English Title: Design, construction and test of a UHV X-ray scattering chamber for digital in-line holography

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Abstract

Entwicklung, Bau und Test einer UHV Röntgenstreukammer für die digitale In-Line Holographie Digitale In-Line Holographie ist ein linsenloses Verfahren, bei dem ein Pinhole aus einer kohärenten Lichtquelle eine Kugelwelle generiert, die von der zu untersuchenden Probe teilweise gestreut wird. Diese gestreuten Photonen interferieren dann auf einem digitalen CCD-Detektor mit der ursprünglichen Kugelwelle. Die Rekonstruktion dieser Interferenzmuster erfolgt mittels Kirchhoff-Helmholtz-Transformation. Dieses Verfahren kann nicht nur mit sichtbarem Licht, sondern auch mit Photonen in UV- und VUV-Bereich angewendet werden. Biologisch besonders interessant ist in diesem Bereich das Wasserfenster bei Wellenlängen von 2,3 nm bis 4,4 nm. In dieser Arbeit wurde eine Ultrahochvakuum Streukammer entwickelt, um mit Synchrotronstrahlung solche Messungen durchführen zu können. Dabei wurde ein thermisch stabilisierter optischer Tisch im Vakuum realisiert, auf dem sich 13 motorisierte Achsen befinden, um Pinhole, Probe und Kamera gegeneinander zu verfahren. Zusätzlich ist die tomographische Aufnahme von Proben möglich. Erste Ergebnisse demonstrieren die Leistungsfähigkeit der neuen Apparatur an verschiedenen Strahlungsquellen wie BESSY und FLASH mit unterschiedlichen biologischen Proben. Es konnte nicht nur gezeigt werden, dass Strahlenschäden momentan nicht der limitierende Faktor der Holographie sind, sondern es wurde auch die bislang höchste Auflösung mit digitaler In-Line Holographie erreicht, und erstmals materialspezifischer Kontrast in Zellkernen gezeigt. Außerdem wurden mit der neuen Apparatur erste Tomographieexperimente durchgeführt und Proben mit Kohärenter Röntgenstreuung aufgenommen.

Translation of abstract (English)

Design, construction and test of a UHV X-ray scattering chamber for digital in-line holography Digital in-line holography is a lensless imaging technique where a pinhole generates a spherical wave from a coherent light source, which is partly scattered by a sample. These scattered photons interfere with the original spherical reference wave on a digital CCD-detector. The reconstruction of this interference pattern is done by a Kirchhoff-Helmholtz transformation. This technique can not only be used with visible light, but also with photons in the UV- and VUV-range. Especially for biological samples the water window at a wavelength between 2,3 nm and 4,4 nm is very interesting. In this thesis a ultra-high vacuum scattering chamber was developed to run such measurements with synchrotron radiation. Therefore a thermal stabilized optical table inside a vacuum chamber was realized. This carries 13 motorized axes to move pinhole, sample and camera. Additionaly a tomography stage was implemented. First results show the performance of the new device at different light sources like BESSY and FLASH with several biological samples. It was not only shown that radiation damage is not a limiting factor for holography, but also the so far highest resolution for digital in-line holography was achieved and material specific contrast in a cell nucleus was shown for the first time. Additionaly first tomographic experiments were done with the new setup and samples were imaged with coherent x-ray scattering.