Artykuł metodologiczny

Pomiar koherencji wiązki promieniowania rentgenowskiego w wielu kierunkach za pomocą siatki fazowej 2D w szachownicę

DOI:

10.3791/53025

⸱

11 października 2016

 ,  ,  ,  , 
1X-ray Science Division, Advanced Photon Source, Argonne National Laboratory, 2Division of Science, Diamond Light Source Ltd.

W tym artykule

Podsumowanie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Protokół pomiarowy i procedura analizy danych są podane dla uzyskania poprzecznej spójności źródła promieniowania synchrotronowego promieniowania rentgenowskiego wzdłuż czterech kierunków jednocześnie za pomocą pojedynczej siatki fazowej 2-D w szachownicę. Ta prosta technika może być zastosowana do pełnej charakterystyki koherencji poprzecznej źródeł promieniowania rentgenowskiego i optyki rentgenowskiej.

Streszczenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Opisano procedurę techniki pomiaru poprzecznej koherencji źródeł promieniowania synchrotronowego za pomocą interferometru z pojedynczą siatką. Pomiary zademonstrowano na linii badawczej magnesów zginających 1-BM Advanced Photon Source (APS) w Argonne National Laboratory (ANL). Dzięki zastosowaniu siatki przesuwnej fazowej 2-D π/2 uzyskano poprzeczne długości koherencji w kierunku pionowym i poziomym oraz w kierunkach 45° i 135° w kierunku poziomym. Zgodnie ze szczegółami technicznymi określonymi w tym artykule, interferogramy zostały zmierzone w różnych pozycjach za siatką fazową wzdłuż kierunku rozchodzenia się wiązki. Wartości widoczności każdego interferogramu zostały wyodrębnione z analizy pików harmonicznych w jego obrazie z transformacją Fouriera. W związku z tym długość koherencji w każdym kierunku można wyprowadzić z ewolucji widoczności w funkcji odległości od siatki do detektora. Jednoczesny pomiar długości koherencji w czterech kierunkach pomógł zidentyfikować eliptyczny kształt obszaru koherencji źródła promieniowania rentgenowskiego w kształcie Gaussa. Przedstawiona technika charakterystyki koherencji wielokierunkowej jest ważna dla wyboru odpowiedniej wielkości i orientacji próby, a także dla skorygowania efektów częściowej koherencji w eksperymentach z rozpraszaniem koherencji. Technika ta może być również stosowana do oceny zdolności optyki rentgenowskiej do zachowywania koherencji.

Wprowadzenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Źródła promieniowania synchrotronowego trzeciej generacji, takie jak APS w ANL, Lemont, IL, USA (http://www.aps.anl.gov), miały ogromny wpływ na rozwój nauk rentgenowskich. Źródło promieniowania synchrotronowego generuje widmo promieniowania elektromagnetycznego, od podczerwieni do promieniowania rentgenowskiego, gdy naładowane cząstki, takie jak elektrony, poruszają się z prędkością bliską prędkości światła po orbicie kołowej. Źródła te mają bardzo unikalne właściwości, takie jak wysoka jasność, pulsacyjna i pikosekundowa struktura czasowa oraz duża spójność przestrzenna i czasowa. Koherencja przestrzenna wiązki promieniowania rentgenowskiego jest ważnym parametrem źródeł synchrotronowych trzeciej i czwartej generacji, a liczba eksperymentów wykorzystujących tę właściwość dramatycznie wzrosła w ciągu ostatnich dwóch dekad1. Przyszłe modernizacje tych źródeł, takie jak planowana siatka achromatyczna z wieloma zgięciami (MBA) dla pierścienia akumulacyjnego APS, znacznie zwiększą strumień koherentny wiązki (http://www.aps.anl.gov/Upgrade/). Wiązkę promieniowania rentgenowskiego można dostroić za pomocą monochromatora kryształkowego, aby uzyskać wyższą spójność czasową. Koherencja poprzeczna źródeł synchrotronowych jest znacznie wyższa niż w przypadku laboratoryjnych źródeł promieniowania rentgenowskiego ze względu na niską emisję wiązki elektronów i dużą odległość propagacji od źródła do stacji doświadczalnej.

Normalnie, eksperyment Younga z podwójnym otworkiem lub podwójną szczeliną jest używany do pomiaru przestrzennej spójności wiązki poprzez kontrolę widoczności prążków interferencyjnych2. Aby uzyskać pełną zespoloną funkcję koherencji (CCF), potrzebne są systematyczne pomiary z dwiema szczelinami umieszczonymi w różnych pozycjach z różnymi separacjami, co, szczególnie w przypadku twardego promieniowania rentgenowskiego, jest kłopotliwe i niepraktyczne. Uniform Redundant Array (URA) może być również używana do pomiaru koherencji wiązki, wykorzystując ją jako maskę przesunięcia fazowego3. Chociaż technika ta może zapewnić pełny CCF, nie jest wolna od modelu. Niedawno opracowano techniki interferometryczne oparte na efekcie Talbota, wykorzystujące właściwość samoobrazowania obiektów okresowych. Interferometry te wykorzystują widoczność interferogramu mierzoną w kilku odległościach samoobrazowania za siatką w celu uzyskania koherencji poprzecznej wiązki4-9. Podano również pomiary koherencji poprzecznej przy użyciu systemu dwóch siatek7.

Mapowanie poprzecznej spójności wiązki, jednocześnie wzdłuż kierunku pionowego i poziomego, zostało po raz pierwszy zgłoszone przez J. P. Guigay et al.5. Niedawno naukowcy z Optics Group, X-ray Science Division (XSD) APS poinformowali o dwóch nowych technikach pomiaru koherencji poprzecznej wiązki wzdłuż więcej niż dwóch kierunków jednocześnie przy użyciu dwóch metod: jednej z siatką fazową w szachownicę8, a drugiej z kołową siatką fazową9.

W tym artykule opisano procedury pomiaru i analizy danych w celu uzyskania spójności poprzecznej wiązki wzdłuż kierunków 0°, 45°, 90° i 135° względem kierunku poziomego, jednocześnie. Pomiary przeprowadzono na linii 1-BM APS z siatką fazową w szachownicę π/2. Szczegóły tej techniki wymienione w sekcjach protokołu obejmują: 1) planowanie eksperymentu; 2) Przygotowanie kraty fazowej szachownicy 2D; 3) przygotowanie i ustawienie eksperymentu w obiekcie synchrotronowym; 4) wykonywanie pomiarów koherencji; 5) Analiza danych. Ponadto przedstawiono reprezentatywne wyniki w celu zilustrowania techniki. Procedury te mogą być przeprowadzane na wielu liniach synchrotronowych przy minimalnych zmianach w konstrukcji siatki.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Planowanie eksperymentu

  1. Zidentyfikuj linię promieniowania synchrotronowego. Skontaktuj się z naukowcem odpowiedzialnym za linię promieniowania, aby ustalić, czy wybrana linia jest odpowiednia do planowanego eksperymentu.
    UWAGA: Eksperymenty opisane w niniejszej pracy zostały przeprowadzone na linii 1-BM-B, przeznaczonej do testowania optyki i detektorów, w ramach XSD w APS.
  2. Złóż wniosek użytkownika oraz prośbę o przydzielenie czasu dostępu do linii promieniowania.
  3. Opracuj szczegóły eksperymentu wspólnie z naukowcem z linii promieniowania i określ wymagane instrumenty, w tym zmotoryzowane stoły do ustawiania siatki i detektora, detektor dwuwymiarowy (CCD lub CMOS) oraz długi stół translacyjny, obejmujący najmniejszą i największą odległość wymaganą pomiędzy detektorem a siatką fazową.
  4. Przygotuj się do sesji pomiarowej, postępując zgodnie z instrukcjami zamieszczonymi na odpowiedniej stronie internetowej. Przejdź szkolenia z zakresu bezpieczeństwa i wypełnij niezbędny formularz oceny bezpieczeństwa eksperymentu.

2. Przygotowanie dwuwymiarowej siatki fazowej w układzie szachownicy

  1. Wyznacz okres siatki, p, który jest powiązany z okresem wzoru interferogramu, pθ, wzdłuż różnych kątów kierunku poprzecznego θ. Wartości widzialności, Vθ(d), interferogramu wzdłuż różnych kątów θ oscylują jako funkcja odległości od siatki do detektora, d.
    Dla dwuwymiarowej szachownicowej siatki fazowej π/2, maksima Vθ(d) występują w odległościach,
    figure-protocol-1
    gdzie n = 1, 2, 3… a λ to długość fali fotonów. Wzór interferogramu ma charakterystyczny okres pθ = p/√2 wzdłuż kierunku przekątnej kwadratowych bloków oraz okres pθ = p/2 wzdłuż krawędzi bloków kwadratowych. Wybór p opiera się zatem na następujących kryteriach.
  2. Upewnij się, że co najmniej kilka maksimów Vθ(d) mieści się w obrębie maksymalnej odległości od siatki do detektora lub limitu przestrzennego stanowiska eksperymentalnego, dmax. Aby spełnić warunek dn,θ < dmax, musi zachodzić relacja
    figure-protocol-2
    Dla n = 5, dmax = 1 m, λ = 0.06888 nm (18 keV), daje to pθ < 3.9 µm.
  3. W zakresie dmax upewnij się, że wysokość maksimum Vθ(d) przy największej odległości dn,θ jest mniejsza o czynnik γ od pierwszego maksimum Vθ(d) przy d1,θ, aby uzyskać dokładne dopasowanie funkcji zaniku Gaussa. Zatem γ = Vθ,n(d) / Vθ,1(d), co stanowi stosunek widzialności ntego maksimum do pierwszego. Dla źródła promieniowania rentgenowskiego o rozkładzie intensywności Gaussa z długością koherencji ξθ, okres siatki fazowej π/2 musi spełniać warunek
    figure-protocol-3
    na przykład dla γ = 10%, ξθ = 5 µm i powyższych parametrów daje to pθ > 2.4 µm.
  4. Dobierz odpowiednie systemy detekcyjne, aby upewnić się, że okres wzoru interferogramu, pθ, jest kilka razy większy od rozdzielczości przestrzennej detektora.
  5. Wyznacz grubość, T, siatki wymaganą dla przesunięcia fazowego φ przy długości fali fotonów rentgenowskich λ, korzystając z wzoru
    figure-protocol-4
    gdzie δ jest przyrostem współczynnika załamania materiału przesuwającego fazę. Na przykład przyrost współczynnika załamania dla Au wynosi 9.7×10-6 dla 18 keV. Grubość Au dla siatki fazowej φ = π/2 wynosi zatem 1.8 µm.
  6. Wykonaj siatkę fazową poprzez galwaniczne osadzanie Au w uformowanej formie polimerowej na oknie z azotku krzemu (Si3N4).
    UWAGA: Procedura przygotowania podłoża z okna z azotku krzemu (Si3N4) i wykonania struktury siatki przedstawiona jest poniżej.
    1. Przygotuj podłoże, najpierw uwalniając membranę Si3N4, aby utworzyć okno przezroczyste dla promieni rentgenowskich.
    2. Nabyj od dostawcy wafle krzemowe (Si) z osadzonym po obu stronach azotkiem krzemu (Si3N4) o niskim naprężeniu (<250 MPa).
    3. Wprowadź wafel do systemu osadzania magnetronowego w celu nałożenia warstw Cr i Au, które będą służyć jako baza do galwanizacji.
    4. Zgodnie z instrukcjami producenta, osadź 5 nm Cr, a następnie 30 nm Au na jednej stronie wafla.
      UWAGA: Procesy osadzania z dokumentacji producenta systemu będą zawierać informacje takie jak szybkość osadzania.
    5. Wyjmij wafel z urządzenia do osadzania. Do wykonania siatki użyj strony wafla z osadzeniem Cr i Au.
    6. Wyznacz całkowity rozmiar siatki, a następnie zaprojektuj maskę fotolitograficzną, aby uformować membrany nieco większe. Na podstawie projektu zamów maskę od dostawcy lub wykonaj ją samodzielnie.
    7. Nałóż wirówką warstwę fotorezystu o grubości 3 µm na tylną stronę wafla, gdzie nie ma powłoki Cr i Au. Naświetlą rezyst narzędziem do litografii UV przez 20 s, używając zaprojektowanej maski fotolitograficznej. Wywołaj naświetlony rezyst w wodnej, alkalicznej roztworze wywoływacza przez 30 s, a następnie spłucz wodą dejonizowaną i osusz strumieniem N2.
    8. Wprowadź wafel do urządzenia do reaktywnego trawienia jonowego (RIE) stroną z uformowanym fotorezystem skierowaną do komory. Użyj plazmy CF4 do trawienia odsłoniętego Si3N4 zgodnie z instrukcją urządzenia.
    9. Opróżnij komorę trawienia i wprowadź program trawienia do urządzenia RIE. Uruchom program, aż warstwa Si3N4 zostanie całkowicie wytrawiona i w obrębie wzoru zostanie odsłonięta warstwa Si.
    10. Wytraw odsłonięty krzem na tylnej stronie wafla, zanurzając go w 30% roztworze KOH podgrzanym do 80 °C przez około 8 h. Szybkość trawienia przy zastosowaniu tego programu wynosi około 75 µm/h.
    11. Po zakończeniu trawienia Si spłucz próbkę wodą dejonizowaną i osusz strumieniem N2. Próbka jest gotowa do wykonania siatki.
  7. Wykonaj formę galwaniczną dla siatki fazowej, postępując zgodnie z poniższymi krokami.
    1. Zaprojektuj kwadratowy wzór szachownicy dla siatki i skompensuj błędy wzorca, zmniejszając rozmiar naświetlanego kwadratu o 100-250 nm. Uwzględnij ramkę o szerokości >50 µm wokół wzoru siatki w celu późniejszej weryfikacji grubości.
    2. Wprowadź próbkę do urządzenia do nanoszenia rezystu metodą wirową i nałóż roztwór pozytywnego fotorezystu poli(metakrylanu metylu) (PMMA) na stronę siatki. Uruchom urządzenie, aby utworzyć film rezystu o grubości od 2 do 3.5 µm, w zależności od pożądanej końcowej grubości siatki.
      UWAGA: Krzywe wirowania z informacjami o prędkości wirowania w stosunku do grubości filmu są dostarczane przez dostawcę roztworu PMMA lub mogą zostać wyznaczone empirycznie.
    3. Wprowadź wafel do systemu litografii wiązką elektronów o energii 100 keV.
    4. Zkalibruj urządzenie do naświetlania przy użyciu dużego prądu naświetlania przekraczającego 10 nA.
    5. Naświetl rezyst PMMA za pomocą litografii wiązką elektronów 100 keV, aby utworzyć wzór siatki; obszary naświetlone zostaną usunięte podczas etapu wywoływania. Zastosuj dawkę naświetlania w zakresie 1 100-1 250 µC/cm2, zależnie od grubości rezystu.
    6. Wyjmij próbkę z urządzenia.
    7. Wywołaj naświetlony rezyst, zanurzając go w roztworze alkoholu izopropylowego (IPA) i wody dejonizowanej w stosunku 7:3 (objętościowo) przez 30-40 s przy delikatnym mieszaniu. Spłucz IPA, a następnie osusz strumieniem N2. Upewnij się, że PMMA został całkowicie wywołany, sprawdzając obszar naświetlony pod mikroskopem optycznym.
    8. Wprowadź próbkę do urządzenia RIE stroną z wzorem PMMA skierowaną do komory.
    9. Opróżnij komorę trawienia i wprowadź program trawienia usuwającego pozostałości (descum) do urządzenia RIE. Proces descum to krótkie (<30 s) trawienie plazmą O2 w celu usunięcia wszelkich pozostałości PMMA z odsłoniętego obszaru siatki.
  8. Wykończ siatkę Au poprzez galwaniczne osadzanie w wykonanej formie, postępując zgodnie z poniższymi krokami.
    1. Sprawdź grubość formy galwanicznej, przesuwając sondę profilometru wzdłuż ramki przeznaczonej do weryfikacji grubości.
    2. Zanurz próbkę w roztworze galwanicznym Au-siarczynowym podgrzanym do 40 °C. Układ galwaniczny składa się z zlewki wypełnionej roztworem galwanicznym, zasilacza prądu stałego o stałym natężeniu oraz anody z siatki platynowej (Pt).
    3. Wyznacz powierzchnię osadzania próbki, obliczając ilość odsłoniętego Au we wzorze, a następnie oblicz prąd dla pożądanej gęstości prądu, która jest główną zmienną służącą do ustawienia szybkości osadzania.
    4. Oblicz czas osadzania potrzebny do osiągnięcia pożądanej grubości siatki, korzystając z szybkości osadzania wyznaczonej dla zastosowanej gęstości prądu.
    5. Włącz zasilacz prądu stałego, aby przyłożyć wyznaczony prąd do próbki pełniącej rolę katody, i osadzaj przez około połowę całkowitego czasu galwanizacji.
    6. Zmierz grubość osadu tą samą metodą, która została zastosowana w kroku 2.8.1.
    7. Włącz zasilacz prądu stałego, aby galwanicznie osadzić Au w formie PMMA aż do osiągnięcia pożądanej grubości siatki, uwzględniając zmierzoną wysokość osadu z kroku 2.8.6.
  9. Usuń formę polimerową, zanurzając próbkę w podgrzanym rozpuszczalniku. Następnie sprawdź próbkę pod mikroskopem optycznym oraz skaningowym mikroskopem elektronowym (SEM), aby potwierdzić okres siatki, cykl pracy oraz grubość siatki.
    UWAGA: Przygotuj dwie dwuwymiarowe szachownicowe siatki fazowe (jedną do eksperymentu i jedną zapasową) na kilka dni przed rozpoczęciem eksperymentu.

3. Konfiguracja eksperymentu i ustawienie wiązki w ośrodku synchrotronowym

  1. Poproś naukowca obsługującego linię wiązki o ustawienie energii lub długości fali promieniowania rentgenowskiego na wartość zgodną z kratką fazową. Standardowo stosowane energie promieniowania rentgenowskiego na linii wiązki APS 1-BM mieszczą się w zakresie od 6 do 28 keV. W tym przypadku dostrój energię fotonów do 18 keV.
  2. Wybierz odpowiedni obiektyw dla systemu detekcji. Tutaj zastosowano detektor CCD Coolsnap HQ2 z matrycą 1 392 × 1 040 pikseli obrazujących o rozmiarze 6,45 × 6,45 µm2. Aby rozdzielić najmniejszy wzór interferencyjny, użyj obiektywu EC plan Neofluar 10×. Efektywny rozmiar piksela systemu detekcji, uwzględniając powiększenie obiektywu mikroskopowego, wynosi zatem 0,64 µm. Szacowana rozdzielczość przestrzenna wynosi około 2 µm, co wynika głównie z funkcji rozproszenia punktowego systemu detekcji.
  3. Aby ustawić wstępne ogniskowanie systemu detekcji, umieść scyntylator (oksyortokrzemian lutetu i itru, grubość 150 µm) w „odległości roboczej” od soczewki (~5,2 mm dla zastosowanego systemu). Najpierw ustaw ostrość w świetle rozproszonym, monitorując obrazy pozyskiwane w „trybie ciągłym”, podczas regulacji pozycji scyntylatora za pomocą pikomotoru.
  4. Przesuń detektor 2-D w obszar wiązki promieniowania rentgenowskiego; za pomocą przesuwów pionowych i poziomych wyrównaj środek detektora ze środkiem wiązki.
  5. Umieść „próbkę fazową”, na przykład kawałek styropianu, w wiązce promieniowania rentgenowskiego. Przeprowadź precyzyjne ogniskowanie systemu detekcji, obserwując wzór rozproszenia z próbki fazowej i regulując pozycję scyntylatora aż do uzyskania najwyższej ostrości obrazu.

4. Wykonywanie pomiarów koherencji

  1. Umieść dwuwymiarową siatkę szachownicową w wiązce promieni rentgenowskich w miejscu, w którym ma zostać zmierzona koherencja wiązki. W tym przypadku jest to odległość 34 metrów od źródła w postaci magnesu zginającego.
  2. Ustaw płaszczyznę dwuwymiarowej fazowej siatki szachownicowej prostopadle do kierunku propagacji wiązki promieni rentgenowskich.
  3. Wycentruj siatkę względem wiązki promieni rentgenowskich, korzystając z zmotoryzowanych przesuwaków i analizując obrazy pozyskiwane w trybie ciągłym detektora.
  4. Obróć siatkę wokół kierunku propagacji wiązki promieni rentgenowskich (y) tak, aby kierunek przekątny wzoru szachownicy pokrywał się z pożądanym poprzecznym kierunkiem wiązki. W tym przypadku ustaw kierunki przekątne szachownicy (preferowane kierunki pomiarowe) w kierunkach poziomym i pionowym wiązki. Precyzyjnie dostrój obroty siatki wokół dwóch pozostałych osi (x i z), aby zapewnić jej prostopadłość do wiązki promieni rentgenowskich, co osiąga się poprzez maksymalizację okresów interferogramu w kierunkach poziomym i pionowym.
  5. Przesuń system detekcji tak blisko fazowej siatki, jak to fizycznie możliwe, wzdłuż kierunku propagacji wiązki. W niniejszym badaniu zastosowano odległość 43 mm.
  6. Oblicz najmniejszy okres w obrazie interferencyjnym. Siatka szachownicowa π/2 o okresie p = 4,8 µm wygeneruje obraz interferencyjny z pθ = 3,4 µm oraz pθ = 2,4 µm (najmniejszy okres) odpowiednio wzdłuż kierunków przekątnych i nieprzekątnych wzoru szachownicy. Oszacuj liczbę punktów danych wymaganych pomiędzy pozycjami maksimów Vθ(d) wyznaczonych zgodnie z Równaniem (1), aby uzyskać gładką krzywą.
  7. Wybierz odpowiedni czas ekspozycji dla każdego interferogramu; w tym przypadku wynoszą on cztery sekundy.
  8. Zarejestruj interferogramy przy tym samym czasie ekspozycji (np. 4 s) w różnych odległościach siatki od detektora. Wybierz czas ekspozycji na podstawie poziomu intensywności wiązki. Zaczynając od minimalnej odległości siatki od detektora (43 mm), przemieszczaj detektor w dół strumienia promieni rentgenowskich w małych odstępach (10 mm wyznaczonych na podstawie kroku 4.6) i rejestruj interferogram w każdej pozycji detektora, aż do maksymalnej możliwej odległości siatki od detektora (750 mm).
  9. Pozyskaj obrazy klatki ciemnej przy tym samym czasie ekspozycji (4 s), wyłączając wiązkę promieni rentgenowskich i zachowując wszystkie pozostałe warunki eksperymentalne bez zmian.

5. Analiza danych

UWAGA: Obecnie nie jest dostępne żadne standardowe oprogramowanie do analizy danych.

  1. Używając wybranego programu do przetwarzania obrazu, wczytaj obraz(y) ciemnego pola oraz obraz danych. Skoryguj obraz danych poprzez odjęcie (uśrednionego) obrazu ciemnego pola.
  2. Wykonaj transformatę Fouriera obrazu skorygowanego o ciemne pole, co pozwoli uzyskać widoczne piki harmoniczne w kierunku poziomym (θ = 0º), pionowym (θ = 90º) oraz w kierunkach θ = 45° i θ = 135°.
  3. Wytnij obraz harmonicznej 0.ego rzędu wycentrowany na piku 0.ego rzędu. Długość i szerokość obrazu powinny być równe odległościom między pikami 0.ego i 1.ego rzędu w odpowiednio kierunku poziomym i pionowym. W podobny sposób uzyskaj obrazy harmonicznych 1.ego rzędu o tej samej długości i szerokości w interesującym nas kierunku poprzecznym.
  4. Wykonaj odwrotną transformatę Fouriera (IFT) dla wyciętych obrazów harmonicznych. Stosunek średniej amplitud obrazu IFT z harmonicznej 1.ego rzędu w dowolnym kierunku poprzecznym do średniej amplitud obrazu IFT z harmonicznej 0.ego rzędu daje widoczność w tym kierunku.
    Należy pamiętać, że proces ten jest poprawny, jeśli w zmierzonym interferogramie występuje niewiele komponentów wysokoczęstotliwościowych. W przeciwnym razie można zamiast tego zastosować odpowiadające intensywności piki harmoniczne z obrazów transformaty Fouriera z kroku 5.4. Ze względu na rozbieżność wiązki pozycje piki harmonicznych będą stopniowo zmieniać się przy różnych odległościach od siatki do detektora. Dlatego wymagana jest korekta p'θ dla każdej odległości lub zastosowanie procesu wyszukiwania piki.
  5. Powtórz kroki 5.1-5.4 dla wszystkich zmierzonych obrazów przy różnych odległościach od siatki do detektora i zapisz wartość widoczności dla każdego obrazu.
  6. Wykreśl widoczność Vθ(d) jako funkcję odległości od siatki do detektora. Zidentyfikuj punkty danych wyznaczające piki Vθ(d). Należy zauważyć, że pełna krzywa została zmierzona jedynie po to, aby lepiej zidentyfikować pozycje piki określone przez Równanie (1). Ręcznie wybierz punkty danych dla piki oraz sąsiednie punkty danych po obu stronach każdego piku.
  7. Dopasuj funkcję Gaussa do wybranych punktów danych. Wyznacz odchylenie standardowe, σθ, funkcji dopasowania Gaussa.
  8. Wyznacz poprzeczną długość koherencji, ξθ, korzystając z
    figure-protocol-5

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Podczas gdy szczegółowe wyniki eksperymentalne i symulacyjne można znaleźć w innym źródle8, w tej sekcji przedstawiono jedynie wybrane wyniki, aby zilustrować powyższe procedury pomiarowe i analizy danych. Rycina 1 przedstawia układ eksperymentalny na linii wiązki APS 1-BM-B. Rozmiar wiązki jest definiowany przez szczelinę 1×1 mm2 umieszczoną przed monochromatyzorem dwukryształowym (DCM) w odległości 25 m od źródła w postaci magnesu zginającego. DCM jest nastrojony na emisję fotonów...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Rysunek 5 przedstawia szacowaną długość koherencji poprzecznej we wszystkich czterech kierunkach. Wyraźnie widać, że kierunek 90° ma wyższe ξθ w porównaniu z kierunkiem 0°. Ponieważ optyka linii badawczej ma znikomy wpływ na spójność wiązki w względnym położeniu siatki, zmierzona powierzchnia koherencji jest odwrotnie proporcjonalna do powierzchni wielkości źródła. Przedstawiona technika pomiaru koherencji wiązki promieniowania rentgenowskiego odwzorowuje to dokładnie, co można przeds...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Korzystanie z Zaawansowanego Źródła Fotonów i Centrum Materiałów Nanoskalowych, Office of Science User Facilities, obsługiwanego dla Biura Nauki Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych (DOE) przez Argonne National Laboratory, było wspierane przez U.S. DOE na podstawie Kontraktu No. DE-AC02-06CH11357. Dziękujemy dr Han Wen, NHLBI / National Institutes of Health, Bethesda, MD 20892, USA, za wiele pomocnych sugestii podczas przetwarzania danych.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Magnes zginający 1-BM-B Źródło promieniowania rentgenowskiegoZaawansowane źródło fotonów/ Argonne National Labhttp://www.aps.anl.gov/Xray_Science_Division/Optics/Beamline/
LYSO ScintillatorProteus Inchttp://www.apace-science.com/ proteus/lyso.htm#top
Detektor CCD Coolsnap HQ2Fotometriahttp://www.photometrics.com/products/ccdcams/coolsnap_hq2.php
ATC 2000 System napylania UHVAJA International Inchttp:// www.ajaint.com/systems_atc.htm
MICROPOSIT S1800 fotorezystuDow 
Deweloper MICROPOSIT 351Dow 
System litograficzny MA/BA6SUSS MicroTechttp://www.suss.com/en/products-solutions/products/mask-aligner/maba6/overview.htmlPowlekarka
wirowa WS-400-6NPPBLaurell Technologies Corporationhttp://www.laurell.com/spin-coater/?model=WS-400-6NPP-LITE
JBX-9300FS system litografii wiązką elektronówJEOLa 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
CS-1701 RIE SystemNordson Marchhttp://www.nordson.com/EN-US/DIVISIONS/MARCH/PRODUCTS/LEGACY/Pages/CS-1701-Anisotropic-RIE-Plasma-System.aspx
Techni Gold 25ETechnichttp://www.technic.com/eu/applications/industrial/industrial-chemistry/plating-chemistry
Dektak-8 profilarka powierzchniBrukerhttp://brukersupport.com/ProductDetail/ 1136
MICROPOSIT 1165 zmywaczDow 
<

Bibliografia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Als-Nielsen, J., McMorrow, D. Elements of Modern X-ray Physics. , 2nd, John Wiley & Sons Ltd. (2011).
  2. Born, M., Wolf, E. Principle of Optics. , 7th expanded edition, Cambridge University. (1999).
  3. 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).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. Pfeiffer, F., et al. Shearing Interferometer for Quantifying the Coherence of Hard X-Ray Beams. Phys. Rev. Lett. 94 (1-4), 164801(2005).
  8. Marathe, S., et al. Probing transverse coherence of x-ray beam with 2-D phase grating interferometer. Opt. Express. 22 (12), 14041-14053 (2014).
  9. Shi, X., et al. Circular grating interferometer for mapping transverse coherence area of X-ray beams. Appl. Phys. Lett. 105 (1-6), 041116(2014).
  10. 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).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Interferometr z siatk fazowPomiar sp jno ci poprzecznejSynchrotronowe r d o promieniowaniaDwuwymiarowa siatka szachownicaAnaliza odleg o ci TalbotaInterferogram z transformat FourieraOdleg o od siatki do detektoraWyznaczanie d ugo ci sp jno ciCharakterystyka optyki rentgenowskiej

Powiązane artykuły