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. Planlegging av eksperiment <ol><li> Identifiser synkrotron beamline. Kontakt beamline forsker for å finne hensiktsmessigheten av forsøket ved at beamline. MERK: Eksperimenter rapportert i dette manuskriptet ble utført på en-B BM beamline, som er dedikert til optikk og detektorer testing under XSD av APS. </li><li> Send inn en bruker forslag og bjelke tid forespørsel. </li><li> Tren detaljene i forsøket med beamline vitenskapsmann og angi de nødvendige instrumenter, inkludert motoriserte stadier for gi...

<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 estimerte tverrgående koherenslengden langs alle fire retninger. Åpenbart har 90 ° retningen høyere ξ θ i forhold til 0 ° retningen. Siden beamline optikk har neglisjerbar virkning på bjelken koherens på gitteret relative posisjon, er den målte koherens området omvendt proporsjonal med størrelsen kilde-området. Den presenterte røntgenstråle koherens måleteknikken tilordner dette nøyaktig som kan bli vist som en ellipse med dens hovedakse langs den v...

Den tredje generasjons vanskelig X-ray synkrotron strålekilder, som for eksempel APS på ANL, Lemont, IL, USA (http://www.aps.anl.gov), har hatt enorm innvirkning på utviklingen av X-ray vitenskaper . En synkrotron strålingskilde frembringer et spektrum av elektromagnetisk stråling, fra infrarødt til røntgenbølgelengder, når de ladede partikler, slik som elektroner, er laget for å bevege seg nær lysets hastighet i en sirkulær bane. Disse kildene har svært unike egenskaper som høy lysstyrke, pulset og pico-andre timing struktur, og stort romlig og tidsmessig sammenheng. X-ray beam romlig sammenheng er en viktig parameter for den tredje og fjerde generasjon synkrotron kilder og antall eksperimenter som gjør bruk av denne eiendommen har økt dramatisk i løpet av de siste to tiårene 1. De fremtidig oppgradering av disse kilder, slik som den planlagte Multi-bend achromat (MBA) gitter for APS lagring ring, vil dramatisk øke den koherente strålen fluksen (http: //www.aps.anl.gov/Upgrade/). Den røntgenstråle kan være innstilt ved hjelp av en krystall monokromator for å oppnå større tidsmessige koherens. Den tverrgående sammenheng med synkrotron kilder er betydelig høyere enn for laboratoriebasert røntgenkilder på grunn av den lave elektronstråle emittance og lang forplantning avstand fra kilden til den eksperimentelle stasjon. Normalt er Youngs dobbel-pinhole eller dobbelt slit eksperimentet brukt til å måle den romlige koherens av strålen gjennom inspeksjon av synligheten av interferensstriper 2. For å oppnå den fullstendige Kompleks koherensfunksjonen (CCF), er systematiske målinger nødvendig med to slisser plassert på forskjellige posisjoner med forskjellige separasjoner, som er, spesielt for harde røntgenstråler, uhåndterlige og upraktiske. Jevnt Redundant Array (URA) kan også brukes for strålen sammenheng måling ved å anvende det som en faseforskyvning maske 3. Selv om teknikken kan gi full CCF, Er det ikke modell-fri. Flere nylig, ble interferometriske teknikker basert på Talbot effekt utviklet ved hjelp av selv bildebehandling eiendom periodiske stedene. Disse interferometre gjøre bruk av interferogram synligheten målt ved et par selvbildedannende avstand nedstrøms av gitteret for å oppnå den tverrgående bjelken koherens 4-9. Målinger av tverrgående sammenheng med to gitter system er også rapportert syv. Kartlegging av tverrbjelken sammenheng, samtidig langs vertikale og horisontale retninger ble først rapportert av JP Guigay et al. 5. Nylig forskere i Optics Group, X-ray Science Division (XSD), av APS har rapportert to nye teknikker for å måle strålen transverses sammenheng sammen mer enn to retninger samtidig ved hjelp av to metoder: en med et rutefasegitter 8, og den andre med en sirkulær fasegitter 9. I dette papiret Måltement og dataanalysefremgangsmåter er beskrevet for å oppnå den tverrgående koherens av bjelken langs 0 °, 45 °, 90 °, 135 ° og retninger i forhold til horisontalretningen, samtidig. Målingene ble utført ved en-BM beamline av APS med et dambrett π / 2 fasegitter. Detaljene i denne teknikken er oppført i protokollen seksjoner inkluderer: 1) planlegging av forsøket; 2) Fremstilling av 2-d sjakkbrett-fasegitter; 3) eksperiment oppsett og justering på synkrotron anlegget; 4) utfører koherens målinger; 5) dataanalyse. I tillegg er representative resultater er vist for å illustrere den teknikk. Disse prosedyrer kan utføres på mange synkrotron beamlines med minimale endringer på gitteret 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 prosedyre for en teknikk for å måle den transversale sammenhengen i synkrotron strålingsrøntgenkilder ved hjelp av en enkelt fasegitter interferometer er rapportert. Målingene ble demonstrert på en-BM bøying magnet beamline av Advanced Photon Source (APS) ved Argonne National Laboratory (ANL). Ved å bruke en 2-D sjakkbrett π / 2 faseforskyvning gitter, ble tverrgående koherens lengder oppnådd langs de vertikale og horisontale retninger, så vel som langs de 45 ° og 135 ° retninger til horisontal retning. Ved å følge de tekniske detaljene som er angitt i dette dokumentet, ble interferogrammer målt ved forskjellige posisjoner nedstrøms for fasegitter langs bjelken forplantningsretningen. Sikt verdiene for hvert interferogram ble ekstrahert fra analyse av harmoniske topper i dens Fourier-transformerte bilde. Følgelig kan koherenslengden langs hver retning trekkes ut fra utviklingen av synligheten som en funksjon av risten-til Søkeretor avstand. Den samtidige måling av koherens lengder i fire retninger bidro til å identifisere den elliptiske formen av koherens området av Gauss-formet røntgenstråle-kilde. Den rapporterte teknikk for fler retning koherens karakterisering er viktig for å velge den riktige prøvestørrelse og retning, så vel som for å korrigere de partielle koherensegenskapene effekter i koherens spredning eksperimenter. Denne teknikken kan også brukes for å vurdere koherensskapende bevare egenskapene til X-ray optikk.

Mens detaljerte eksperimentelle og simuleringsresultatene kan bli funnet andre steder 8, bare denne delen viser utvalgte resultater for å illustrere de ovennevnte måling og dataanalyse prosedyrer. Figur 1 representerer eksperimentoppsettet på APS 1-B BM beamline. Bjelken størrelse er definert av en 1 x 1 mm 2 spalte plassert oppstrøms for den doble Crystal monokromator (DCM) og 25 m fra det bøye magneten kilden. DCM er innstilt til utgangsfotonenergi på 18 keV. Røntgen str?...

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

Måle protokoll og dataanalyse prosedyre er gitt for å oppnå tverr sammenheng i en synkrotronstråling X-ray kilde sammen fire retninger samtidig ved hjelp av et enkelt 2-D sjakkbrett fase rist. Denne enkle teknikken kan brukes for fullstendig tverr sammenheng karakterisering av X-ray kilder og røntgen optikk.

Måling av X-ray Beam Coherence sammen flere retninger ved hjelp av 2-D Sjakkbrett fasegitter

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

Måling av Coherence Decay i GaMnAs Bruke Femtosecond Fire-bølge Blanding

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 av flere Fluid Faser Med X-ray 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

Energi dispersive X-ray Tomografi for 3D Elemental Kartlegging av 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

Failure Analysis of Batteries Bruke Synchrotron baserte Hard X-ray 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 biotilgjengelighet Målinger av Miljø Plutonium Bruke 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

Protokoll fra Elektrokjemisk Test og karakterisering av aprotisk 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 av Reaction i karbonater Bruke 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

Bruk av X-ray Imaging Crystal spektroskopi for bruk som en High Temperature 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 Lasting av Dielektrisk Mikropartikler i luften

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