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. Planejamento do Experimento <ol><li> Identificar a linha de luz síncrotron. Contate cientista beamline para encontrar a adequação da experiência naquela linha de luz. NOTA: As experiências relatadas neste manuscrito foram realizados na linha de luz 1-BM-B, que é dedicado à óptica e detectores de testes, sob XSD da APS. </li><li> Apresentar uma proposta de usuário e solicitação de tempo de feixe. </li><li> Trabalhar os detalhes do experimento com o cientista beamline e especificar os instrumentos n...

<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>

A Figura 5 mostra a estimativa comprimento de coerência transversal ao longo de todas as quatro direcções. Claramente, a direcção de 90 ° tem maior ξ θ em comparação com 0 ° direcção. Uma vez que a linha de luz óptica tem um efeito insignificante sobre a coerência do feixe na localização relativa de grade, a área de coerência medida é inversamente proporcional ao tamanho da área da fonte. A técnica do feixe de raios-X apresentada medição coerência mapeia esta...

Os raios-X dura fontes de radiação síncrotron de terceira geração, como a APS na ANL, Lemont, IL, EUA (http://www.aps.anl.gov), tiveram impactos enormes sobre o desenvolvimento das ciências de raios-X . Uma fonte de radiação sincrotrão gera um espectro de radiações electromagnéticas, a partir de comprimentos de onda de infravermelhos para raios-X, quando as partículas carregadas, tais como electrões, são feitos para se moverem perto da velocidade da luz numa órbita circular. Essas fontes têm propriedades muito originais, tais como alto brilho, estrutura de tempo pulsado e pico-segundo, e grande coerência espacial e temporal. Feixe de raios-X coerência espacial é um parâmetro importante das terceira e quarta fontes de geração de síncrotron e do número de experiências que fazem uso dessa propriedade aumentou dramaticamente ao longo das últimas duas décadas 1. As atualizações futuras destas fontes, tais como a estrutura planejada achromat Multi-bend (MBA) para o anel de armazenamento APS, irá aumentar dramaticamente o fluxo coerente feixe (http: //www.aps.anl.gov/Upgrade/). O feixe de raios-X pode ser ajustado utilizando um monocromador de cristal para obter uma maior coerência temporal. A coerência transversal de fontes sincrotrão é significativamente mais elevada do que a de fontes de raios-X de laboratório baseado devido à baixa emitância feixe de electrões e de longa distância de propagação a partir da fonte para a estação experimental. Normalmente, experiência da dupla pinhole ou dupla fenda de Young é usado para medir a coerência espacial do feixe através da inspeção da visibilidade das franjas de interferência 2. Para obter a função de coerência Complexo completa (CCF), medições sistemáticas são necessários com as duas ranhuras colocadas em posições diferentes, com várias separações, que é, em especial para raios-X duros, pesado e pouco prático. Uniformemente matriz redundante (URA) também pode ser utilizado para a medição de coerência do feixe, empregando-lo como uma mudança de fase de máscara 3. Embora a técnica pode fornecer a CCF completo, Não é livre de modelo. Mais recentemente, as técnicas de interferometria com base no efeito Talbot foram desenvolvidos usando a propriedade auto-imagem de objetos periódicas. Estes fazem uso de interferómetros a visibilidade interferograma medido em algumas distâncias auto-imagem a jusante da grade para a obtenção da viga transversal coerência 4-9. Medidas de coerência transversal utilizando dois sistema de grade também é relatado 7. Mapeando a coerência viga transversal, simultaneamente ao longo de direções vertical e horizontal foi primeiramente relatada por JP Guigay et al. 5. Recentemente, os cientistas do Grupo de Óptica, raio-X Divisão de Ciência (XSD), da APS têm relatado duas novas técnicas para medir feixe atravessa a coerência ao longo de mais de duas direções simultaneamente usando dois métodos: um com uma fase quadriculado grade 8, e outro com uma fase circular grade 9. Neste trabalho, o MEASURement e procedimentos de análise de dados são descritos para a obtenção da coerência transversal do feixe ao longo do 0 °, 45 °, 90 °, 135 ° e as direcções em relação à direcção horizontal, ao mesmo tempo. As medições foram realizadas na linha de luz 1-BM de APS com um tabuleiro de xadrez π fase / 2 ralar. Os detalhes desta técnica listados nas seções de protocolo incluem: 1) o planejamento do experimento; 2) a preparação do 2-d fase quadriculado grade; 3) configuração da experiência e alinhamento na instalação síncrotron; 4) a realização de medições de coerência; 5) análise dos dados. Além disso, os resultados representativos são apresentados para ilustrar a técnica. Estes procedimentos podem ser realizados em muitas linhas de luz síncrotron com alterações mínimas no projeto ralar.

<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

Um procedimento de uma técnica para medir a coerência transversal das fontes de raios-X de radiação sincrotrão usando uma única operação de ralar interferómetro é relatado. As medidas foram demonstrados no 1-BM flexão beamline ímã da Advanced Photon Source (APS) em Argonne National Laboratory (ANL). Ao utilizar um tabuleiro de damas 2-D π / 2 de desvio de fase de grade, comprimentos de coerência transversais foram obtidos ao longo das direcções verticais e horizontais, assim como ao longo dos 45 ° e 135 ° instruções para a direcção horizontal. A seguir os detalhes técnicos especificados no presente documento, interferogramas foram medidos em diferentes posições a jusante da fase de grade ao longo da direção de propagação do feixe. valores visibilidade de cada interferogram foram extraídos da análise picos harmônicas em sua imagem transformada de Fourier. Consequentemente, o comprimento de coerência ao longo de cada direcção pode ser extraído a partir da evolução da visibilidade como uma função da grade-a-detecdistância tor. A medição simultânea da coerência comprimentos em quatro direcções ajudaram a identificar a forma elíptica da área de coerência da fonte de raios X em forma de Gaussian. A técnica descrita por múltiplos-sentido caracterização coerência é importante para a escolha do tamanho da amostra adequada e orientação, bem como para corrigir os efeitos de coerência parcial em coerência espalhamento experiências. Esta técnica também pode ser aplicado para avaliar a capacidade de preservar a coerência de óptica de raios-X.

Embora os resultados experimentais e simulação detalhada pode ser encontrada em outro lugar 8, esta seção mostra apenas resultados seleccionados para ilustrar os procedimentos de análise de dados de medição e acima. A Figura 1 representa a configuração da experiência na APS 1-BM-B beamline. O tamanho do feixe é definido por um 1 × 1 mm2 fenda colocado a montante do duplo cristal monocromador (DCM) e 25 m a partir da fonte íman de flexão. O DCM está sintonizado com a ...

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

O procedimento de protocolo de medição e análise de dados são determinados para obter coerência transversal de uma fonte de raios-X radiação síncrotron ao longo de quatro direções simultaneamente usando uma única fase do tabuleiro de damas 2-D ralar. Esta técnica simples pode ser aplicado para a completa caracterização coerência transversal de fontes de raios-X e óptica de raios-X.

Medição do feixe de raios X coerência ao longo de múltiplas direções Usando 2-D Checkerboard fase reticulada

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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Engenharia

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