新型X射线相机可进行更高精准度的测量-SLAC

北京众星联恒

2021/01/18 16:03

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使用新型X射线波前成像仪拍摄的X射线图像可对X射线光束的强度和方向进行高精度测量。

科学

科学家使用X射线自由电子激光产生的超亮和超快的X射线脉冲来研究材料中一些超快的反应和过程。在这些实验中，X射线的波长可以小于埃——比人的头发直径小一百万倍。科学家们最近开发了一种新型X射线成像仪，其精确度比以前更高。新的水平可小于X射线波长的百分之一，甚至小于一个埃。这些X射线成像仪将成为使用X射线自由电子激光器的研究中的有用工具。

影响

在X射线自由电子激光实验中，研究人员必须了解从激光器中出来，经过仪器并与被研究材料相互作用的X射线的性能。在这项新研究中，科学家测量了进入样品的X射线的强度分布，同时也确定了X射线行进的方向。了解这些X射线的特性可以改善实验分析。

总结

利用高频X射线自由电子激光脉冲对材料进行成像是具有挑战性的，因为来自激光的X射线的脉冲特性可能会发生波动。一次成像单个X射线波前的能力不仅对于实验设计和分析很重要，而且可以作为反馈来进行激光和仪器优化。这项研究开发了一种由单个二维光栅和基于闪烁体的探测器组成的单发波前成像仪。它使用了Talbot效应，即X射线在传播过程中会“Self-image”的效应。Talbot效应是在利用纳米加工技术在金刚石或硅制成的2D光栅上产生的，该光栅的变形度非常低。通过记录光栅后的“Self-image”，x射线的振幅和相位都可以用一种重建算法确定。

波前成像仪的简单性使得在实验中更容易将成像仪放置在光束路径的不同部位。例如，研究人员可以将成像仪放置在自由电子激光器的出口处，以提供实时反馈。类似地，成像仪可在仪器各种组件的后端使用，以在X射线行进时提供系统的理解和反馈，或直接对材料成像。研究人员已经证明了这种波前成像仪在各种X射线能量范围内具有极高的精准度。

参考信息：https://www.energy.gov/science/bes/articles/new-x-ray-camera-achieves-new-heights-precision-and-accuracy-better-experiments

了解更多，参考如下文章：

Liu, Y. et al., X-ray free-electron laser wavefront sensing using the fractional Talbot effect. J. Synchrotron Radiation 27, 254-261 (2020). [DOI: 10.1107/S1600577519017107]

Li, K. et al., Wavefront preserving and high efficiency diamond grating beam splitter for x-ray free electron laser. Optics Express 28, 10939-10950 (2020). [DOI: 10.1364/OE.380534]

Liu, K. et al. High-accuracy wavefront sensing for x-ray free electron lasers. Optica 5, 967-975 (2018). [DOI: 10.1364/OPTICA.5.000967]

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