Study of Characterization of X-ray Free Electron Laser and Method for Improving Resolution in Imaging
- 주제어 (키워드) X-ray Free Electron Lasers , Bragg Coherent X-ray Diffraction Imaging , Coherent X-ray , Extended Image Restoration , Strain Field Energy , X-선 자유전자레이저 , 브래그 결맞은 X-선 회절 이미징 , 결맞는 X-선 , 이미지 확장 복원 , 스트레인 장 에너지
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 김현정
- 발행년도 2025
- 학위수여년월 2025. 2
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 일반대학원 물리학과
- 실제 URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000079576
- UCI I804:11029-000000079576
- 본문언어 영어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권 보호를 받습니다.
초록 (요약문)
X-ray Free Electron Lasers (XFELs) have unique characteristics such as high brilliance, almost 100 % transverse coherence, and ultrashort pulse durations, enable to measure such as ultrafast dynamics, atomic-level analysis, and real-time studies of complex phenomena. They are used as valuable tools in various fields, including structural biology, physics, and materials science. In this thesis, we measured two X-ray modes in the hard X- ray range at PAL-XFEL, allowing us to calculate the transverse coherence and pulse width of the X-rays. It satisfied cross-validation with the theoretical predictions of the XFEL facility. Bragg Coherent Diffraction Imaging (BCDI) using the coherence of synchrotron- generated X-rays is useful to map strain distributions and lattice distortions within crystals, achieving three-dimensional, non-destructive imaging of internal structures at the nanoscale. We applied the Extended Image Restoration (ExImRes) method to address the traditional resolution limitation of BCDI, whose resolution is typically restricted to tens of nanometers. This approach enhances resolution, allowing us to determine the strain field energy across an entire nanoparticle and calculate the correlation length, reflecting atomic connectivity. This research advances coherent X-ray applications, enabling cross- validation with current technologies and setting the stage for future innovations.
more초록 (요약문)
X-선 자유전자레이저(XFEL)는 높은 휘도와 거의 100 %에 가까운 횡방향의 결맞음성, 수십 펨토초의 펄스의 특성으로 인해 초고속 동역학 탐구, 원자 수준의 분석, 복잡한 현상의 실시간 측정을 통해 구조 생물학, 물리학, 재료 과학과 같은 다양한 분야에서 활용된다. 본 학위 논문에서는 PAL-XFEL 의 경 X-선 영역에서 두 가지 X-선 모드를 측정하여 X-선의 횡방향 결맞음성과 펄스폭을 계산하였고, 이를 통해 XFEL 빔의 이론적 예측과 교차 검증할 수 있었다. 브래그 결맞은 회절 이미징(BCDI)은 싱크로트론으로 생성된 X-선의 결맞음성을 활용하여 결정체 내의 변형 분포와 격자 왜곡을 매핑하며, 나노스케일에서 내부 구조의 3 차원 비파괴 이미징을 얻는다. 본 학위 논문에서는 이미지 확장 복원(ExImRes) 방법을 적용하여 수십 나노미터 수준으로 제한되었던 BCDI 의 정량적 분석 한계를 해결하고자 했다. 이를 통해 해상도를 향상시키고 나노입자 전체에 걸친 변형장의 에너지를 확인하며, 원자 간의 연결성을 나타내는 상관 길이를 계산할 수 있었다. 이 연구는 결맞음성 X-선 응용 분야에서 중요한 발전을 이루며, 기존 기술과의 교차 검증을 가능하게 하여 향후 혁신을 위한 기초를 마련할 것이다.
more목차
1 Introduction 1
2 Theory 9
2.1 Coherence of X-rays 9
2.2 Coherence determination in XFEL 13
2.3 Applications of Coherent X-rays 18
2.4 Bragg Coherent X-ray Diffraction Imaging 27
2.5 Calculation of Strain Field Energy 37
3 Experimental 41
3.1 Sample preparation 41
3.2 Speckle analysis at PAL-XFEL 46
3.3 Bragg Coherent X-ray Diffraction Imaging 49
4 Coherence and pulse duration of the PAL-XFEL 51
4.1 Introduction 51
4.2 Results and Discussion 55
4.3 Conclusions 69
5 Extended Image Restoration Method for Improving Resolution in Imaging 70
5.1 Introduction 70
5.2 Methodology 73
5.3 Results and discussion 79
5.4 Conclusion 91
6 Concluding remarks 92
7 References 94
