Differentielle Interferenzkontrast-Röntgenmikroskopie mit Zonenplatten im Spektralbereich weicher Röntgenstrahlung
Final Report Abstract
Die Zielsetzung des durchgeführten Projektes bestand in der weiteren Erforschung der hochauflösenden phasensensitiven Bildgebung im Röntgenbereich mit Hilfe des differentiellen Interferenzkontrasts (DIC). Ein Schwerpunkt lag dabei auf Untersuchungen Full-Field-Röntgenmikroskopen im weichen Röntgenbereich, sowohl an Synchrotronstrahlquellen als auch an laserinduzierten Plasmaquellen. Die Adaption vieler Röntgenmikroskope an hochbrillante Undulatorbeamlines erschwert wg. des hohen Kohärenzgrades den Einsatz von Full-field-Mikroskopen. Um dieser Situation Rechnung zu tragen wurde im Rahmen des Projekts ein neues Kondensorkonzept entwickelt und umgesetzt, das erstmals eine homogene Beleuchtung mit einem einzelnen optischen Element an Undulatorquellen erlaubt. Um ein tiefergehendes Verständnis über die wellenoptische Wirkung von DIC-Zonenplatten zu erhalten, wurden theoretische Modelle zur Wellenausbreitung für diese Thematik aufgestellt und daraus Simulationsalgorithmen entwickelt. Damit ist es möglich, den Bildkontrast als Funktion der Objekteigenschaften vorherzusagen und DIC-Zonenplatten für verschiedene Anwendungsfälle zu optimieren. Die im Projekt gewonnen Erkenntnisse erlauben die Berechnung von komplexen Beugungsmustern, die – im Gegensatz zu den ersten DIC-Zonenplatten, sog. zoneplate doublets – wie konventionelle Zonenplatten einseitig auf eine geeignet präparierte Substratfolie geschrieben werden können. Die im Projekt durchgeführten Experimente wurden mit dafür entwickelten DIC-Optiken durchgeführt, die mit Hilfe der erarbeiteten Simulationen optimiert wurden. Ein wichtiges Ziel des Forschungsvorhabens bestand in der Realisierung von DIC im weichen Röntgenbereich an Laborröntgenmikroskopen. Gegenüber der Situation an Synchrotronstrahlquellen spielt hier die geringere räumliche Kohärenz eine wichtige Rolle für interferenzbasierte Bildgebungsverfahren. Auch dieser Effekt konnte durch die Simulationen bei der Konzeption von DIC-Zonenplatten berücksichtigt werden. Damit konnte in Experimenten am Laborröntgenmikroskop an der KTH Stockholm die DIC-typische Kontrastanhebung an Objektkanten demonstriert werden. Die Ergebnisse sowohl der Kondensorentwicklung an Undulatorbeamlines als auch der Simulationen zur Wellenausbreitung hinter diffraktiven optischen Elementen dokumentieren den Einfluss der Beleuchtungswellenfront im bei der mikroskopischen Abbildung. Um dieser Erkenntnis für weiterführende Untersuchungen Rechnung tragen zu können, wurde im Rahmen des Projekts ein Wellenfrontsensor entwickelt, der sehr flexibel eingesetzt werden kann und mit einer Auflösung bis zu λ/100 die zu untersuchende Wellenfront bestimmt. Das modifizierte Shack-Hartmann-System kann für einen besonders großen Photonenenergiebereich von ca. 40 eV – 40 keV eingesetzt werden und nahezu beliebige Strahlquerschnitte verarbeiten. Diese Eigenschaften sind insbesondere für die Charakterisierung von Wellenfronten in Beleuchtungsstrahlengängen an Undulatorbeamlines interessant.
Publications
- Single optical element soft x-ray interferometer using a laser plasma x-ray source. Optics Letters 30 (16), 2167-2169 (2005)
U. Vogt, M. Lindblom, P. A. C. Jansson, T. T. Tuohimaa, A. Homberg, H. M. Hertz, M. Wieland, and T. Wilhein
- Condenser for Koehler-like illumination in transmission x-ray microscopes at undulator sources. Optics Letters 31 (10), 1465-1467 (2006)
U. Vogt, M. Lindblom, P. Charalambous, B. Kaulich, and T. Wilhein
- TwinMic: European Twin X-ray Microscopy Station Comissioned at ELETTRA. IPAP Conference Series 7, 22-25 (2006)
B. Kaulich , D. Bacescu, J. Susini, C. David, E. Di Fabrizio, G.R. Morrison, P. Charalambous, J. Thieme, T. Wilhein, J. Kovac, D. Cocco, M. Salome, O. Dhez, T. Weitkamp, S. Cabrini, D. Cojoc, A. Gianoncelli, U. Vogt, M. Podnar, M. Zangrando, M. Zacchigna, and M. Kiskinova
- High-resolution differential interference contrast X-ray zone plates: Design and fabrication. Spectroch. Acta B 62 (6-7), 539-543 (2007)
M. Lindblom, T. Tuohimaa, A. Holmberg, T. Wilhein, H.M. Hertz, U. Vogt
- Wavefront analysis and beam profiling from 40 eV up to 40 keV Advances in X-Ray/EUV Optics a. Application. Proc. SPIE 6317, 63171E (2007)
T. Nisius, D. Schäfer, R. Früke, T. Wilhein
- Compact high-resolution differential interference contrast soft x-ray microscopy. Appl. Phys. Lett. 92, 064104 (2008)
M. Bertilson, O. Von Hofsten, M. Lindblom, T. Wilhein, H. M. Hertz, U. Vogt
