Titel: Energy resolved diffraction for investigating x-ray parametric down-conversion
Sonstige Titel: Energieaufgelöste Diffraktion zur Untersuchung von parametrischer Konvertierung von Röntgenphotonen
Sprache: Englisch
Autor*in: Bömer, Christina
Schlagwörter: nonlinear diffraction; nichtlineare Diffraktion; frequency conversion; parametric down-conversion; Frequnezmischung
GND-Schlagwörter: Parametrische Röntgenstrahlung; Röntgenoptik; Nichtlineares Phänomen
Erscheinungsdatum: 2020
Tag der mündlichen Prüfung: 2020-09-21
Zusammenfassung: 
This thesis covers the nonlinear process of parametric down-conversion in the x-ray regime. It provides an extensive review of x-ray frequency conversion phenomena - covering theoretical and experimental studies. It focuses specifically on the investigation of parametric down-conversion of x-rays into visible photons. With the aim to identify and investigate the effect’s characteristic scattering signature, an energy-resolved diffraction setup is implemented at different synchrotron sources. The non-linear process is experimentally investigated by a systematic mapping of its parameter space, yet the effect’s anticipated signature is not observed in the measured scattering patterns. Instead, the intensity distributions therein are attributed to regular elastic scattering. This identification is achieved on the basis of instrumental function considerations as known from high-resolution x-ray diffractometry and comparable reciprocal space map studies. Nevertheless, the achieved resolution of the experimental setup allows a new determination of an upper bound of the effect’s conversion efficiency. The results are fully compatible with novel theoretical approaches to x-ray optical wave-mixing based on quantum electrodynamics. These results are in stark contrast to earlier
experimental studies that identify similar scattering signals as parametrically generated photons. As such, the methodology developed in this thesis will serve to revisit these reports with increased accuracy and - beyond that - provide the basis for future studies and applications of x-ray nonlinearities. In particular, its conclusions provide a clear path of optimizations to achieve the outstanding proof of parametric down-conversion of x-rays into visible photons.

Diese Arbeit behandelt den nichtlinearen Prozess der parametrischen Abwärtskonvertierung von Röntgenlicht. Sie bietet einen umfassenden Überblick über die theoretischen und experimentellen Studien der Röntgen-Frequenzumwandlung. Sie konzentriert sich speziell auf die Untersuchung der parametrischen Abwärtskonvertierung von Röntgenstrahlen in sichtbare Photonen. Mit dem Ziel, die charakteristische Streusignatur des Effekts zu identifizieren und zu untersuchen, wird ein energieaufgelöster
Beugungsaufbau an verschiedenen Synchrotronquellen implementiert. Der nichtlineare Prozess wird experimentell durch eine systematische Kartierung seines Parameterraums untersucht, doch die erwartete Signatur wird in den gemessenen Streumustern
nicht beobachtet. Stattdessen werden die darin enthaltenen Intensitätsverteilungen auf regelguläre elastische Streuung zurückgeführt. Diese Identifizierung erfolgt auf der Grundlage von Instrumentenfunktionen, wie sie aus der hoch-auflösenden Röntgendiffraktometrie und vergleichbaren reziproken Raumkartenstudien bekannt sind. Dennoch erlaubt das Auflösungsvermögen des experimentellen Aufbaus die Bestimmung einer neue oberen Grenze für die Konversionseffizienz des Effekts. Die Ergebnisse sind kompatibel mit neuen theoretischen Ansätzen zur röntgenoptischen Wellenmischung, die auf Quantenelektrodynamik basieren. Diese Ergebnisse stehen in starken Gegensatz zu früheren experimentellen Studien, die ähnliche Streusignale als parametrisch erzeugte Photonen identifizieren.
Daher wird die in dieser Arbeit entwickelte Methodik dazu dienen, jene Studien mit erhöhter Genauigkeit zu überprüfen und - darüber hinaus - die Grundlage für zukünftige Experimente und Anwendungen von Röntgen-Nichtlinearitäten schaffen. Insbesondere bieten die Schlussfolgerungen einen klaren Weg für Optimierungen, um den austehenden Nachweis der parametrischen Abwärtskonvertierung von Röntgenstrahlen in sichtbare Photonen zu erreichen.
URL: https://ediss.sub.uni-hamburg.de/handle/ediss/9017
URN: urn:nbn:de:gbv:18-ediss-92799
Dokumenttyp: Dissertation
Betreuer*in: Bressler, Christian
Rohringer, Nina
Enthalten in den Sammlungen:Elektronische Dissertationen und Habilitationen

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