Multiple and Extended References in Fourier Transform Holography
Die Fourier Transformations Holographie (FTH) im Bereich der weichen Röntgenstrahlung hat sich vor allem durch die Einführung Freier Elektronenlaser (FEL) zu einem schnell wachsenden Forschungsgebiet entwickelt. In der klassischen FTH mit einem einzelnen Punktloch als Referenz sind Untersuchungen von Objekten auf kurzen Zeitskalen typischerweise mit einer schwachen Signalausbeute verbunden. Die hohe transversale Kohärenz der FELs eröffnet die Möglichkeit, Referenzstrukturen in der FTH zu erweitern, um eine höhere Signalausbeute bei gleicher Belichtungszeit zu erhalten. Im Bereich der erweiterten Referenzen werden in dieser Arbeit zwei Strukturen vorgestellt, das mannigfaltige und das ausgedehnte Referenzmuster. Ersteres besteht ausschließlich aus Punktlöchern, letzteres hingegen kann jegliche Gestalt mit mindestens einer Ecke annehmen. Als Vertreter der mannigfaltigen Referenzmuster wird die URA und als Vertreter der ausgedehnten Referenzmuster wird das HERALDO-Muster diskutiert. Die URA besteht aus vielen eng beieinander liegenden Punktlöchern, die zusammen eine kompakte Referenzstruktur bilden. Die Anordnung der Punktlöcher ist so gewählt, dass jeder Abstand zwischen ihnen gleich häufig vorkommt. Diese spezielle Anordnung führt dazu, dass das Objekt, welches bereits durch die FTH mit der Referenz-URA gefaltet ist, durch eine zweite Faltung rekonstruiert werden kann. Diese Vorgehensweise wird als Faltungsmethode bezeichnet. Die für die zweite Faltung verwendete URA, die Rekonstruktions-URA, enthält als Grundlage die gleiche Basis-URA wie die Referenz-URA. Der RSH-Wert, das Verhältnis zwischen Lochabstand und Lochgröße, ist der wichtigste Parameter zur Rekonstruktion des Objektes ohne Einsatz eines mathematischen iterativen Algorithmus. Ein bedeutendes Ergebnis dieser Arbeit ist, dass der RSH-Wert in der Rekonstruktions-URA unabhängig vom RSH-Wert in der Referenz-URA ist und als Voraussetzung für eine optimale Rekonstruktion des Objektes stets Null sein muss. Unter Verwendung des FIBs vom Helmholtz-Zentrum Berlin wurde eine Probe mit einer selbsttragenden Referenz-URA hergestellt und gemessen. Ohne Zuhilfenahme eines mathematischen iterativen Algorithmus konnte das Objekt erfolgreich rekonstruiert werden. Mit Hilfe eines zusätzlichen Punktloches konnte die Auflösung in der Faltungsmethode mit den jeweiligen Auflösungen in der klassischen FTH und der Entfaltungsmethode verglichen werden. Die Messungen ergaben, dass die Faltungsmethode weder an die Auflösung der klassischen FTH noch an die Auflösung der Entfaltungsmethode heranreichte. Die Rekonstruktion nach der klassischen FTH erzielte die weitaus beste Auflösung von 130 nm. Das in dieser Arbeit betrachtete HERALDO-Muster besteht aus einer einzelnen Linie als Referenz. Die Referenzpunkte werden mathematisch in Form einer Ableitung entlang dieser Linie erzeugt, nachdem das Hologramm detektiert wurde. Die Auflösung bestimmt sich durch den Übergang zwischen höchster Transmission und höchster Absorption. Die Auflösung ist umso höher, je kürzer dieser Übergang ist. Darüber hinaus hängt der Kontrast von der Unterschiedshöhe in der Transmission zwischen höchster Transmission und höchster Absorption ab. Je größer der Unterschied, desto stärker ist der Kontrast. Das HERALDO-Konzept wurde erstmalig im Bereich der weichen Röntgenstrahlen umgesetzt. In den Messungen konnte eine Auflösung von 48nm erreicht werden. Mittels Drehung der Probe konnte sogar eine Verbesserung der Auflösung auf 28 nm erzielt werden. Die Möglichkeit der Drehung der Probe stellt eine Besonderheit des HERALDO-Musters dar. Hierdurch lässt sich eine 3D-Darstellung der räumlichen Absorption erzeugen. Beide Referenzmuster besitzen ihre eigenen Vor- und Nachteile. Trotz vorhandener Nachteile sind beide Referenzmuster sehr interessant für zukünftige Experimente in der FTH im Bereich der weichen Röntgenstrahlung. Beide Referenzmuster erhöhen die Signalintensität bei konstanter Belichtungszeit. Insbesondere bei FEL-Experimenten mit einer Belichtungszeit von nur wenigen Femtosekunden erfreuen sich derartige Referenzmuster zunehmender Beliebtheit.
Networked Digital Library of Theses and Dissertations