قياس الأشعة السينية شعاع بالاتساق على طول الاتجاهات متعددة باستخدام 2-D شطرنج المرحلة المشبك

Engineering

Your institution must subscribe to JoVE's Engineering section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

 

Summary

ونظرا لإجراء بروتوكول القياس وتحليل البيانات للحصول على التماسك عرضية من مصدر الأشعة السينية أشعة السنكروترون على طول أربعة اتجاهات في وقت واحد باستخدام المرحلة الشطرنج 2-D واحدة صريف. هذه التقنية بسيطة يمكن تطبيقها على كامل توصيف التماسك عرضية من مصادر الأشعة السينية والبصريات الأشعة السينية.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

Marathe, S., Shi, X., Wojcik, M. J., Macrander, A. T., Assoufid, L. Measurement of X-ray Beam Coherence along Multiple Directions Using 2-D Checkerboard Phase Grating. J. Vis. Exp. (116), e53025, doi:10.3791/53025 (2016).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

إجراء لمعدات لقياس التماسك عرضية من أشعة السنكروترون مصادر الأشعة السينية باستخدام مرحلة واحدة وتفيد التقارير تداخل صريف. وقد أظهرت القياسات في 1-BM الانحناء خط الأشعة المغناطيس من مصدر فوتون المتقدم (APS) في مختبر أرغون الوطني (ANL). باستخدام مربعات 2-D π / 2 مرحلة التحول صريف، تم الحصول على أطوال التماسك عرضية على طول الاتجاهين الرأسي والأفقي وكذلك على طول 45 درجة و 135 درجة الاتجاهات إلى الاتجاه الأفقي. بعد التفاصيل الفنية المحددة في هذه الورقة، تم قياس interferograms في مواقع مختلفة المصب المرحلة صريف على طول اتجاه شعاع نشر. تم استخراج القيم رؤية كل للتداخل من تحليل قمم التوافقية في صورة فورييه لها تحولت. ونتيجة لذلك، وطول التماسك على طول كل اتجاه يمكن استخلاصها من تطور الرؤية بوصفها وظيفة من صريف-لDETECتور بعد. قياس وقت واحد من التماسك أطوال ساعدت في أربعة اتجاهات تحديد شكل بيضاوي الشكل من منطقة تماسك مصدر الأشعة السينية على شكل التمويه. تقنية المبلغ عنها متعددة الاتجاه التماسك توصيف مهمة لاختيار حجم العينة المناسب والتوجيه، وكذلك لتصحيح آثار التماسك جزئية في التجارب التماسك ونثر. ويمكن أيضا أن هذه التقنية يمكن تطبيقها لتقييم التماسك الحفاظ على قدرات البصريات الأشعة السينية.

Introduction

الثابت الأشعة السينية مصادر الإشعاع السنكروتروني الجيل الثالث، مثل وكالة الأنباء الجزائرية في ANL، يمونت، IL، الولايات المتحدة الأمريكية (http://www.aps.anl.gov) كان، آثار هائلة على تطوير العلوم الأشعة السينية . مصدر إشعاع السنكروترون يولد مجموعة من الإشعاعات الكهرومغناطيسية، من الأشعة تحت الحمراء لموجات الأشعة السينية، عندما الجسيمات المشحونة، مثل الإلكترونات، وتبذل لنقل بالقرب من سرعة الضوء في مدار دائري. هذه المصادر لها خصائص فريدة جدا مثل سطوع عالية، وبنية توقيت نابض والثانية بيكو، والترابط المكاني والزماني واسع. شعاع الأشعة السينية الترابط المكاني هو معيار مهم من مصادر توليد السنكروترون الثالث والرابع وعدد من التجارب والاستفادة من هذه الخاصية قد زاد بشكل كبير خلال العقدين الماضيين 1. ترقيات في المستقبل من هذه المصادر، مثل شعرية المخطط أعمى الألوان متعدد منحنى (MBA) للحلقة تخزين وكالة الأنباء الجزائرية، سوف تزيد بشكل كبير تدفق متماسك شعاع (HTTP: //www.aps.anl.gov/Upgrade/). يمكن ضبطها شعاع الأشعة السينية باستخدام مستوحد اللون الكريستال لتحقيق مستوى أعلى من التماسك الزمني. تماسك عرضية من مصادر السنكروترون هو أعلى بكثير من مصادر الأشعة السينية المختبر، استنادا بسبب انخفاض الابتعاثية شعاع الإلكترون وبعد انتشار طويلة من المصدر إلى محطة تجريبية.

عادة، يتم استخدام تجربة مزدوجة الثقب أو انقر نقرا مزدوجا شق يونغ لقياس الترابط المكاني لشعاع من خلال التفتيش على تسليط الضوء على هامش تدخل 2. للحصول على وظيفة كاملة بالاتساق مجمع (CCF)، وهناك حاجة إلى القياسات المنتظمة مع اثنين من الشقوق وضعها في مواقع مختلفة مع مختلف حالات انتهاء الخدمة، والتي هي، وخاصة بالنسبة الصلبة الأشعة السينية، مرهقة وغير عملي. موحد صفيف مكررة (URA) يمكن أن تستخدم أيضا لقياس شعاع التماسك من خلال توظيف بأنها مرحلة التحول قناع 3. على الرغم من أن هذه التقنية يمكن أن توفر التعاون القطري الكامل، انها ليست حرة الموديل. وفي الآونة الأخيرة، تم تطوير تقنيات قياس التداخل على أساس تأثير تالبوت باستخدام خاصية التصوير الذاتي من الدوري الاجسام. هذه تداخل الاستفادة من وضوح الرؤية للتداخل تقاس على عدد قليل من مسافات التصوير الذاتي المصب من صريف للحصول على شعاع عرضية التماسك 4-9. وذكرت قياسات التماسك عرضية باستخدام اثنين من نظام صريف أيضا 7.

رسم تماسك شعاع عرضية، في وقت واحد على طول الاتجاهين الرأسي والأفقي وذكر لأول مرة من قبل JP Guigay وآخرون. 5. في الآونة الأخيرة، والعلماء في المجموعة البصريات، شعبة العلوم الأشعة السينية (XSD)، وكالة الأنباء الجزائرية قد ذكرت اثنين من التقنيات الجديدة لقياس شعاع transverses التماسك على طول أكثر من اتجاهين في وقت واحد باستخدام طريقتين: واحدة مع مرحلة الشطرنج صريف والآخر مع مرحلة التعميم المشابك 9.

في هذه الورقة قياس آثافةووصف الإجراءات ement وتحليل البيانات من أجل الحصول على التماسك عرضية من الحزم على طول 0 درجة و 45 درجة و 90 درجة، و 135 درجة الاتجاهات بالنسبة إلى الاتجاه الأفقي، في وقت واحد. أجريت القياسات من على خط الأشعة 1-BM وكالة الأنباء الجزائرية مع اللوحة π المرحلة / 2 صريف. تفاصيل هذه التقنية المذكورة في الأقسام بروتوكول ما يلي: 1) التخطيط للتجربة. 2) إعداد 2-د مرحلة الشطرنج صريف. 3) إعداد التجربة والمواءمة في منشأة السنكروترون. 4) إجراء قياسات التماسك؛ 5) تحليل البيانات. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت نتائج التمثيلية لتوضيح هذه التقنية. يمكن القيام بتلك الإجراءات من في العديد من beamlines السنكروترون مع التغيرات الدنيا على تصميم صريف.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. التخطيط للتجربة

  1. التعرف على خط الأشعة السنكروترون. الاتصال عالم خط الأشعة للعثور على ملاءمة التجربة في ذلك خط الأشعة.
    وقد أجريت تجارب ورد في هذه المخطوطة في خط الأشعة 1-BM-B، والتي تكرس نفسها لعلم البصريات وأجهزة الكشف عن الاختبار، تحت XSD وكالة الأنباء الجزائرية: ملاحظة.
  2. تقديم مقترح المستخدم وطلب الوقت شعاع.
  3. العمل على تفاصيل التجربة مع عالم خط الأشعة وتحديد الأدوات اللازمة بما في ذلك مراحل الآلية لمحاذاة صريف وكاشف، كاشف 2-الأبعاد (CCD أو CMOS)، مرحلة الترجمة طويلة تغطي أقل وأبعد المسافات اللازمة بين الكاشف و المرحلة صريف.
  4. تحضير للمرة شعاع باتباع الإرشادات المتوفرة في الموقع ذات الصلة. إكمال تدريبات السلامة واستمارة تقييم السلامة التجريبية الضرورية.

2. إعداد 2-D شطرنج دكتوراهبورصة عمان المشبك

  1. تحديد الفترة من صريف، ص، والذي يرتبط إلى فترة من نمط للتداخل، ص θ، إلى جانب مختلف عرضية θ زاوية الاتجاه. القيم والرؤية، وV θ (د) من للتداخل على طول زاوية θ مختلفة تتذبذب كدالة للمسافة صريف إلى كاشف، د.
    ل/ 2 المرحلة صريف، V θ (د) قمم والشطرنج 2-D π على مسافات،
    المعادلة 1
    مع ن = 1، 2، 3 ... وλ الطول الموجي الفوتون. نمط للتداخل وفترة مميزة من ص θ = ص / √2 على طول اتجاه مائل للكتل مربعة ومدة ص θ = ف / 2 على طول حافة كتل مربعة. خيار ص بالتالي يعتمد على ما يلي:المعايير.
  2. التأكد على الأقل عدة V θ (د) القمم هي ضمن مسافة أكبر من صريف إلى كاشف، أو الحد الفضاء من المحطة التجريبية، د كحد أقصى. لتلبية د ن، θ كحد أقصى، ويترتب على
    المعادلة 2
    ل n = 5، د الحد الأقصى = 1 م، λ = 0.06888 نانومتر (18 كيلو)، وأنه يعطي ص θ <3.9 ميكرون.
  3. ضمن د كحد أقصى، وتأكد من أن ذروة الذروة V θ (د) في أكبر مسافة د ن، θ على بعد أقل من γ عامل من تلك لأول V θ (د) الذروة في د θ من أجل ديك دقيقة جاوس وظيفة تسوس المناسب. وبالتالي، γ = V θ، ن (د) /V θ، 1 (د) وهي نسبة ن ذروة الرؤية إلى الذروة الأولى عشر. للحصول على مصدر الأشعة السينية بعد توزيع كثافة جاوس مع طول التماسك، ξ θ، في الفترة من / 2 مرحلة π صريف الاحتياجات لتلبية
    المعادلة 3
    على سبيل المثال، مع γ = 10٪، ξ θ = 5 ميكرون والمعلمات أعلاه، فإنه يعطي ص θ> 2.4 ميكرون.
  4. تأكد من أن فترة نمط للتداخل، ص θ، هو عدة مرات أكبر من التحليل المكاني للكشف عن طريق اختيار أنظمة كشف الصحيحة.
  5. تحديد سماكة، من صريف اللازمة لمرحلة التحول من، φ، في الطول الموجي للأشعة السينية الفوتون، λ، وذلك باستخدام
    المعادلة 4
    حيث δهو إنقاص معامل الانكسار من المواد مرحلة التحول. على سبيل المثال، إنقاص معامل الانكسار ل Au هو 9.7 × 10 -6 ل18 كيلو. سمك الاتحاد الافريقي لφ = π / 2 المرحلة صريف وبالتالي 1.8 ميكرون.
  6. افتعال المرحلة صريف من قبل الكهربائي الاتحاد الافريقي في قالب البوليمر نقوش على نيتريد السيليكون (سي 3 ن 4) نافذة.
    وترد إجراءات إعداد نيتريد السيليكون (سي 3 ن 4) نافذة الركيزة وتصنيع هيكل صريف أدناه: ملاحظة.
    1. إعداد الركيزة عن طريق الإفراج عن أول الغشاء سي 3 ن 4 لتشكيل نافذة شفافة للأشعة السينية.
    2. الحصول على السيليكون (سي) الرقائق مع الضغط المنخفض (<250 ميجا باسكال) سي 3 ن 4 تترسب على جانبي الرقاقة من بائع.
    3. تحميل الرقاقة في نظام الاخرق ترسب المغناطيسية لإيداع الكروم والاتحاد الافريقي ليكون بمثابة قاعدة الكهربائي.
    4. إيداع 5 نانومتر من ال الكرومأون 30 نانومتر من الاتحاد الافريقي على جانب واحد من الرقاقة، في أعقاب توجيهات المصنع.
      ملاحظة: إن عمليات الترسيب من الشركة المصنعة النظام وتشمل المعلومات مثل معدل الترسيب.
    5. تفريغ رقاقة من أداة الترسيب. استخدام الجانب من رقاقة المودعة مع الكروم والاتحاد الافريقي لصريف تلفيق.
    6. تحديد الحجم الإجمالي للصريف ومن ثم تصميم قناع ضوئيه لأغشية نمط أكبر قليلا. استخدام التصميم للحصول على قناع ضوئيه عن طريق شراء من بائع أو افتعال قناع ضوئيه.
    7. تدور طبقة 3 ميكرون سميكة من مقاوم الضوء على الجانب الخلفي من الرقاقة التي لا يوجد فيها الكروم والاتحاد الافريقي الطلاء. كشف مقاومة مع أداة الطباعة الحجرية للأشعة فوق البنفسجية لمدة 20 ثانية باستخدام قناع ضوئيه تصميم. تطوير يتعرض مقاومة في مائي محلول قلوي المطور لمدة 30 ثانية ثم يشطف بالماء منزوع الأيونات وجافة مع تدفق N 2.
    8. تحميل الرقاقة إلى رد الفعل ايون النقش (ري) أداة ثإيث نمط مقاومة للضوء التي تواجه غرفة. استخدام CF 4 البلازما لحفر يتعرض سي 3 ن 4 اتباع الإرشادات الأداة.
    9. إخلاء غرفة الحفر والمدخلات حفر وصفة إلى أداة ري. تشغيل وصفة حتى يتم محفورا سي 3 ن 4 طبقة تماما ويتعرض طبقة سي في نمط.
    10. حفر سي تعرض على المؤخر رقاقة عن طريق غمر إلى 30٪ محلول KOH تسخينها إلى 80 درجة مئوية لمدة حوالي 8 ساعات. معدل حفر ما يقرب من 75 ميكرون / ساعة باستخدام وصفة المعلنة.
    11. بعد الانتهاء سي حفر، وشطف مع الماء منزوع الأيونات وجافة مع تدفق N 2. العينة مستعدة للصريف تلفيق.
  7. صنع القالب الكهربائي للمرحلة صريف باستخدام الخطوات التالية.
    1. تصميم اللوحة مربع نمط صريف والتعويض عن نمط يتحامل عن طريق الحد من يتعرض مربع حجم نمط من 100-250 نانومتر. تتضمن> 50 ميكرون إطار واسع في جميع أنحاء غراتجي نمط للتأكيد سمك في وقت لاحق في هذه العملية.
    2. تحميل العينة إلى مقاومة المغطي تدور وبولي الودائع (ميتاكريليت الميثيل) (PMMA) إيجابية تقاوم حل على الجانب صريف من العينة. تشغيل تدور المغطي مقاومة لتشكيل 2-3،5 ميكرومتر سميكة مقاومة الفيلم اعتمادا على المطلوب سمك صريف النهائي.
      وتقدم منحنيات سبين بمعلومات عن سرعة الدوران مقابل سماكة الفيلم من حل بائع PMMA أو يمكن تحديدها تجريبيا: ملاحظة.
    3. تحميل الرقاقة في نظام الطباعة الحجرية شعاع الالكترون 100 كيلو.
    4. معايرة أداة لتعرض مع التعرض تيار كبير أكبر من 10 غ.
    5. فضح PMMA مقاومة باستخدام 100 كيلو البريد شعاع أداة الطباعة الحجرية لإنشاء نمط صريف، حيث سيتم إزالة المناطق المكشوفة في الخطوة التنمية. استخدام مجموعة وجرعة التعرض لل1،100-1،250 μC / سم 2 تبعا للمقاومة سماكة.
    6. تفريغ عينة من الأداة.
    7. تطوير يتعرض مقاومةبواسطة غمر في 7: 3 (من حيث الحجم) ايزوبروبيل (IPA): حل منزوع الأيونات الماء لمدة 30-40 ثانية مع يحوم طيف. شطف مع IPA، وجاف ثم مع تدفق N 2. ضمان ان PMMA كاملة النمو من خلال النظر في منطقة مكشوفة مع المجهر الضوئي.
    8. تحميل العينة إلى أداة ري مع نمط PMMA التي تواجه غرفة.
    9. إخلاء غرفة الحفر والمدخلات descum حفر وصفة إلى أداة ري. عملية descum هي قصيرة (<30 ثانية) O 2 البلازما حفر أساس لإزالة أي PMMA المتبقية من المنطقة صريف عرضة للخطر.
  8. الانتهاء من صريف الاتحاد الافريقي التي الكهربائي في القالب ملفقة باستخدام الخطوات التالية.
    1. تأكد من أن الطلاء الكهربائي العفن سماكة عن طريق المسح الضوئي التحقيق من profilometer عبر الإطار تضمنت التأكيد سمك.
    2. غمر العينة إلى الحل الكهربائي الاتحاد الافريقي كبريتيت تسخينها إلى 40 درجة مئوية. يتكون الإعداد بالكهرباء كوب مليئة ايلىحل ctroplating، ثابت الحالي العاصمة امدادات الطاقة، وشبكة الأنود حزب العمال.
    3. تحديد منطقة الطلاء من العينة عن طريق حساب الاتحاد الافريقي يتعرض في نمط المكشوفة، ثم حساب التيار لكثافة التيار المطلوب، وهو المتغير الأساسي المستخدم لضبط معدل الترسيب.
    4. حساب الوقت الطلاء للوصول إلى المطلوب سمك صريف باستخدام سعر الطلاء تحددها كثافة الحالية المطبقة.
    5. بدوره على إمدادات الطاقة العاصمة لتطبيق تيار العزم على العينة، بوصفها القطب السالب، ولوحة ما يقرب من نصف مجموع الوقت الطلاء.
    6. قياس سمك الطلاء باستخدام نفس الطريقة المستخدمة في الخطوة 2.8.1.
    7. بدوره على إمدادات الطاقة العاصمة إلى بالكهرباء الاتحاد الافريقي في القالب PMMA وبالكهرباء لسمك صريف المطلوب، مع الأخذ في الاعتبار ارتفاع مطلي قياس في الخطوة 2.8.6.
  9. إزالة العفن البوليمر باستخدام المذيبات ساخنة من قبل غمر العينة. ثم تفقد مع البصريل المجهر والمجهر الإلكتروني الماسح (SEM) لتأكيد فترة صريف، دورة العمل، وسمك صريف.
    ملاحظة: لديك اثنين 2-D حواجز شبكية المرحلة الشطرنج (واحد للتجربة واحدة كاحتياطي) على استعداد، قبل أيام قليلة من بدء التجربة.

3. إعداد تجربة والمواءمة في مرفق السنكروترون

  1. يطلب من عالم خط الأشعة لضبط الأشعة السينية للطاقة شعاع أو الطول الموجي إلى القيمة المطلوبة التي تتوافق مع المرحلة صريف. تستخدم بشكل روتيني طاقات الأشعة السينية في خط الأشعة وكالة الأنباء الجزائرية 1-BM ما بين 6 و 28 كيلو. في هذه الحالة، لحن طاقة الفوتون إلى 18 كيلو.
  2. حدد عدسة الهدف المنشود لنظام كاشف. هنا، استخدام جهاز الكشف عن اتفاقية مكافحة التصحر Coolsnap HQ2 مع 1392 × 1040 بكسل تصوير 6.45 × 6.45 ميكرون 2 حجم بكسل. لحل أصغر نمط التداخل، استخدم خطة EC Neofluar 10 × الهدف. حجم البكسل الفعال لنظام كاشف بما في ذلك التكبيرتأثير الهدف المجهري ومن ثم 0.64 ميكرون. القرار المكاني هو حوالي 2 ميكرون، والذي يرجع أساسا إلى وظيفة انتشار نقطة من نظام كاشف.
  3. لتعيين الخام تركيز نظام للكشف، ضع ماض (-باللوتيتيوم الايتريوم oxyorthosilicate، 150 ميكرون سميكة) في "العمل عن بعد" من العدسة (~ 5.2 مم للنظام المستخدم). في البداية، تعيين التركيز تحت الضوء المحيط من خلال رصد الصور التي تحصل عليها بموجب "الوضع المستمر" لأن الموقف ماض يتم ضبط باستخدام بيكو الحركية.
  4. نقل كاشف 2-D في شعاع الأشعة السينية، وذلك باستخدام مراحل الرأسي والأفقي محاذاة وسط كاشف لمركز شعاع.
  5. وضع "المرحلة العينة، على سبيل المثال قطعة من الستايروفوم، في شعاع الأشعة السينية. أداء الغرامة تركيز نظام للكشف من خلال مراقبة نمط نثر من العينة مرحلة وتعديل الموقف ماض حتى أعلى حدة الصورة.
  6. </ رأ>

    4. إجراء القياسات بالاتساق

    1. وضع مربعات 2-D صريف في شعاع الأشعة السينية حيث تماسك شعاع للقياس. في هذه الحالة هو في 34 مترا من مصدر المغناطيس الانحناء.
    2. ضبط الطائرة للمرحلة الشطرنج 2-D يليق أن يكون عمودي على اتجاه الشعاع انتشار الأشعة السينية.
    3. توسيط صريف لشعاع الأشعة السينية باستخدام مراحل الآلية والنظر في الصور التي تحصل عليها بموجب الوضع المستمر كاشف.
    4. تدوير صريف حول الأشعة السينية الاتجاه شعاع نشر (ص) حتى أن اتجاه قطري من نمط اللوحة هو على طول اتجاه شعاع عرضية المطلوب. في هذه الحالة، قم بمحاذاة الاتجاهات قطري في الشطرنج (الاتجاهات قياس المفضل) في الاتجاهين الأفقي والعمودي للشعاع. تهذيب تناوب صريف حول المحورين الآخرين (x و ض) لضمان تعامد لأشعة Xشعاع، والذي يتحقق من خلال تعظيم فترات للتداخل في الاتجاهين الأفقي والرأسي على حد سواء.
    5. نقل نظام كاشف أقرب وقت ممكن فعليا إلى مرحلة صريف على طول اتجاه شعاع نشر. في هذه الدراسة، استخدم مسافة 43 ملم.
    6. حساب أصغر فترة في نمط التدخل. وπ / 2 الشطرنج صريف مع الفترة ص = 4.8 ميكرون سيقوم بإنشاء نمط التداخل مع ع θ = 3.4 ميكرون وص θ = 2.4 ميكرون (أصغر الفترة) على طول قطري والاتجاهات غير قطري من نمط اللوحة، على التوالي. تقدير عدد نقاط البيانات المطلوبة في الفترات الفاصلة بين V θ وظائف (د) الذروة التي قدمها المعادلة (1) للحصول على منحنى سلس.
    7. حدد وقت التعرض المناسب لكل للتداخل، أربع ثوان في هذه الحالة.
    8. interferograms سجل مع نفس الوقت تعرض (على سبيل المثال، 4 ثانية) فيمختلفة صريف لللكشف عن المسافات. اختيار وقت التعرض استنادا إلى مستوى شعاع كثافة. بدءا من الحد الأدنى للمسافة صريف لللكشف عن (43 ملم)، ونقل كاشف المصب من الأشعة السينية التي كتبها فترات صغيرة (10 ملم تحديدها على أساس خطوة 4.6) ويسجل للتداخل في كل موقف كاشف حتى أقصى grating- ممكن المسافة إلى كاشف (750 ملم).
    9. الحصول على صور الظلام الإطار مع نفس وقت التعرض (4 ثانية) ولكن إيقاف شعاع الأشعة السينية والحفاظ على جميع الظروف التجريبية الأخرى نفس الشيء.

    تحليل 5. البيانات

    ملاحظة: لا يوجد حاليا أي البرمجيات القياسية المتاحة لتحليل البيانات.

    1. باستخدام برنامج معالجة الصور المختارة، قراءة في صورة داكنة الإطار (ق) وصورة البيانات. تصحيح صورة البيانات عن طريق طرح (المتوسط) صورة داكنة الإطار.
    2. تحويل فورييه الإطار الظلام تصحيح الصورة، التي تنتج قمم التوافقية مرئية في أفقي (52؛ = 0º)، عمودي = 90º) مثل جيدا θ = 45 درجة و θ = 135 درجة الاتجاهات.
    3. اقتصاص أجل 0 عشر صورة التوافقية تركزت في الترتيب 0 عشر الذروة. طول وعرض الصورة تساوي المسافات بين ال 0 و 1 قمم أجل الواحد على طول الاتجاهين الأفقي والرأسي، على التوالي. وبالمثل، يجب الحصول على 1 شارع أجل الصور التوافقية من نفس الطول والعرض على طول اتجاه عرضية من الفائدة.
    4. معكوس تحويل فورييه (IFT) الصور التوافقية التي تم قصها. نسبة من متوسط سعة من الصورة IFT من 1 الحادي وترتيب الصور التوافقية على طول أي الاتجاه العرضي إلى أن الصورة IFT من 0 عشر ترتيب الصور التوافقي يعطي وضوح على طول هذا الاتجاه.
      لاحظ أن هذه العملية صحيحة في حالة وجود عدد قليل من المكونات عالية التردد في قياس للتداخل. خلاف ذلك، يمكن للمرء استخدام كورsponding شدة ذروة التوافقية من تحويل فورييه الصور من الخطوة 5.4 بدلا من ذلك. ويرجع ذلك إلى اختلاف شعاع، ومواقف ذروة التوافقية تتغير تدريجيا على مختلف المسافات صريف إلى كاشف. ولذلك، فإن تصحيح لع في كل المسافة أو هناك حاجة إلى عملية الاكتشاف الذروة.
    5. كرر الخطوة 5،1-5،4 لجميع الصور التي تم قياسها في مختلف المسافات صريف إلى كشف وحفظ القيمة رؤية كل صورة.
    6. رسم θ الرؤية الخامس (د) كدالة للمسافة صريف إلى كاشف. تحديد نقاط البيانات في الخامس θ (د) القمم. لاحظ أن منحنى كاملة تم قياس فقط لتحديد أفضل المواقع الذروة التي قدمها المعادلة (1). يدويا تحديد نقاط البيانات الذروة فضلا عن نقاط البيانات المجاورة على جانبي كل الذروة.
    7. رسم وظيفة مناسبة جاوس لنقاط البيانات المحددة. استخراج الانحراف المعياري، σ θ، من اله وظيفة مناسبة جاوس.
    8. الحصول على طول التماسك عرضية، ξ θ، وذلك باستخدام
      المعادلة 5

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

في حين يمكن العثور على النتائج التجريبية ومحاكاة تفصيلية في أي مكان آخر هذا المقطع فقط يظهر اختيار النتائج لتوضيح إجراءات القياس وتحليل البيانات الواردة أعلاه الشكل 1 يمثل الإعداد التجربة في وكالة الأنباء الجزائرية 1-BM-B خط الأشعة. يتم تعريف حجم شعاع من فتحة 1 × 1 مم 2 وضعت المنبع من كريستال مستوحد اللون مزدوجة (DCM) و 25 م من المصدر المغناطيس الانحناء. يتم ضبط DCM لإخراج طاقة الفوتون من 18 كيلو. شعاع الأشعة السينية يمر من خلال عدة نوافذ البريليوم (1 مم مجموع سمك) وضعت في مواقع مختلفة على طول مسار الشعاع.

(أ) ويبين الشكل 2 الجزء المركزي من صورة المجهر الإلكتروني الماسح المرحلة الشطرنج 2-D صريف ملفقة في مركز للمواد النانومترية الحجم (المجلس الوطني للمرأة) في ANL. فترة صريف هي ص = 4.8 ميكرون. الساحات بيضاء هي لبنات الاتحاد الافريقي التي تشكلت فيغشاء سي 3 ن 4. يتم وضع المشبك في شعاع الأشعة السينية بحيث يكون عموديا على اتجاه شعاع والأقطار من كتل الذهب مربع موازية لتوجيهات الأفقية والعمودية، كما هو مبين في الشكل 2 (ب). يخدم هذا التوجه غرضين: (ط) أنه يضمن وضوح أعلى على طول الاتجاهات الأساسية، والتي هي على طول الاتجاهين الأفقي والرأسي، و (ثانيا) أنه يقلل من تأثير عدم اليقين تلفيق الفترة صريف على طول الاتجاهات الأساسية 8.

سجلت Interferograms على مختلف المسافات صريف إلى كاشف، د، وتغطي خمسة على الأقل V θ (د) قمم في كل اتجاه عرضي على النحو المحدد في المعادلة (1). ويبين الشكل 3 الجزء المركزي من interferograms محسوبة على (أ) د 1،0 درجة = 83 ملم و (ب) د 4،0 </ دون> ° = 579 ملم، والتي تتوافق مع المراكز الأولى والرابعة الذروة على طول θ = 0 درجة الاتجاه 0 ° = 3.4 ميكرون). في هذه المسافات تالبوت يتم نسخ 2-D نمط الشطرنج (التصوير الذاتي). تم تضمين خاصية التماسك من شعاع الأشعة السينية في الرؤية للتداخل، والتي يتم استردادها من تحليل فورييه من كل صورة المسجلة.

تحويل فورييه للللتداخل قياس تنتج قمم التوافقية التي تمثل الطبيعة الدورية لللتداخل على طول اتجاهات مختلفة. وكمثال على ذلك، أرقام 3 (ج) و (د) هي صور FT من الأرقام 3 (أ) و (ب)، على التوالي، التي تقوم بها تحويل فورييه السريع (الاتحاد الفرنسي للتنس). ويرجع ذلك إلى التماثل المركزي للصورة FT، وأربعة مستقلة 1 شارع قمم أجل موجودة على طول الاتجاهات الأربعة، وهما <م> θ = 0 °، 45 °، 90 ° و 135 ° على النحو المحدد في الشكل 2 (ب). دورية θ) في كل اتجاه يمكن تحديد من ذروة الموقف بالنسبة للالمركزية 0 عشر أجل الذروة. تأخذ الشكل (3) (ج) على سبيل المثال، في 1 شارع أجل ذروة التوافقية على طول 0 درجة الاتجاه يكشف هيكل الدوري مع ع 0 ° = 3.4 ميكرون، والتي يمكن التعرف عليها بسهولة باعتبارها الهيكل خط من نوع في الشكل (3) (أ). وبالنظر إلى وضوح من قبل نسبة السعة من أجل الحادي ذروة 1 (A θ، 1) إلى أن النظام 0 عشر الذروة (A θ، 0)، أو V θ = 2 وθ، 1 / أ θ، 0 10. في الممارسة العملية تم الحصول على رؤية بروتوكول التالي الخطوات 5،5-5،7 مع صناديق المحاصيل هو مبين في فيقوالدقة 3 (ج) و (د). ومن الواضح أن شدة ذروة 1 الحادي والنظام في 0 درجة أصغر بكثير في الشكل (3) (د) من في الشكل (3) (ج)، مما يشير إلى انخفاض مدى الرؤية في د = 579 مم. ويتضح ذلك أيضا في عدم وجود هيكل الدوري على طول 0 درجة في الشكل (3) (ب).

بعد بروتوكول الخطوات 5،8-5،12، الشكل 3 (ه) يبين تطور الرؤية بوصفها وظيفة من د. تركيب جاوس إلى البيانات المحددة حول V θ (د) قمم يعطي σ 0 درجة = 180 ملم. طول التماسك الأفقي وبالتالي ξ 0 ° = 3.6 ميكرون التالية المعادلة (5).

على غرار الشكل 3 الشكل 4 يعرض النتائج على طول θ = 45 درجة الاتجاه. سرقةصور [انظر الشكل 4 (ج) و (د)] تشير إلى فترة من ص 45 درجة = 2.4 ميكرون. لذلك، V θ (د) قمم لل45 درجة تظهر في المسافات القصيرة 1،45 درجة = 43 مم ود 4،45 درجة = 293 مم) بالمقارنة مع ل0 درجة. في هذه المسافة، لمدة 45 درجة، وinterferograms هي شبكة من نوع نمط [انظر الشكل 4 (أ) و (ب)]. تطور الرؤية هو مبين في الشكل (4) (ه) يعطي طول التماسك ξ 45 درجة = 5.0 ميكرون. عن طريق تطبيق نفس الإجراء تحليل البيانات لجميع الاتجاهات المتاحة أربعة، يتم تعيين منطقة التماسك عرضية من شعاع الأشعة السينية.

شكل 1
الشكل 1. إعداد التجريبية. تخطيطي للالإعداد خط الأشعة في خط الأشعة 1-BM-B من وكالة الأنباء الجزائرية. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2
الشكل 2. 2-D شطرنج المشبك. (أ) صورة SEM من اللوحة صريف مع فترة من 4.8 ميكرون. (ب) المشابك التوجه في الطائرة عرضية عمودي على اتجاه انتشار الحزمة الشعاعية (مشيرا إلى أو الخروج من ورقة). الأرقام باللون الأحمر تشير θ. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (3)
الشكل 3. مياس الرؤية urement على طول 0 درجة الاتجاه. Interferograms سجلت في د 0 ° = 83 ملم (أ) و د 4،0 درجة = 579 ملم (ب)، الموافق الخامس الأول والرابع 0 مواقف درجة (د) الذروة على طول 0 درجة الاتجاه (المعادلة (1) مع ع 0 ° = 3.4 ميكرون)، على التوالي. فورييه على تحويل وتظهر الصور في (ج) و (د)، مع المناطق المنقطة والأخضر متقطع الحمراء تشير إلى ال 0 و 1 الحادي والصور التوافقية، على التوالي. (ه) تطور الرؤية بوصفها وظيفة من المسافة صريف إلى كاشف، د. الدوائر الزرقاء هي جميع البيانات التجريبية، في حين أن الرصاص الحمراء هي البيانات المحددة حول كل المسافات تالبوت لالظرف الضبابي المناسب (منحنى متقطع أحمر).ر = "_ فارغة"> الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (4)
الرقم القياس 4. الرؤية على طول 45 ° اتجاه. Interferograms سجلت في د 1،45 درجة = 43 ملم (أ) و د 4،45 درجة = 293 ملم (ب)، الموافق الخامس الأول والرابع 45 درجة (د) الذروة مواقع على طول 45 ° الاتجاه (المعادلة (1) مع ص 45 درجة = 2.4 ميكرون)، مع صور FT بهم هو مبين في (ج) و (د)، على التوالي. (ه) تطور الرؤية بوصفها وظيفة من د. انظر الشكل 3 شرح للحصول على التفاصيل. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 5
الرقم 5. منطقة بالاتساق خريطة المنطقة. بالاتساق تصور باستخدام التماسك عرضية قياس أطوال على طول أربعة اتجاهات. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

ويبين الشكل 5 يقدر طول التماسك عرضية على طول كل الاتجاهات الأربعة. ومن الواضح أن الاتجاه 90 درجة لديها أعلى ξ θ مقارنة إلى 0 درجة الاتجاه. منذ خط الأشعة البصريات له تأثير يذكر على تماسك شعاع في الموقع النسبي صريف، ومنطقة التماسك قياس تتناسب عكسيا مع مساحة حجم المصدر. تقنية شعاع الأشعة السينية قياس تماسك عرض خرائط هذا بدقة والتي يمكن أن تكون على النحو المبين القطع الناقص مع المحور الرئيسي على طول الاتجاه الرأسي (راجع الشكل 5). ومن المهم أن نلاحظ أنه مع توصيفه جيدا صريف من interferograms فقط في المسافات التصوير الذاتي أو عدد قليل من الصور حول المسافة التصوير الذاتي هناك حاجة للحصول على طول التماسك. واحد من أوجه القصور في هذا الأسلوب هو أن قياس التماسك عرضية في الطاقة معينة يتطلب صريف الأمثل لهذه الطاقة.

الشركة المصرية للاتصالاتتعتمد chnique على قياس دقيق للمسافة بين صريف وكاشف، خصوصا، عندما يتم تنفيذ التجربة باستخدام صريف مع فترات أصغر وفي الطاقات أقل، على سبيل المثال، في 8 كيلو. على طول قطري من كتل مربعة من اللوحة صريف، وآثار عدم تطابق الفترة صريف على منحنى الرؤية تكاد لا تذكر، ويتم الحصول على الرؤى أعلى. ولذلك، فإن اختيار التوجه صريف يعتمد على الاتجاهات المفضلة على طول فيه قياس التماسك عرضية يحتاج إلى أن يقوم به.

بالمقارنة مع تقنية الموضحة في المرجع 3، وطريقة عرضها لا يحتاج تولي أي نموذج الشكل للحصول على منحنى التعاون القطري. المشابك واستخدمت مرحلة واحدة بدلا من نظام تداخل 7 (بما في ذلك مرحلة صريف واتساع صريف، والتي من تلفيق يمثل تحديا لتطبيقات الأشعة السينية الصلبة)، صريف اثنين. استخدام صريف واحد تمكن سريعةالإعداد والتنسيق مع توفير نفس المعلومات التماسك ونظام تداخل-صريف اثنين. تجاوز العمل المبين في المراجع 4-6، وتداخل صريف واحد خرائط طول التماسك على أربعة اتجاهات مختلفة في وقت واحد. هذه التقنية هي أيضا قادرة على حل الاختلافات المحلية في تماسك جبهة الموجة شعاع على مساحة صغيرة.

المعلومات التماسك عرضية من شعاع الأشعة السينية التي توفرها هذه التقنية مهمة جدا ليس فقط لتصميم التجارب ولكن أيضا معرفة مسبقة لتحليل البيانات. كما سطوع تماسك مصادر السنكروترون وXFEL يزيد باستمرار البصريات الأشعة السينية اللازمة للحفاظ على هذا التماسك مصدر لابد من تقييمها وتقنية الموضحة هنا يمكن أن تكون أداة عظيمة لقياس التماسك عرضية من (المحلية) شعاع اجهة الموجة.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
1-BM-B bending magnet X-ray source Advanced photon Source/ Argonne National Lab http://www.aps.anl.gov/Xray_Science_Division/Optics/Beamline/
LYSO Scintillator Proteus Inc http://www.apace-science.com/proteus/lyso.htm#top
Coolsnap HQ2 CCD detector Photometrics http://www.photometrics.com/products/ccdcams/coolsnap_hq2.php
ATC 2000 UHV sputtering deposition system AJA International Inc http://www.ajaint.com/systems_atc.htm
MICROPOSIT S1800 photoresist Dow 
MICROPOSIT 351 developer Dow 
MA/BA6 lithography system SUSS MicroTec http://www.suss.com/en/products-solutions/products/mask-aligner/maba6/overview.html
Spin coater WS-400-6NPPB Laurell Technologies Corporation http://www.laurell.com/spin-coater/?model=WS-400-6NPP-LITE
JBX-9300FS electron beam lithography system JEOL http://www.jeolusa.com/PRODUCTS/PhotomaskDirectWriteLithography/ElectronBeamLithography/JBX-9500FS/tabid/245/Default.aspx
CS-1701 RIE system Nordson March http://www.nordson.com/EN-US/DIVISIONS/MARCH/PRODUCTS/LEGACY/Pages/CS-1701-Anisotropic-RIE-Plasma-System.aspx
Techni Gold 25E Technic http://www.technic.com/eu/applications/industrial/industrial-chemistry/plating-chemistry
Dektak-8 surface profiler Bruker http://brukersupport.com/ProductDetail/1136
MICROPOSIT 1165 remover Dow 

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  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).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics