Monochromatizace

Požadavky na monochromátorSpektrální obor

fokusacepolarizacekolimace

Premonochromatizace

Absorpční filtryZrcadlaUndulátory

Odstranění měkké a tvrdé složky

Rozlišovací schopnost R - = E/E, E je energie fotonů.

E[eV] = 1240 / nm

a

Monochromatizace - filtrace

-filtr

Anoda Filtr Tloušťka (mm) Zeslabení

Mo Zr 0,052 56 %

Cu Ni 0,013 58 %

Co Fe 0,0097 65 %

Fe Mn 0,0092 65 %

Cr V 0,0091 65.5 %

odstranění měkké (dlouhovlnné) složky

Pro zeslabení na 1 %

Monochromatizace - filtrace

Rossův filtr

Rozdíl intenzit záznamů s Ni a Co

ZrcadlaIndex lomu in 1

2ele Nr

4

~ 10-5

Totální reflexe

Nre

c

elec

Nr

Odráží se vlny s vlnovou délkou větší než mezní hodnota.

Undulátory

Na synchrotronech

Soustava magnetů se směrem pole kolmým na rovinu orbitu prstence

N/1/

Počet period pole na celé délce

Vysoká spektrální brilianceLineární nebo kruhová polarizace

Disperzní prvky Krystaly, mřížky, multivrstvy

2d sin B = n n

wr

VP F e

Lr

VF

sB

eh r

M

sB

er

, ,

, ,

sin| |

s in

1

2

1

2

0

2

2

1

2

Polarizační faktor 1 - , cos 2 -

ww

bw w b

L b L L b L

b

sh s

s h s

B B

0

0

1

21 1

1

21

( ), ( )

( / ) , ( )

s in ( ) / s in ( )

Asymetrická difrakce

S0w0 = Shwh

Pro 1. harmonickou

Index asymetrie

DisperzeD

tan

w ~ 1 – 10

Mozaikové krystaly – grafitDokonalé krystaly – Si, Ge

LiF, křemen, kalcit

MultivrstvyRozlišovací schopnost - / ~ N (počet period) Ta-Au/Be, B, C, Si

Asymetrická difrakce

Kosá difrakce

Nefokusující monochromátory Jednokrystalové

sin sin co s 0 0 co s

D

D0

0 0 0 0co s co s ; tan /

P I G C d d d( ) ( ) ( , )

0

Spektrální intenzita zdroje

Zářivost zdroje

Obor

CD

( , , , )co s

co s 00

0

Celkový difraktovaný výkon systému zdroj,štěrbina, krystal

P I Z d( ) ( ) ( , )

0 0

Spektrální okno systému zdroj, štěbina, detektor

s / D + / D

Ri = D/sVnitřní rozlišovací schopnostLze zvýšit pouze použitím vyššího řádu difrakce, pro který je s menší, a

nebo použitím asymetrické difrakce tak, aby 0 < s .

max = 2dMaximální vlnová délka

Nefokusující monochromátory Dvoukrystalové

1. (+, -) (n, -n)

Stejné, rovnoběžné difrakční rovinyVystupující záření má stejný směr jako dopadající

ladění

Channel-cut

Prochází i složky od jiných rovin ()

Krystalová funkce C2 (nižší chvosty)

Mírné rozjustování krystalů (vzájemný posuv C)

Zlepšení rozlišovací schopnosti (Disperzní prvky)Potlačení vyšších harmonickýchPotlačení složky

Užití kosé difrakce – inclined crystal monochromator

paralelní, bezdisperzní

Monolytický (channel-cut) monochromátor odstraňující vyšší harmonické v širokém rozmezí úhlů a současně umožňující udržení konstantní polohy vystupujícího svazku posunem krystalu ve směru osy otáčení.

Nefokusující monochromátory Dvoukrystalové

Kombinace Bragg-Laue1b. (+, -) (n, -m)

neparalelní, disperzníRůzné d

2. (+, -) (n, -m)

antiparalelní, disperzní

Nefokusující monochromátory

2. (+, +) (+n, +m)

antiparalelní, disperzní

Vysoká rozlišovací schopnost

Monochromátory mění nepolarizované záření na částečně lineárně polarizované a kruhově polarizované na elipticky polarizované. Toto lze odstranit zkříženou polohou monochromátorů (pootočení druhého krystalu kolem dopadajícího centrálního paprsku).

Ladění pootáčením druhého krystaluLadění s využitím vertikální divergence

Nefokusující monochromátory

Čtyřkrystalový monochromátor

(-, +, +, -)

ladění

Bartels

Paralelní x

Antiparalelní

n1n2

~ 0 ~ 1+ 2 = 21 = 22

~ 0 ~ 21= 22

Přístroj v poloze (n,n) propouští všechny Přístroj v poloze (n,n) propouští právě jednu

Paprsky odchýlené od horizontální roviny,pro které je splněna Braggova podmínka na C1 se odrazí i na C2 a projdou.

Paprsky odchýlené od horizontální rovinydopadají pod stejným úhlem na C1 i C2,ale není to Braggův úhel pro . Díky vertikální divergenci propouští přístroj větší vlnový obor.

Pohnutím C2 okolo O2 naráz zrušíme splnění Braggovy podmínky na obou krystalech.

Braggova podmínka zůstane splněna pro oba krystaly, ale pro jinou

Difrakční křivka závisí pouze na vlastnostech krystalů.

Difrakční křivka je spektrálním rozložením dopadajícího záření, zkresleným vertikální divergencí a konečnou šířkou krystalové funkce.

DuMondovy grafy

(+-)

Otáčení druhým krystalem

= 2 - 1, 2 = 1

(++) = 2 + 1, 2 = 1

Souhlasný smysl C1, C2

Opačný smysl C1, C2

Velikost okna

DuMondovy grafy

Fokusující monochromátory

Pro lepší využití záření zdroje,ale rozlišovací schopnost je horší

Fokusační zrcadlaOhnuté krystaly

Optická vada metodyVliv odchylek od ideálního tvaruHloubka průnikuŠířka štěrbin

Horizontální fokusace (tangenciální)Vertikální (sagitální) fokusace

Horizontální

Polychromatická fokusace

Rowlandova kružnice

Monochromatická fokusace

Ohneme-li krystal do tvaru elipsy, pak všechny paprsky vycházející z jednoho ohniska se fokusují do druhého ohniska. Různé paprsky však mají různá , a tedy i .

Fokusující monochromátoryJohanssonův Johannův

R

2R

Fokusující monochromátory

Cauchoisové Logaritmická spirála

Fokusující monochromátory

Guinierova fokusační podmínka

p

q

sin ( )

s in ( )

difraktující roviny, povrch

p = R sin( - ) zdroj - krystal

q = R sin( + ) krystal - ohniska

Vertikální (sagitální) fokusace

Von Hamosova fokusace Dvoukrystalový (+,-) sagitálně fokusující monochromátor.

Další monochromátory

Další monochromátory

Fokusující monochromátory na principu difrakčně-refrakční optiky

Vyrobíme-li do krystalu transversální drážku (s osou kolmou na rovinu difrakce) vhodného tvaru, pak dno drážky difraktuje symetricky a boční stěny difraktují asymetricky. Přitomm dochází vlivem refrakce k vychýlení difraktovaného paprsku tak, že dochází k meridionální fokusaci. Fokus však není ostrý vlivem chromatické aberace. Zde se jedná o polychromatickou fokusaci

Vyrobíme-li do krystalu podélnou (parabolickou) drážku, pak difrakce na stěnách drážky je kosá a difraktované paprsky jsou vlivem refrakce odchýleny sagitálně tak, že dochází k sagitální fokusaci

Zrcadla, multivrstvy

Göbelovo parabolické zrcadlo

= N C, Si, Be, B

W, Pt

Zrcadla, multivrstvy

Odkazy

Osmic

Ino

Crystran Spectrolab

Charles Super X-ray optics

Rentgenová optikaKolimátory, multivlákna, kapiláry

Parabolická zrcadla 2Parabolická zrcadla 1