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Röntgenoptik

Arbeitsgruppe 4.25

Röntgeninterferometrie

Entsprechend dem Mach-Zehnder Interferometer in der Lichtoptik verläuft der Strahlengang in einem LLL-Röntgeninterferometer. Drei dünne Kristall-Lamellen (LLL) bilden die röntgenoptischen Bauelemente, an denen die Röntgenstrahlen mittels Braggreflexion in der ersten Lamelle aufgespalten, in der zweiten umgelenkt und in der dritten zur Interferenz überlagert werden. Da Röntgenwellenlänge und Gitterparameter von vergleichbarer Größenordnung sind, sind die Aufspaltungswinkel relativ groß und das Interferenzmuster reagiert empfindlich auf Relativbewegungen der Kristall-Lamellen. Diese Eigenschaft wird zur Messung des Gitterparameters in der Längeneinheit Meter ausgenutzt. Die erzielte Messunsicherheit beträgt zurzeit 12 Attometer (10-18 m).

Die auf diese Art kalibrierten Interferometer werden in der Längen- und Winkelmesstechnik als Feinskala z. B. von optischen Interferometern im Subnanometer- und Subnanorad-Messbereich eingesetzt. Die erste Kalibrierstation dieser Art wurde gemeinsam mit PTB und IMGC unter finanzieller Unterstützung der EG am National Physical Laboratory als COXI (combined optical and x-ray interferometry for high precision dimensional metrology) in Großbritannien aufgebaut. Die fortschreitende Bearbeitungsgenauigkeit in der Fertigungstechnik zwingt die Messtechnik zu immer kleineren Messunsicherheiten - eine Aufgabe auch für die Röntgeninterferometrie, eine atomare Längenskale zu entwickeln. Die Konstruktion dieser Interferometer aus Silizium wird durch Finite-Element - Simulationen ihrer mechanischen Eigenschaften unterstützt. Die Bearbeitung der Kristalle wird in Zusammenarbeit mit dem Bereich "Ultrapräzisionsbearbeitung" des Fachbereichs "Wissenschaftlicher Gerätebau" durchgeführt.

Mit dem abgebildeten Interferometer werden zurzeit Messaufgaben in der Nanotechnologie untersucht, wie z. B. Transfer-Längenstandards für die Raster-Tunnelmikroskopie und Interpolationsverfahren in der Lichtinterferometrie.

Die genaue Kenntnis von Röntgenwellenlängen wird für die Bestimmung von Fundamentalkonstanten wie z. B. der Feinstrukturkonstante, und festkörper-physikalischer Eigenschaften wie Absorptionskanten, Emissionsspektren, QED-Tests usw. benötigt. Bislang werden die Wellenlängen durch Messungen von Bragg-Winkeln auf den Zahlenwert eines kalibrierten Silicium-Gitterparameters zurückgeführt. Die damit erreichbare relative Messunsicherheit ist aber durch die des Gitterparameters auf bestenfalls 1 . 10-8 begrenzt. Ziel einer Forschungsaufgabe ist die Entwicklung eines Fabry-Pérot-Interferometers für sichtbare und Röntgenstrahlung, das den Anschluss geeigneter Referenzwellenlängen im Röntgenbereich an die Wellenlängen optischer Frequenznormale mit einer relativen Unsicherheit von <10-10 erlaubt.