Application of scaled wave optics propagator to model synchrotron beamlines

The ESRF storage ring upgrade program (EBS) will make the X-ray beam up to 100 times more coherent and consequently increase the interference phenomena. This property is fundamental to techniques such as holography or phase contrast imaging. The quantitative characterization of the coherence allows to optimally design experimental setup and a reduce time and resources necessary for the analysis of data. The beamline computer simulation is the most effective tool for a first analysis of the beam characteristics on the various optical elements. The aim of this project was to implement in Python a scaled propagator to be integrated into the OASYS graphic environment for optical X-ray simulation and the study of the range of the values of the magnification factor to obtain a propagation without artifacts. This propagator is the first step towards the complete characterization of the X-ray beam and the design of a beamline. In particular, thanks to the future union with the COMSYL package, for the coherent mode decomposition of synchrotron radiation, this project is the basis of a software for the modeling of a whole beamline with the analysis of the characteristics of the partial coherence of the beam and the non-ideality of the optical elements.

Il programma di upgrade dello storage ring di ESRF (EBS) renderà il fascio di raggi X fino a 100 volte più coerente facendo aumentare conseguentemente i fenomeni di interferenza. Questa proprietà è fondamentale per tecniche come l'olografia o l'imaging a constrasto di fase. La caratterizzazione quantitativa della coerenza del fascio permette una migliore progettazione degli esperimenti e l'analisi di dati meno dispensiosa in termini di tempo e risorse. La simulazione al computer delle beamline è lo strumento più efficacie per una prima analisi delle caratteristiche del fascio sui vari elementi ottici. Lo scopo di questo progetto è stato implementare in Python un propagatore con un fattore di scaling da integrare nell'ambiente grafico OASYS per la simulazione ottica di raggi X. Inoltre è stato effettuato uno studio del range dei valori del fattore di magnificazione per ottenere una propagazione senza artefatti. Questo propagatore è il primo passo per la progettazione di una beamline e la caratterizazione del fascio di raggi X. In particolare, grazie alla futura unione con il pacchetto COMSYL, per la decomposizione in modi coerenti della radiazione di sinctrotrone, questo progetto sta alla base di un futuro sviluppo del software per la modellizzazone di un intera beamline con l'analisi delle caratteristiche della parziale coerenza del fascio e della non idealità degli elementi ottici.