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Interferenz einzelner Röntgenphotonen

31.12.2004

Röntgenverschiebeinterferometer erzeugen ein Intensitätssignal, dessen Periode dem Netzebenenabstand d220 = 0,192... nm von Silicium entspricht. Zusammen mit der geringen mittleren detektierbaren Röntgenintensität von ca. 10000 s-1 erreicht man bei einer analogen Glättung des Intensitätsrauschens nur typische Messgeschwindigkeiten von 2 nm/s. Für metrologische Anwendungen, insbesondere für zweidimensionale Messungen, sind aber Geschwindigkeiten von 1 µm/s erforderlich. Die 500-fache Steigerung der Intensität von Laborröntgenquellen ist auch mit verbesserten Parallelstrahlkollimatoren nicht möglich, so dass eine Lösung auf andere Weise gefunden werden musste. Dies gelingt, wenn man vom Bild einer kontinuierlichen Röntgenwelle zum realistischen Bild einzelner "mit sich selbst interferierender" Photonen übergeht. Dieses Bild ist zulässig, weil das detektierte Signal stark abgeschwächt aus einer nicht kohärenten Lichtquelle stammt und die zeitliche Kohärenzlänge durch die monochromatisierende Wirkung der Röntgenbeugung nur einige Mikrometer beträgt. Die Intensitätsvariation wird also ersetzt durch die periodische Modulation der zeitlichen Wahrscheinlichkeitsdichte für das Auftreten einzelner Photonen am Ausgang des Interferometers. Bei konstanter Geschwindigkeit erhält man das gewünschte Signal durch die Autokorrelationsfunktion aller Zeitkanäle. Bei einer mittleren Zählrate von 4000 s-1 wurde so eine Messgeschwindigkeit von 200 nm/s erfolgreich demonstriert.


Einige Zeitkanäle (Δt = 0,1 ms) mit max. zwei registrierten Photonen