2-D Dama Faz GRATING kullanarak birden çok Directions boyunca X-ışını Işın Tutarlılık Ölçümü

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

Ölçüm protokolü ve veri analizi yöntemi, aynı anda ızgaranın tek 2-B dama faz kullanılarak dört yöne boyunca bir senkrotron radyasyonu X-ışını kaynağı enine uyum elde etmek için verilmiştir. Bu basit teknik X-ışını kaynakları ve X-ışını optik tam enine tutarlılığı karakterizasyonu için uygulanabilir.

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

bir teknik bir prosedür rendeleme interferometre bildirilen tek faz kullanılarak senkrotron radyasyonu X-ışını kaynakları enine uyum ölçmek. Ölçümler Argonne Ulusal Laboratuvarı'nda Gelişmiş Foton Kaynağı (APS) (ANL) 1-BM bükme mıknatıs beamline de saptandı. 2-B dama tahtası π / 2 faz değişimi ızgara kullanarak enine uygun uzunluklarda dikey ve yatay yönleri boyunca hem de yatay yönde 45 ° ve 135 ° yönleri boyunca elde edilmiştir. Bu yazıda belirtilen teknik ayrıntıları ardından İnterferogram ışın yayılma yönü boyunca ızgara fazın aşağı farklı pozisyonlarda ölçüldü. Her interferogram görünürlüğü değerleri Fourier Dönüştürülmüş görüntüde harmonik zirveleri analiz çıkarıldı. Sonuç olarak, her yönde tutarlılık uzunluğunun bir fonksiyonu olarak görünürlük evrimi elde edilebilir ızgara-to-DETECtor mesafe. tutarlılık eş zamanlı ölçümü dört yol tarifi Gauss şeklinde X-ışını kaynağının tutarlılık alanının eliptik şekil tanımlanmasına yardım uzunlukları. Birden yönlü tutarlılık karakterizasyonu için bildirilen Tekniğe uygun numune boyutunu ve yönlendirmesini seçmek yanı sıra uyum saçılma deneylerde kısmi tutarlılık etkilerini ortadan kaldırmak için önemlidir. Bu teknik aynı zamanda X-ışını optik tutarlılık koruyucu özelliklerini değerlendirmek için uygulanabilir.

Introduction

Böyle ANL, Lemont, IL, ABD (http://www.aps.anl.gov) de APS gibi üçüncü nesil sabit X-ışını sinkrotron radyasyon kaynakları, X-ışını bilimlerin gelişimine muazzam etkileri oldu . Bir senkrotron radyasyonu kaynağı, elektronlar gibi yüklü parçacıklar, dairesel bir yörüngede ışık hızına yakın hareket ettirilir X-ışını dalga boylarında, kızılötesi gelen elektromanyetik radyasyon bir spektrum oluşturur. Bu kaynaklar, yüksek parlaklık, darbeli ve piko-saniye zamanlama yapısı ve geniş mekansal ve zamansal tutarlılık olarak çok benzersiz özelliklere sahiptir. X-ışını mekansal tutarlılık üçüncü ve dördüncü nesil sinkrotron kaynaklarının önemli bir parametre ve bu özelliğin kullanılması dramatik son yirmi yılda 1 üzerinde artmıştır yapma deneyleri sayısıdır. Böyle APS depolama halkası için planlanan Çoklu-bend Achromat (MBA) kafes olarak bu kaynaklardan, gelecekteki yükseltmeleri, dramatik ışın tutarlı akı (http artacak: //www.aps.anl.gov/Upgrade/). X-ışını yüksek zamansal tutarlılık elde etmek için kristal monokromatör kullanılarak ayarlanabilir. sinkrotron kaynaklarının enine tutarlılık nedeniyle deneysel istasyona kaynağından düşük elektron ışını yayma gücüne ve uzun yayılma mesafesi laboratuvar tabanlı X-ışını kaynaklarının önemli ölçüde daha yüksektir.

Normalde, Young iğne deliği çift veya çift yarık deneyi girişim saçaklar 2 görünürlük denetim yoluyla kirişin uzamsal tutarlılığı ölçmek için kullanılır. Tam kompleks uygunluk fonksiyonu (CCF) elde etmek için, sistematik olarak ölçümleri, özellikle külfetli ve pratik sert X-ışınları için,, çeşitli ayırmalar, farklı konumlarda yerleştirilmiş iki yarığı olan büyük ihtiyaç vardır. Düzgün Yedek Dizisi (URA) ayrıca maske 3 kayması faz olarak kullanılarak ışın tutarlılık ölçümü için kullanılabilir. teknik tam CCF sağlayabilir rağmenBu model ücretsiz değil. Daha yakın zamanlarda, Talbot etkisine dayalı interferometrik teknikler periyodik nesnelerin kendiliğinden görüntüleme özelliğini kullanarak geliştirilmiştir. Bu interferometreler kiriş enine tutarlılığı 4-9 elde etmek için ızgaranın aşağı birkaç kendini görüntüleme mesafelerde ölçülen interferogram görünürlük faydalanmak. İki ızgara sistemini kullanarak enine tutarlılık ölçümleri de 7 bildirilmektedir.

Aynı anda dikey ve yatay yönde boyunca, enine kiriş tutarlılık Haritalama ilk JP Guigay ve arkadaşları tarafından rapor edildi. 5. Dama faz 8 ızgara ile tek ve diğer: Son zamanlarda, Optik Grubu, X-ışını Bilimleri Bölümü (XSD) bilim adamları, APS ışın fazla iki yönde aynı anda iki yöntemleri kullanarak boyunca tutarlılık içte ölçmek için iki yeni teknikler bildirilmiştir dairesel faz 9 ızgara ile.

Bu yazıda kuv içindeası, ve veri analizi prosedürleri, 0 ° boyunca eş zamanlı olarak, yatay yöne göre 45 °, 90 ° ve 135 ° yön, kirişin, enine uyum elde etmek için tarif edilmiştir. Ölçümler ızgara dama π / 2 faz ile APS 1-BM beamline de gerçekleştirilmiştir. protokol bölümlerinde listelenen bu tekniğin ayrıntılarını şunlardır: Deney 1) planlaması; 2) ızgara 2-d dama fazın hazırlanması; 3) sinkrotron tesiste deneme kurulumu ve hizalama; 4) tutarlılık ölçümleri yapmak; 5) veri analizi. Buna ek olarak, temsilci sonuçlar tekniği açıklamak için verilmiştir. Bu prosedürler ızgara tasarımı asgari değişikliklerle birçok sinkrotron ışın demetleri de yapılabilir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Deney 1. Planlama

  1. synchrotron beamline tanımlayın. O beamline de deney uygunluğunu bulmak için beamline bilim adamı başvurun.
    NOT: Bu yazıda bildirilen deneyler APS XSD altında, optik ve dedektörler test adamıştır 1-BM-B beamline, gerçekleştirildi.
  2. Bir kullanıcı önerisi ve kiriş zaman isteği gönderin.
  3. Izgara ve Dedektör hizalama, 2 boyutlu dedektör (CCD veya CMOS), dedektör ve aralarında gerekli en az ve en uzak mesafeleri kapsayan uzun çeviri aşaması için motorlu aşamaları da dahil olmak üzere gerekli alet beamline bilim adamı ile deney ayrıntıları çalışmak ve belirtin faz ızgara.
  4. İlgili web sitesinde verilen talimatları uygulayarak ışın zaman hazırlanın. Emniyet eğitimleri ve gerekli deneysel güvenlik değerlendirme formunu doldurun.

2-D Dama Ph 2. Hazırlıkase Izgara

  1. Farklı enine yön açısı İçeride ISTV melerin RWMAIWi'nin boyunca, interferogram desen, s θ dönemi ile ilgilidir ızgara, p, süresini belirleyin. Farklı θ açı boyunca interferogram görünürlüğü değerleri, V θ (d), ızgara-dedektör mesafesinin bir fonksiyonu, D olarak salınım.
    Mesafelerde bir 2-B dama π / 2 faz ızgara, V θ (d) zirveleri için,
    denklem 1
    n = 1, 2, 3 ... ve λ foton dalga boyu ile. Interferogram desen kare bloklar çapraz yönde ve p θ'nın bir süre = kare bloklar kenarında p / 2 boyunca p θ = p / √2 karakteristik bir süresi vardır. P seçimi dolayısıyla aşağıda dayanırkriterleri.
  2. Emin, en azından birkaç V İçeride ISTV melerin RWMAIWi'nin (d) zirveleri en büyük ızgara-dedektör mesafesinde, ya da deneysel istasyon alanı sınırı, d max olun. D n karşılamak için, θ <d max, aşağıda belirtildiği
    denklem 2
    N = 5, D = maksimum 1 M için, λ = 0,06888 mil (18 keV), bu p â <3.9 mikron verir.
  3. D max içinde, θ için en büyük mesafe d, n de V θ (d) zirve yüksekliği θ birinci V İçeride ISTV melerin RWMAIWi'nin (d) D 1. tepe bu bir faktör y daha az olduğundan emin olmak doğru bir Gauss çürüme işlevi uydurma var. Bu nedenle, γ = V θ, N (d) '/İlk tepe noktasını görüş n'inci oranı V θ, 1 (d). Tutarlılık uzunluğu ile Gauss yoğunluk dağılımı, aşağıdaki x-ışını kaynağı için ξ θ ihtiyaçları bir ızgara π / 2 faz süresi tatmin
    denklem 3
    Örneğin, γ =% 10, ξ θ = 5 um ve yukarıda belirtilen parametreler ile, bu p İçeride ISTV melerin RWMAIWi'nin> 2.4 mikron verir.
  4. Interferogram desen, p İçeride ISTV melerin RWMAIWi'nin, dönemi doğru detektör sistemleri seçerek dedektörün uzamsal çözünürlük daha birkaç kat daha büyük olduğundan emin olun.
  5. , Λ, X-ışını foton dalga boyunda, φ, bir faz kayması için gereken ızgaranın kalınlığı T belirlemek kullanılarak
    denklem 4
    nerede δFaz kayması malzemenin kırılma indeksi eksiltme olduğunu. Örneğin, Au kırılma indeksi azalma 18 keV 9.7 × 10 -6 olduğunu. O = π / 2 faz ızgaranın Au kalınlığı böylece 1.8 mm.
  6. Bir silisyum nitrür desenli polimer kalıp içine Au elektro-ızgara faz (Si 3 N 4) pencere imal.
    Not: Metal yapı silikon nitrit hazırlanması (si 3N 4) pencere alt-tabaka ve üretim prosedürü aşağıda sunulmaktadır.
    1. İlk X-ışını şeffaf pencere oluşturmak için Si 3 N 4 membran bırakarak substratı hazırlayın.
    2. (<250 MPa) Si 3 N 4 bir satıcıdan ince bisküvinin her iki yanına da yüklenir düşük stres ile (Si) gofret elde edin.
    3. bir galvanik üs olarak hareket etmek Cr ve Au yatırmak için magnetron püskürtme biriktirme sistemine gofret yükleyin.
    4. Cr th Depozito 5 nmüreticinin talimatlarına Aşağıdaki gofret bir tarafında Au 30 nm, En.
      NOT: Sistem üreticisinden çökelme süreçleri biriktirme oranı gibi bilgileri içerecektir.
    5. biriktirme aracı gofret boşaltın. imalat ızgara için Cr ve Au tevdi gofretin tarafını kullanın.
    6. ızgaranın toplam boyutunu belirlemek ve daha sonra desen membranların biraz daha büyük bir fotolitografi maskesi tasarımı. bir satıcıdan satın alarak bir fotolitografi maskesi elde veya fotolitografi maskesi imal etmek tasarımını kullanın.
    7. Hiçbir Cr ve Au kaplama var gofret arka tarafındaki fotorezist bir 3-mikron kalınlığında bir tabaka Spin. tasarlanmış fotolitografi maskesi kullanarak 20 saniye süreyle UV litografi aracıyla karşı Açığa. Daha sonra 30 sn sulu alkalin geliştirici çözelti içinde karşı N 2 akan deiyonize su ve kuru ile durulayın maruz geliştirin.
    8. reaktif iyon aşındırma (RIE) aracı w içine gofret yükleyini odasına bakan ışığa desenli. Maruz Si 3 N 4 Aşağıdaki aleti talimatlarını etch CF 4 plazma kullanın.
    9. RIE aracına aşındırma odası ve giriş etch tarifi boşaltın. Si 3 N 4 kat tamamen kazınmış ve Si katman desen maruz kadar tarifi çalıştırın.
    10. yaklaşık 8 saat boyunca 80 ° C'ye kadar ısıtıldı% 30 KOH çözeltisi içine daldırarak gofret arka maruz Si Etch. Etch oranı yaklaşık belirtilen tarifi kullanarak 75 mm / saattir.
    11. Si aşındırma işlemi tamamlandıktan sonra N 2 akan iyonu giderilmiş su ve kuru ile durulayın. Numune imalat ızgara için hazırdır.
  7. Aşağıdaki adımları kullanarak ızgara aşaması için galvanik kalıp imal.
    1. Kare dama ızgara desen tasarımı ve 100-250 nm maruz kare desen boyutunu azaltarak öngerilme desen telafi. Grat etrafında> 50 mikron genişliğinde çerçeve ekleyinDaha sonra süreç içinde kalınlık onay ing desen.
    2. içine örnek yükleyin bir spin lak ve mevduat poli (metil metakrilat) (PMMA) pozitif numunenin ızgara tarafında çözüm karşı direnmek. Kalın istenen nihai ızgara kalınlığına bağlı olarak filmi karşı 2 3.5-um oluşturmak için karşı sıkma kaplayıcı çalıştırın.
      NOT: Dönüş hızı karşı film kalınlığı ile ilgili bilgi Spin eğrileri PMMA çözüm satıcı tarafından sağlanan veya ampirik olarak tespit edilebilir.
    3. 100 keV elektron demeti sistemine gofret yükleyin.
    4. 10 nA daha büyük bir geniş poz akımı ile maruz kalma aracı ayarlayın.
    5. PMMA maruz alanlar geliştirme aşamasında silinecektir ızgara deseni oluşturmak için 100 keV e-ışın litografi aracını kullanarak karşı Açığa. Kalınlığını karşı bağlı 1,100-1,250 uc / cm 2 pozlama doz aralığını kullanın.
    6. aracından örnek boşaltın.
    7. Geliştirin karşı maruz3 (hacim ile), izopropil alkol (IPA): hafif bir döndürme ile 30-40 saniye için deiyonize su çözeltisi 7 daldırarak. IPA ile durulayın ve N 2 akan sonra kuru. PMMA tam bir optik mikroskop ile açıkta kalan alanı bakarak tarafından geliştirilen emin olun.
    8. odasına bakan PMMA desenli bir RIE aracı haline örnek yükleyin.
    9. RIE aracına aşındırma odası ve giriş descum etch tarifi boşaltın. Descum süreci maruz ızgara alanından herhangi bir kalıntı PMMA çıkarmak için kısa (<30 sn) O 2 plazma tabanlı etch olduğunu.
  8. Aşağıdaki adımları kullanılarak imal kalıba elektro Au ızgara bitirin.
    1. Çerçeve kalınlığı onay dahil genelinde bir Profilometrenin prob tarayarak emin elektro kalıp kalınlığı olun.
    2. 40 ° C'ye kadar ısıtıldı, Au-sülfit galvanik çözeltisi içine örnek daldırın. elektro kurulum ELE ile dolu bir beher oluşmaktadırctroplating çözüm, bir sabit akım DC güç kaynağı ve bir Pt örgü anot.
    3. maruz desen maruz Au hesaplayarak numunenin kaplama alanını belirlemek, daha sonra çökelme hızını ayarlamak için kullanılan birincil değişken istenen akım yoğunluğu, güncel hesaplar.
    4. uygulanan akım yoğunluğu ile belirlenir kaplama oranı kullanılarak istenilen ızgara kalınlığı ulaşmak için kaplama zamanı hesaplayın.
    5. Yaklaşık yarım toplam kaplama kez bir katot ve plaka gibi davranan, örnek üzerinde belirlenen akımı uygulamak için DC güç kaynağı açın.
    6. Adım 2.8.1 kullanılan aynı yöntemi kullanarak kaplama kalınlığını ölçün.
    7. dikkate adım 2.8.6 ölçülen kaplama yüksekliği alarak, istenen ızgara kalınlığa PMMA kalıp ve elektrolizle içine Au electroplate için DC güç kaynağı açın.
  9. örnek daldırarak ısıtılmış çözücü kullanılarak polimer kalıp çıkarmak. Sonra bir optika ile kontroll mikroskop ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) ızgara periyoduna, görev döngüsü ve ızgara kalınlığı onaylamak için.
    NOT: Deney başlamadan önce iki 2-D dama faz ızgaralar (deney için bir tane ve bir yedek olarak bir) hazır, birkaç gün var.

Sinkrotron Tesisinde 3. Deney Kurulum ve Hizalama

  1. Faz ızgara maçları istenen değere X-ışını enerjisini ya da dalga boyunu ayarlamak için beamline bilim adamı isteyin. APS 1-BM beamline rutin olarak kullanılan X-ışını enerjileri 6 ve 28 keV arasında bulunmaktadır. Bu durumda, ayar 18 keV foton enerjisi.
  2. Dedektör sistemi için istenilen objektif lens seçin. Burada, 6.45 × 6.45 mikron 2 piksel boyutu 1.392 × 1.040 görüntüleme piksel ile bir CoolSnap HQ2 CCD dedektör kullanın. En küçük girişim desenini gidermek için, AT planı Neofluar 10 × objektif kullanın. büyütme dahil detektör sisteminin etkin piksel boyutumikroskobik hedefi etkisi dolayısıyla 0.64 mm. Tahmini uzamsal çözünürlük nedeniyle detektör sisteminin nokta dağılım fonksiyonu esas olan, yaklaşık 2 mm.
  3. mercekten 'çalışma mesafesi' de sintilatör (kalın Lutesyumu-itriyum oxyorthosilicate, 150 mikron) yerleştirin, detektör sisteminin odak kaba ayarlamak için (~ kullanılan sistem için 5,2 mm). İlk başta, bir pico-motor kullanılarak ayarlanır scintillator pozisyonu olarak 'sürekli modda' başlığı altında elde edilen görüntüleri izleyerek ortam ışığı altında odağı ayarlayın.
  4. Dikey ve yatay aşamaları kiriş merkezine dedektör merkezi hizaya kullanarak, X-ışını içine 2-D dedektörü taşıyın.
  5. X-ışını içine 'faz örneği', strafor, örneğin bir parça yerleştirin. Faz örnek saçılma desen gözlemlemek ve en yüksek görüntü netliği kadar scintillator konumunu ayarlayarak detektör sisteminin odaklama cezası gerçekleştirin.
  6. </ Ol>

    4. Sahne Tutarlılık Ölçümleri

    1. kirişin tutarlılık ölçülecek X-ışını içine ızgara 2-B dama yerleştirin. Bu durumda, bükülme manyetik kaynaktan 34 metre mesafededir.
    2. X-ışını yayılma yönüne dik olarak ızgara 2-B dama fazının düzlemi ayarlayın.
    3. motorlu aşamaları kullanarak ve dedektör sürekli modda elde edilen görüntülerin bakarak X-ışını için ızgara merkezi.
    4. Dama tahtası deseni çapraz yönde arzulanan bir enine kiriş yönünde olacak şekilde X-ışını yayılma yönüne (Y) çevresinde en ızgara döndürün. Bu durumda, kiriş yatay ve dikey yönde dama çapraz yön (tercih ölçüm tarifi) hizalayın. İnce ayar, diğer iki eksen (x ve z) etrafında ızgara dönmeler X-ray onun dikeyliğini sağlamak içinhem yatay hem de dikey yönde interferogram dönemlerini maksimize elde edilir kiriş.
    5. kiriş yayılma yönü boyunca ızgara faz fiziksel olarak mümkün olduğunca yakın dedektör sistemi taşıyın. Bu çalışmada, 43 mm'lik bir mesafe kullanımı.
    6. girişim deseni en küçük dönemini hesaplayın. Dönem p ızgara π / 2 dama = 4.8 mm sırasıyla = diyagonal ve dama tahtası deseni olmayan çapraz yönlere boyunca 3.4 mikron ve p İçeride ISTV melerin RWMAIWi'nin = 2.4 mikron (en küçük dönemi) p İçeride ISTV melerin RWMAIWi'nin ile bir girişim deseni oluşturur. (1) düzgün bir eğri elde etmek için arada denklem tarafından verilen V θ (d) tepe pozisyonları gerekli veri noktalarının sayısını tahmin edin.
    7. Her interferogram, bu durumda dört saniye için uygun pozlama süresini seçin.
    8. Aynı maruz kalma süresi (örneğin, 4 saniye) ile rekor İnterferogramFarklı ızgara-dedektör mesafeleri. ışın yoğunluğu düzeyine bağlı olarak pozlama süresini seçin. Minimum ızgara-dedektör mesafe (43 mm) ile başlayarak, küçük aralıklarla X-ışınını alt detektörü (aşama 4.6 göre belirlenmiş 10 mm) taşımak ve mümkün olan en yüksek grating- kadar her algılayıcı konumu bir interferogram kayıt -dedektör mesafesi (750 mm).
    9. Aynı maruz kalma süresi (4 saniye) ile koyu çerçeve görüntü elde ancak X-ışını demeti kapatın ve diğer tüm deneysel koşullar aynı tutmak.

    5. Veri Analizi

    NOT: Veri analizi için hiçbir standart yazılım şu anda yok.

    1. Seçilen görüntü işleme programı kullanarak, koyu çerçeve resim (ler) ve veri görüntüde okudum. (Ortalama) koyu çerçeve görüntüsü çıkarılarak veri görüntüyü düzeltin.
    2. Fourier (yatay görünür harmonik akım üretir görüntü düzeltilmiş koyu çerçeve, dönüşümü52 = 0º), dikey = 90º) θ 45 ° ve θ = 135 ° yön = yanı sıra.
    3. 0 inci sırası zirvesinde merkezli 0 inci sırası harmonik görüntüyü kırpın. Sırasıyla 0 inci ve yatay ve dikey yönde boyunca 1. sipariş zirveleri, arasındaki mesafeler eşit görüntünün uzunluğu ve genişliği. Benzer şekilde, faiz enine yönde boyunca aynı uzunluk ve genişlikte 1. sırası harmonik görüntüleri elde edebilir.
    4. Fourier kırpılan harmonik görüntüleri (IFT) Transform ters. 1 st IFT görüntünün genliklerinin ortalama oranı bu yönde boyunca görünürlüğünü sağlayan 0 inci sırası harmonik görüntüden IFT görüntünün o herhangi bir enine yönde harmonik görüntü sipariş.
      birkaç yüksek frekans bileşenleri ölçülen interferogram var ise bu süreç geçerli olduğunu unutmayın. Aksi takdirde, tek bir karşılık gelerek kullanabilirFourier sponding harmonik tepe yoğunlukları yerine adım 5.4 görüntüleri dönüştürmek. ışın sapma nedeniyle, harmonik tepe pozisyonları farklı ızgara-dedektör mesafelerde yavaş yavaş değişecektir. Bu nedenle, 'p bir düzeltme, her bir mesafede İçeride ISTV melerin RWMAIWi'nin veya bir zirve bulma süreci gereklidir.
    5. Farklı ızgara-dedektör mesafelerde tüm ölçülen görüntüler için yineleyin 5,1-5,4 ve her görüntünün görünürlük değeri kaydetmek.
    6. Izgara-dedektör mesafesinin bir fonksiyonu olarak görüş V İçeride ISTV melerin RWMAIWi'nin (d) çizilir. V İçeride ISTV melerin RWMAIWi'nin (d) doruklarda veri noktaları belirleyin. tam eğrinin daha da iyi Eşitlik (1) tarafından verilen zirve konumları belirlemek için ölçüldü unutmayın. El ile her bir tepe noktasının her iki tarafında en yüksek veri noktası hem de bitişik veri noktaları seçin.
    7. Seçilen veri noktaları için Gauss uydurma işlevini çizin. Th, θ σ, standart sapma ÖzüE Gauss uydurma fonksiyonu.
    8. Enine tutarlılık uzunluğu elde, ξ θ kullanılarak
      Denklem 5

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Detaylı deneysel ve simülasyon sonuçları başka yerde 8 bulunamadı iken, bu bölüm sadece yukarıdaki ölçüm ve veri analizi prosedürleri göstermek için sonuçlar seçilen gösterir. 1 APS 1-BM-B beamline de deney düzeneği temsil Şekil. Kiriş boyutu bükme manyetik kaynaktan çift Kristal Monokromatör (DCM) ve 25 m yukan yerleştirilmiş bir 1 x 1 ila 2 mm yarığı ile tarif edilir. DCM 18 keV çıktı foton enerjisine ayarlanmıştır. X-ışını demetinin ışın yolu boyunca farklı yerlerde yerleştirilmiş birçok Berilyum pencere (1 mm toplam kalınlık) geçer.

Şekil 2 (a) 2-D dama fazının taramalı elektron mikroskop görüntü orta bölümü ANL içinde nano ölçekli malzeme Merkezi (CNM) de imal ızgarası gösterir. Izgara periyodu = 4.8 mikron p. beyazımsı kareler üzerinde oluşan Au taşlarıdırSi 3 N 4 membran. Izgara ışın yönü ve kare altın blok çapraz yatay ve dikey yönde paralel, Şekil 2'de gösterildiği gibi, dik olacak şekilde X-ışını yerleştirilir, (b). Yatay ve dikey yönde boyunca olan birincil yön boyunca daha yüksek bir görüş sağlar, ve (ii) birincil yönlerde 8 boyunca ızgara dönemin fabrikasyon belirsizlik etkisini azaltır: (i) Böyle bir oryantasyon iki amaca hizmet eder.

Interferogram (1). 3. ölçülen interferogram merkez bölümünü gösteren, Şekil Eşitlik her enine doğrultuda en az beş V θ (d) tepe kapsayan farklı ızgara-dedektör mesafe, d kaydedildi: (a) D 1,0 ° = 83 mm ve (b) d 4,0 </ sub> = 0 ° yön İçeride ISTV melerin RWMAIWi'nin boyunca birinci ve dördüncü zirve pozisyonlarına karşılık gelen ° = 579 mm, (p, 0 ° = 3.4 mm). Bu Talbot mesafelerde 2-D dama deseni (self-görüntüleme) çoğaltılır. X-ışını demetinin tutarlılık özelliği her kaydedilen görüntünün Fourier analizi alınır interferogram görünürlük, gömülüdür.

Fourier ölçülen interferogram dönüşümü farklı yönlere boyunca interferogram periyodik doğası temsil eden harmonik akım üretir. Bir örnek olarak, Şekil 3 (c) ve (d), Şekiller 3 FT görüntüleri Şekil, (a) ve (b), sırasıyla (FFT) Hızlı Fourier gerçekleştirilir. Nedeniyle FT görüntünün merkez simetrisi, dört bağımsız 1. sipariş zirveleri olmak üzere dört yönde, birlikte mevcut <em> θ = 0 °, 45 °, Şekil 2'de tarif edildiği gibi 90 ° ve 135 °, (b). Her yönde periyodik (s θ) merkezinden 0 inci sırası tepe noktasını pozisyonda tespit edilebilir. Bir örnek olarak, Şekil 3 (c) almak, 0 ° yön boyunca 1. sırası harmonik pik p 0 = ile, periyodik bir yapı ortaya koymaktadır kolayca Şekil 3'te hattı tipi bir yapı olarak tanımlanabilir 3.4 um, (a) dır. Görüş 1. düzeni tepe genliği oranı ile verilir (bir θ, 1) 0 inci sırası tepe bu (A θ, 0), ya da V θ = 2 θ, 1 / A θ, 0 10. Uygulamada görünürlük elde edildi aşağıdaki protokol figu gösterilen ekin kutuları ile 5.5-5.7 adımlarıRes 3 (c) ve (d). Açıkça, 0 ° C'de 1 st düzeni doruk şiddeti D = 579 mm görünümünü azaltır gösterir, Şekil 3 (c), daha Şekil 3 (d) 'de çok daha küçüktür. Bu aynı zamanda, Şekil 3'de, 0 ° ile düzenli yapısı olmadığı ortaya çıkmaktadır, (b).

Aşağıdaki protokol 5,8-5,12, Şekil 3 (e) adım d bir fonksiyonu olarak görüş gelişimini gösterir. V İçeride ISTV melerin RWMAIWi'nin (d) zirveleri etrafında seçilmiş verilere Gauss uydurma σ 0 ° = 180 mm verir. Yatay tutarlılık uzunluğu böylece ξ 0 ° ise = Eşitlik aşağıdaki 3.6 mikron (5).

Şekil 3'e benzer şekilde, İçeride ISTV melerin RWMAIWi'nin birlikte Şekil 4, sonuçları sunulmaktadır = 45 ° yön. FTResim [Şekil 4 (c) ve (d)] p 45 ° = 2.4 um'lik bir süre göstermektedir. Bu nedenle, V θ (d) 45 ° pikleri 0 ° için ile karşılaştırıldığında daha kısa mesafeler (d 1,45 ° = 43 mm ve D, 4,45 ° = 293 mm) görüntülenir. Bu mesafede, 45 ° C için interferogram bir ağ tipi modelli [Şekil 4 (a) ve (b)] bulunmaktadır. Şekil 4 (e) 'de gösterilen görüş evrimi tutarlılık uzunluğunu veren ξ 45 ° = 5.0 um. Tüm mevcut dört yöne aynı veri analizi prosedürü uygulayarak, X-ışını enine tutarlılık alanı eşleştirilir.

Şekil 1
Şekil 1. Deneysel Kur. ŞematikAPS 1-BM-B beamline de beamline kurulum. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

şekil 2
Şekil 2. 2-D Dama Izgara. 4.8 mikron bir süre ile ızgara dama (a) SEM görüntüsü. (B) ışın yayılma yönüne (içine veya kağıt işaret) dik enine düzlemde yönünü Izgara. Kırmızı sayılar İçeride ISTV melerin RWMAIWi'nin gösteriyor. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 3,
Şekil 3. Görünürlük Ölçüm 0 ° yön boyunca ölçümün. İnterferogramlardaki, d 1 kaydedilmiş 0 ° = 83 mm (a) ve d 4,0 ° = 579 mm, (b), 0 ° boyunca birinci ve dördüncü V, 0 ° (d) en yüksek karşılık gelen pozisyonlarda yönü (Denklem (1) p 0 ° = 3.4 uM), sırasıyla. Onların Fourier sırasıyla 0 th gösteren kırmızı kesik noktalı ve yeşil bölgeler ve 1. harmonik görüntülerle, görüntüler (c) ve (d) gösterilmiştir dönüşümü. (E) Metal-dedektör mesafesinin bir fonksiyonu, D olarak görüş evrimi. Kırmızı mermi uydurma Gauss zarf (kırmızı kesikli eğri) için her Talbot mesafeler etrafında seçilen veri ise mavi daireler, tüm deneysel veriler bulunmaktadır.t = "_ blank"> bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 4,
45 ° yön boyunca Şekil 4. rehberine ölçümü. İnterferogramlardaki d 1,45 ° = 43 mm (a) ve d 4,45 ° = 293 mm, (b), birinci ve dördüncü V karşılık gelen 45 ° (d) en yüksek kaydedildi sırasıyla, (c) 'de gösterilen, FT görüntüler ile, ve (d), (p 45 ° = 2.4 um denklem (1)), 45 ° yön boyunca pozisyonlar. (E) D, bir fonksiyonu olarak görüş evrimi. Ayrıntılar için Şekil 3 başlığa bakın. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 5,
Şekil 5. Tutarlılık Bölge Haritası. Uyum alan ölçülen enine tutarlılık dört yöne boyunca uzunlukları kullanılarak görüntülendi. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Şekil 5 dört yöne boyunca tahmin edilen enine tutarlılık uzunluğunu gösterir. Açıktır ki, 90 ° yönde 0 ° yönüne göre θ yüksek Karsılık sahiptir. ışın-hattı optik ızgara göreli konumda ışın uyum üzerinde önemsiz bir etkiye sahip olduğundan, ölçülen tutarlılık alanı kaynağı boyut alanı ile ters orantılıdır. Sunulan X-ışını tutarlılık ölçüm tekniği dikey yönde (bakınız Şekil 5) boyunca kendi ana ekseni ile bir elips olarak gösterilebilir hangi doğru bu eşler. Tutarlılık uzunluğu elde etmek için gerekli olan öz-görüntüleme mesafesi etrafında kendi kendine görüntüleme mesafeleri ya da birkaç görüntüleri iyi karakterize ızgara sadece İnterferogram ile dikkat etmek önemlidir. Bu teknik sınırlamaları biri belirli bir enerji enine uygunluk ölçüm bu enerjinin için optimize edilmiş bir ızgara gerektirmesidir.

technique ızgara ve detektör arasındaki mesafenin doğru ölçümü dayanır, özellikle de, Deney 8 keV de, örneğin, daha küçük bir süre ile ve daha düşük enerji de ızgara kullanılarak gerçekleştirildiğinde. ızgara dama kare bloklar diyagonal boyunca, görünürlük eğrisinde ızgara dönem uyumsuzluğu etkileri ihmal edilebilir ve daha yüksek görünürlüğü elde edilir. Bu nedenle, ızgara yönelim seçimi enine uygunluk ölçümü yapılması gerekir hangi boyunca tercih edilen yönde bağlıdır.

Referans 3'te tarif edilen tekniğe göre, sunulan yöntem CCF eğrisi elde etmek için herhangi bir şekil modeli varsayımı gerek yoktur. Bir tek fazlı yerine kullanılmıştır ızgarası iki ızgara interferometre sistemi 7 (kafes bir faz içeren ve ızgara bir genlik, hangi üretim sert X-ışını uygulamaları için zorlu). Tek bir ızgara kullanımı hızlı sağlarKurulum ve hizalama iki ızgara interferometre sistemi ile aynı tutarlılık bilgi sağlarken. referanslar 4-6 açıklanan çalışma ötesine geçerek, tek ızgara interferometre aynı anda dört farklı yönleri boyunca tutarlılık uzunluğu eşler. Bu teknik aynı zamanda küçük bir alanın üzerinde ışın wavefront tutarlılık yerel varyasyonlar çözme yeteneğine sahiptir.

tekniği ile sağlanan X-ışını enine tutarlılık bilgi deneyleri tasarlamak için değil, aynı zamanda veri analizi için önsel bilgi olarak değil, sadece çok önemlidir. sinkrotron ve XFEL kaynaklarının tutarlılık parlaklığı sürekli bu kaynak tutarlılığı korumak için gerekli röntgen optik arttıkça değerlendirilecek ve burada açıklanan teknik (yerel) ışın wavefront enine uyumunu ölçmek için harika bir araç olabilir.

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