Muller-Stokes calculus for X-ray crystal optics

The ability to precisely control the polarization state of X radiation is becoming more and more important in synchrotron beamlines which specialize in the study of magnetic materials. The use of crystal phase plates is one of the best alternatives to achieve this goal as they offer high yields, energy tunability, and fast reversal of helicity. The aim of this thesis work was to create a Python library for the simulation of diffractive birefringence effects in perfect crystal phase plates. This library was then to be integrated into the OASYS graphical environment for X-ray optics simulation through dedicated widgets, thereby offering both a user-friendly interface and the possibility to work hand in hand with other software and include the new functionalities into a full virtual experiment. The result of this work is the crystalpy library. It works in the Müller-Stokes formalism and uses Zachariasen theory of dynamical diffraction to compute how the diffraction from a crystal phase plate affects the polarization state of an X-ray beam. The crystalpy package in OASYS is now fully integrated with SHADOW and will in time replace and renew the crystal code in ShadowOui.

La capacità di controllare con precisione lo stato di polarizzazione di un fascio X si sta rivelando sempre più importante nelle beamline di sincrotrone specializzate nello studio di materiali magnetici. L’uso di cristalli comephase plate è una delle migliori alternative per raggiungere lo scopo, in quanto essi offrono alte rese e la possibilità di variare rapidamente energia ed elicità. Lo scopo di questo progetto di tesi era creare una libreria Python per la simulazione di effetti di birifrangenza diffrattiva in phase plate ricavati da cristalli perfetti. Questa libreria doveva poi essere integrata nell’ambiente grafico OASYS per simulazioni di ottica di raggi X tramite widget dedicati, mettendo in questo modo a disposizione dell’utente un’interfaccia semplice e la facoltà di utilizzare le nuove funzionalità assieme ad altri software nell’ambito di un più ampio esperimento virtuale. Il risultato di questo progetto è la libreria crystalpy. Essa lavora nel formalismo di Müller-Stokes e usa la teoria dinamica della diffrazione come presentata da Zachariasen per calcolare come la diffrazione da un cristallo perfetto influenzi lo stato di polarizzazione di un fascio X. Il pacchetto crystalpy in OASYS è ora pienamente integrato con SHADOW e in futuro sostituirà e rinnoverà il codice sui cristalli in ShadowOui.