Mätning av röntgen Beam Coherence längs flera riktningar användning av 2-D Checkerboard fasgitter
Summary
Mätningen protokoll och dataanalys förfarande ges för att erhålla tvär konsekvens av en synkrotronljus röntgenkälla längs fyra riktningar samtidigt med hjälp av en enda 2-D schack fas gitter. Denna enkla teknik kan tillämpas för fullständig tvär samstämmighet karakterisering av röntgenkällor och röntgenoptik.
Abstract
Ett förfarande för en teknik för att mäta den tvärgående enhetlighet i synkrotron strålningsröntgenkällor med användning av en enda fas gitter interferometer rapporteras. Mätningarna visades vid ett-BM avböjningsmagnet strålröret Advanced Photon Source (APS) vid Argonne National Laboratory (ANL). Genom att använda en 2-D schack π / 2 fasförskjutning rivning, var tvärgående konsekvens längder erhålls längs de vertikala och horisontella riktningar samt längs 45 ° och 135 ° vägbeskrivning till horisontell riktning. Efter de tekniska uppgifter som anges i detta dokument, var interferogram mäts vid olika positioner nedströms fas rivning längs balken utbredningsriktningen. Siktvärden för varje interferogram extraherades från att analysera harmoniska toppar i dess Fourier transformerade bilden. Följaktligen kan koherenslängden längs varje riktning extraheras från evolutionen av synlighet som en funktion av gittret-till-detektionstor avstånd. Samtidig mätning av koherens längder i fyra riktningar hjälpte till att identifiera den elliptiska formen hos den samstämmighet område av Gauss-formade röntgenkälla. Det rapporterade teknik för fler riktning samstämmighet karakterisering är viktig för val av lämplig provstorlek och orientering samt för att korrigera de partiella koherens effekter i överensstämmelse spridningsexperiment. Denna teknik kan också användas för att bedöma samstämmighet bevara kapacitet röntgenoptik.
Introduction
Den tredje generationens hård röntgen synkrotronljuskällor, såsom APS på ANL, Lemont, IL, USA (http://www.aps.anl.gov), har haft enorma konsekvenser för utvecklingen av röntgen vetenskaper . En synkrotronljuskälla alstrar ett spektrum av elektromagnetisk strålning, från infrarött till röntgenvåglängder, när laddade partiklar, såsom elektroner, är gjorda för att röra sig nära ljusets hastighet i en cirkulär omloppsbana. Dessa källor har mycket unika egenskaper, såsom hög ljusstyrka, pulsad och pico-sekunders tidsstruktur, och stora spatiala och temporala koherens. Röntgenstråle rumsliga sammanhang är en viktig parameter för de tredje och fjärde generationens synkrotron källor och antalet experiment som använder sig av den här egenskapen har ökat dramatiskt under de senaste två decennierna 1. De framtida uppgraderingar av dessa källor, såsom den planerade multi böj Achromat (MBA) galler för APS lagringsringen, dramatiskt ökar strålen sammanhängande flöde (http: //www.aps.anl.gov/Upgrade/). Röntgenstråle kan stämmas med användning av en kristall monokromator för att uppnå högre temporal koherens. Den tvärgående konsekvens av synkrotron källor är betydligt högre än för laboratoriebaserade röntgenkällor på grund av den låga elektronstråle emittans och långa utbrednings avstånd från källan till den experimentella stationen.
Normalt är Youngs dubbel-hål eller dubbelspaltexperiment används för att mäta den rumsliga konsekvens av strålen genom inspektion av synligheten av interferensfransar 2. För att erhålla den kompletta Complex koherensfunktionen (CCF), är systematiska mätningar behövs med de två slitsarna är placerade vid olika positioner med olika separationer, vilket är, i synnerhet för hård röntgenstrålning, besvärliga och opraktiska. Likformigt redundant array (URA) kan också användas för strålen samstämmighet mätning genom att använda den som en fasvridande mask 3. Även om tekniken kan ge hela CCFÄr det inte modell-fri. På senare tid har interferometriska tekniker baserade på Talbot effekt utvecklas med hjälp av själv imaging egendom periodiska objekt. Dessa interferometrar utnyttja interferogrammet synlighet uppmätt vid några självavbildnings avstånd nedströms av gittret för att erhålla strålen tvärgående samstämmighet 4-9. Mätningar av tvärgående samstämmighet med två gallersystem har också rapporterats 7.
Kartläggning av tvärbalken samstämmighet, samtidigt längs vertikala och horisontella riktningar rapporterades först av JP Guigay et al. 5. Nyligen forskare i Optik-gruppen, röntgen Science Division (XSD), APS har rapporterat två nya tekniker för att mäta strålen transverses samstämmighet längs mer än två riktningar samtidigt med två metoder: en med ett schackbräde fasgitter 8, och den andra med en cirkulär fasgitter 9.
I detta papper measurement och dataanalysförfaranden beskrivs för att erhålla den tvärgående konsekvens av strålen utmed 0 °, 45 °, 90 °, och 135 ° riktningar relativt den horisontella riktningen, samtidigt. Mätningarna utfördes vid en-BM strålröret av APS med ett schackbräde π / 2 fasgitter. Detaljerna i denna teknik som anges i protokollet avsnitt inkluderar: 1) planering av experimentet; 2) Framställning av 2-d schack fas gitter; 3) experimentet och inriktning på synkrotronljus anläggningen, 4) utföra enhetlighet mätningar; 5) dataanalys. Dessutom är de representativa resultat visas för att illustrera tekniken. Dessa förfaranden kan utföras på många synkrotron strålrör med minimi ändringar på gittret design.
Protocol
Representative Results
Discussion
Figur 5 visar den beräknade tvärgående koherenslängden längs alla fyra riktningar. Uppenbarligen har den 90 ° riktning högre ξ θ jämfört med 0 ° riktning. Eftersom beamline optik har försumbar effekt på balken samstämmighet på gittret relativa läge, är den uppmätta samstämmighet området omvänt proportionell mot källstorleken området. De presenterade röntgenstråle samstämmighet mätteknik kartor detta noggrant som kan visas som en ellips med sin huvudaxel 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).
