Ein linsenloses Röntgenmikroskop auf Basis von Röntgenwellenleitern

Die Realisation von phasensensitiven Abbildungsverfahren mit harter Röntgenstrahlung wird im Moment mit großer Anstrengung verfolgt. Für Proben die aus leichten Elementen bestehen, z.B. biologischen Proben, ist die Phasenverschiebung der Röntgenwelle viel größer als die Absorption. Aus diesem Grund könnten phasensensitive Abbildungsverfahren im Röntgenbereich einen größeren Kontrast und eine verbesserte Auflösung möglich machen. Unter Ausnutzung der Kohärenzeigenschaften von Synchrotronspeicherringen der dritten Generation werden Anwendungen wie Fourier-Transfrom-Holographie und iterative Rekonstruktionsmethoden möglich. Diese Techniken erlauben die Aufnahme von Phasenbildern des Objekts mit einer Auflösung im Nanometerbereich und ohne Ausnutzung von a-priori Wissen, wie im Fall von klassischer Röntgenstreuung. Abgesehen von experimentellen Problemen, ist die Konvergenz und Eindeutigkeit der Algorithmen in Diskussion. Röntgenmikroskopie mit Hilfe von Fresnel-Zonenplatten, insbesondere im weichen Röntgenbereich, und Compound-Refractive-Linsen im harten Röntgenbereich erlauben die direkte Abbildung von Proben, d.h. ohne die Notwendigkeit der Bildrekonstruktion. Die Qualität dieser fokussierenden Linsen ist gering im Vergleich zu optischem Licht, weil der Brechungsindex im Röntgenbereich sehr dicht bei Eins liegt. Deswegen ist die Auflösung der Röntgenmikroskopie weit entfernt vom Wellenlängenlimit.Röntgenwellenleiter bestehen aus einem wellenleitenden Kern, der in ein Material mit adequatem Brechungsindex eingebettet ist. Wird nun dieser Kanal mit einem Röntgenstrahl beleuchtet, so propagiert nur eine dikrete Anzahl von Moden innerhalb des Wellenleiters, was zu einem leicht divergentem und sehr kohärentem Strahl mit Abmessungen im Nanometerbereich führt. Unter der Voraussetzung, dass die Intensität dieses Strahls groß genug ist, werden Abbildungsexperiemente möglich. Unter Ausnutzung der kleinen Strahlgröße können Raster-Fluoreszenz-Experimente durchgeführt werden, mit einer Ausflösung vergleichbar den lateralen Dimensionen des Wellenleiters. Die Nutzung dieses Wellenleiterstrahls zur Beleuchtung von Proben erlaubt es außerdem, die in-line sowei die Referenzstrahlholographie für den Röntgenfall zu adaptieren.Ziel dieser Arbeit ist i) die Herstellung und Charakterisierung von zwei-dimensional eingeschränkten Wellenleitern für harte Röntgenstrahlung und von Test-Proben, die die Anforderungen der Abbildungsexperimente erfüllen; ii) die instrumentellen und experimentellen Vorraussetzung für Raster-Fluoreszenz- und Holographieexperimente mit einem Aufbau zur Verfügung zu stellen; iii) die Realisation dieser Abbilungstechniken in proof-of-principle Experimenten.A lot of effort is currently invested to realize phase contrast imaging with hard x-rays. For specimen consisting of light elements, e.g. biological samples, the induced phase shift of the x-ray wave is much higher than the absorption. Thus, phase sensitive x-ray imaging methods could pave the way for enhanced contrast and resolution. Making use of the coherence properties of third generation synchrotron sources, applications like Fourier transform holography and iterative reconstruction methods become possible. These techniques allow to obtain a phase image of the object with a resolution in the nanometer range and without any a-priori knowledge on the sample, as is the case for classical x-ray diffraction. Except for experimental problems, convergence and uniqueness of these algorithms are in discussion. X-ray microscopy using Fresnel zone plates, mainly in the soft x-ray regime, and compound refractive lenses for higher energy x-rays allow to image samples directly, i.e. without the need of image reconstruction. The quality of these focusing lenses is poor compared to visible light, since the refractive index in the x-ray range is close to unity. Thus the resolution in x-ray microscopy is far from the wavelength limit.X-ray waveguides consist of a guiding core embedded in a cladding material with adequate refractive index. Upon shining an x-ray beam onto the guiding channel, a discrete number of modes propagate in the waveguide, leading to a nanometer-sized, slightly divergent and highly coherent x-ray beam. Provided, that the intensity in the waveguided beam is sufficient, imaging experiments become possible. Using the small beam dimensions behind the guide, scanning fluorescence experiments with a resolution comparable to the size of the guiding core can be performed. Using illumination by waveguides it becomes possible to adapt in-line holography as well as reference beam holography to the hard x-ray wavelength range.The aim of this thesis is i) to fabricate and characterize two dimensionally confining hard x-ray waveguides and test-samples, meeting the demands for imaging, ii) to provide the instrumental and experimental prerequisites to allow for scanning fluorescence and holographic imaging with one setup and iii) to realize these imaging techniques using x-ray waveguides in proof-of-principle experiments