Name: measurement of x-ray beam coherence along multiple directions using 2-d checkerboard phase grating
Uploaded: 2016-10-11T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Measurement of X-ray Beam Coherence along Multiple Directions Using 2-D Checkerboard Phase Grating at JoVE.com

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.

1. Planlægning af eksperimentet <ol><li> Identificer synkrotron beamline. Kontakt beamline videnskabsmand for at finde det hensigtsmæssige i forsøget på at beamline. BEMÆRK: Eksperimenter rapporteret i dette manuskript blev udført ved 1-BM-B beamline, som er dedikeret til optik og detektorer testning under XSD af APS. </li><li> Indsend en bruger forslag og stråle tid anmodning. </li><li> Træn detaljerne i eksperimentet med beamline videnskabsmand og angive de nødvendige instrumenter, herunder motoriser...

<ol>
	<li>Als-Nielsen, J., McMorrow, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Elements of Modern X-ray Physics. , (2011).</li><li>Born, M., Wolf, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Principle of Optics. , (1999).</li><li>Lin, J. J. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+the+Spatial+Coherence+Function+of+Undulator+Radiation+using+a+Phase+Mask.">Measurement of the Spatial Coherence Function of Undulator Radiation using a Phase Mask.</a> Phys. Rev. Lett. 90 (7), 074801 (2003).</li><li>Cloetens, P., Guigay, J. P., De Martino, C., Baruchel, J., Schlenker, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fractional+Talbot+imaging+of+phase+gratings+with+hard+X-rays.">Fractional Talbot imaging of phase gratings with hard X-rays.</a> Opt. Lett. 22 (14), 1059-1061 (1997).</li><li>Guigay, J. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+partial+Talbot+effect+and+its+use+in+measuring+the+coherence+of+synchrotron+X-rays.">The partial Talbot effect and its use in measuring the coherence of synchrotron X-rays.</a> J. Synchrotron Rad. 11, 476-482 (2004).</li><li>Kluender, R., Masiello, F., Vaerenbergh, P. V., H&#228;rtwig, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+the+spatial+coherence+of+synchrotron+beams+using+the+Talbot+effect.">Measurement of the spatial coherence of synchrotron beams using the Talbot effect.</a> Phys. Status Solidi A. 206 (8), 1842-1845 (2009).</li><li>Pfeiffer, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Shearing+Interferometer+for+Quantifying+the+Coherence+of+Hard+X-Ray+Beams.">Shearing Interferometer for Quantifying the Coherence of Hard X-Ray Beams.</a> Phys. Rev. Lett. 94 (1-4), 164801 (2005).</li><li>Marathe, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Probing+transverse+coherence+of+x-ray+beam+with+2-D+phase+grating+interferometer.">Probing transverse coherence of x-ray beam with 2-D phase grating interferometer.</a> Opt. Express. 22 (12), 14041-14053 (2014).</li><li>Shi, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Circular+grating+interferometer+for+mapping+transverse+coherence+area+of+X-ray+beams.">Circular grating interferometer for mapping transverse coherence area of X-ray beams.</a> Appl. Phys. Lett. 105 (1-6), 041116 (2014).</li><li>Zanette, I., David, C., Rutishauser, S., Weitkamp, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=2D+grating+simulation+for+X-ray+phase-contrast+and+dark-field+imaging+with+a+Talbot+interferometer.">2D grating simulation for X-ray phase-contrast and dark-field imaging with a Talbot interferometer.</a> , 73-79 (2010).</li></ol>

Figur 5 viser den estimerede tværgående kohærenslængde langs alle fire retninger. Det er klart, at 90 ° retning har højere ξ θ i forhold til 0 ° -retningen. Da beamline optik har ubetydelig indvirkning på bjælken sammenhæng på risten relative placering, den målte sammenhæng område er omvendt proportional med kilde størrelse område. Den præsenterede røntgenstråle sammenhæng måleteknik kortlægger dette nøjagtigt som kan vises som en ellipse med sin storakse lan...

De tredje generation hårde X-ray synkrotronstråling kilder, såsom APS på ANL, Lemont, IL, USA (http://www.aps.anl.gov), har haft enorme konsekvenser for udviklingen af ​​X-ray videnskaber . En synkrotronstråling kilde genererer et spektrum af elektromagnetisk stråling, fra infrarøde til X-ray bølgelængder, når ladede partikler, som elektroner, er lavet til at bevæge sig nær lysets hastighed i en cirkulær bane. Disse kilder har meget unikke egenskaber, såsom høj lysstyrke, pulserende og pico-sekund timing struktur, og store rumlige og tidslige kohærens. X-ray stråle rumlig kohærens er en vigtig parameter af tredje og fjerde generation synkrotron kilder og antallet af forsøg, der gør brug af denne egenskab steget dramatisk i løbet af de seneste to årtier 1. De fremtidige opgraderinger af disse kilder, såsom den planlagte Multi-bøjning Achromat (MBA) gitter for APS lagerringen, vil dramatisk øge strålen sammenhængende flux (http: //www.aps.anl.gov/Upgrade/). X-ray stråle kan indstilles ved anvendelse af en krystal monokromator at opnå højere tidsmæssig sammenhæng. Den tværgående sammenhæng synkrotron kilder er betydeligt højere end for laboratorie baseret røntgenkilder grund af den lave elektronstråle emittance og lang formering afstand fra kilden til den eksperimentelle station. Normalt er Youngs dobbelt-hul eller dobbelt-spalte eksperiment anvendes til at måle den rumlige kohærens af strålen gennem inspektion af synligheden af interferens frynser 2. For at opnå den fuldstændige Complex kohærensfunktionen (CCF), er systematiske målinger nødvendige med de to spalter placeret på forskellige positioner med forskellige separationer, hvilket er, især for hårde røntgenstråler, besværlige og upraktiske. Ensartet kan også anvendes Redundant Array (URA) for strålen sammenhæng måling ved anvendelse af det som en faseforskydning maske 3. Selvom den teknik kan tilvejebringe den fulde CCFEr det ikke model-fri. For nylig blev der interferometriske teknikker baseret på Talbot effekt udviklet ved hjælp af selv-imaging egenskab af periodiske objekter. Disse interferometre gøre brug af interferogram synlighed målt på et par selv-billeddannende afstande nedstrøms for gitteret til opnåelse strålen tværgående sammenhæng 4-9. Målinger af tværgående sammenhæng med to gittersystem er også rapporteret 7. Kortlægning af tværgående bjælke sammenhæng, samtidigt langs lodrette og vandrette retninger blev først rapporteret af JP Guigay et al. 5. For nylig forskere i Optics Group, X-ray Science Division (XSD), af APS har rapporteret to nye teknikker til at måle stråle transverses sammenhæng langs mere end to retninger samtidig bruger to metoder: en med et skakternet fase gitter 8, og den anden med en cirkulær fasegitter 9. I dette papir measurement og analysedata fremgangsmåder er beskrevet til opnåelse af den tværgående sammenhæng af strålen langs 0 °, 45 °, 90 °, og 135 ° retninger i forhold til den horisontale retning, samtidigt. Målingerne blev udført på en-BM beamline af APS med et skakternet π / 2 fase rist. Detaljerne i denne teknik er anført i protokollen afsnit omfatter: 1) planlægning af forsøget; 2) forberedelse af de 2-d skakternet fasegitter; 3) eksperiment opsætning og tilpasning på synkrotron facilitet; 4) udføre sammenhæng målinger; 5) dataanalyse. Desuden er de repræsentative resultater vist for at illustrere teknikken. Disse procedurer kan udføres på mange synkrotron beamlines med minimum ændringer på risten design.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="628">
	<tbody>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:215px;">1-BM-B bending magnet x-ray source</td>
			<td style="width:128px;">Advanced photon Source/ Argonne National Lab</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;"><a href="http://www.aps.anl.gov/Xray_Science_Division/Optics/Beamline/">http://www.aps.anl.gov/Xray_Science_Division/Optics/Beamline/</a></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">LYSO Scintillator</td>
			<td>Proteus Inc</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td><a href="http://www.apace-science.com/proteus/lyso.htm#top">http://www.apace-science.com/proteus/lyso.htm#top</a></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">Coolsnap HQ2 CCD detector</td>
			<td style="width:128px;">Photometrics</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td><a href="http://www.photometrics.com/products/ccdcams/coolsnap_hq2.php">http://www.photometrics.com/products/ccdcams/coolsnap_hq2.php</a></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">ATC 2000 UHV sputtering deposition system</td>
			<td style="width:128px;">AJA International Inc</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td><a href="http://www.ajaint.com/systems_atc.htm">http://www.ajaint.com/systems_atc.htm</a></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">MICROPOSIT S1800 photoresist</td>
			<td style="width:128px;">Dow&#160;</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">MICROPOSIT 351 developer</td>
			<td style="width:128px;">Dow&#160;</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">MA/BA6 lithography system</td>
			<td style="width:128px;">SUSS MicroTec</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td><a href="http://www.suss.com/en/products-solutions/products/mask-aligner/maba6/overview.html">http://www.suss.com/en/products-solutions/products/mask-aligner/maba6/overview.html</a></td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:215px;">Spin coater WS-400-6NPPB</td>
			<td style="width:128px;">Laurell Technologies Corporation</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td><a href="http://www.laurell.com/spin-coater/?model=WS-400-6NPP-LITE">http://www.laurell.com/spin-coater/?model=WS-400-6NPP-LITE</a></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:215px;">JBX-9300FS electron beam lithography system</td>
			<td style="width:128px;">JEOL</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td><a 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</a></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">CS-1701 RIE system</td>
			<td style="width:128px;">Nordson March</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td><a href="http://www.nordson.com/EN-US/DIVISIONS/MARCH/PRODUCTS/LEGACY/Pages/CS-1701-Anisotropic-RIE-Plasma-System.aspx">http://www.nordson.com/EN-US/DIVISIONS/MARCH/PRODUCTS/LEGACY/Pages/CS-1701-Anisotropic-RIE-Plasma-System.aspx</a></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">Techni Gold 25E</td>
			<td style="width:128px;">Technic</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td><a href="http://www.technic.com/eu/applications/industrial/industrial-chemistry/plating-chemistry">http://www.technic.com/eu/applications/industrial/industrial-chemistry/plating-chemistry</a></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">Dektak-8 surface profiler</td>
			<td style="width:128px;">Bruker</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td><a href="http://brukersupport.com/ProductDetail/1136">http://brukersupport.com/ProductDetail/1136</a></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">MICROPOSIT 1165 remover</td>
			<td style="width:128px;">Dow&#160;</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

measurement of x-ray beam coherence along multiple directions using 2-d checkerboard phase grating

En procedure for en teknik til at måle den tværgående sammenhæng synkrotronstråling røntgenkilder anvendelse af en enkelt fasegitter interferometer er rapporteret. Målingerne blev demonstreret på en-BM bøjning magnet beamline af Advanced Photon Source (APS) ved Argonne National Laboratory (ANL). Ved anvendelse af en 2-D skakbræt π / 2 faseskift rivning blev tværgående sammenhæng længder opnås langs de lodrette og vandrette retninger samt langs de 45 ° og 135 ° retninger til den horisontale retning. Efter de tekniske detaljer er angivet i dette papir, blev interferogrammer målt ved forskellige positioner nedstrøms for fase gitter langs bjælken formering retning. Synlighed værdier for hver interferogram blev udvundet fra at analysere harmoniske toppe i dens Fourier transformerede billede. Følgelig kan kohærenslængden langs hver retning ekstraheres fra udviklingen i synlighed som en funktion af gitteret-til-DETECtor afstand. Den samtidige måling af sammenhæng længder i fire retninger hjulpet til at identificere den elliptiske form af sammenhængen område af Gauss-formede røntgenkilde. Den rapporterede teknik til flere retningen sammenhæng karakterisering er vigtig for at vælge en passende stikprøve størrelse og retning samt til at korrigere de partielle sammenhæng effekter i sammenhæng spredning eksperimenter. Denne teknik kan også anvendes til at vurdere sammenhæng bevare kapaciteter røntgen optik.

Mens detaljerede eksperimentelle og simulation resultater kunne findes andre steder 8, kun dette afsnit viser udvalgte resultater at illustrere ovenstående måle- og dataanalyse procedurer. Figur 1 repræsenterer eksperimentet opsætningen på APS 1-BM-B beamline. Strålen størrelse er defineret af en 1 × 1 mm2 spalte anbragt opstrøms for Double Crystal Monochromator (DCM) og 25 m fra magneten kilde bøjning. DCM er afstemt til output fotonenergi på 18 keV. X-ray stråle passe...

Watch this Scientific Journal Video about Measurement of X-ray Beam Coherence along Multiple Directions Using 2-D Checkerboard Phase Grating at JoVE.com

Measurement of X-ray Beam Coherence along Multiple Directions Using 2-D Checkerboard Phase Grating

Måleproceduren protokol og dataanalyse er givet for at opnå tværgående sammenhængen i en synkrotronstråling røntgenkilde langs fire retninger samtidig anvendelse af en enkelt 2-D skakbræt fasegitter. Denne simple teknik kan anvendes til fuldstændig tværgående sammenhæng karakterisering af X-ray kilder og X-ray optik.

Måling af X-ray Beam Sammenhæng ad flere retninger Brug 2-D Checkerboard Phase rist

A procedure for a technique to measure the transverse coherence of synchrotron radiation X-ray sources using a single phase grating interferometer is ...

Research

JoVE Journal

Engineering

Measurement of Coherence Decay in GaMnAs Using Femtosecond Four-wave Mixing

The application of femtosecond four-wave mixing to the study of fundamental properties of diluted magnetic semiconductors ((s,p)-d hybridization, ...

Reservoir Condition Pore-scale Imaging of Multiple Fluid Phases Using X-ray Microtomography

Reservoir Tilstand Pore-skala Imaging af flere Fluid Faser Brug røntgen Microtomography

X-ray microtomography was used to image, at a resolution of 6.6 &#181;m, the pore-scale arrangement of residual carbon dioxide ganglia in the pore-space ...

Energy Dispersive X-ray Tomography for 3D Elemental Mapping of Individual Nanoparticles

Energy Dispersive X-ray Tomography for 3D Elemental Kortlægning af Individuelle Nanopartikler

Energy dispersive X-ray spectroscopy within the scanning transmission electron microscope (STEM) provides accurate elemental analysis with high spatial ...

Failure Analysis of Batteries Using Synchrotron-based Hard X-ray Microtomography

Manglende Analyse af batterier Brug Synchrotronbestrålingscenter-baserede Hard røntgen Microtomography

Imaging morphological changes that occur during the lifetime of rechargeable batteries is necessary to understand how these devices fail. Since the advent ...

Speciation and Bioavailability Measurements of Environmental Plutonium Using Diffusion in Thin Films

Artsdannelse og biotilgængelighed Målinger af Environmental Plutonium Brug Diffusion i Thin Films

The biological uptake of plutonium (Pu) in aquatic ecosystems is of particular concern since it is an alpha-particle emitter with long half-life which can ...

Protocol of Electrochemical Test and Characterization of Aprotic Li-O2 Battery

Protocol of Electrochemical Test and Characterization of Aprotic Li-O2 Battery

Protokol for elektrokemisk Test og karakterisering på aprotiske Li-O<sub&gt; 2</sub&gt; Batteri

We demonstrate a method for electrochemical testing of an aprotic Li-O2 battery. An aprotic Li-O2 battery is made of a Li-metal anode, an aprotic ...

Dynamic Pore-scale Reservoir-condition Imaging of Reaction in Carbonates Using Synchrotron Fast Tomography

Dynamisk Pore-skala Reservoir-tilstand Imaging af reaktion i Karbonater Brug Synchrotron Fast Tomography

Underground storage permanence is a major concern for carbon capture and storage. Pumping CO2 into carbonate reservoirs has the potential to dissolve ...

Applying X-ray Imaging Crystal Spectroscopy for Use as a High Temperature Plasma Diagnostic

Anvendelse X-ray Imaging Crystal spektroskopi til brug som en høj temperatur Plasma Diagnostic

X-ray spectra provide a wealth of information on high temperature plasmas; for example electron temperature and density can be inferred from line ...

Optical Trap Loading of Dielectric Microparticles In Air

Optisk Trap Loading af Dielektrisk mikropartikler i Air

We demonstrate a method to trap a selected dielectric microparticle in air using radiation pressure from a single-beam gradient optical trap. Randomly ...