Name: measurement of x-ray beam coherence along multiple directions using 2-d checkerboard phase grating
Uploaded: 2016-10-11T13:00:00
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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. Planung des Experiments <ol><li> Identifizieren Sie die Synchrotron-Strahlrohr. Kontakt-Strahlrohr Wissenschaftler die Angemessenheit des Experiments zu diesem beamline zu finden. HINWEIS: Die Experimente in diesem Manuskript berichtet wurden an der 1-BM-B-Strahllinie durchgeführt, die Optik und Detektoren Testen gewidmet ist, unter XSD von APS. </li><li> Einen Benutzer Vorschlag und Strahlzeit Anfrage. </li><li> Arbeiten Sie die Details des Experiments mit der beamline Wissenschaftler aus und geben Sie die...

<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>

5 zeigt die geschätzte Querkohärenzlänge entlang allen vier Richtungen. Offensichtlich hat die 90 ° -Richtung höher ξ θ im Vergleich zu 0 ° -Richtung. Da der Strahllinienoptik vernachlässigbaren Effekt auf die Strahlkohärenz am Gitter relative Position aufweist, ist die gemessene Kohärenzbereich mit dem Sourcebereich Größe umgekehrt proportional. Die dargestellte Röntgenstrahlkohärenz Meßtechnik ordnet diese genau , welche als eine Ellipse mit ihrer Hauptachse entlang...

Die dritte Generation des harten Röntgensynchrotronstrahlungsquellen, wie zum Beispiel die APS bei ANL, Lemont, IL, USA (http://www.aps.anl.gov), haben enorme Auswirkungen auf die Entwicklung der Röntgenwissenschaften hatte . Eine Synchrotron-Strahlungsquelle erzeugt ein Spektrum elektromagnetischer Strahlung, von Infrarot bis Röntgenwellenlängen, wenn geladene Teilchen, wie Elektronen, sind aus in der Nähe der Lichtgeschwindigkeit in eine Kreisbahn zu bewegen. Diese Quellen haben sehr einzigartige Eigenschaften, wie hohe Helligkeit, gepulste und Pico-Sekunden Zeitstruktur und große räumliche und zeitliche Kohärenz. Röntgenstrahl räumliche Kohärenz ist ein wichtiger Parameter der dritten und vierten Generation Synchrotronquellen und die Anzahl der Versuche Verwendung dieser Eigenschaft zu machen hat sich in den vergangenen zwei Jahrzehnten dramatisch zugenommen 1. Die zukünftige Upgrades dieser Quellen, wie die geplante Multi-bend achromat (MBA) Gitter für das APS-Speicherring, den Strahl kohärenter Fluss dramatisch erhöhen (http: //www.aps.anl.gov/Upgrade/). Der Röntgenstrahl kann mit einem Kristall-Monochromator abgestimmt werden höhere zeitliche Kohärenz zu erreichen. Die transversale Kohärenz der Synchrotronquellen ist signifikant höher als die der Labor basierte Röntgenquellen aufgrund der geringen Elektronenstrahl Emittanz und langen Ausbreitungsstrecke von der Quelle bis zum Versuchsstation. Normalerweise wird Young&#39;schen Doppel Pinhole oder Doppelspalt - Experiment 2 verwendet , die räumliche Kohärenz des Strahls , der durch die Inspektion der Sichtbarkeit der Interferenzstreifen zu messen. Um die vollständige komplexe Kohärenzfunktion (CCF), systematische Messungen nötig sind, um mit den beiden Schlitzen an verschiedenen Positionen mit verschiedenen Trennungen gelegt, die, besonders für harte Röntgenstrahlung, umständlich und unpraktisch erhalten. Einheitlich Redundant Array (URA) kann auch für die Strahlkohärenz Messung verwendet werden , indem sie als Phasenverschiebungsmaske verwendet wird 3. Obwohl die Technik kann die volle CCF bietenEs ist nicht modellfrei. mit der Selbstabbildungseigenschaft der periodischen Objekte Unlängst wurden interferometrische Techniken auf Basis von Talbot-Effekt entwickelt. Diese Interferometern nutzen die Interferogramm Sichtbarkeit bei einigen Selbstabbildung Entfernungen gemessen hinter dem Gitter zum Erhalten der Strahlquer Kohärenz 4-9. Die Messungen der Quer Kohärenz zwei Gittersystem wird auch 7 berichtet. Abbilden des Querbalkens Kohärenz, gleichzeitig entlang der vertikalen und horizontalen Richtung wurde zuerst von JP Guigay et al. 5. Vor kurzem haben Wissenschaftler in der Optik - Gruppe, X-ray Science Division (XSD), von APS haben zwei neue Techniken berichtet messen Strahl quert Kohärenz entlang mehr als zwei Richtungen gleichzeitig mit zwei Methoden: eine mit einem Schachbrettphasengitter 8 und das andere mit einem kreisförmigen Phasengitter 9. In diesem Beitrag wird die measurement und Datenanalyseverfahren werden zum Erhalten des Quer Kohärenz des Strahls entlang der 0 °, 45 °, 90 ° und 135 ° Richtungen relativ zu der horizontalen Richtung gleichzeitig beschrieben. Die Messungen wurden mit einem Schachbrett π / 2-Phasengitter in der 1-BM-Strahllinie von APS durchgeführt. Die Einzelheiten dieser Technik in den Protokoll Abschnitten aufgeführt sind: 1) Planung des Experiments; 2) Herstellung der 2-d schachbrettPhasenGitter; 3) Versuchsaufbau und die Ausrichtung an der Synchrotronstrahlungsquelle; 4) Durchführung Kohärenz Messungen; 5) Datenanalyse. Darüber hinaus werden die repräsentativen Ergebnisse gezeigt, die Technik zu veranschaulichen. Diese Verfahren können mit einem Minimum an Änderungen an der Gitterdesign an vielen Synchrotronstrahllinien durchgeführt werden.

<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

Ein Verfahren für eine Technik, die transversale Kohärenz der Synchrotronstrahlung Röntgenquellen zur Messung eines einzelnen Phasengitter-Interferometer verwendet wird berichtet. Die Messungen wurden an der 1-BM Ablenkmagneteinheit-Strahlrohr der Advanced Photon Source (APS) am Argonne National Laboratory (ANL) unter Beweis gestellt. Durch die Verwendung eines 2-D schachbrett π / 2-Phasenverschiebungsgitter Querkohärenzlängen wurden entlang der vertikalen und der horizontalen Richtung als auch entlang der 45 ° und 135 ° -Richtungen zu der horizontalen Richtung erhalten wird. Nach den technischen in diesem Dokument angegebenen Details wurden Interferogramme an verschiedenen Positionen gemessen stromabwärts von der Phase entlang des Strahlausbreitungsrichtung Gitter. Visibility-Werte jedes Interferogramm wurden von der Analyse harmonischen Spitzen in seiner Fourier-transformierten Bild extrahiert. Folglich kann die Kohärenzlänge entlang jeder Richtung von der Entwicklung der Sichtweite in Abhängigkeit von der Gitter-to-detec extrahiert werdentor Abstand. Die gleichzeitige Messung von Kohärenzlängen in vier Richtungen der elliptischen Form der Kohärenzbereich des gaussförmigen Röntgenquelle identifizieren geholfen. Die berichtete Technik zur Mehrrichtungs Kohärenz Charakterisierung ist wichtig für die Auswahl der entsprechenden Stichprobengröße und der Orientierung sowie für die partielle Kohärenzeffekte in Kohärenz Streuexperimente korrigieren. Diese Technik kann auch für die Beurteilung der Kohärenz Konservierungsfähigkeiten Röntgenoptik angewendet werden.

Während detaillierte experimentelle und Simulationsergebnisse 8 an anderer Stelle gefunden werden konnte, nur dieser Abschnitt zeigt die Ergebnisse ausgewählt , um die oben genannten Mess- und Datenanalyseverfahren zu erläutern. Abbildung 1 stellt die Versuchsaufbau an der APS - 1-BM-B - Strahlrohr. Die Strahlgrße wird durch einen 1 × 1 mm 2 Schlitz angeordnet stromaufwärts des Doppelkristall Monochromator (DCM) und 25 m von der Biegemagnetquelle definiert. Das DCM ist mit de...

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

Das Messprotokoll und Datenanalyseverfahren zum Erhalten Quer Kohärenz einer Synchrotronstrahlungsröntgenquelle entlang von vier Richtungen gleichzeitig unter Verwendung eines einzigen 2-D schachbrettPhasenGitter gegeben. Diese einfache Technik kann für eine vollständige transversale Kohärenz Charakterisierung von Röntgenquellen und der Röntgenoptik angewendet werden.

Messung der Röntgenstrahl Coherence entlang mehreren Richtungen unter Verwendung von 2-D-Schachbrett Phase Grating

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

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Forschung

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