrainte, qui recouvre le silicium. Au-dessus du nitrure de silicium se trouve une couche de cinq nanomètres de chrome, puis une couche d’or de 30 nanomètres.

En bas, le nitrure de silicium a été gravé pour créer une fenêtre sur la surface de travail. Commencez par amener l’échantillon dans une machine de traitement par centrifugation et chargez-le. Dépôt de solution de résine PMMA, sur la face or-chrome de l’échantillon.

Faites fonctionner la machine de revêtement par centrifugation, pour former un film de résine, de l’épaisseur souhaitée. Une fois terminé, retirez l’échantillon de l’enducteur de centrifugation. Placez-le sur une plaque chauffante, maintenue à 180 degrés Celsius, pendant une minute, pour éliminer le solvant résiduel du film.

Une fois la cuisson terminée, apportez l’échantillon à un système de lithographie par faisceau d’électrons de 100 kiloélectronvolts et chargez-le dans l’appareil. Utilisez le système de lithographie pour exposer le PMMA, au motif de gradation. Dans le modèle de ce protocole, les zones rouges seront exposées et deviendront solubles pour le développeur.

Une fois terminé, récupérez l’échantillon et préparez-vous à le développer. Placez l’échantillon dans une hotte. Là, préparez une solution d’alcool isopropylique, et de l’eau déminéralisée pour le révélateur, et un bécher d’alcool isopropylique pour le rinçage.

Mettez l’échantillon dans le révélateur et laissez-le couler, avant de faire tourner doucement le récipient, pendant 30 à 40 secondes, pour faire circuler la solution. Au fur et à mesure que le processus de développement progresse, le motif de nivellement sur la surface de travail devient visible. Après l’étape de développement, retirez l’échantillon et plongez-le dans un bécher d’alcool isopropylique.

Gardez-le là pendant 30 secondes, tout en faisant tourner doucement le bécher. Retirez l’échantillon et séchez-le avec de l’azote gazeux en circulation. Lorsque l’échantillon est complètement développé et nettoyé, procédez à la galvanoplastie du caillebotis d’or.

Cela nécessite une installation de galvanoplastie, avec un bécher, rempli d’une solution de galvanoplastie à base de sulfite d’or, chauffée à 40 degrés Celsius, une anode en treillis de platine dans la solution et une alimentation en courant continu. Immergez l’échantillon dans la solution de sulfite d’or, pour agir comme une cathode. Ensuite, allumez l’alimentation CC, configurez le courant approprié, pour galvaniser l’or au taux de placage souhaité.

Lorsque l’épaisseur souhaitée est atteinte, arrêtez la galvanoplastie et rincez l’échantillon à l’eau déminéralisée. Retirez l’échantillon du rinçage et séchez-le avec de l’azote en coulant. Ensuite, préparez un solvant chauffé sur une plaque chauffante, pour retirer le moule en polymère.

Immergez l’échantillon dans le solvant et laissez-le y rester pendant 15 à 30 minutes. Retirez l’échantillon, rincez-le à l’alcool isopropylique et séchez-le. Il s’agit de l’échantillon, une fois que les étapes d’ajout du réseau de phase en damier bidimensionnel ont été complétées.

Prendre des images au microscope électronique à balayage de l’échantillon dans le cadre d’une inspection pour confirmer que la période de réseautage, le cycle de service et l’épaisseur du réseau souhaités ont été atteints. Sur cette image, le même réseau est incliné vers l’arrière de 35 degrés, pour fournir une perspective supplémentaire. Continuer à préparer les mesures de cohérence, dans la niche d’expérimentation de l’installation.

Dans cette démonstration, le faisceau passera à travers le réseau de phase et tombera sur ce détecteur CCD. La lentille de l’objet pour le détecteur, se trouve derrière un panneau. Cette configuration utilise un objectif 10 fois, ce qui permet de résoudre le plus petit motif d’interférence.

Ensuite, positionnez le scintillateur du détecteur, pour une mise au point approximative. Placez le scintillateur du détecteur, à la distance de travail de la lentille, ici environ 5,2 millimètres. Fermez tous les panneaux, avant de passer à la salle de contrôle.

Dans la salle de contrôle, commencez à régler la mise au point, en ajustant à distance la position de l’objectif de l’objet. Avec la lumière ambiante dans le clapier, visualisez les moniteurs de la salle de contrôle pour observer la mise au point. Une fois la mise au point réglée, retournez dans le clapier d’expérience.

Déplacez le détecteur bidimensionnel dans le trajet du faisceau de rayons X, qui est indiqué ici, avec un faisceau laser. Centrer le faisceau à l’aide des étapes de translation verticale et horizontale. Afin d’effectuer une mise au point fine, placez un échantillon de phase dans le trajet du faisceau de rayons X.

Un morceau de polystyrène, placé sur l’étage de râpage, est suffisant. Dans la salle de contrôle, observez le modèle de diffusion des rayons X et ajustez la position de l’objectif jusqu’à ce que la netteté d’image la plus élevée soit atteinte. Il est maintenant temps de monter le réseau, pour les mesures de cohérence.

Il s’agit du caillebotis de phase en damier 2D, une fois qu’il est monté dans la pile d’étage du caillebotis. Déplacez le réseau de phase en damier 2D, là où la cohérence du faisceau doit être mesurée. Depuis la salle de contrôle, ajustez le plan du réseau de phase, pour qu’il soit perpendiculaire, au faisceau de rayons X.

Ensuite, surveillez les images et utilisez les platines de translation motorisées pour centrer le réseau, dans la ligne du faisceau de rayons X. Ensuite, tournez le réseau dans la direction du faisceau de rayons X. Le but est d’avoir la diagonale du motif en damier, le long de la direction transversale du faisceau d’intérêt.

Dans ce cas, le long des directions verticale et horizontale. Poursuivez le réglage précis, en tournant autour de l’axe perpendiculaire au faisceau de rayons X, afin de maximiser les périodes d’interférogramme, dans les directions horizontale et verticale. Depuis la salle de contrôle, enclenchez la platine de translation, pour déplacer le détecteur.

Le mouvement doit placer le détecteur aussi près que possible du réseau de phase, le long de la direction du faisceau. Une fois qu’il est en place, enregistrez un interférogramme, avec le temps d’exposition approprié, ici quatre secondes. Ensuite, engagez à nouveau l’étage de translation, pour déplacer le détecteur.

À l’aide des commandes de l’étape de translation, déplacez-le par incréments le long de la trajectoire du faisceau, choisi pour générer suffisamment de données. Continuez à enregistrer les interférogrammes et à déplacer le détecteur jusqu’à la distance maximale entre le réseau et le détecteur. Pour ce système, la distance finale entre le réseau et le détecteur est d’environ 750 millimètres pour les derniers interférogrammes.

Pour terminer la collecte de données, désactivez le faisceau de rayons X. Ensuite, en utilisant le même temps d’exposition, que pour les interférogrammes, obtenez une image sombre. Ces interférogrammes ont été mesurés à l’aide du réseau de phase en damier 2D, décrit dans le protocole de texte.

Cet interférogramme, correspond à des mesures de visibilité, à la première distance talbot le long de la ligne de propagation, à une valeur de distance réseau-détecteur, de 83 millimètres. Ce modèle correspond à la distance du quatrième talbot, à 579 millimètres. Une transformée de Fourier rapide des données dans les interférogrammes produit des pics harmoniques, qui fournissent des informations sur la nature périodique de l’interférogramme.

Le pic d’ordre zéro, se trouve au centre de l’image, au centre d’un carré rouge. Un pic de premier ordre à zéro degré, se trouve au centre d’un carré vert. Il y a quatre pics indépendants du premier ordre, à zéro, 45, 90 et 135 degrés, à partir desquels la visibilité le long de chaque direction peut être obtenue.

Voici l’évolution de la visibilité, pour zéro degré, en fonction de la distance entre le réseau et le détecteur. Les données expérimentales sont tracées avec des cercles bleus. Les cercles rouges sont des données sélectionnées autour des distances de Talbot, pour l’ajustement d’enveloppe gaussienne.

L’analyse, donne un lien de cohérence, de 3,6 micromètres. Une analyse similaire des données de visibilité, dans les quatre directions, fournit cette estimation de la carte de cohérence. Seuls les interférogrammes, aux distances d’auto-imagerie, sont nécessaires pour obtenir les liens de cohérence.

Une fois maîtrisée, cette technique peut être réalisée en quelques heures, si elle est exécutée correctement. Lors de cette tentative, il est important de choisir le réseau, avec la période optimisée pour chaque mesure. Après son développement, cette technique a ouvert la voie aux chercheurs, dans le domaine de l’optique des rayons X, pour développer des optiques préservant la cohérence, pour les sources lumineuses de nouvelle génération.