Abteilung Optik und Strahlrohre

Kohärenz- und Wellenfrontanalyse

BESSY III wird als Synchrotronlichtquelle der vierten Generation auf einem mehrfach gekrümmten Achromatengitter basieren und Synchrotronstrahlung von höchster Helligkeit und Kohärenz im weichen bis tenderen Röntgenbereich liefern. Diese hochpräzise Strahlung eröffnet neue Möglichkeiten für Spektroskopie und Mikroskopie auf der Nanoskala.

Dank kohärenter Strahlung lassen sich Materialgrenzen sowie Magnetfeldkonfigurationen im Nanometerbereich detailliert abbilden – Strukturen, die mit anderen bildgebenden Verfahren oft unsichtbar bleiben. Zudem verbessert sie Auflösung und Kontrast bei Methoden wie Röntgenmikroskopie, Röntgenholographie und Phasenkontrastbildgebung erheblich.

Um das volle Potenzial dieser Strahlung auszuschöpfen, ist eine präzise Kenntnis über den Grad der Kohärenz erforderlich – nicht nur direkt an der Lichtquelle (am Undulator), sondern auch an der Probe. Daher muss die Kohärenz entlang der gesamten Beamline erhalten bleiben. Unser Ziel ist es, die Faktoren zu identifizieren, die diese Konservierung beeinflussen, und Möglichkeiten zu entwickeln, sie gezielt zu steuern.

Arten der Kohärenz

Räumliche Kohärenz

• Beschreibt, wie gut die Wellenfronten der Strahlung phasensynchron über eine Fläche ausgedehnt sind.
• Eine hohe räumliche Kohärenz ermöglicht eine starke Fokussierung des Photonenstrahls und eine hohe Photonendichte – entscheidend für die Qualität bildgebender Verfahren.

Zeitliche Kohärenz

• Beschreibt, wie konsistent die Wellenphasen über die Zeit bleiben.
• Abhängig von der spektralen Breite der Strahlung: Eine schmale Bandbreite führt zu einer größeren Kohärenzlänge.

Da die Synchrotronstrahlung durch die gepulste Natur der Bunches quasikontinuierlich ist, spielt die zeitliche Kohärenz eine eher untergeordnete Rolle. Die Pulse sind in sich kohärent, aber diskret, sodass die Betrachtung der zeitlichen Kohärenz in vielen Anwendungen weniger relevant ist.

Forschung und Entwicklung für BESSY III

Wir arbeiten eng mit Kooperationspartnern aus verschiedenen Abteilungen und Instituten zusammen, um effiziente und schnelle Methoden zur Kohärenz-Diagnostik für BESSY III zu entwickeln. Unsere Schwerpunkte liegen auf:

• Detaillierten Simulationen und der Identifikation von Einflussfaktoren auf die Kohärenz.
• Langfristiger Entwicklung einer Methode, um die Kohärenz während des Strahlzeitbetriebs schnell und zuverlässig zu bestimmen, um bestmögliche Messergebnisse für bildgebende Verfahren zu gewährleisten.

Auch die Wellenfrontanalyse liefert wertvolle Informationen über den Grad der Kohärenz sowie die Oberflächenqualität der Optiken innerhalb der Beamline. Im Rahmen des EFRE-Projekts MetrokX arbeiten wir an neuen Methoden zur Wellenfrontanalyse und zur aktiven Beeinflussung der Wellenfront, um die Kohärenz innerhalb der Beamline weiter zu optimieren.

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