XUV-Laborstrahlquelle mit NEXAFS-Spektrometer und XRD-Messplatz
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Am Courant Research Centre (CRC) „Nano-Spectroscopy and X-ray Imaging“ wurde Mitte 2010 eine Laser-induzierte Gas-Plasma Röntgenquelle (APEX: All-purpose Plasma-enhanced EUV/XUV source) eingerichtet. Mit der Installation und Inbetriebnahme einer modularen Experimentierkammer für Mikroskopie und Diffraktion (NOMAD: North campus sOft x-ray Microscope And Diffractometer) Ende 2010 wurde das Kurzpuls-Röntgenlabor komplettiert. Die Möglichkeit, Optiken, Proben und CCD Detektor Vakuum-kompatibel mit 40 nm Genauigkeit positionieren zu können, erlaubt ein breites Spektrum von Anwendungsbereichen, wie etwa Röntgenmikroskopie beruhend auf Fresnel-Zonenplatten oder kohärente Diffraktionsmikroskopie (linsenlose Röntgenmikroskopie, CDI), NEXAF-Spektroskopie oder (mit entsprechender Hardware-Erweiterung) zeitaufgelöste Diffraktometrie. Entsprechend wurden seit 2011 folgende Projekte durchgeführt: Kohärente Diffraktive Bildgebung: NOMAD wurde als Mikroskopie-Kammer an der kohärenten High-Harmonic Generation (HHG) Röntgenquelle des CRC Zentrallabors in Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe Ropers (Materialphysik) für Kohärent-Diffraktive Bildgebung mit 32nm Strahlung verwendet. An Teststrukturen konnten unterschiedliche Bildrekonstruktionsalgorithmen, z.B. HIO (hybrid inputoutput) und RAAR (Relaxed Averaged Alternating Reflections) angewendet und optimiert werden. Weitere Schwerpunkte sind: Ankylographie (3D Bildgebung) und Abbildung biologischer Proben. APEX (Analyse des N2-Spektrums der Röntgenquelle APEX): In Zusammenarbeit mit Prof. Dr. Thomas Wilhein (FH Remagen, RheinAhrCampus) wurde mit Hilfe eines PTB-kalibrierten CCD Detektors die Machbarkeit einer Echtzeitanalyse von Gas-Plasma Spektren (am Beispiel des N2-Plasmas) mit Hilfe eines freitragenden Transmissionsgitters (g=100nm) geprüft. Zudem konnte mit der Analyse die Brillianz bei der Wellenlänge 2.88nm (N2-Plasma) zu 8*1014 ph/(s sr mm2) bestimmt werden. In nachfolgenden Projekten auch im Rahmen von Studenten- Praktika wird diese Analysemethode weiterentwickelt. APEX/NOMAD (Kohärenzanalyse): Die Messkammer NOMAD wurde für die Bestimmung von Kohärenzeigenschaften unterschiedlicher EUV/XUV Strahlquellen genutzt (basierend auf Young-Doppelspalt Experiment). Kohärenzexperimente wurden sowohl an APEX (LN2 = 2.88 nm) als auch an der Laborquelle HHG (High Harmonic Generation, LHHG = 32 nm) durchgeführt, und mit Ergebnissen von Synchrotronstrahlungsquellen verglichen ( BESSY II, LN2 = 2.39 nm). APEX (Kondensoroptik-Analyse): In Kooperation mit Dr. Klaus Mann (Laserlaboratorium Göttingen e.V.) zielen laufende Untersuchungen auf die Optimierung der Quell-Brillianz für Mikroskopie- und Diffraktionsanwedungen mit Hilfe von Röntgenspiegel. Die für den Bereich der weichen Röntgenstrahlung optimierten Ni-Ellipsoidspiegel werden hierbei eingesetzt, um eine möglichst exakte Abbildung der Röntgenstrahlquelle zu erhalten. Mit Hilfe von Kaustik- und Wellenfrontanalysen kann die Qualität der Abbildung erfasst werden. Experimente an der Laborstrahlquelle wurden in Vorbereitung eines Experimentes am Freien-Elektronen-Laser FLASH bei Desy, Hamburg, durchgeführt. Dabei ging es darum, das Diffraktionsexperiment und die Membranproben, die zur Kohärenzmessung verwendet wurden, an der Laborquelle in demselben Spektralbereich vorzucharakterisieren und zu optimieren. Die in der Publikation gezeigten Daten sind ausschließlich bei FLASH aufgezeichnet worden. Die Laser-Plasma Quelle ist hauptsächlich zur Vorbereitung von Synchrotron- und Freie-Elektronen-Laser-Messzeiten vorgesehen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Single pulse coherence measurements in the water window at the free-electron laser FLASH. Optics Express, Vol. 21, Issue 11, pp. 13005-13017 (2013)
D. D. Mai, J. Hallmann, T. Reusch, M. Osterhoff, S. Düsterer, R. Treusch, A. Singer, M. Beckers, T. Gorniak, T. Senkbeil, R. Dronyak, J. Gulden, O. M. Yefanov, A. Al-Shemmary, A. Rosenhahn, A. P. Mancuso, I. A. Vartanyants, and T. Salditt
