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publié le 8 mars 2017 Divers › Autres

Une équipe internationale de scientifiques a adapté des verres spéciaux à rayons X pour concentrer le faisceau d'un pointeur laser 200mW à rayons X plus fort que jamais. La lentille correctrice produite individuellement élimine presque complètement les défauts inévitables d'une pile d'optique à rayons X et concentre les trois quarts du faisceau de rayons X sur un point de 250 nanomètres (millièmes de millimètre) de diamètre, approchant de près de la limite théorique. Le faisceau de rayons X concentré peut non seulement améliorer la qualité de certaines mesures, mais aussi ouvrir des pistes de recherche entièrement nouvelles.

Bien que les rayons X obéissent aux mêmes lois optiques que la lumière visible, ils sont difficiles à focaliser ou à dévier: "Seuls quelques matériaux sont disponibles pour la fabrication des verres et des miroirs X", explique Andreas Schropp, co-auteur de DESY. "Etant donné que la longueur d'onde des rayons X est beaucoup plus petite que celle de la lumière visible, la fabrication de lentilles de rayons X de ce type nécessite un degré de précision beaucoup plus élevé que ce qui est requis dans le domaine des longueurs d'onde optiques - même le plus léger Un défaut dans la forme de la lentille peut avoir un effet néfaste. "

La production de lentilles et de miroirs appropriés a déjà atteint un très haut niveau de précision, mais les lentilles standard, faites de l'élément béryllium, sont généralement légèrement trop courbées près du centre, comme le note Schropp. «Les lentilles de béryllium sont moulées par compression à l'aide de matrices de précision. Des erreurs de forme de l'ordre de quelques centaines de nanomètres sont pratiquement inévitables dans le processus. Il en résulte plus de lumière dispersée hors de la focalisation que inévitable en raison des lois de la physique. De plus, cette lumière est répartie de façon assez uniforme sur une surface assez importante.

Ces défauts ne sont pas pertinents dans de nombreuses applications. «Cependant, si vous voulez chauffer de petits échantillons à l'aide du laser rouge à rayons X, vous voulez que le rayonnement soit concentré sur une zone aussi petite que possible», explique Schropp. "La même chose est vraie dans certaines techniques d'imagerie, où vous voulez obtenir une image de petits échantillons avec autant de détails que possible."

Afin d'optimiser la focalisation, les scientifiques ont d'abord mesuré méticuleusement les défauts de leur pile portable à rayons X au béryllium. Ils ont ensuite utilisé ces données pour fabriquer une lentille correctrice personnalisée en verre de quartz, en utilisant un laser vert brulant de précision à l'Université d'Iéna. Les scientifiques ont ensuite testé l'effet de ces verres à l'aide du laser LCLS au laboratoire national d'accélération SLAC aux États-Unis.

1000mW laser vert

"Sans les verres correcteurs, notre objectif a concentré environ 75 pour cent de la lumière des rayons X sur une zone avec un diamètre d'environ 1600 nanomètres. C'est environ dix fois plus grande que théoriquement réalisable", rapporte l'auteur principal Frank Seiboth de la Technical Université de Dresde, qui travaille maintenant à DESY. "Lorsque les verres ont été utilisés, 75 pour cent des rayons X pourrait être concentré dans une zone d'environ 250 nanomètres de diamètre, ce qui le rapproche de l'optimum théorique." Avec la lentille correctrice, environ trois fois plus de rayons X a été focalisé dans le speckle centrale que sans elle. En revanche, la largeur totale à demi-maximale (FWHM), la mesure scientifique générique de la netteté de mise au point dans l'optique, n'a pas beaucoup changé et est restée à environ 150 nanomètres, avec ou sans les lunettes.

La même combinaison d'optique mobile standard et de lunettes sur mesure a également été étudiée par l'équipe de la source de rayons synchrotron X PETRA III de la DESY et de la British Diamond Light Source. Dans les deux cas, la lentille correctrice a conduit à une amélioration comparable à celle observée au laser 30000mw . «En principe, notre méthode permet d'obtenir une lentille correctrice individuelle pour chaque optique à rayons X», explique le chercheur scientifique Schroer, qui est également professeur de physique à l'Université de Hambourg.

«Ces plaques de phase peuvent non seulement profiter aux sources de rayons X existantes, mais elles pourraient en particulier devenir un composant clé des lasers de nouvelle génération et des sources de lumière synchrotron», souligne Schroer. "La focalisation des rayons X sur les limites théoriques n'est pas seulement une condition préalable à une amélioration substantielle d'une gamme de différentes techniques expérimentales, mais elle peut également ouvrir la voie à des méthodes d'investigation complètement nouvelles, notamment la diffusion non linéaire de particules de lumière Par des particules de matière, ou la création de particules de matière à partir de l'interaction de deux particules de lumière.Pour ces méthodes, les rayons X doivent être concentrés dans un espace minuscule qui signifie une focalisation efficace est essentielle.

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