ITMI20101992A1 - DEVICE FOR MEASURING PROPERTIES OF A BODY BY MEANS OF RADIATION DISTRIBUTION AND RELATIVE METHOD - Google Patents

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Italy
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Doriano Costantino Brogioli
Francesco Mantegazza
Domenico Salerno
Roberto Ziano
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Univ Degli Studi Milano
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Description

Dispositivo atto a misurare proprietà di un corpo mediante diffusione di radiazioni e metodo relativo Device designed to measure properties of a body by means of radiation diffusion and relative method

DESCRIZIONE DESCRIPTION

Tra le tecniche di caratterizzazione di mezzi almeno parzialmente trasparenti alla luce in un dato intervallo di lunghezze d’onda (o frequenze), le tecniche basate sulla diffusione delle radiazioni hanno generalmente il pregio di avere carattere non invasivo e permettono un monitoraggio on-line delle proprietà dei mezzi. Among the techniques for characterizing media at least partially transparent to light in a given range of wavelengths (or frequencies), the techniques based on the diffusion of radiation generally have the advantage of being non-invasive and allow for online monitoring. of the properties of the media.

Tra le tecniche che analizzano la luce diffusa da un mezzo, l’utilizzo della tecnica di Diffusione Dinamica di Luce (Dynamic Light Scattering, DLS) rende possibile estrarre diverse informazioni strutturali di un mezzo, quali la dimensione delle particelle, i fenomeni di aggregazione di particelle, i processi di nucleazione e di cristallizzazione, variazioni della distribuzione dimensionale nelle microemulsioni (con applicazione ad esempio in sistemi per il rilascio controllato di farmaci), e fenomeni di condensazione di DNA con elevati pesi molecolari. In DLS, il campione à ̈ illuminato da un fascio laser e la risultante luce diffusa prodotta dalle particelle fluttua in intensità ad una velocità che à ̈ dipendente dalla dimensione delle particelle. Dall’analisi di tali fluttuazioni temporali in intensità (dinamiche) della luce diffusa, che sono causate dal rapido moto browniano delle particelle, à ̈ possibile ricavare la funzione di correlazione delle intensità, da cui deriva la costante di tempo tipica del moto termico delle particelle e da quest’ultima, tramite la relazione di Stokes-Einstein la dimensione delle particelle. Among the techniques that analyze the light diffused by a medium, the use of the Dynamic Light Scattering (DLS) technique makes it possible to extract different structural information of a medium, such as the size of the particles, the aggregation phenomena of particles, nucleation and crystallization processes, variations in size distribution in microemulsions (with application, for example, in systems for controlled drug release), and condensation phenomena of DNA with high molecular weights. In DLS, the sample is illuminated by a laser beam and the resulting scattered light produced by the particles fluctuates in intensity at a speed that is dependent on the particle size. From the analysis of these temporal fluctuations in intensity (dynamics) of the scattered light, which are caused by the rapid Brownian motion of the particles, it is possible to derive the correlation function of the intensities, from which the typical time constant of the thermal motion of the particles and from the latter, through the Stokes-Einstein relation, the particle size.

Nel caso della misura delle proprietà dinamiche della radiazione diffusa, la radiazione incidente deve possedere una sufficiente coerenza, condizione soddisfatta nel caso di utilizzo di una sorgente laser di luce incidente che à ̈ generalmente assunta essere una sorgente di luce con coerenza sia spaziale che temporale. In the case of the measurement of the dynamic properties of the scattered radiation, the incident radiation must have sufficient coherence, a condition satisfied in the case of using a laser source of incident light which is generally assumed to be a light source with both spatial and temporal coherence.

Quando la luce colpisce una superficie di separazione tra due mezzi con indice di rifrazione diverso, viene deflessa cambiando la traiettoria originale a causa della collisione con la superficie di separazione. Nel caso di particelle solide immerse in una soluzione liquida, una porzione della luce incidente subisce una diffusione (scattering), ovvero esce dalla soluzione con direzione diversa da quella di incidenza. When light hits a separating surface between two media with different refractive index, it is deflected by changing the original trajectory due to collision with the separating surface. In the case of solid particles immersed in a liquid solution, a portion of the incident light undergoes a diffusion (scattering), that is, it leaves the solution with a direction different from that of incidence.

In mezzi diluiti, ad esempio nel caso di sistemi colloidali a bassa concentrazione di particelle, la diffusione della luce incidente può essere descritta con buona approssimazione tramite la teoria della diffusione singola, vale a dire la luce à ̈ diffusa una sola volta prima di essere rilevata, senza essere diffusa ulteriormente da altri centri di diffusione (e.g. altre particelle). In mezzi a più elevata concentrazione, il contributo originato dal fenomeno della diffusione multipla diventa significativo o addirittura dominante rispetto al fenomeno della diffusione singola, facendo in modo che le proprietà dinamiche rilevate sulla base della luce diffusa siano diverse dalle proprietà reali delle particelle. In generale, la diffusione multipla aumenta la dispersione del fascio e riduce la risoluzione. In diluted media, for example in the case of colloidal systems with a low concentration of particles, the scattering of the incident light can be described with a good approximation through the single scattering theory, i.e. the light is scattered only once before being detected. , without being further diffused by other diffusion centers (e.g. other particles). In media with higher concentration, the contribution originated by the phenomenon of multiple scattering becomes significant or even dominant with respect to the phenomenon of single scattering, making sure that the dynamic properties detected on the basis of the scattered light are different from the real properties of the particles. In general, multiple scattering increases beam dispersion and reduces resolution.

Per questa ragione, l’interesse si à ̈ rivolto recentemente a tecniche DLS che utilizzano un interferometro con una sorgente di luce a bassa coerenza. Poiché à ̈ possibile misurare solo la componente della luce diffusa da una porzione definita del campione analizzato uguale alla lunghezza di coerenza longitudinale, il contributo della diffusione multipla nel segnale rilevato diminuisce drasticamente e mezzi a concentrazione elevata possono essere misurati. For this reason, interest has recently turned to DLS techniques that use an interferometer with a low coherence light source. Since it is possible to measure only the scattered light component from a defined portion of the analyzed sample equal to the longitudinal coherence length, the contribution of multiple scattering in the detected signal decreases dramatically and high concentration media can be measured.

Il brevetto US 6.738.144 descrive un apparato interferometrico a bassa coerenza per determinare la dimensione delle particelle di una concentrazione nota in un flusso di sospensione colloidale o di particelle. L’apparato interferometrico descritto ha una sorgente di luce a bassa coerenza, un separatore di fascio che separa il fascio in un fascio sonda ed un fascio di riferimento che sono, rispettivamente, retroriflessi dal campione e da uno specchio di riferimento per essere poi ricombinati per generare un segnale di interferenza. L’interferenza costruttiva ha luogo solo se la differenza di cammino ottico tra i due fasci à ̈ inferiore alla lunghezza di coerenza della sorgente. Dall’analisi del segnale di interferenza à ̈ determinata la distribuzione di lunghezza di cammino dei fotoni e da quest’ultima di caratterizza dimensionalmente la sospensione colloidale. US patent 6,738,144 describes a low coherence interferometric apparatus for determining the size of particles of a known concentration in a stream of colloidal or particle suspension. The described interferometric apparatus has a low coherence light source, a beam splitter that separates the beam into a probe beam and a reference beam which are, respectively, back-reflected by the sample and by a reference mirror to be then recombined to generate an interference signal. Constructive interference occurs only if the optical path difference between the two beams is less than the coherence length of the source. From the analysis of the interference signal the path length distribution of the photons is determined and from this last the colloidal suspension is dimensionally characterized.

La domanda di brevetto GB 2407 379 A divulga un apparato di misura di diffusione della luce dinamica che usa il metodo dell’interferenza da modulazione di fase. Patent application GB 2407 379 A discloses an apparatus for measuring the diffusion of dynamic light which uses the phase modulation interference method.

Lo sviluppo di tecniche a raggi X coerenti per esaminare la dinamica e la struttura dettagliata della materia attualmente riveste considerevole interesse. In particolare, la spettroscopia di correlazione fotonica a raggi X (X-ray Photo-Correlation Spectrocopy, XPCS) si propone di misurare la funzione di correlazione dell’intensità della radiazione X diffusa per l’analisi delle fluttuazioni di densità e temporali di un campione sotto analisi e quindi permette di studiare la dinamica della fisica statistica di sistemi. L’utilizzo di questa tecnica à ̈ stato in gran parte reso possibile grazie allo sviluppo di sorgenti a raggi X di sincrotrone di nuova generazione, tipicamente basate sull’utilizzo di un ondulatore. The development of coherent X-ray techniques to examine the dynamics and detailed structure of matter is currently of considerable interest. In particular, the X-ray Photo-Correlation Spectrocopy (XPCS) photonic correlation spectroscopy aims to measure the correlation function of the intensity of diffused X radiation for the analysis of density and temporal fluctuations of a sample under analysis and therefore allows to study the dynamics of statistical physics of systems. The use of this technique has been largely made possible thanks to the development of new generation synchrotron X-ray sources, typically based on the use of an undulator.

K.A. Nugent, in Advances in Physics, 1460-6976, Vol.59, n.1 (2010), pagine 1–99, con riferimento in particolare alle pagine 74-84, offre una breve panoramica delle tecniche a raggi X coerenti per analizzare la dinamica della materia. K.A. Nugent, in Advances in Physics, 1460-6976, Vol. 59, n.1 (2010), pages 1⠀ "99, with particular reference to pages 74-84, offers a brief overview of coherent X-ray techniques for analyzing the dynamics of matter.

M. Sutton nell’articolo “A review of X-ray intensity fluctuation spectroscopy†, pubblicato in C.R. Physique 9 (2008), pagine 76-84, à ̈ una rivista su parte della letteratura sulla tecnica XPCS che utilizza tipi diversi di radiazione diffusa. M. Sutton in the article â € œA review of X-ray intensity fluctuation spectroscopyâ €, published in C.R. Physique 9 (2008), pages 76-84, is a magazine on part of the literature on the XPCS technique that uses different types of diffuse radiation.

La tecnica XPCS Ã ̈ stata applicata in particolare per osservare transizioni ordinedisordine in diversi sistemi, quali cristalli, colloidi, cristalli liquidi e polimeri elastomerici. The XPCS technique has been applied in particular to observe ordered-disorder transitions in various systems, such as crystals, colloids, liquid crystals and elastomeric polymers.

Ad esempio, Brauer S. et al. in “X-Ray Intensity Fluctuation Spectroscopy Observations of Critical Dynamics in Fe3Al†, pubblicato in Physical Review Letters, Vol. 74, n. 11 (1995), pagine 2010-2013, analizza la dinamica delle fluttuazioni critiche di un cristallo singolo di Fe3Al attraverso un fascio di raggi X duri prodotti da una sorgente di sincrotrone con ondulatore. For example, Brauer S. et al. in â € œX-Ray Intensity Fluctuation Spectroscopy Observations of Critical Dynamics in Fe3Alâ €, published in Physical Review Letters, Vol. 74, n. 11 (1995), pages 2010-2013, analyzes the dynamics of the critical fluctuations of a single crystal of Fe3Al through a hard X-ray beam produced by a synchrotron source with an undulator.

Dierker S.B. et al. in “X-Ray Photon Correlation Spectroscopy Study of Brownian Motion of Gold Colloids in Glycerol†, pubblicato in Physical Review Letters, Vol. Dierker S.B. et al. in â € œX-Ray Photon Correlation Spectroscopy Study of Brownian Motion of Gold Colloids in Glycerolâ €, published in Physical Review Letters, Vol.

75, n. 3 (1995), pagine 449-452, descrivono studi di XPCS sul fattore di struttura statico e la funzione di correlazione dinamica di un colloide d’oro disperso in un liquido viscoso di glicerolo. 75, n. 3 (1995), pages 449-452, describe XPCS studies on the static structure factor and the dynamic correlation function of a gold colloid dispersed in a viscous liquid of glycerol.

A.C. Price et al. in “Coherent Soft X-Ray Dynamic Light Scattering from Smectic A-films†, pubblicato in Physical Review Letters, Vol. 82, n. 4, pagine 755-758, utilizzano la luce dinamica diffusa al picco di Bragg di raggi X soffici per misurare le fluttuazioni termiche in cristalli liquidi smettici A. B.C. Price et al. in â € œCoherent Soft X-Ray Dynamic Light Scattering from Smectic A-filmsâ €, published in Physical Review Letters, Vol. 82, n. 4, pages 755-758, use dynamic light scattered at the soft X-ray Bragg peak to measure thermal fluctuations in smectic A liquid crystals.

S.G.J. Mochrie et al. in “Dynamic of Block Copolymer Micelles Revealed by X-Ray Intensity Fluctuations Spectroscopy†, pubblicato in Physical Review Letters, Vol.78, n. 7, pagine 1275-1278, riporta misure di spettroscopia di fluttuazione di intensità delle dinamiche di equilibrio liquidi di micelle polimeriche composte micelle copolimeriche di polistirene-poliisoprene in una matrice omopolimerica di polistirene. S.G.J. Mochrie et al. in â € œDynamic of Block Copolymer Micelles Revealed by X-Ray Intensity Fluctuations Spectroscopyâ €, published in Physical Review Letters, Vol. 78, n. 7, pages 1275-1278, reports intensity fluctuation spectroscopy measurements of liquid equilibrium dynamics of polymeric micelles composed of polystyrene-polyisoprene copolymer micelles in a polystyrene homopolymer matrix.

La Richiedente ha osservato che le tecniche di misura che si basano sull’analisi della luce retrodiffusa originata dal segnale di interferenza di un fascio sonda ed un fascio di riferimento necessitano di un apparato di misura con uno schema ottico relativamente complesso. Inoltre, in alcuni intervalli di lunghezza d’onda, il segnale retrodiffuso può essere debole e non garantire misure con sensibilità sufficientemente elevata. The Applicant has observed that the measurement techniques which are based on the analysis of the backscattered light originating from the interference signal of a probe beam and a reference beam require a measurement apparatus with a relatively complex optical scheme. Furthermore, in some wavelength ranges, the backscattered signal may be weak and not guarantee measurements with sufficiently high sensitivity.

La Richiedente ha inoltre notato che la misurazione della diffusione dinamica di radiazione X richiede un fascio di investigazione di radiazione sufficientemente coerente, sia spazialmente che temporalmente, e quindi necessita di fasci di radiazione molto intensi dai quali possa essere derivato il fascio che incide sul mezzo da analizzare. Radiazione X ad elevata intensità può essere in generale ottenuta da sorgenti di sincrotrone o laser ad elettroni liberi (Free-Elecron Laser, FEL). Tuttavia, queste sorgenti hanno l’evidente svantaggio di essere estremamente costose e non facilmente implementabili. The Applicant has also noted that the measurement of the dynamic diffusion of X radiation requires a sufficiently coherent radiation investigation beam, both spatially and temporally, and therefore requires very intense radiation beams from which the beam affecting the medium to be derived can be derived. to analyze. High intensity X radiation can generally be obtained from synchrotron sources or free electron lasers (Free-Elecron Laser, FEL). However, these sources have the obvious disadvantage of being extremely expensive and not easily implemented.

La Richiedente ha capito che se si utilizza un fascio di radiazione a bassa coerenza con coerenza inclinata rispetto alla direzione di propagazione del fascio che investe un mezzo disomogeneo da analizzare, à ̈ possibile sopprimere o per lo meno ridurre in modo significativo il contributo della diffusione multipla e allo stesso tempo ottenere informazioni dinamiche dall’analisi della radiazione diffusa dal mezzo. The Applicant has understood that if a low coherence radiation beam with coherence inclined with respect to the direction of propagation of the beam that strikes an inhomogeneous medium to be analyzed is used, it is possible to suppress or at least significantly reduce the contribution of multiple scattering. and at the same time obtain dynamic information from the analysis of the radiation diffused by the medium.

Secondo un aspetto, la presente invenzione à ̈ relativa ad un metodo di analisi strutturale di un mezzo tramite la radiazione dinamica diffusa, il metodo comprendendo: irradiare un volume di un mezzo che comprende centri di diffusione con un fascio incidente di radiazione elettromagnetica a coerenza longitudinale corta con lunghezza di coerenza longitudinale lclungo una direzione di propagazione di incidenza, il fascio incidente avendo una coerenza inclinata di un angolo di inclinazione J rispetto alla direzione di propagazione di incidenza, e rivelare la distribuzione delle fluttuazioni temporali di intensità del fascio di radiazione diffusa dal volume irradiato ad un angolo di rivelazione a rispetto alla direzione di propagazione di incidenza. According to one aspect, the present invention relates to a method of structural analysis of a medium by means of diffused dynamic radiation, the method comprising: irradiating a volume of a medium comprising diffusion centers with an incident beam of longitudinal coherence electromagnetic radiation short with longitudinal coherence length l along an incident propagation direction, the incident beam having an inclined coherence of an inclination angle J with respect to the incident propagation direction, and revealing the distribution of temporal fluctuations in intensity of the radiation beam scattered by the volume radiated at a detection angle a with respect to the incident propagation direction.

Un fascio di radiazione a coerenza longitudinale corta si propaga avendo una regione di coerenza all’interno della quale la funzione di correlazione non à ̈ nulla. A beam of radiation with short longitudinal coherence propagates having a coherence region inside which the correlation function is not zero.

L’angolo di inclinazione J della coerenza del fascio incidente à ̈ definito come l’angolo tra il versore di coerenza definito come il versore perpendicolare ad un piano principale individuato sulla superficie principale della sezione della regione di coerenza che penetra, generalmente trasversalmente, il volume investigato nel mezzo da analizzare, il versore di coerenza, nel piano di propagazione, essendo inclinato di un angolo di inclinazione J rispetto alla direzione di propagazione di incidenza. Preferibilmente, la fase di irradiare un volume di un mezzo comprende: generare un fascio di radiazione di emissione a coerenza longitudinale corta lungo una direzione di propagazione di emissione; produrre un fascio di radiazione di incidenza con coerenza inclinata avente una regione di coerenza di incidenza la cui sezione che penetra trasversalmente il volume investigato nel mezzo da analizzare presenta una seconda superficie principale che individua un piano principale e un versore di coerenza perpendicolare a detto piano principale, il versore di coerenza essendo inclinato di un angolo di inclinazione J rispetto alla direzione di propagazione di incidenza, e indirizzare il fascio di radiazione di incidenza sul mezzo. In forme di realizzazione preferite, il fascio di radiazione di emissione ha una regione di coerenza di emissione che presenta una prima superficie principale parallela alle superfici equifase lungo la direzione di propagazione di emissione. Preferibilmente, la fase di produrre un fascio di radiazione di incidenza comprende introdurre un ritardo temporale nel fascio di radiazione di emissione. The angle of inclination J of the coherence of the incident beam is defined as the angle between the coherence versor defined as the perpendicular versor to a main plane identified on the main surface of the section of the coherence region which penetrates, generally transversely, the volume investigated in the medium to be analyzed, the coherence vector, in the propagation plane, being inclined by an inclination angle J with respect to the incidence propagation direction. Preferably, the step of irradiating a volume of a medium comprises: generating a beam of emission radiation with short longitudinal coherence along an emission propagation direction; produce a beam of incident radiation with inclined coherence having an incidence coherence region whose section that transversely penetrates the volume investigated in the medium to be analyzed has a second main surface which identifies a main plane and a coherence vector perpendicular to said main plane , the coherence vector being inclined by an inclination angle J with respect to the direction of incident propagation, and directing the incident radiation beam onto the medium. In preferred embodiments, the emission radiation beam has an emission coherence region which has a first main surface parallel to the equiphase surfaces along the emission propagation direction. Preferably, the step of producing an incident radiation beam comprises introducing a time delay into the emission radiation beam.

Secondo un ulteriore aspetto, la presente invenzione à ̈ relativa ad un apparato di analisi strutturale di un mezzo comprendente centri di diffusione per mezzo della radiazione dinamica diffusa, nel quale un volume del mezzo à ̈ irradiato da un fascio di radiazione incidente, l’apparato comprendendo: un sistema di generazione di radiazione elettromagnetica atto a produrre un fascio di radiazione di incidenza a coerenza longitudinale corta con lunghezza di coerenza longitudinale lclungo una direzione di propagazione di incidenza, il fascio incidente avendo coerenza inclinata di un angolo di inclinazione J rispetto alla direzione di propagazione di incidenza, e un sistema di rivelazione atto a ricevere un fascio di radiazione diffusa dal mezzo ad un’apertura di raccolta centrata attorno un angolo di rivelazione a rispetto alla direzione di propagazione di incidenza, il sistema di rivelazione essendo atto a rilevare la distribuzione di fluttuazione temporale di intensità del fascio di radiazione diffusa dal volume irradiato. According to a further aspect, the present invention relates to an apparatus for the structural analysis of a medium comprising diffusion centers by means of diffused dynamic radiation, in which a volume of the medium is irradiated by an incident radiation beam, the apparatus comprising: an electromagnetic radiation generation system adapted to produce an incident radiation beam with short longitudinal coherence with a longitudinal coherence length along an incident propagation direction, the incident beam having coherence inclined by an angle of inclination J with respect to direction of incidence propagation, and a detection system adapted to receive a beam of radiation diffused by the medium at a collection aperture centered around a detection angle a with respect to the direction of incidence propagation, the detection system being adapted to detect the distribution of temporal fluctuation of beam intensity d i radiation diffused by the radiated volume.

Secondo alcune forme di realizzazione preferite della presente invenzione, il metodo e l’apparato rendono possibile rilevare la radiazione dinamica diffusa da un mezzo disordinato ad angoli diversi dalla direzione di incidenza del fascio o dalla direzione di retrodiffusione e in generale permettono di realizzare la misurazione della radiazione dinamica diffusa ad un angolo di rivelazione idoneo ad ottenere informazioni strutturali sul mezzo. According to some preferred embodiments of the present invention, the method and the apparatus make it possible to detect the dynamic radiation diffused by a disordered medium at angles different from the direction of incidence of the beam or from the backscatter direction and in general allow to carry out the measurement of the dynamic radiation diffused at a detection angle suitable for obtaining structural information on the medium.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno dalla seguente descrizione dettagliata fatta in riferimento ad esempi di realizzazione dell’invenzione dati a titolo non limitativo e alle allegate figure in cui: Further characteristics and advantages of the invention will result from the following detailed description made with reference to examples of embodiment of the invention given without limitation and to the attached figures in which:

La figura 1A illustra dal punto di vista concettuale una regione di coerenza in un piano di propagazione per un fascio di radiazione con regione di coerenza avente una superficie principale estesa parallelamente alle superfici equifase del fascio di radiazione lungo la direzione di propagazione. Figure 1A conceptually illustrates a coherence region in a propagation plane for a coherence region radiation beam having a principal surface extending parallel to the equiphase surfaces of the radiation beam along the direction of propagation.

La figura 1B illustra dal punto di vista concettuale una regione di coerenza in un piano di propagazione per un fascio di radiazione con coerenza inclinata rispetto alle superfici equifase del fascio di radiazione (i.e. versore di coerenza inclinato rispetto alla direzione di propagazione). Figure 1B conceptually illustrates a coherence region in a propagation plane for a radiation beam with coherence inclined with respect to the equiphase surfaces of the radiation beam (i.e. coherence vector inclined with respect to the direction of propagation).

La figura 2 à ̈ uno schema a blocchi che rappresenta un apparato di caratterizzazione di proprietà di un mezzo tramite l’analisi della radiazione diffusa. Figure 2 is a block diagram that represents a characterization apparatus owned by a medium through the analysis of the scattered radiation.

Le figure 3a-3d illustrano schematicamente il meccanismo di diffusione della radiazione da un mezzo che comprende centri di diffusione nel caso di versore di coerenza della radiazione incidente parallelo alla direzione di propagazione del fascio incidente. Figures 3a-3d schematically illustrate the mechanism of diffusion of the radiation from a medium which comprises diffusion centers in the case of coherence vector of the incident radiation parallel to the direction of propagation of the incident beam.

Le figure 4a-4d illustrano schematicamente il meccanismo di diffusione della radiazione da un mezzo che comprende centri di diffusione nel caso di versore di coerenza della radiazione inclinato rispetto alla direzione di propagazione del fascio incidente. Figures 4a-4d schematically illustrate the mechanism of diffusion of the radiation from a medium which comprises diffusion centers in the case of the coherence vector of the radiation inclined with respect to the direction of propagation of the incident beam.

La figura 5 à ̈ uno schema a blocchi che rappresenta un apparato di caratterizzazione di proprietà di un mezzo per mezzo della radiazione diffusa dal mezzo stesso, secondo una forma realizzativa della presente invenzione. Figure 5 is a block diagram which represents a characterization apparatus owned by a medium by means of the radiation diffused by the medium itself, according to an embodiment of the present invention.

La figura 6 illustra schematicamente un sistema di orientazione di coerenza, secondo una forma realizzativa della presente invenzione. Figure 6 schematically illustrates a coherence orientation system, according to an embodiment of the present invention.

La figura 7 illustra schematicamente un apparato di analisi strutturale di un mezzo secondo una forma di realizzazione della presente invenzione, in particolare applicabile alla luce visibile. Figure 7 schematically illustrates a structural analysis apparatus of a medium according to an embodiment of the present invention, in particular applicable to visible light.

La figura 8 riporta la funzione di correlazione in funzione del tempo (ms) calcolata dalla luce diffusa da un campione contenente nano-sfere calibrate in polistirene di 150 nm di diametro per diverse condizioni di coerenza e rilevata ad un angolo di raccolta di 90°. Figure 8 reports the correlation function as a function of time (ms) calculated by the scattered light from a sample containing calibrated polystyrene nano-spheres of 150 nm in diameter for different conditions of coherence and detected at a collection angle of 90 °.

La figura 9 illustra schematicamente un apparato di caratterizzazione di proprietà di un mezzo secondo una ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione, in particolare applicabile alla radiazione X. Figure 9 schematically illustrates a medium-property characterization apparatus according to a further embodiment of the present invention, in particular applicable to X-radiation.

Per coerenza longitudinale, riferita anche come coerenza temporale nel caso di onde con proprietà statistiche stazionarie, si intende la coerenza del fascio lungo una direzione di propagazione, ovvero la capacità del campo d’onda di causare interferenza con una replica di sé stesso ad un istante successivo di tempo. Una sorgente perfettamente monocromatica emette radiazione con completa coerenza longitudinale, mentre la radiazione emessa da una sorgente reale, non perfettamente monocromatica, presenta un grado di coerenza longitudinale che può essere rappresentato dalla lunghezza di coerenza longitudinale, lc, che in pratica definisce una lunghezza entro la quale il fascio può essere considerato coerente, i.e. le relazioni di fase sono mantenute, lungo la direzione di propagazione. Per una sorgente puntiforme che emette radiazione ad una lunghezza d’onda centrale l e con larghezza spettrale Dl, vale la relazione: For longitudinal coherence, also referred to as temporal coherence in the case of waves with stationary statistical properties, we mean the coherence of the beam along a direction of propagation, that is the ability of the wave field to cause interference with a replica of itself. a subsequent instant of time. A perfectly monochromatic source emits radiation with complete longitudinal coherence, while the radiation emitted by a real source, not perfectly monochromatic, has a degree of longitudinal coherence which can be represented by the longitudinal coherence length, lc, which in practice defines a length within the which the beam can be considered coherent, i.e. phase relations are maintained along the propagation direction. For a point source that emits radiation at a central wavelength l and with a spectral width Dl, the relation holds:

l 2 l 2

= . (1) =. (1)

2 D l 2 D l

La coerenza trasversale alla direzione di propagazione, per la quale si specifica una lunghezza di coerenza trasversale, lt, à ̈ indicativa della capacità di un campo d’onda di causare un’interferenza in due punti diversi nello spazio lungo una direzione parallela alle superfici equifase, i.e. i fronti d’onda del campo elettromagnetico. The coherence transversal to the direction of propagation, for which a transversal coherence length, lt is specified, is indicative of the ability of a wave field to cause interference at two different points in space along a direction parallel to the equiphase surfaces, i.e. the wave fronts of the electromagnetic field.

La lunghezza di coerenza longitudinale in un fascio di radiazione a bassa coerenza può essere individuata a partire da una regione di coerenza del fascio che si propaga. La distribuzione spaziale delle regioni di coerenza di un campo d’onda dipende da diversi fattori, fra i quali la natura della sorgente e la distanza di propagazione da quest’ultima. A titolo di esempio, la luce emessa da un filamento incandescente di lampadina al tungsteno, o in generale da una sorgente termica, ad una distanza relativamente grande, ha fronti d’onda (o superfici equifase) sferici, centrati nella sorgente stessa, quando essa possa essere considerata puntiforme rispetto alla distanza alla quale si osserva la coerenza. All’interno della regione di coerenza la funzione di correlazione non à ̈ nulla, ovvero l’interferenza/sovrapposizione à ̈ costruttiva. Poiché generalmente la funzione di correlazione presenta un massimo per scendere a valori inferiori, la regione di coerenza può essere definita, per alcuni scopi della presente descrizione, come una regione, nello spazio interessato dal fascio che si propaga, all’interno della quale la funzione di correlazione ha un valore non inferiore di un predeterminato valore soglia, che solo a titolo esemplificativo può essere uguale a 1/e nel caso di fasci Gaussiani. La forma geometrica della regione di coerenza nello spazio (o, espresso in altro modo, la forma dello spettro di Fourier) della luce emessa da una sorgente reale à ̈ in generale complessa. Il volume della regione di coerenza, quando proiettato in un piano che contiene una direzione di propagazione, indicato nel seguito come piano di propagazione, può essere rappresentato in prima approssimazione, e per gli scopi della presente descrizione, da un anello con forma geometrica asimmetrica nelle due direzioni perpendicolare e parallela rispetto alla direzione di propagazione considerata. Ad esempio, un filamento incandescente di 2 mm di lunghezza produce localmente, sulla scala dei millimetri, regioni coerenti che si presentano allargate nella direzione perpendicolare rispetto alla direzione di propagazione e con forma geometrica di anello delimitato da sezioni piane di due superfici ellissoidali, che verranno indicate, solo per brevità, come regioni di coerenza di forma ellissoidale. The longitudinal coherence length in a low coherence radiation beam can be identified from a coherence region of the propagating beam. The spatial distribution of the coherence regions of a wave field depends on various factors, including the nature of the source and the distance of propagation from it. By way of example, the light emitted by an incandescent filament of a tungsten bulb, or in general by a thermal source, at a relatively large distance, has spherical wave fronts (or equiphase surfaces), centered in the source itself, when it can be considered point-like with respect to the distance at which the coherence is observed. Within the region of coherence the correlation function is not zero, ie the interference / superposition is constructive. Since generally the correlation function has a maximum to go down to lower values, the coherence region can be defined, for some purposes of the present description, as a region, in the space affected by the propagating beam, inside which the correlation function has a value not less than a predetermined threshold value, which only by way of example can be equal to 1 / e in the case of Gaussian beams. The geometric shape of the coherence region in space (or, otherwise expressed, the shape of the Fourier spectrum) of the light emitted by a real source is generally complex. The volume of the coherence region, when projected into a plane that contains a direction of propagation, indicated below as a propagation plane, can be represented as a first approximation, and for the purposes of this description, by a ring with asymmetrical geometric shape in the two directions perpendicular and parallel with respect to the direction of propagation considered. For example, a 2 mm long incandescent filament produces locally, on the millimeter scale, coherent regions that are enlarged in the direction perpendicular to the direction of propagation and with a geometric shape of a ring delimited by plane sections of two ellipsoidal surfaces, which will be indicated, only for the sake of brevity, as coherence regions of ellipsoidal shape.

Questa approssimazione della forma delle regioni di coerenza si può considerare che valga in molti casi di interesse nel campo dell’ottica. Nella figura 1A à ̈ schematizzata la sezione di una regione di coerenza 14 a forma di ellissoide prolato in un piano di propagazione, che à ̈ anche piano di simmetria dell’ellissoide, lungo una direzione principale di propagazione del fascio (asse x), che si assume essere la direzione di incidenza lungo il cammino ottico tra la sorgente e il mezzo da analizzare. L’asse minore 13 della regione di coerenza 14 à ̈ perpendicolare alla direzione di propagazione, i.e. giace lungo l’asse y. La sezione della regione di coerenza della porzione del fascio propagante che irradia un volume del mezzo sotto analisi, il fascio incidente, vale a dire la sezione della regione di coerenza presente nel volume investigato del mezzo dove vengono generate le onde secondarie di diffusione, identifica uno strato di coerenza di spessore pari a lclungo la direzione di incidenza e che si muove nel tempo lungo la stessa direzione. Nel caso di regione di coerenza di forma ellissoidale, la sezione dello strato di coerenza nel piano che contiene la direzione principale di propagazione e l’asse minore dell’ellissoide à ̈ illustrato in modo puramente concettuale con il numero di riferimento 12 in figura 1A. This approximation of the shape of the coherence regions can be considered to be valid in many cases of interest in the field of optics. Figure 1A schematizes the section of a coherence region 14 in the shape of a prolate ellipsoid in a propagation plane, which is also the ellipsoid symmetry plane, along a main direction of propagation of the beam (x axis), which is assumed to be the direction of incidence along the optical path between the source and the medium to be analyzed. The minor axis 13 of the coherence region 14 is perpendicular to the direction of propagation, i.e. it lies along the y axis. The section of the coherence region of the portion of the propagating beam that radiates a volume of the medium under analysis, the incident beam, i.e. the section of the coherence region present in the investigated volume of the medium where the secondary diffusion waves are generated, identifies a coherence layer with a thickness equal to 1l along the direction of incidence and which moves over time along the same direction. In the case of an ellipsoidal coherence region, the section of the coherence layer in the plane that contains the main direction of propagation and the minor axis of the ellipsoid is illustrated in a purely conceptual way with the reference number 12 in the figure 1A.

Come indicato schematicamente nel riquadro R della figura 1A, lo strato di coerenza 12 presenta una superficie principale che individua un primo piano 19 nel quale lo strato di coerenza presenta maggiore estensione ed un secondo piano 15 nel quale lo strato di coerenza presenta una minore estensione che corrisponde alla lunghezza di coerenza longitudinale, lc. Si definisce un versore di coerenza 16 il versore perpendicolare al primo piano principale 19 (e nel caso particolare illustrato, parallelo al secondo piano principale). Nel caso di figura 1A, il versore di coerenza 16 à ̈ parallelo alla direzione di incidenza definita lungo l’asse x, o, definito in altro modo, la superficie principale di maggiore estensione dello strato di coerenza si estende parallelamente alle superfici equifase del fascio che si propaga lungo la direzione di incidenza. As schematically indicated in panel R of Figure 1A, the coherence layer 12 has a main surface which identifies a first plane 19 in which the coherence layer has greater extension and a second plane 15 in which the coherence layer has a smaller extension than corresponds to the length of longitudinal coherence, lc. A coherence vector unit 16 is defined as the vector perpendicular to the first main plane 19 (and in the particular case illustrated, parallel to the second main plane). In the case of figure 1A, the coherence vector 16 is parallel to the direction of incidence defined along the x axis, or, defined in another way, the main surface of greatest extension of the coherence layer extends parallel to the equiphase surfaces of the beam that propagates along the direction of incidence.

Il concetto di strato di coerenza e di versore di coerenza à ̈ applicabile più generalmente anche nel caso le regioni di coerenza che, quando proiettate in un piano di propagazione, non abbiano una forma approssimativamente di anello bidimensionale tra due sezioni di superfici ellissoidali, come nel caso illustrato in figura 1A. Anche in un caso più generale, à ̈ possibile definire uno strato di coerenza, a partire da una direzione di propagazione, come la sezione del volume di coerenza della porzione del fascio incidente che investe il mezzo sotto analisi, nel quale lo strato di coerenza presenta una superficie principale, che tipicamente investe trasversalmente il mezzo, ed un versore di coerenza perpendicolare al piano principale della superficie principale. The concept of coherence layer and coherence vector unit is more generally applicable also in the case of the coherence regions which, when projected in a propagation plane, do not have the shape of an approximately two-dimensional ring between two sections of ellipsoidal surfaces, as in case illustrated in figure 1A. Even in a more general case, it is possible to define a coherence layer, starting from a direction of propagation, as the section of the coherence volume of the portion of the incident beam that invests the medium under analysis, in which the coherence layer presents a main surface, which typically crosses the medium, and a coherence vector perpendicular to the main plane of the main surface.

In alcune forme di realizzazione preferite, la sorgente à ̈ atta ad emettere radiazione che, ad una distanza relativamente grande rispetto alla dimensione della sorgente, ha regione di coerenza a forma di ellissoide prolato con asse maggiore lungo la direzione di propagazione. Tuttavia, altre forme di realizzazione possono contemplare una configurazione nella quale il fascio incidente ha regioni di coerenza a forma di ellissoide oblato con asse minore lungo la direzione di propagazione, o una altra forma che presenta una asimmetria nelle due direzioni perpendicolare e parallela rispetto alla direzione di propagazione. In some preferred embodiments, the source is adapted to emit radiation which, at a relatively large distance from the size of the source, has a coherence region in the shape of a prolate ellipsoid with a major axis along the direction of propagation. However, other embodiments may contemplate a configuration in which the incident beam has coherence regions in the shape of an oblate ellipsoid with a minor axis along the direction of propagation, or another shape that presents an asymmetry in the two directions perpendicular and parallel with respect to the direction of propagation.

Nella presente descrizione, si utilizzerà i termini “regioni di coerenza†o “regione di coerenza†, intendendo che la radiazione si propaga lungo una direzione e ad istanti diversi la regione di coerenza si troverà in posizioni diverse nello spazio. In the present description, the terms â € œregions of coherenceâ € or â € œregions of coherenceâ € will be used, meaning that the radiation propagates along one direction and at different instants the coherence region will be in different positions in space.

La figura 2 à ̈ una rappresentazione schematica di un apparato 10 di analisi delle proprietà di un mezzo tramite la misurazione della luce diffusa dal mezzo. L’apparato comprende una sorgente di radiazione 20 atta a generare un fascio di radiazione elettromagnetica, ad esempio un fascio di luce nello spettro del visibile, a bassa coerenza, più specificamente a coerenza longitudinale corta con lunghezza di coerenza longitudinale lc. Il fascio di radiazione emesso dalla sorgente ha una direzione di propagazione di incidenza 21 e regioni di coerenza con strato di coerenza 18 che definisce un versore di coerenza 23 parallelo a detta direzione di propagazione. Il fascio di radiazione emesso à ̈ accoppiato otticamente ad un mezzo 17 da analizzare che comprende centri di diffusione, quale un sistema colloidale, ad esempio una sospensione di particelle solide immerse in una soluzione. Figure 2 is a schematic representation of an apparatus 10 for analyzing the properties of a medium by measuring the light scattered by the medium. The apparatus comprises a radiation source 20 suitable for generating a beam of electromagnetic radiation, for example a beam of light in the visible spectrum, with low coherence, more specifically with short longitudinal coherence with longitudinal coherence length lc. The radiation beam emitted by the source has an incidence propagation direction 21 and coherence regions with a coherence layer 18 which defines a coherence vector 23 parallel to said propagation direction. The emitted radiation beam is optically coupled to a medium 17 to be analyzed which comprises diffusion centers, such as a colloidal system, for example a suspension of solid particles immersed in a solution.

La presenza di una coerenza longitudinale di lunghezza lc, e preferibilmente di una coerenza trasversale, fa in modo che la radiazione secondaria originata in una data porzione del mezzo irraggiato possa interferire con la radiazione secondaria originata da una diversa porzione dello stesso dando luogo ad una fluttuazione di intensità della radiazione diffusa che può essere rilevata lungo una data direzione di rivelazione. Dall’analisi della fluttuazione in intensità della radiazione diffusa à ̈ possibile ricavare la caratterizzazione dimensionale del mezzo contenente una distribuzione di variazioni di densità ottica (i.e. variazioni dell’indice di rifrazione nel caso la sorgente sia una sorgente di luce) o più in generale variazioni di densità elettronica nel mezzo comparabili con la lunghezza d’onda della radiazione incidente. The presence of a longitudinal coherence of length lc, and preferably of a transverse coherence, causes the secondary radiation originating in a given portion of the irradiated medium to interfere with the secondary radiation originating from a different portion of it, giving rise to a fluctuation intensity of scattered radiation that can be detected along a given direction of detection. From the analysis of the fluctuation in intensity of the scattered radiation it is possible to obtain the dimensional characterization of the medium containing a distribution of variations in optical density (i.e. variations of the refractive index in case the source is a light source) or more in general variations of electron density in the medium comparable with the wavelength of the incident radiation.

Nel caso il fascio di radiazione a bassa coerenza colpisca un sistema disordinato, vale a dire con distribuzione di densità ottica/elettronica non ordinata, quale à ̈ ad esempio un sistema colloidale solido-solido o solido-liquido, la radiazione diffusa à ̈ nella forma di una distribuzione di fluttuazioni casuali (“speckles†) di intensità, le fluttuazioni essendo causate dalla correlazione tra i diversi centri di diffusione. Se la distribuzione spaziale del sistema disordinato varia con il tempo, la distribuzione degli “speckle†varia in corrispondenza nel tempo. Pertanto, informazioni sulla dinamica di un sistema disordinato può essere derivata dall’analisi della correlazione temporale della distribuzione di speckle che à ̈ rappresentata da una funzione di correlazione temporale. In case the low coherence radiation beam hits a disordered system, that is to say with an unordered optical / electronic density distribution, such as for example a solid-solid or solid-liquid colloidal system, the diffused radiation is in the form of a distribution of random fluctuations (â € œspecklesâ €) of intensity, the fluctuations being caused by the correlation between the different diffusion centers. If the spatial distribution of the disordered system varies with time, the distribution of the â € œspecklesâ € varies in correspondence over time. Therefore, information on the dynamics of a disordered system can be derived from the analysis of the temporal correlation of the speckle distribution which is represented by a temporal correlation function.

Le figure 3a-3d illustrano il meccanismo di diffusione da un mezzo che comprende una pluralità di centri di diffusione nel caso illustrato in figura 1, nel quale il versore di coerenza à ̈ parallelo alla direzione di propagazione del fascio incidente o, espresso in altro modo, lo strato di coerenza ha superficie principale di estensione maggiore parallela alla superficie equifase del fascio lungo detta direzione di propagazione. Con riferimento in particolare alla figura 3a, un fascio di radiazione 30 a coerenza longitudinale corta con lunghezza di coerenza lcsi propaga lungo una direzione rappresentata in figura dall’asse di riferimento x. Lo strato di coerenza all’interno del fascio di radiazione, illustrato in modo puramente concettuale con il numero di riferimento 31 ha una superficie principale di estensione maggiore perpendicolare alla direzione di incidenza del fascio 30 e quindi un versore di coerenza 31’ parallelo alla direzione di incidenza. Figures 3a-3d illustrate the diffusion mechanism from a medium which includes a plurality of diffusion centers in the case illustrated in Figure 1, in which the coherence vector is parallel to the direction of propagation of the incident beam or, expressed in another way , the coherence layer has a main surface of greater extension parallel to the equiphase surface of the beam along said direction of propagation. With reference in particular to Figure 3a, a short longitudinal coherence radiation beam 30 with coherence length lcsi propagates along a direction represented in the figure by the reference axis x. The coherence layer inside the radiation beam, illustrated in a purely conceptual way with the reference number 31, has a main surface of greater extension perpendicular to the direction of incidence of the beam 30 and therefore a coherence vector 31â € ™ parallel to the direction of incidence.

Il fascio incidente 30 con strato di coerenza 31 penetra in un campione da analizzare, quale una cella 25 che contiene un mezzo almeno parzialmente trasparente alla radiazione incidente e che comprende una pluralità di centri di diffusione. Unicamente per semplificare la descrizione che segue, si considera che il mezzo comprenda, per lo meno nel volume investito dalla regione di coerenza 31, tre centri di diffusione, ad esempio tre particelle, 24a-24c disposte lungo un arrangiamento verticale rispetto alla direzione di propagazione del fascio incidente. Quando la sezione della regione di coerenza della radiazione entrante incide sui centri di diffusione, i.e. strato di coerenza 31, (figura 3b), ciascuno di essi genera onde secondarie sferiche coerenti con l’onda incidente in una regione di coerenza di lunghezza longitudinale lc. Le onde secondarie si propagano concentricamente da ciascun centro di diffusione 24a, 24b e 24c con le rispettive regioni di coerenza 26a, 26b e 26c in fase tra loro. In prima approssimazione, la radiazione diffusa nel volume del mezzo investito dalla radiazione entrante à ̈ la sovrapposizione dei contributi provenienti da ciascun centro di diffusione, e.g. centri di diffusione 24a-24c. Nella regione di sovrapposizione delle regioni di coerenza 26a-26c delle onde secondarie si ha un’interferenza tra i campi diffusi da ciascun centro di diffusione. Poiché le onde secondarie sono generate dai diversi centri di diffusione nello stesso istante e si propagano concentricamente in fase nelle rispettive regioni di coerenza, si ha interferenza (1) in una direzione di propagazione del fascio diffuso che coincide con la direzione del fascio incidente (lungo l’asse x) o per lo meno in un piccolo intervallo angolare (i.e. minore della apertura per diffrazione del fascio incidente) attorno alla direzione incidente, oppure (2) in una direzione di verso opposto rispetto alla direzione di incidenza, i.e. nella direzione di retro-diffusione. The incident beam 30 with coherence layer 31 penetrates a sample to be analyzed, such as a cell 25 which contains a medium at least partially transparent to the incident radiation and which comprises a plurality of diffusion centers. Only to simplify the following description, it is considered that the medium comprises, at least in the volume invested by the coherence region 31, three diffusion centers, for example three particles, 24a-24c arranged along a vertical arrangement with respect to the direction of propagation of the incident beam. When the section of the coherence region of the incoming radiation affects the scattering centers, i.e. coherence layer 31, (figure 3b), each of them generates spherical secondary waves coherent with the incident wave in a coherence region of longitudinal length lc. The secondary waves propagate concentrically from each diffusion center 24a, 24b and 24c with the respective coherence regions 26a, 26b and 26c in phase with each other. As a first approximation, the scattered radiation in the volume of the medium hit by the incoming radiation is the superposition of the contributions coming from each scattering center, e.g. broadcasting centers 24a-24c. In the superposition region of the coherence regions 26a-26c of the secondary waves there is an interference between the fields diffused by each diffusion center. Since the secondary waves are generated by the different scattering centers at the same instant and propagate concentrically in phase in the respective coherence regions, there is interference (1) in a direction of propagation of the scattered beam which coincides with the direction of the incident beam ( along the x axis) or at least in a small angular interval (i.e. smaller than the diffraction aperture of the incident beam) around the incident direction, or (2) in a direction opposite to the direction of incidence, i.e. in the direction of retro-diffusion.

La figura 3c raffigura un istante successivo alla generazione delle onde secondarie, nel quale le regioni di coerenza 26a-26c si sono propagate definendo una prima regione di sovrapposizione o di interferenza 28 nella direzione di trasmissione del fascio ed una seconda regione di sovrapposizione 29 nella direzione di retrodiffusione. Le onde secondarie si propagano all’esterno del mezzo 25 formando un fascio di radiazione diffusa 27 in corrispondenza della regione di sovrapposizione che potrà essere rilevato lungo la direzione di propagazione (figura 3d). Viceversa, nella direzione ortogonale alla propagazione del fascio (asse y), le regioni coerenti 26a-26c provenienti dai diversi centri non si sovrappongono, e pertanto non danno origine ad interferenza. Più in generale, in direzioni diverse dalla direzione di propagazione della radiazione incidente e di retro-diffusione, il segnale dinamico à ̈ assente o fortemente ridotto. Figure 3c depicts an instant following the generation of the secondary waves, in which the coherence regions 26a-26c have propagated defining a first overlap or interference region 28 in the direction of transmission of the beam and a second overlapping region 29 in the direction backscatter. The secondary waves propagate outside the medium 25 forming a beam of diffused radiation 27 in correspondence with the superposition region which can be detected along the propagation direction (figure 3d). Conversely, in the direction orthogonal to the propagation of the beam (y axis), the coherent regions 26a-26c coming from the different centers do not overlap, and therefore do not give rise to interference. More generally, in directions other than the direction of propagation of the incident and back-scattering radiation, the dynamic signal is absent or greatly reduced.

Con riferimento nuovamente alla figura 2, nel caso di versore di coerenza della radiazione incidente parallelo alla direzione di incidenza del fascio, la misura della diffusione dinamica à ̈ realizzata da un sistema di rivelazione 22 atto a rilevare la radiazione diffusa 21’ dal mezzo 17, il sistema di rivelazione essendo disposto lungo la direzione di propagazione del fascio incidente. With reference again to figure 2, in the case of coherence vector of the incident radiation parallel to the direction of incidence of the beam, the measurement of the dynamic diffusion is carried out by a detection system 22 suitable for detecting the scattered radiation 21â € ™ from the medium 17 , the detection system being arranged along the direction of propagation of the incident beam.

La Richiedente ha osservato che, poiché la radiazione incidente che non subisce diffusione da parte dei centri di diffusione all’interno del volume investigato viene trasmessa attraverso il mezzo ed emerge dallo stesso lungo la direzione di incidenza, la radiazione diffusa lungo la direzione in avanti à ̈ rilevata assieme alla radiazione trasmessa. Poiché la radiazione trasmessa costituisce generalmente la componente più significativa del segnale rilevato, può essere difficile estrarre dal segnale raccolto dal sistema di rivelazione la componente relativa al solo contributo della radiazione diffusa con un rapporto segnale/rumore sufficientemente elevato. Il segnale rilevato lungo la direzione di retro-diffusione, sebbene libero dal contributo della radiazione trasmessa, può essere debole con un rapporto segnale-rumore non buono per la natura della radiazione incidente e/o per le caratteristiche strutturali dei centri di diffusione all’interno del materiale. The Applicant observed that, since the incident radiation that is not diffused by the diffusion centers inside the investigated volume is transmitted through the medium and emerges from it along the direction of incidence, the radiation diffused along the direction in forward is detected together with the transmitted radiation. Since the transmitted radiation generally constitutes the most significant component of the detected signal, it may be difficult to extract from the signal collected by the detection system the component relating only to the contribution of the scattered radiation with a sufficiently high signal / noise ratio. The signal detected along the back-scattering direction, although free from the contribution of the transmitted radiation, can be weak with a signal-to-noise ratio that is not good due to the nature of the incident radiation and / or the structural characteristics of the scattering centers at the inside of the material.

La Richiedente ha capito che se un fascio di radiazione incidente a coerenza longitudinale corta ha una regione di coerenza disposta lungo una direzione inclinata rispetto alla direzione di propagazione di incidenza, esiste un ritardo temporale con il quale la regione di coerenza investe i diversi centri di diffusione compresi nel volume investigato del mezzo e che tale ritardo temporale può produrre una sovrapposizione delle regioni di coerenza delle onde secondarie lungo una direzione diversa dall’asse individuato dalla direzione di propagazione. In questo modo, à ̈ possibile rilevare la radiazione diffusa dal mezzo analizzato lungo direzioni diverse e pertanto in condizioni che possono essere più favorevoli all’analisi del segnale rilevato. The Applicant has understood that if an incident radiation beam with short longitudinal coherence has a coherence region arranged along an inclined direction with respect to the incidence propagation direction, there is a time delay with which the coherence region affects the different diffusion centers. included in the investigated volume of the medium and that this time delay can produce a superposition of the coherence regions of the secondary waves along a direction different from the axis identified by the direction of propagation. In this way, it is possible to detect the radiation scattered by the analyzed medium along different directions and therefore in conditions that may be more favorable to the analysis of the detected signal.

Il meccanismo di diffusione della radiazione nel caso di fascio incidente con regione di coerenza inclinata rispetto alla direzione del fascio incidente à ̈ illustrato nelle figure 4a-4d. Un fascio di radiazione incidente 35 incide lungo una direzione di incidenza lungo l’asse x sulla cella 25 che comprende un mezzo con una pluralità di centri di diffusione 24a-24c . Il fascio incidente ha una regione di coerenza che definisce uno strato di coerenza 36 avente una prima superficie principale di estensione maggiore ed una seconda superficie principale di estensione minore di larghezza pari alla lunghezza longitudinale di coerenza lc. Sulla prima superficie principale à ̈ individuato un piano principale dal quale à ̈ definito il versore di coerenza 37, perpendicolare a tale piano, che à ̈ arrangiato in una direzione inclinata ad un angolo J rispetto alla direzione di incidenza x (figura 4a). The mechanism of radiation diffusion in the case of an incident beam with a coherence region inclined with respect to the direction of the incident beam is illustrated in Figures 4a-4d. An incident radiation beam 35 impacts along a direction of incidence along the x axis on the cell 25 which comprises a medium with a plurality of scattering centers 24a-24c. The incident beam has a coherence region which defines a coherence layer 36 having a first main surface of greater extension and a second main surface of smaller extension of width equal to the longitudinal coherence length lc. On the first main surface a main plane is identified from which the coherence vector 37 is defined, perpendicular to this plane, which is arranged in a direction inclined at an angle J with respect to the direction of incidence x (figure 4a).

Per convenzione, e senza alcuno scopo limitativo, il versore di coerenza à ̈ definito con verso nel semipiano positivo della direzione di propagazione. Con riferimento alla figura, il semipiano positivo à ̈ il semipiano con asse x positivo nel piano di propagazione (x,y). Secondo alcune forme di realizzazione, l’angolo di inclinazione J comprende i valori di angolo supplementari a J, i.e. (180°-J). By convention, and without any limiting purpose, the coherence vector is defined with a direction in the positive half plane of the propagation direction. With reference to the figure, the positive half plane is the half plane with a positive x axis in the (x, y) propagation plane. According to some embodiments, the angle of inclination J comprises the additional angle values to J, i.e. (180 ° -J).

Nel presente contesto riferimento sarà fatto ad un fascio di radiazione con coerenza inclinata intendendo un fascio di radiazione che si propaga lungo una direzione di propagazione con regioni di coerenza inclinate (i.e. non parallele) di un angolo di inclinazione rispetto alle superfici equifase del fascio lungo detta direzione di propagazione. L’angolo di inclinazione della regione di coerenza del fascio à ̈ definito come l’angolo tra il versore di coerenza definito come il versore perpendicolare ad un piano principale individuato sulla superficie principale della sezione della regione di coerenza che penetra trasversalmente il volume investigato nel mezzo da analizzare e che, nei casi di maggiore interesse, à ̈ la superficie di maggiore estensione della sezione del volume di coerenza della porzione del fascio incidente presente nel volume investigato. In the present context, reference will be made to a radiation beam with inclined coherence, meaning a radiation beam that propagates along a direction of propagation with inclined (i.e. not parallel) coherence regions of an angle of inclination with respect to the equiphase surfaces of the beam along said direction of propagation. The angle of inclination of the coherence region of the beam is defined as the angle between the coherence versor defined as the perpendicular versor to a principal plane identified on the main surface of the section of the coherence region that transversely penetrates the investigated volume in the medium to be analyzed and which, in the most interesting cases, is the surface of greatest extension of the section of the coherence volume of the portion of the incident beam present in the investigated volume.

A causa dell’inclinazione di un angolo J rispetto alla direzione di propagazione, i centri di diffusione 24a-24c non vengono investiti nello stesso istante dallo strato di coerenza 36, ma in una sequenza temporale. In particolare e con riferimento alla figura 4b, il primo centro ad essere investito dalla regione di coerenza à ̈ il centro di diffusione 24a, ad un primo istante successivo il centro 24b e ad un secondo istante successivo maggiore del primo istante il centro 24c. Due to the inclination of an angle J with respect to the direction of propagation, the diffusion centers 24a-24c are not invested at the same time by the coherence layer 36, but in a temporal sequence. In particular and with reference to Figure 4b, the first center to be hit by the coherence region is the diffusion center 24a, at a first subsequent instant the center 24b and at a second subsequent instant greater than the first instant the center 24c.

L’incidenza della radiazione del fascio che colpisce ciascun centro di diffusione 24a, 24b e 24c dà luogo ad una rispettiva onda (diffusa) secondaria sferica che si propaga concentricamente con le corrispondenti regioni di coerenza 32a, 32b e 32c in fase tra loro (figura 4c). Per il fatto che le sorgenti secondarie di onde sferiche (i.e. i centri di diffusione) originano le onde ad istanti diversi, ad ogni istante, le regioni di coerenza delle onde secondarie hanno diametri diversi e vengono a sovrapporsi tra loro ad un dato angolo a rispetto alla direzione di propagazione del fascio (asse x). In particolare, nella situazione esemplificata nelle figure 4a-4d, le regioni di coerenza 32a-32c, vengono a sovrapporsi nella direzione ortogonale verso il basso rispetto alla direzione propagazione del fascio incidente (lungo l’asse y, a=90°) originando un fascio di radiazione diffusa 34 lungo tale direzione. Il fascio di radiazione può essere rivelato lungo l’asse y in un’area di rivelazione indicata nel piano (x,y) con il rettangolo tratteggiato 33 in figura 4d, che rappresenta la propagazione delle regioni di coerenza delle onde secondarie ad un istante successivo di quello rappresentato in figura 4c. The incidence of the radiation of the beam hitting each scattering center 24a, 24b and 24c gives rise to a respective secondary spherical (diffuse) wave that propagates concentrically with the corresponding coherence regions 32a, 32b and 32c in phase with each other ( figure 4c). Due to the fact that the secondary sources of spherical waves (i.e. the diffusion centers) originate the waves at different instants, at each instant, the coherence regions of the secondary waves have different diameters and overlap each other at a given angle a with respect to to the direction of propagation of the beam (x axis). In particular, in the situation exemplified in figures 4a-4d, the coherence regions 32a-32c overlap in the downward orthogonal direction with respect to the propagation direction of the incident beam (along the y axis, a = 90 °) originating a beam of scattered radiation 34 along this direction. The radiation beam can be detected along the y axis in a detection area indicated in the (x, y) plane with the dashed rectangle 33 in figure 4d, which represents the propagation of the coherence regions of the secondary waves to a successive instant of that represented in figure 4c.

Con una configurazione nella quale il fascio incide nel mezzo con versore di coerenza inclinato rispetto alla direzione di incidenza, l’interferenza prodotta dall’inviluppo delle onde secondarie può avere origine lungo una direzione diversa dall’asse individuato dalla direzione di propagazione e lungo tale direzione à ̈ possibile osservare un segnale dinamico di intensità sufficientemente elevata. Se J à ̈ l'angolo al quale à ̈ inclinato il versore di coerenza del fascio incidente rispetto alla direzione di propagazione di incidenza, i.e., angolo di inclinazione, l'interferenza ha luogo, nel piano di propagazione, sostanzialmente ad un angolo 2J e a angoli ad esso adiacenti. Preferibilmente, l’angolo di rivelazione à ̈ compreso tra (2J-d) e (2J+d), dove d à ̈ l’angolo di apertura per diffrazione del volume del mezzo investito dal fascio incidente. L’angolo di apertura per diffrazione d à ̈ in generale dipendente dal diametro del fascio incidente, nel caso di rivelazione nel campo lontano, vale a dire ad una distanza significativamente maggiore della dimensione della sorgente. Secondo alcune forme di realizzazione preferite, l’angolo di rivelazione à ̈ uguale a circa 2J. With a configuration in which the beam hits the medium with a coherence vector inclined with respect to the direction of incidence, the interference produced by the envelope of the secondary waves can originate along a direction different from the axis identified by the direction of propagation and along this direction it is possible to observe a dynamic signal of sufficiently high intensity. If J is the angle at which the coherence vector of the incident beam is inclined with respect to the incident propagation direction, i.e., inclination angle, the interference takes place, in the propagation plane, substantially at an angle 2J and a corners adjacent to it. Preferably, the angle of detection is between (2J-d) and (2J + d), where d is the diffraction angle of the volume of the medium struck by the incident beam. The opening angle for diffraction d is in general dependent on the diameter of the incident beam, in the case of detection in the far field, ie at a distance significantly greater than the size of the source. According to some preferred embodiments, the detection angle is equal to about 2J.

Nello spazio tridimensionale, la sovrapposizione tra le regioni di coerenza della radiazione diffusa, avviene anche fuori dal piano nel quale giacciono la direzione di incidenza e il versore di coerenza, i.e. piano (x,y). Pertanto, sebbene le rappresentazioni schematiche del principio della tecnica di misura riportate nelle figure si riferiscano ad un piano di propagazione individuato dalla direzione di propagazione della radiazione e dal versore di coerenza, angoli azimutali che giacciono fuori da tale piano possono essere monitorati. Infatti, fuori dal piano considerato, le direzioni di propagazione della radiazione sono tutte le direzioni che giacciono sulla superficie di un cono il cui asse individua il versore di coerenza e ha semiapertura pari a J. Uno dei raggi del cono coincide con la direzione di propagazione di incidenza nel piano di propagazione. Preferibilmente, l’angolo azimutale di rivelazione à ̈ maggiore di o uguale all’angolo di apertura per diffrazione del volume del mezzo investito dal fascio incidente e inferiore di o uguale a 2J. Si nota che, sebbene per semplificare la descrizione, nelle figure 3a-3d e 4a-4d à ̈ esemplificato un mezzo che comprende centri di diffusione disposti verticalmente rispetto alla direzione di propagazione del fascio incidente, il principio generale del meccanismo di diffusione in dipendenza dall’orientazione delle regioni di coerenza del fascio incidente vale anche per il caso più generale di una disposizione casuale dei centri di diffusione all’interno del mezzo. Infatti, la regione coerente colpisce i centri di diffusione in sequenza, con un ritardo temporale proporzionale alla loro posizione lungo la direzione di propagazione, i.e. asse x. In questo modo, il ritardo produce una sovrapposizione delle regioni di coerenza in direzioni diverse dalla direzione di propagazione e, nel caso illustrato nelle figure 4a-4d, nella direzione ortogonale a quella del fascio incidente. In three-dimensional space, the overlap between the regions of coherence of the scattered radiation also occurs outside the plane in which the direction of incidence and the coherence unit lie, i.e. plane (x, y). Therefore, although the schematic representations of the principle of the measurement technique shown in the figures refer to a propagation plane identified by the direction of propagation of the radiation and by the coherence unit vector, azimuth angles that lie outside this plane can be monitored. In fact, outside the plane considered, the directions of propagation of the radiation are all the directions that lie on the surface of a cone whose axis identifies the coherence vector unit and has a half-opening equal to J. One of the radii of the cone coincides with the direction of propagation of incidence in the propagation plan. Preferably, the azimuth angle of detection is greater than or equal to the aperture angle by diffraction of the volume of the medium struck by the incident beam and less than or equal to 2J. It should be noted that, although to simplify the description, figures 3a-3d and 4a-4d exemplify a medium comprising diffusion centers arranged vertically with respect to the direction of propagation of the incident beam, the general principle of the diffusion mechanism depends on the Orientation of the coherence regions of the incident beam is also valid for the more general case of a random arrangement of the diffusion centers inside the medium. In fact, the coherent region affects the diffusion centers in sequence, with a temporal delay proportional to their position along the direction of propagation, i.e. x axis. In this way, the delay produces a superposition of the coherence regions in directions different from the direction of propagation and, in the case illustrated in Figures 4a-4d, in the direction orthogonal to that of the incident beam.

Secondo alcune forme di realizzazione preferite, il fascio di radiazione incidente à ̈ un fascio di radiazione nello spettro del visibile o del vicino infrarosso e preferibilmente l’angolo di inclinazione J tra il versore di coerenza e la direzione di incidenza à ̈ compreso da 5° a 85°, ancora più preferibilmente tra 20° e 70°. In una forma di realizzazione particolarmente preferita l’angolo di inclinazione J à ̈ di circa 45°. In alcune forme di realizzazione preferite, il fascio di radiazione incidente à ̈ un fascio di radiazione nello spettro di lunghezza d’onda compreso circa da 1 a 30 nm e preferibilmente l’angolo di inclinazione compreso tra circa 0,01 rad (»0.57°) e 10°. A tali angoli di inclinazione la rivelazione del segnale diffuso dal mezzo avviene a basso angolo, preferibilmente ad un angolo di rivelazione inferiore a o uguale a 10° e maggiore di o uguale all’angolo di apertura per diffrazione della radiazione diffusa dal mezzo. In altre forme di realizzazione, l’angolo di inclinazione à ̈ compreso tra circa 10° e 90°. According to some preferred embodiments, the incident radiation beam is a radiation beam in the visible or near infrared spectrum and preferably the inclination angle J between the coherence vector and the incidence direction is included from 5 ° at 85 °, even more preferably between 20 ° and 70 °. In a particularly preferred embodiment, the angle of inclination J is about 45 °. In some preferred embodiments, the incident radiation beam is a radiation beam in the wavelength spectrum ranging from about 1 to 30 nm and preferably the inclination angle between about 0.01 rad (" 0.57 °) and 10 °. At these inclination angles the detection of the signal diffused by the medium takes place at a low angle, preferably at a detection angle lower than or equal to 10 ° and greater than or equal to the opening angle by diffraction of the radiation diffused by the medium. In other embodiments, the angle of inclination is between about 10 ° and 90 °.

Più in generale, l’angolo di inclinazione minimo dipende dalla relazione tra la dimensione media dei centri di diffusione del mezzo e la lunghezza d’onda della radiazione incidente ed à ̈ preferibilmente selezionato essere maggiore dell’angolo di apertura per diffrazione del fascio incidente. More generally, the minimum inclination angle depends on the relationship between the average size of the diffraction centers of the medium and the wavelength of the incident radiation and is preferably selected to be greater than the aperture angle by diffraction of the incident beam.

La figura 5 à ̈ una rappresentazione schematica di un apparato di caratterizzazione di proprietà di un mezzo tramite l’analisi della radiazione diffusa, secondo una forma realizzativa della presente invenzione. Il fascio di radiazione con regione di coerenza che definisce uno strato di coerenza 18 di lunghezza di coerenza longitudinale lce versore di coerenza 23 parallelo alla direzione di propagazione 21 à ̈ emesso dalla sorgente 20 ed entra in un sistema di inclinazione di coerenza 45 atto a inclinare di un dato angolo J il versore di coerenza del fascio incidente sul sistema, di seguito indicato con sistema di inclinazione di coerenza. Il fascio di radiazione 41 esce dal sistema 45 con strato di coerenza 48 avente una prima superficie principale di maggiore estensione ed una seconda superficie di minore estensione di larghezza pari a lc, nel quale la prima superficie principale di maggiore estensione individua un versore di coerenza 49 inclinato di un angolo J diverso da zero rispetto alla direzione di incidenza. Il fascio di radiazione con versore di coerenza inclinato incide sul mezzo 17 da analizzare investendo un volume del mezzo dello spessore dell’ordine di grandezza lce incidendo sui centri di diffusione all’interno del volume. In generale, il volume investigato comprende una pluralità di centri di diffusione. Figure 5 is a schematic representation of an apparatus for characterizing properties of a medium by analyzing the scattered radiation, according to an embodiment of the present invention. The radiation beam with a coherence region that defines a coherence layer 18 with a longitudinal coherence length and a coherence versor 23 parallel to the direction of propagation 21 is emitted by the source 20 and enters a coherence inclination system 45 capable of tilting of a given angle J the coherence vector of the beam incident on the system, indicated below with the coherence inclination system. The radiation beam 41 leaves the system 45 with a coherence layer 48 having a first main surface of greater extension and a second surface of lesser extension of a width equal to 1c, in which the first main surface of greater extension identifies a coherence vector 49 inclined by an angle J different from zero with respect to the direction of incidence. The radiation beam with an inclined coherence versor affects the medium 17 to be analyzed by investing a volume of the medium with a thickness of the order of magnitude lce, affecting the diffusion centers inside the volume. In general, the investigated volume includes a plurality of diffusion centers.

Se la regione di coerenza del fascio emesso dalla sorgente 20 in un piano di propagazione ha la forma di un anello volumetrico tra due superfici di ellissoide prolato, il cui asse minore à ̈ orientato perpendicolarmente alla direzione di propagazione (come illustrato in figura 1A), all’uscita del dispositivo 45 la regione di coerenza ha asse minore orientato ad un certo angolo diverso da 90° rispetto alla direzione di propagazione considerata. Più in generale, la sezione della superficie principale della regione di coerenza della porzione del fascio che investe il mezzo da analizzare non à ̈ più estesa parallelamente alle superfici equifase. Con riferimento alla figura 1B, che illustra una proiezione della regione di coerenza, approssimata con un anello volumetrico tra due superfici ellissoidali nel piano di propagazione (x,y) dove giacciono la direzione di propagazione x del fascio di radiazione e l’asse minore 46 del piano di simmetria degli ellissoidi. Il versore di coerenza 49 à ̈ inclinato di un angolo J e quindi l’asse minore 46 dell’ellissoide à ̈ inclinato di un angolo complementare a J, (90°-J), rispetto alla direzione di incidenza x. Questo tipo di coerenza inclinata, con regioni di coerenza inclinate rispetto alle superfici equifase del fascio che si propaga (o, come sopra definito, con versore di coerenza non parallelo alla direzione di propagazione considerata), à ̈ descritto, oltre che tramite una lunghezza di coerenza trasversale ed una lunghezza di coerenza longitudinale, dall’angolo di inclinazione J. In figura 1B à ̈ indicato lo strato di coerenza 48 del fascio incidente che irradia il volume investigato. If the coherence region of the beam emitted by the source 20 in a propagation plane has the shape of a volumetric ring between two surfaces of a prolate ellipsoid, whose minor axis is oriented perpendicular to the direction of propagation (as illustrated in Figure 1A), at the exit of the device 45 the coherence region has a minor axis oriented at a certain angle other than 90 ° with respect to the direction of propagation considered. More generally, the section of the main surface of the coherence region of the portion of the beam that strikes the medium to be analyzed is no longer extended parallel to the equiphase surfaces. With reference to figure 1B, which illustrates a projection of the coherence region, approximated with a volumetric ring between two ellipsoidal surfaces in the propagation plane (x, y) where the x-ray propagation direction and the minor axis lie 46 of the plane of symmetry of the ellipsoids. The coherence vector unit 49 is inclined by an angle J and therefore the minor axis 46 of the ellipsoid is inclined by an angle complementary to J, (90 ° -J), with respect to the direction of incidence x. This type of inclined coherence, with coherence regions inclined with respect to the equiphase surfaces of the propagating beam (or, as defined above, with a coherence vector not parallel to the direction of propagation considered), is described, as well as by means of a length of transverse coherence and a longitudinal coherence length, from the angle of inclination J. Figure 1B indicates the coherence layer 48 of the incident beam that radiates the investigated volume.

Preferibilmente, il fascio di radiazione che incide sul mezzo presenta coerenza trasversale con lunghezza di coerenza trasversale, lt, che corrisponde alla dimensione trasversale del fascio o per lo meno di lunghezza di coerenza trasversale non inferiore alla dimensione trasversale del volume del mezzo investigato dal fascio. Nel caso la sorgente non sia atta ad emettere un fascio con coerenza trasversale sufficiente per gli scopi della tecnica di misura, l’apparato può comprendere un filtro spaziale, quale una maschera in trasmissione con apertura passante (pinhole) di dimensione dello stesso ordine di grandezza della lunghezza di coerenza trasversale desiderata. Ad esempio, nel caso di filtro spaziale che comprende una apertura circolare che trasmette il fascio (pinhole), lt»D1, dove D1 à ̈ il diametro dell’apertura. Con riferimento nuovamente alla figura 5, il fascio di radiazione diffusa 42 dal mezzo 17 viene raccolta ad un angolo a rispetto alla direzione di propagazione del fascio incidente da un sistema di rivelazione 43 che comprende un rivelatore (non mostrato). Nell’esempio di figura 5, l’angolo di inclinazione J del versore di coerenza 49 del fascio che incide sul mezzo à ̈ di circa 45° e l’angolo di rivelazione a à ̈ di 2J, ovvero di circa 90°. Preferably, the radiation beam that impinges on the medium has transverse coherence with a transverse coherence length, lt, which corresponds to the transverse dimension of the beam or at least a transverse coherence length not less than the transverse dimension of the volume of the medium investigated by the beam. In case the source is not able to emit a beam with transversal coherence sufficient for the purposes of the measurement technique, the apparatus can comprise a spatial filter, such as a transmission mask with a pinhole having a dimension of the same order of magnitude of the desired transverse coherence length. For example, in the case of a spatial filter that includes a circular aperture that transmits the beam (pinhole), lt »D1, where D1 is the diameter of the aperture. Referring again to Figure 5, the scattered radiation beam 42 from the medium 17 is collected at an angle a with respect to the direction of propagation of the incident beam by a detection system 43 which includes a detector (not shown). In the example of figure 5, the angle of inclination J of the coherence vector 49 of the beam that affects the medium is about 45 ° and the detection angle a is of 2J, that is about 90 ° .

In alcune forme di realizzazione preferite, l’apertura di raccolta del sistema di rivelazione attorno all’angolo di rivelazione a à ̈ compresa all’interno di un cono centrato all’angolo a e di semiapertura pari all’angolo di apertura per diffrazione d del volume del mezzo investito dal fascio di radiazione incidente. In alcune forme di realizzazione, angoli al di fuori del cono possono ridurre l’ampiezza del segnale. L’intensità della radiazione diffusa raccolta dal rivelatore à ̈ elaborata elettronicamente in modo da determinare la funzione di correlazione temporale della fluttuazione dell’intensità risolvendo la direzione di diffusione della radiazione tramite uno dei metodi noti, che includono tecniche omodine ed eterodine. Dalla funzione di correlazione temporale à ̈ possibile ricavare informazioni sulla disomogeneità del mezzo, i.e. variazione della densità ottica, quali la dimensione delle particelle che costituiscono i centri di diffusione. Preferibilmente, ed in particolare nel caso il sistema di rivelazione comprenda un rivelatore a singolo canale, quale un fotodiodo, e il mezzo sotto analisi sia un mezzo disordinato, il sistema comprende un dispositivo ottico atto a selezionare uno speckle singolo. In una diversa forma di realizzazione, il sistema di rivelazione comprende un rivelatore a canale multiplo, quale un sensore CCD (Charge Coupled Device), l’analisi della funzione di correlazione à ̈ preceduta dall’elaborazione del segnale rivelato in modo da estrarre da esso uno speckle singolo, i.e., in modo da procedere con l’analisi della fluttuazione di una singola regione di coerenza. In some preferred embodiments, the collection opening of the detection system around the detection angle a is included within a cone centered at the angle a and of half-opening equal to the opening angle by diffraction d of the volume of the medium hit by the incident radiation beam. In some embodiments, angles outside the cone can reduce the amplitude of the signal. The intensity of the scattered radiation collected by the detector is electronically processed in order to determine the time correlation function of the intensity fluctuation by solving the direction of diffusion of the radiation using one of the known methods, which include homodyne and heterodyne techniques. From the time correlation function it is possible to obtain information on the inhomogeneity of the medium, i.e. variation in optical density, such as the size of the particles that make up the scattering centers. Preferably, and in particular if the detection system comprises a single channel detector, such as a photodiode, and the medium under analysis is a disordered medium, the system comprises an optical device adapted to select a single speckle. In a different embodiment, the detection system comprises a multiple channel detector, such as a CCD (Charge Coupled Device) sensor, the analysis of the correlation function is preceded by the processing of the detected signal in order to extract from it a single speckle, i.e., in order to proceed with the analysis of the fluctuation of a single region of coherence.

Il dispositivo 45 di orientazione di coerenza di un fascio a coerenza longitudinale corta comprende almeno un elemento di dispersione spettrale, cioà ̈ un elemento che devia spazialmente lunghezze d'onda differenti all’interno del fascio che incide su di esso. L’angolo di inclinazione à ̈ causato dalla dispersione spettrale angolare introdotta dall’elemento dispersivo. Più in generale, l’elemento di dispersione spettrale introduce un ritardo temporale tra le componenti spettrali del fascio. The coherence orienting device 45 of a short longitudinal coherence beam comprises at least one spectral dispersion element, that is, an element that spatially deviates different wavelengths within the beam that affects it. The inclination angle is caused by the angular spectral dispersion introduced by the dispersive element. More generally, the spectral dispersion element introduces a time delay between the spectral components of the beam.

Un esempio di realizzazione di un sistema atto ad inclinare la coerenza à ̈ mostrato in figura 6. Il sistema 45 comprende quale elemento dispersivo un reticolo per diffrazione operante per riflessione 50 sul quale incide un fascio di radiazione 21 avente una regione di coerenza con strato di coerenza 18 che individua un versore di coerenza (non indicato in figura) parallelo alla direzione di propagazione del fascio stesso (J=0). Un reticolo di diffrazione per riflessione può essere utilizzato per la radiazione luminosa a lunghezze d’onda nel visibile e nel vicino infrarosso (e.g.380-1400 nm). Il reticolo di diffrazione introduce una dispersione angolare nel fascio incidente 21 originando fasci diffratti di radiazione di ordine spettrale m (m=0,1,2,…) che emergono dallo stesso lato di incidenza del reticolo. I fasci incidente e diffratto seguono le relazioni note della diffrazione: An example of embodiment of a system suitable for inclining coherence is shown in Figure 6. The system 45 comprises as a dispersive element a diffraction grating operating by reflection 50 on which a radiation beam 21 has a coherence region with a layer of coherence 18 which identifies a coherence vector (not shown in the figure) parallel to the direction of propagation of the beam itself (J = 0). A diffraction grating by reflection can be used for light radiation at wavelengths in the visible and near infrared (e.g. 380-1400 nm). The diffraction grating introduces an angular dispersion into the incident beam 21 giving rise to diffracted beams of radiation of spectral order m (m = 0,1,2, â € ¦) emerging from the same incidence side of the grating. The incident and diffracted beams follow the known relationships of diffraction:

siny -sing = m ×<l>(2) siny -sing = m × <l> (2)

d d

dove g e y (non indicati in figura) sono gli angoli tra la normale al piano del reticolo (i.e. piano di diffrazione) e, rispettivamente, i fasci incidente e diffratto, d à ̈ il passo del reticolo e m l’ordine spettrale di diffrazione. where g and y (not shown in the figure) are the angles between the normal to the grating plane (i.e. the diffraction plane) and, respectively, the incident and diffracted beams, d is the grating pitch and m the spectral order of diffraction.

Per m=0, un reticolo per riflessione agisce da specchio producendo un fascio riflesso 57 avente uno strato di coerenza 58 con versore di coerenza ancora parallelo alla sua direzione di propagazione. Per diffrazione di ordine superiore all’ordine zero, m=1,2,…, secondo relazioni note nel campo della diffrazione della radiazione, la dispersione angolare, che à ̈ funzione dell’angolo di diffrazione, a sua volta dipendente dalla lunghezza d’onda incidente, causa un ritardo temporale nel fascio diffratto. Il ritardo temporale introdotto dalla dispersione angolare dà origine ad un angolo di inclinazione J del versore di coerenza. Pertanto, il fascio diffratto 51 con ordine m¹0 che si propaga lungo una direzione di propagazione ha strato di coerenza 54 il cui versore di coerenza à ̈ inclinato di un angolo J rispetto a detta direzione di propagazione. For m = 0, a reflection grating acts as a mirror producing a reflected beam 57 having a coherence layer 58 with a coherence vector still parallel to its direction of propagation. For diffraction of higher order than zero order, m = 1.2, â € ¦, according to known relationships in the field of radiation diffraction, the angular dispersion, which is a function of the diffraction angle, which in turn depends from the incident wavelength, it causes a time delay in the diffracted beam. The time delay introduced by the angular dispersion gives rise to an inclination angle J of the coherence unit vector. Therefore, the diffracted beam 51 with order m¹0 which propagates along a direction of propagation has a coherence layer 54 whose coherence vector is inclined by an angle J with respect to said direction of propagation.

L’angolo di inclinazione J tra il versore di coerenza e la direzione di propagazione del fascio diffratto dipende da diversi fattori quali il passo del reticolo, l’angolo di incidenza g del fascio e l’angolo di deviazione y del fascio diffratto e può essere selezionato agendo su uno o più di questi parametri. Ad esempio, l’angolo di inclinazione può essere variato variando l’angolo di incidenza del fascio sul reticolo. Da considerazioni puramente geometriche, l’angolo di inclinazione può essere calcolato tramite la relazione: The angle of inclination J between the coherence vector and the direction of propagation of the diffracted beam depends on various factors such as the pitch of the grating, the angle of incidence g of the beam and the angle of deviation y of the diffracted beam and can be selected by acting on one or more of these parameters. For example, the angle of inclination can be varied by varying the angle of incidence of the beam on the grating. From purely geometric considerations, the angle of inclination can be calculated through the relation:

g g

tanJ =tan y -<sin>. (3) tanJ = tan y - <sin>. (3)

cos y cos y

Il sistema di orientazione di coerenza 45 della radiazione à ̈ preferibilmente configurato in modo da estrarre il fascio diffratto del primo ordine. Preferibilmente, il sistema 45 comprende una prima lente convergente 52 ed una seconda lente convergente 53, il reticolo di diffrazione essendo posizionato nel fuoco anteriore (distanza focale f) della prima lente convergente e la seconda lente convergente essendo posizionata ad una distanza 2f rispetto alla prima lente in modo da formare l'immagine del reticolo di diffrazione 50 su un determinato piano immagine 59 e selezionare il fascio diffratto del primo ordine di diffrazione (m=1). Il fascio diffratto 56 di radiazione del primo ordine con strati di coerenza 55 inclinati rispetto alla sua direzione di propagazione (capovolti di 90° dal passaggio attraverso la coppia di lenti) esce dal sistema 45 per essere diretto al mezzo da analizzare. Il sistema ottico formato dalle due lenti crea un’immagine uguale in intensità e fase del campo in prossimità del reticolo all’interno del mezzo investigato. Preferibilmente, il mezzo à ̈ posizionato ad una distanza all’incirca uguale alla distanza focale f della seconda lente convergente, in modo tale che le componenti del fascio di radiazione diffusa a differenti lunghezza d’onda si sovrappongano. All’interno del volume investigato, i fasci di radiazione di onde secondarie hanno regioni di coerenza con lunghezza di coerenza longitudinale che cresce con la distanza dalla zona di sovrapposizione tra i fasci di radiazione diffusa. The radiation coherence orientation system 45 is preferably configured so as to extract the first order diffracted beam. Preferably, the system 45 comprises a first converging lens 52 and a second converging lens 53, the diffraction grating being positioned in the front focus (focal distance f) of the first converging lens and the second converging lens being positioned at a distance 2f with respect to the first lens so as to form the image of the diffraction grating 50 on a determined image plane 59 and select the diffracted beam of the first order of diffraction (m = 1). The diffracted beam 56 of first order radiation with coherence layers 55 inclined with respect to its direction of propagation (inverted by 90 ° from the passage through the pair of lenses) leaves the system 45 to be directed to the medium to be analyzed. The optical system formed by the two lenses creates an image equal in intensity and phase of the field near the lattice inside the investigated medium. Preferably, the medium is positioned at a distance approximately equal to the focal distance f of the second converging lens, so that the components of the scattered radiation beam at different wavelengths overlap. Within the investigated volume, the secondary wave radiation beams have coherence regions with a longitudinal coherence length that increases with the distance from the overlap area between the scattered radiation beams.

Altre forme di realizzazione del sistema di orientazione di coerenza 45 di figura 6 possono comprendere differenti dispositivi per la selezione dell’ordine di diffrazione della radiazione diffratta. Ad esempio, il sistema 45 può comprendere una lente convergente, nel quale il reticolo à ̈ posizionato nel fuoco anteriore della lente che converge il fascio diffratto del primo ordine in un determinato piano esterno al sistema 45, il mezzo da analizzare essendo posizionato in modo tale che tale piano coniugato al reticolo lo attraversi . E’ da intendersi che il sistema può essere configurato in modo da far uscire fasci diffratti dell’ordine superiore al primo. Other embodiments of the coherence orientation system 45 of Figure 6 may comprise different devices for the selection of the diffraction order of the diffracted radiation. For example, the system 45 can comprise a converging lens, in which the grating is positioned in the front focus of the lens which converges the first order diffracted beam in a specific plane outside the system 45, the medium to be analyzed being positioned in such a way that this plane conjugated to the lattice crosses it. It is to be understood that the system can be configured in such a way as to release diffracted beams of the order higher than the first.

In un’altra forma di realizzazione, il sistema di orientazione di coerenza comprende un reticolo di diffrazione, operante per trasmissione che può essere utilizzato in caso di radiazione incidente nella regione spettrale del visibile (380-760 nm) o dei raggi X molli (e.g., 1-20 nm). In another embodiment, the coherence orientation system comprises a diffraction grating, operating by transmission that can be used in case of incident radiation in the visible spectral region (380-760 nm) or soft X-rays ( e.g., 1-20 nm).

In una ulteriore forma di realizzazione il sistema di orientazione di coerenza comprende un prisma dispersivo che introduce un ritardo temporale progressivamente crescente trasversalmente al fascio incidente e quindi un’inclinazione delle regioni di coerenza. Senza voler essere vincolati da nessuna particolare teoria, relazioni che governano il ritardo temporale in un impulso laser del ps sono descritte ad esempio in “Group velocity dispersion in prisms and its application to pulse compression and travelling-wave excitation†di Zs. Bor e B. Rácz, pubblicato in Optics Communications (1985), vol. 54, n. 3, pagina 165. Un sistema comprendente un prisma dispersivo può essere utilizzato in apparati che analizzano mezzi per mezzo di radiazione incidente nella regione spettrale del visibile o dei raggi X, sia duri che molli. In a further embodiment, the coherence orientation system comprises a dispersive prism which introduces a progressively increasing time delay transversely to the incident beam and therefore an inclination of the coherence regions. Without wishing to be bound by any particular theory, relations governing the time delay in a laser pulse of the ps are described for example in Zs 'Group velocity dispersion in prisms and its application to pulse compression and traveling-wave excitation'. Bor and B. Rácz, published in Optics Communications (1985), vol. 54, n. 3, page 165. A system comprising a dispersive prism can be used in apparatuses that analyze media by means of incident radiation in the spectral region of the visible or of X-rays, both hard and soft.

In una diversa forma di realizzazione, il sistema di orientazione di coerenza comprende un dispositivo diffrattivo con struttura a multistrato che opera come dispositivo di riflessione alla Bragg, quale ad esempio una struttura multistrato Si/Mo utilizzata tipicamente per la diffrazione nella regione spettrale che comprende i raggi X molli e il campo dell’estremo ultravioletto, e.g. 1-30 nm. La struttura a multistrato può essere configurata in modo tale che la riflessione avvenga in modo simmetrico oppure in modo non simmetrico, vale a dire può essere configurata con la sua superficie esterna rispettivamente parallela o non parallela ai piani che generano la riflessione di Bragg. In a different embodiment, the coherence orientation system comprises a diffractive device with a multilayer structure that operates as a Bragg reflection device, such as for example a Si / Mo multilayer structure typically used for diffraction in the spectral region that includes the soft X-rays and the extreme ultraviolet field, e.g. 1-30 nm. The multilayer structure can be configured in such a way that the reflection occurs in a symmetrical or non-symmetrical way, that is to say it can be configured with its external surface respectively parallel or not parallel to the planes that generate the Bragg reflection.

Una ancora ulteriore forma di realizzazione à ̈ diretta ad un sistema atto ad inclinare le regioni di coerenza che include un elemento diffrattivo che comprende un reticolo cristallino bi- o tri-dimensionale, quale un cristallo fotonico. Ad esempio, un monocristallo di silicio può essere utilizzato in un apparato che analizza un mezzo tramite radiazione nella regione spettrale che comprende i raggi X duri nell’intervallo di lunghezze d’onda di circa 0,1-1 nm. Il reticolo cristallino può essere configurato in modo tale che la riflessione avvenga in modo simmetrico oppure in modo non simmetrico, vale a dire il reticolo può essere configurato con la sua superficie esterna rispettivamente parallela o non parallela ai piani che generano la diffrazione di Bragg. A still further embodiment is directed to a system suitable for tilting the coherence regions which includes a diffractive element which comprises a two- or three-dimensional crystal lattice, such as a photonic crystal. For example, a silicon single crystal can be used in an apparatus that analyzes a medium by means of radiation in the spectral region that includes hard X-rays in the wavelength range of about 0.1-1 nm. The crystal lattice can be configured in such a way that the reflection occurs in a symmetrical or non-symmetrical way, that is to say the lattice can be configured with its external surface respectively parallel or not parallel to the planes that generate the Bragg diffraction.

In alcune forme di realizzazione, il sistema atto ad inclinare le regioni di coerenza di radiazione nello spettro di lunghezze d’onda da 0,1 nm a 1400 nm include almeno un elemento di dispersione spettrale costituito da un elemento diffrattivo e/o rifrattivo. Sebbene le forme di realizzazione preferite siano dirette ad un metodo ed ad un apparato nel quale il fascio di investigazione sia selezionato in uno spettro di lunghezze d’onda idoneo per la caratterizzazione di sistemi disordinati e/o informazioni dinamiche su transizioni ordine-disordine o cambiamenti di simmetria, la presente invenzione non esclude che la radiazione incidente il mezzo da analizzare sia un fascio di elettroni, ad esempio con lunghezze d’onda dell’ordine di 0,1 nm. In tal caso, una possibile applicazione à ̈ la caratterizzazione delle classi cristallografiche per mezzo dell’analisi della radiazione diffusa da un mezzo ordinato, quale un solido con struttura cristallina. In some embodiments, the system adapted to incline the regions of coherence of radiation in the spectrum of wavelengths from 0.1 nm to 1400 nm includes at least one spectral dispersion element consisting of a diffractive and / or refractive element. Although the preferred embodiments are directed to a method and an apparatus in which the investigation beam is selected in a spectrum of wavelengths suitable for the characterization of disordered systems and / or dynamic information on order-disorder transitions or symmetry changes, the present invention does not exclude that the incident radiation the medium to be analyzed is a beam of electrons, for example with wavelengths of the order of 0.1 nm. In this case, a possible application is the characterization of crystallographic classes by means of the analysis of the radiation diffused by an ordered medium, such as a solid with a crystalline structure.

La figura 7 illustra schematicamente un apparato di caratterizzazione di proprietà di un mezzo secondo una forma di realizzazione della presente invenzione. L’apparato della forma realizzativa di figura 7 à ̈ particolarmente adatto per la caratterizzazione di un sistema colloidale quale una sospensione colloidale immersa in un mezzo liquido tramite la diffusione dinamica di luce visibile. L’apparato di analisi 60 comprende una sorgente 61 che include un laser a diodo 62, connesso elettricamente ad un alimentatore 63 che fornisce una corrente operativa inferiore al valore di soglia per l'effetto laser (i.e. alimentazione sotto soglia). Preferibilmente, nel caso di luce visibile, il laser a diodo à ̈ un laser a semiconduttore, nel quale la faccia frontale à ̈ trattata con un rivestimento antiriflesso. Ad esempio, il laser a diodo à ̈ un laser commerciale SAL-660-25 prodotto dalla Sacher Lasertechnik tipicamente utilizzato per cavità esterna con lunghezza d'onda centrale della banda di emissione di 660 nm, larghezza di banda a mezza altezza (FWHM) di 8 nm, quando mantenuto sotto soglia, e potenza di uscita dell'ordine di 0,2 mW. Il fascio che esce dal diodo laser à ̈ collimato tramite un elemento ottico collimatore, e.g. una lente asferica 64, in modo da ottenere un fascio di luce collimato 67 del diametro di circa 1 mm. Quando operato sotto soglia, il laser indicato nell’esempio produce un fascio con regioni di coerenza di forma bi-dimensionale ad anello ellittico di lunghezza di coerenza longitudinale, lc, di circa 20 mm e di lunghezza di coerenza trasversale, lt, a valle del dispositivo collimatore, pari a circa il diametro del fascio (i.e., singolo modo trasversale). Il fascio emesso dalla sorgente dell’esempio sopra riportato, quando collimato dall’elemento ottico collimatore, può mantenere le proprietà di coerenza fino ad una distanza di qualche metro dall’elemento ottico di collimazione. Il versore di coerenza del fascio emesso dalla sorgente à ̈ parallelo alla direzione di propagazione. Figure 7 schematically illustrates a medium property characterization apparatus according to an embodiment of the present invention. The apparatus of the embodiment of figure 7 is particularly suitable for the characterization of a colloidal system such as a colloidal suspension immersed in a liquid medium through the dynamic diffusion of visible light. The analysis apparatus 60 comprises a source 61 which includes a diode laser 62, electrically connected to a power supply 63 which supplies an operating current lower than the threshold value for the laser effect (i.e. power supply below the threshold). Preferably, in the case of visible light, the diode laser is a semiconductor laser, in which the front face is treated with an anti-reflective coating. For example, the diode laser is a commercial laser SAL-660-25 manufactured by Sacher Lasertechnik typically used for external cavity with central wavelength of the emission band of 660 nm, half-height bandwidth (FWHM) of 8 nm, when kept below threshold, and output power of the order of 0.2 mW. The beam exiting the laser diode is collimated by a collimating optical element, e.g. an aspherical lens 64, so as to obtain a collimated light beam 67 with a diameter of about 1 mm. When operated below the threshold, the laser indicated in the example produces a beam with coherence regions of two-dimensional shape with an elliptical ring having a longitudinal coherence length, lc, of about 20 mm and a transversal coherence length, lt, downstream of the collimator device, equal to approximately the diameter of the beam (i.e., single transverse mode). The beam emitted by the source of the above example, when collimated by the collimating optical element, can maintain the coherence properties up to a distance of a few meters from the collimating optical element. The coherence vector of the beam emitted by the source is parallel to the direction of propagation.

In una diversa forma realizzativa, la sorgente 61 può comprendere un diodo LED superluminescente, ad esempio un modulo diodo superluminescente commerciale prodotto dalla Superlum Diodes Ldt. e che opera nello spettro del visibile. In a different embodiment, the source 61 can comprise a superluminescent LED diode, for example a commercial superluminescent diode module produced by Superlum Diodes Ldt. and which operates in the visible spectrum.

Nel caso la sorgente non sia atta a generare un fascio di radiazione coerente nella direzione trasversale, la radiazione incidente può essere resa coerente spazialmente per mezzo di un filtraggio spaziale, ad esempio facendo passare il fascio emesso dalla sorgente attraverso un’apertura passante (“pinhole†, non mostrata) di dimensioni dello stesso ordine della lunghezza di coerenza trasversale desiderata. Il fascio di luce 67 incide su un sistema di orientazione di coerenza 65 per radiazione a bassa coerenza. Il sistema 65 à ̈ ad esempio del tipo descritto con riferimento alla figura 6 e comprende un reticolo di diffrazione 66 operante in riflessione, ad esempio uno strato riflettente con passo di reticolo di 600 linee per millimetro ed angolato (blazed) di 17,5°. La posizione del reticolo viene regolata in modo che l'angolo di deviazione tra il fascio 67 che incide sul reticolo e il risultante fascio diffratto dal reticolo, g+y nelle equazioni (2) e (3), sia di circa 115°. Il fascio diffratto ha regioni di coerenza con lunghezza di coerenza longitudinale uguale alla lunghezza di coerenza del fascio emesso dalla sorgente ma con versore di coerenza inclinato rispetto alla direzione di propagazione di circa 45°. Il primo ordine del fascio di luce diffratto 70 viene raccolto da una coppia di lenti convergenti 68 e 69, ciascuna avente distanza focale f=15 cm, e diretto quale fascio 71 verso il mezzo da sottoporre ad analisi. Il mezzo (non indicato in figura), ad esempio una sospensione di colloidi in acqua, à ̈ contenuto in una cella 72 di sezione quadrangolare, ad esempio di sezione quadrata a facce piane parallele, trasparente in vetro e con cammino ottico 1 cm. La direzione di incidenza del fascio di radiazione à ̈ perpendicolare alla faccia di incidenza della cella 72. Il fascio incidente 71 investe un volume del mezzo avente uno spessore dello stesso ordine di grandezza della lunghezza longitudinale di coerenza del fascio (i.e. circa 20 mm). La luce diffusa dai centri di diffusione (i.e. particelle) nel volume investigato à ̈ raccolta ad un angolo di rivelazione a rispetto alla direzione di incidenza. Nell’apparato di figura 7, un sistema di rivelazione 80 à ̈ posizionato in modo tale che il rivelatore à ̈ atto a raccogliere la luce diffusa ad un angolo a di circa 90°. Preferibilmente, il rivelatore ha apertura angolare non superiore all’angolo di apertura per diffrazione dei centro di diffusione contenuti nel volume del mezzo irradiato dal fascio. If the source is not capable of generating a beam of coherent radiation in the transverse direction, the incident radiation can be made spatially coherent by means of spatial filtering, for example by passing the beam emitted by the source through a through opening (â € œpinholeâ €, not shown) of dimensions of the same order as the desired transverse coherence length. The light beam 67 impacts a coherence orientation system 65 for low coherence radiation. The system 65 is for example of the type described with reference to Figure 6 and comprises a diffraction grating 66 operating in reflection, for example a reflecting layer with a grating pitch of 600 lines per millimeter and angled (blazed) of 17.5 ° . The position of the grating is adjusted so that the angle of deviation between the beam 67 affecting the grating and the resulting beam diffracted from the grating, g + y in equations (2) and (3), is approximately 115 °. The diffracted beam has coherence regions with a longitudinal coherence length equal to the coherence length of the beam emitted by the source but with a coherence versor inclined with respect to the direction of propagation of about 45 °. The first order of the diffracted light beam 70 is collected by a pair of converging lenses 68 and 69, each having a focal distance f = 15 cm, and directed as a beam 71 towards the medium to be analyzed. The medium (not shown in the figure), for example a suspension of colloids in water, is contained in a cell 72 with a quadrangular section, for example a square section with parallel flat faces, transparent in glass and with an optical path of 1 cm. The direction of incidence of the radiation beam is perpendicular to the incident face of cell 72. The incident beam 71 strikes a volume of the medium having a thickness of the same order of magnitude as the longitudinal coherence length of the beam (ie about 20 mm). The light scattered by the scattering centers (i.e. particles) in the investigated volume is collected at a detection angle a with respect to the direction of incidence. In the apparatus of figure 7, a detection system 80 is positioned in such a way that the detector is able to collect the scattered light at an angle a of about 90 °. Preferably, the detector has an angular opening not greater than the opening angle by diffraction of the diffraction center contained in the volume of the medium radiated by the beam.

Il sistema di rivelazione comprende una lente convergente 73, ad esempio con distanza focale di 2 cm, che invia la luce raccolta in una fibra ottica 78, la cui porzione terminale di ingresso à ̈ accoppiata otticamente ad una lente con indice di rifrazione graduato (lente GRIN) 74 di lunghezza 2,5 mm e passo di 0,25 per accoppiare l’apertura numerica della luce raccolta dalla lente con l’apertura numerica della fibra ottica e selezionare un singolo speckle nella distribuzione di speckle della luce diffusa dal sistema colloidale. La luce in uscita dalla fibra ottica viene inviata ad un rivelatore 77 che comprende un fotodiodo a valanga che restituisce in uscita un segnale elettrico. In un’altra forma realizzativa, il sistema di rivelazione comprende un tubo fotomoltiplicatore. The detection system comprises a converging lens 73, for example with a focal length of 2 cm, which sends the light collected in an optical fiber 78, the input terminal portion of which is optically coupled to a lens with a graduated refractive index (lens GRIN) 74 with a length of 2.5 mm and a pitch of 0.25 to couple the numerical aperture of the light collected by the lens with the numerical aperture of the optical fiber and select a single speckle in the speckle distribution of the light diffused by the system colloidal. The light leaving the optical fiber is sent to a detector 77 which comprises an avalanche photodiode which returns an electrical signal at the output. In another embodiment, the detection system comprises a photomultiplier tube.

La porzione dinamica del segnale elettrico in uscita dal rivelatore contiene l’informazione sulle fluttuazioni temporali in intensità della luce diffusa dal mezzo (i.e. segnale dinamico). Il segnale elettrico in uscita dal rivelatore à ̈ inviato ad un dispositivo correlatore 76, ad esempio un correlatore elettronico, che analizza la porzione dinamica del segnale e da essa calcola la funzione di correlazione temporale dell’intensità della luce diffusa, con metodi per sé noti. Ad esempio, il segnale in uscita dalla fibra ottica à ̈ inviato ad un fotodiodo a valanga compreso in uno strumento commerciale per l’analisi della diffusione dinamica di luce, Brookhaven ZetaPlus della Brookhaven Instruments, che comprende un correlatore elettronico digitale in grado di calcolare la funzione di correlazione in tempi che vanno dall’ordine del ms al secondo. The dynamic portion of the electrical signal leaving the detector contains information on temporal fluctuations in intensity of the light scattered by the medium (i.e. dynamic signal). The electrical signal coming out of the detector is sent to a correlator device 76, for example an electronic correlator, which analyzes the dynamic portion of the signal and from it calculates the temporal correlation function of the intensity of the scattered light, with methods per se © known. For example, the output signal from the optical fiber is sent to an avalanche photodiode included in a commercial instrument for analyzing the dynamic diffusion of light, Brookhaven ZetaPlus from Brookhaven Instruments, which includes a digital electronic correlator capable of calculating the correlation function in times ranging from the order of the ms to the second.

Infine, il dispositivo correlatore può essere interfacciato ad un’unità di elaborazione (e.g. Central Processing Unit, CPU), ad esempio un PC 75, che acquisisce la funzione di correlazione temporale elaborata dal dispositivo correlatore e la analizza. Ad esempio, l’analisi comprende l’interpolazione (fitting) della funzione di correlazione con una funzione matematica costituita dalla somma di una pluralità di esponenziali decrescenti e avente come parametri di interpolazione l’ampiezza e il tempo di decadimento di ciascun esponenziale. L'ampiezza e il tempo di decadimento di ogni esponenziale permettono di risalire al diametro e alla densità dei colloidi in sospensione ed in generale dei centri di diffusione compresi nel mezzo. Finally, the correlator device can be interfaced with a processing unit (e.g. Central Processing Unit, CPU), for example a PC 75, which acquires the time correlation function processed by the correlator device and analyzes it. For example, the analysis includes the interpolation (fitting) of the correlation function with a mathematical function consisting of the sum of a plurality of decreasing exponentials and having as interpolation parameters the amplitude and decay time of each exponential . The amplitude and the decay time of each exponential allow to trace the diameter and density of the colloids in suspension and in general of the diffusion centers included in the medium.

Nell’apparato di analisi 60 della presente forma di realizzazione à ̈ utilizzato uno schema omodino di rivelazione, ovvero il fascio di luce diffusa colpisce direttamente il rivelatore. Tuttavia, la presente forma realizzativa può contemplare un sistema di rivelazione a schema eterodino, in cui una parte del fascio incidente sul mezzo da analizzare à ̈ aggiunta al fascio diffuso. In the analysis apparatus 60 of the present embodiment a homodyne detection scheme is used, ie the scattered light beam hits the detector directly. However, the present embodiment can contemplate a detection system with a heterodyne pattern, in which a part of the beam incident on the medium to be analyzed is added to the scattered beam.

In alcune forme di realizzazione, il sistema di rivelazione comprende un rivelatore a canale multiplo quale un sensore CCD. In some embodiments, the detection system comprises a multiple channel detector such as a CCD sensor.

La figura 8 mostra la funzione di correlazione temporale, C(t), della luce diffusa da un campione contenente nano-sfere calibrate in polistirene di 150 nm di diametro in funzione del tempo t (ms) per diverse condizioni di coerenza. La luce diffusa à ̈ rivelata ad un angolo di rivelazione di circa 90°. La curva con linea continua à ̈ la funzione di correlazione derivata da luce diffusa dal campione irradiato da luce laser coerente (i.e., con lunghezza di coerenza longitudinale di qualche mm) a 660 nm e segue la legge tipica di un decadimento esponenziale, caratteristico del moto Browniano dei colloidi. Il contrasto à ̈ vicino al 30%. Le altre due curve rappresentano la funzione di correlazione calcolata da luce diffusa dal campione irradiato da luce a coerenza longitudinale corta, con lunghezza d’onda centrale di 660 nm e lunghezza di coerenza longitudinale di circa 17 mm. Nella curva con linea tratteggiata, la luce incidente ha versore di coerenza parallelo alla direzione di incidenza sul campione, mentre nella curva con linea punteggiata la luce incidente ha regione di coerenza con versore di coerenza inclinato di 45°. Nel caso di versore di coerenza non inclinato rispetto alla direzione di propagazione del fascio, la curva à ̈ sostanzialmente piatta, dovuto al fatto che la lunghezza di coerenza longitudinale à ̈ più corta delle differenze di lunghezza del cammino ottico tra i fasci diffusi dalle diverse regioni del campione. Inclinando la coerenza, la funzione di correlazione à ̈ ben visibile, con contrasto di circa 13%, ed à ̈ tale da permettere di valutare i tempi e/o le ampiezze di decadimento dal decadimento esponenziale della curva e quindi di derivare informazioni strutturali del mezzo, quali il diametro dei colloidi contenuti nella sospensione colloidale. Figure 8 shows the time correlation function, C (t), of the scattered light from a sample containing 150 nm diameter calibrated polystyrene nano-spheres as a function of time t (ms) for different coherence conditions. The scattered light is detected at a detection angle of approximately 90 °. The curve with solid line is the correlation function derived from light diffused from the sample irradiated by coherent laser light (i.e., with a longitudinal coherence length of a few mm) at 660 nm and follows the typical law of an exponential decay, characteristic of motion Colloid Brownian. The contrast is close to 30%. The other two curves represent the correlation function calculated by scattered light from the sample irradiated by short longitudinal coherence light, with a central wavelength of 660 nm and a longitudinal coherence length of about 17 mm. In the curve with a dashed line, the incident light has a coherence versor parallel to the direction of incidence on the sample, while in the curve with a dotted line the incident light has a coherence region with a coherence unit vector inclined at 45 °. In the case of a coherence vectoror not inclined with respect to the direction of propagation of the beam, the curve is substantially flat, due to the fact that the longitudinal coherence length is shorter than the differences in the length of the optical path between the beams scattered by the different regions of the sample. By tilting the coherence, the correlation function is clearly visible, with a contrast of about 13%, and is such as to allow to evaluate the decay times and / or amplitudes from the exponential decay of the curve and therefore to derive structural information of the medium , such as the diameter of the colloids contained in the colloidal suspension.

La misura della diffusione dinamica di luce nello spettro del visibile secondo la presente invenzione può essere utilizzata, ad esempio, per la misura dei diametri di colloidi in sistemi colloidali. Colloidi di diametri maggiori, e.g. da 800 nm a circa 1 mm, possono essere studiati con luce incidente nello spettro del vicino infrarosso, nel caso i mezzi liquidi della sospensione colloidale non siano opachi agli infrarossi. A titolo esemplificativo, i sistemi colloidali che possono essere analizzati includono colloidi composti da polimeri, solidi o liquidi, in particolare colle e vernici; micelle e liposomi composti da lipidi, di interesse per la produzione di farmaci o prodotti di parafarmacia; polveri di dimensioni micrometriche o nanometriche, interessanti sia come prodotti (cementi, cosmetici) sia per il monitoraggio ambientale di elementi inquinanti (nanoparticelle tossiche, PM10, polveri di amianto). In generale, la tecnica permette il monitoraggio di processi di produzione, nei quali à ̈ necessario controllare fase per fase la distribuzione di dimensioni di particelle, sia in fase di disgregazione (ad esempio, macinatura) sia in fase di crescita (ad esempio, crescita di particelle con diametro controllato). The measurement of the dynamic diffusion of light in the visible spectrum according to the present invention can be used, for example, for the measurement of the diameters of colloids in colloidal systems. Colloids of larger diameters, e.g. from 800 nm to about 1 mm, can be studied with incident light in the near infrared spectrum, if the liquid media of the colloidal suspension are not opaque to infrared. By way of example, the colloidal systems that can be analyzed include colloids composed of polymers, solids or liquids, in particular glues and paints; micelles and liposomes composed of lipids, of interest for the production of drugs or parapharmacy products; powders of micrometric or nanometric dimensions, interesting both as products (cements, cosmetics) and for the environmental monitoring of polluting elements (toxic nanoparticles, PM10, asbestos dust). In general, the technique allows the monitoring of production processes, in which it is necessary to control step by step the distribution of particle sizes, both in the disintegration phase (for example, grinding) and in the growth phase (for example, growth of particles with controlled diameter).

Preferibilmente, la sorgente di luce per l’investigazione del mezzo à ̈ atta ad emettere radiazione con lunghezza di coerenza longitudinale inferiore a 1 mm, più preferibilmente inferiore a 100 mm. Si nota tuttavia che la selezione della radiazione a coerenza longitudinale corta con una appropriata lunghezza di coerenza longitudinale dipende dalla dimensione media dei centri di diffusione che si vogliono investigare. Si osserva che l'utilizzo di un fascio di radiazione con coerenza inclinata rende possibile la misura di diffusione dinamica anche con radiazione di lunghezza di coerenza longitudinale minore della differenza di cammino ottico della radiazione diffusa dalle diverse zone del volume investigato del mezzo, nella direzione di rivelazione. Preferably, the light source for the investigation of the medium is capable of emitting radiation with a longitudinal coherence length of less than 1 mm, more preferably less than 100 mm. However, it is noted that the selection of the short longitudinal coherence radiation with an appropriate longitudinal coherence length depends on the average size of the scattering centers to be investigated. It is observed that the use of a radiation beam with inclined coherence makes it possible to measure dynamic scattering even with radiation having a longitudinal coherence length smaller than the optical path difference of the radiation scattered by the different areas of the investigated volume of the medium, in the direction of revelation.

L’utilizzo di luce incidente a coerenza longitudinale corta annulla o riduce drasticamente il contributo della diffusione multipla nel segnale rilevato. Questo fatto à ̈ particolarmente vantaggioso nel caso di analisi di campioni torbidi o ad elevata concentrazione di particelle, nei quali la diffusione multipla impedisce una corretta valutazione dei diametri o della concentrazione delle particelle. The use of incident light with short longitudinal coherence cancels or drastically reduces the contribution of multiple scattering in the detected signal. This fact is particularly advantageous in the case of analysis of turbid samples or with a high concentration of particles, in which the multiple diffusion prevents a correct evaluation of the diameters or the concentration of the particles.

La Richiedente ha capito che la tecnica di misura secondo i principi generali della presente invenzione può essere utilizzata per misurare caratteristiche strutturali di dimensione dell’ordine di circa 1-30 nm, o anche inferiori al nm, in mezzi con variazione di densità elettronica, analizzando la diffusione della radiazione X, in generale comprendendo nello spettro le lunghezze d’onda tipicamente indicate come estremo ultravioletto (UV), e.g. 20-30 nm. Caratterizzazioni strutturali tramite la radiazione X in genere richiedono che il fascio di investigazione possieda una adeguata coerenza longitudinale, i.e. che incida sul mezzo con radiazione quasi monocromatica. Tipicamente, per ottenere una adeguata lunghezza di coerenza longitudinale nella radiazione X emessa da una sorgente, à ̈ necessario l’utilizzo di un monocromatore che però riduce drasticamente, anche di tre ordini di grandezza, la potenza della radiazione utile all’investigazione e quindi la sensibilità delle misure che utilizzano la radiazione diffusa. Con l’avvento delle sorgenti di radiazione di sincrotrone, caratterizzate da un’elevata intensità, à ̈ stato possibile utilizzare la radiazione di raggi X con un sufficiente grado di coerenza per condurre misure dinamiche sulla diffusione. Tuttavia, le sorgenti di sincrotrone hanno l’evidente svantaggio di essere estremamente costose e non facilmente implementabili. The Applicant has understood that the measurement technique according to the general principles of the present invention can be used to measure structural characteristics of the order of about 1-30 nm, or even lower than nm, in media with variation of electron density, analyzing the diffusion of the X radiation, in general including in the spectrum the wavelengths typically indicated as extreme ultraviolet (UV), e.g. 20-30 nm. Structural characterizations by means of X-radiation generally require that the investigation beam possesses adequate longitudinal coherence, i.e. which affects the medium with almost monochromatic radiation. Typically, to obtain an adequate length of longitudinal coherence in the X radiation emitted by a source, it is necessary to use a monochromator which, however, drastically reduces, even by three orders of magnitude, the power of the radiation useful for the investigation and hence the sensitivity of the measurements that use diffused radiation. With the advent of synchrotron radiation sources, characterized by high intensity, it was possible to use X-ray radiation with a sufficient degree of coherence to conduct dynamic measurements on diffusion. However, synchrotron sources have the obvious disadvantage of being extremely expensive and not easily implemented.

La figura 9 illustra schematicamente una forma di realizzazione della presente invenzione. L’apparato della forma realizzativa di figura 9 à ̈ particolarmente adatto per la caratterizzazione della struttura di un mezzo tramite la diffusione di raggi X molli, lunghezza d’onda compresa tra circa 1 nm e 20 nm. L’apparato 90 comprende una sorgente 91 di radiazione elettromagnetica di raggi X. Ad esempio, la sorgente comprende un tubo microfocus 92 a raggi X, con area di emissione di diametro di 10 mm, che emette radiazione di “bremsstrahlung†, con massimo di potenza di emissione ad una lunghezza d'onda centrale di 1 nm e larghezza di banda dell’ordine del 50% della lunghezza di picco. Tale sorgente si può quindi definire, per gli scopi di alcune forme di realizzazione della presente invenzione, una sorgente di radiazione incoerente sia longitudinalmente che trasversalmente. Figure 9 schematically illustrates an embodiment of the present invention. The apparatus of the embodiment of figure 9 is particularly suitable for the characterization of the structure of a medium through the diffusion of soft X-rays, wavelength between about 1 nm and 20 nm. The apparatus 90 comprises a source 91 of electromagnetic X-ray radiation. For example, the source comprises an X-ray microfocus 92 tube, with an emission area of diameter of 10 mm, which emits radiation of â € œbremsstrahlungâ €, with maximum emission power at a central wavelength of 1 nm and bandwidth of the order of 50% of the peak length. This source can therefore be defined, for the purposes of some embodiments of the present invention, a source of incoherent radiation both longitudinally and transversely.

La radiazione emessa dalla sorgente 91 passa attraverso un sistema di orientazione di coerenza 93 che comprende un elemento di dispersione spettrale. L’elemento di dispersione spettrale à ̈ un diffrativo che comprende una prima maschera 97, posizionata ad esempio ad una distanza L di circa 10 cm dal tubo a raggi X, che include un foglio metallico 96 opaco ai raggi X (ad esempio di platino), sul quale à ̈ realizzata una regione trasparente alla trasmissione di raggi X. Ad esempio, la regione trasparente include un foro o apertura passante 95 (pin-hole), ad esempio un foro di diametro di 12 mm realizzato nel metallo, ed una griglia 98 di lamelle parallele di materiale opaco alla radiazione, tale griglia essendo sovrapposta al foro. The radiation emitted by the source 91 passes through a coherence orientation system 93 which includes a spectral dispersion element. The spectral dispersion element is a diffrative that comprises a first mask 97, positioned for example at a distance L of about 10 cm from the X-ray tube, which includes an X-ray opaque 96 metal sheet (for example of platinum ), on which a transparent region is made to the transmission of X-rays. For example, the transparent region includes a hole or through opening 95 (pin-hole), for example a hole with a diameter of 12 mm made in the metal, and a grid 98 of parallel lamellae of material opaque to the radiation, this grid being superimposed on the hole.

La griglia 98, ad esempio con passo di reticolo di 100 nm e rapporto di copertura del 50%, associata alla regione trasparente alla trasmissione dei raggi X agisce come reticolo di diffrazione che opera in trasmissione e che introduce una dispersione angolare nel fascio che lo attraversa originando fasci diffratti di radiazione di ordine spettrale m (m=0,1,..) che emergono dal lato opposto a quello di incidenza sul reticolo. Per m>0, la dispersione angolare provoca un’inclinazione delle regioni di coerenza di un angolo di inclinazione J dei fasci diffratti trasmessi. La prima maschera 97, ed in particolare l’elemento diffrattivo realizzato dalla griglia 98 disposta in corrispondenza dell’apertura della prima maschera, ha pertanto principalmente due funzioni: aumenta la lunghezza di coerenza longitudinale e inclina le regioni di coerenza della radiazione. Preferibilmente, la prima maschera à ̈ atta a produrre un filtraggio spaziale in modo da ottenere la coerenza spaziale trasversale. Si osserva che un pin-hole, quale il foro 95 compreso nella prima maschera, opera come filtro spaziale introducendo una coerenza trasversale di lunghezza di coerenza trasversale corrispondente alla dimensione dell’apertura. The grid 98, for example with a grating pitch of 100 nm and a coverage ratio of 50%, associated with the region transparent to the transmission of X-rays acts as a diffraction grating that operates in transmission and introduces an angular dispersion in the beam that passes through it. originating diffracted beams of radiation of spectral order m (m = 0.1, ..) which emerge from the side opposite to that of incidence on the grating. For m> 0, the angular dispersion causes an inclination of the coherence regions by an inclination angle J of the transmitted diffracted beams. The first mask 97, and in particular the diffractive element created by the grid 98 arranged in correspondence with the opening of the first mask, therefore has mainly two functions: it increases the length of longitudinal coherence and inclines the regions of coherence of the radiation. Preferably, the first mask is adapted to produce spatial filtering in order to obtain transverse spatial coherence. It is observed that a pin-hole, such as the hole 95 included in the first mask, operates as a spatial filter by introducing a transversal coherence of transversal coherence length corresponding to the size of the opening.

Il fascio diffratto con ordine non zero dal dispositivo 93 ha regioni di coerenza con strato di coerenza inclinato di un angolo J rispetto alla direzione di propagazione indicata in figura con la freccia 111 e passa attraverso una seconda maschera 101 disposta ad una distanza di circa 2 mm dalla prima maschera 97. La seconda maschera 101 à ̈ atta a selezionare il primo ordine di diffrazione (m=±1) e comprende un foglio metallico 103 opaco alla radiazione che include un pinhole 102. Per un pinhole di diametro di circa 10 mm il primo ordine di diffrazione della radiazione à ̈ trasmesso ad un angolo di inclinazione J di circa 0,01 radiante, pari all’angolo di diffrazione del reticolo, rispetto al fascio 112 trasmesso dalla maschera (m=0). Allontanandosi dalla prima maschera i fasci diffratti si separano progressivamente e di conseguenza la lunghezza di coerenza longitudinale cresce. Con riferimento all’esempio sopra riportato, all’uscita della seconda maschera 101, un fascio di larghezza spettrale, Dl, di circa il 10% rispetto alla lunghezza d'onda di picco à ̈ selezionato, che corrisponde ad una coerenza longitudinale con lunghezza di coerenza di circa 10 volte la lunghezza d’onda centrale della radiazione emessa dalla sorgente, e.g. 10 nm per lunghezza d’onda di emissione di 1 nm e Dl=0,1 nm. Il fascio di radiazione in uscita dalla seconda maschera 101, che presenta una coerenza longitudinale di lunghezza lced una coerenza trasversale di circa 12 mm irradia un mezzo 100 da analizzare che comprende una pluralità di centri di diffusione. Ad esempio, il mezzo à ̈ costituito da un composto di spessore di circa 10 mm lungo la direzione di incidenza formato da un elastomero caricato con colloidi di palladio di 5 nm di diametro. I centri di diffusione originano un fascio di radiazione diffusa che emerge dal mezzo in teoria in ogni direzione dello spazio (dipendendo in pratica dalla configurazione e dalla struttura del mezzo). Nel caso di colloidi dell’ordine di qualche nm, come i colloidi di palladio sopra indicati, quindi di dimensione significativamente maggiore della lunghezza d’onda incidente (1 nm), la diffusione ha luogo prevalentemente nella direzione in avanti. Può essere quindi vantaggioso configurare l’apparato di misura in modo che raccolga la radiazione diffusa a basso angolo, ad esempio a circa a=0,02 rad (a=2J), in modo da rilevare un segnale di intensità relativamente elevata. Una rivelazione di radiazione diffusa da un mezzo ad angoli piccoli à ̈ indicata generalmente con diffusione di raggi X a basso angolo (Small-Angle X-ray Scattering, SAXS). In una forma di realizzazione preferita, l’angolo di rivelazione della radiazione diffusa à ̈ compreso tra 0,01 rad (»0,57°) e 10°. The beam diffracted with non-zero order by the device 93 has coherence regions with a coherence layer inclined by an angle J with respect to the direction of propagation indicated in the figure with the arrow 111 and passes through a second mask 101 arranged at a distance of about 2 mm from the first mask 97. The second mask 101 is adapted to select the first order of diffraction (m = ± 1) and comprises a radiation opaque metal sheet 103 which includes a pinhole 102. For a pinhole with a diameter of about 10 mm the first order of diffraction of the radiation is transmitted at an angle of inclination J of about 0.01 radian, equal to the diffraction angle of the grating, with respect to the beam 112 transmitted by the mask (m = 0). Moving away from the first mask, the diffracted beams progressively separate and consequently the length of longitudinal coherence increases. With reference to the above example, at the output of the second mask 101, a beam of spectral width, Dl, of about 10% with respect to the peak wavelength is selected, which corresponds to a longitudinal coherence with coherence length of about 10 times the central wavelength of the radiation emitted by the source, e.g. 10 nm for an emission wavelength of 1 nm and Dl = 0.1 nm. The radiation beam leaving the second mask 101, which has a longitudinal coherence of length and a transversal coherence of about 12 mm, radiates a medium 100 to be analyzed which comprises a plurality of diffusion centers. For example, the medium consists of a compound approximately 10 mm thick along the direction of incidence formed by an elastomer loaded with palladium colloids of 5 nm in diameter. The diffusion centers originate a beam of diffused radiation that emerges from the medium in theory in every direction of space (depending in practice on the configuration and structure of the medium). In the case of colloids of the order of a few nm, such as the palladium colloids indicated above, which are therefore significantly larger than the incident wavelength (1 nm), the diffusion takes place mainly in the forward direction. It may therefore be advantageous to configure the measuring apparatus so that it collects the scattered radiation at a low angle, for example at about a = 0.02 rad (a = 2J), in order to detect a signal of relatively high intensity. A detection of radiation scattered from a medium at small angles is generally indicated as small-angle X-ray scattering (SAXS). In a preferred embodiment, the detection angle of the scattered radiation is between 0.01 rad (»0.57 °) and 10 °.

Nel caso di analisi di un mezzo che comprende un sistema disordinato, la radiazione diffusa dal mezzo preferibilmente attraversa una terza maschera 107, disposta a valle del mezzo da analizzare, che comprende un foglio 104 di materiale opaco alla radiazione con pinhole 105, ad esempio un’apertura di larghezza di 10 mm. La terza maschera à ̈ atta a selezionare un singolo speckle prodotto dalla radiazione diffusa dal mezzo ad un determinato angolo, ad esempio di circa 0,01 radianti, rispetto al fascio trasmesso. La radiazione diffusa che passa attraverso la terza maschera 107 à ̈ rivelata da un dispositivo rivelatore 110 che comprende un tubo fotomoltiplicatore sensibile ai raggi X molli 106. La porzione dinamica del segnale elettrico in uscita dal fotomoltiplicatore contiene l’informazione sulle fluttuazioni temporali in intensità della luce diffusa dal mezzo (i.e. segnale dinamico). Il segnale elettrico in uscita dal fotomoltiplicatore à ̈ inviato ad un dispositivo correlatore 108, ad esempio un correlatore elettronico digitale che analizza la porzione dinamica del segnale e da essa calcola la funzione di correlazione temporale dell’intensità della luce diffusa, con metodi per sé noti. In the case of analysis of a medium that includes a disordered system, the radiation diffused by the medium preferably passes through a third mask 107, arranged downstream of the medium to be analyzed, which comprises a sheet 104 of opaque material to the radiation with pinhole 105, for example a ... € ™ 10 mm wide opening. The third mask is designed to select a single speckle produced by the radiation diffused by the medium at a determined angle, for example of about 0.01 radians, with respect to the transmitted beam. The scattered radiation passing through the third mask 107 is detected by a detector device 110 which includes a photomultiplier tube sensitive to soft X-rays 106. The dynamic portion of the electrical signal leaving the photomultiplier contains information on temporal fluctuations in intensity of the light scattered by the medium (i.e. dynamic signal). The electrical signal output from the photomultiplier is sent to a correlator device 108, for example a digital electronic correlator which analyzes the dynamic portion of the signal and from it calculates the temporal correlation function of the intensity of the scattered light, with methods per se © known.

Infine, il dispositivo correlatore può essere interfacciato ad una CPU, ad esempio un PC 109, che acquisisce la funzione di correlazione temporale elaborata dal dispositivo correlatore e la analizza. Finally, the correlator device can be interfaced to a CPU, for example a PC 109, which acquires the time correlation function processed by the correlator device and analyzes it.

Si nota che quando in sistemi disordinati le differenze di cammino ottico nelle onde diffratte dai diversi colloidi sono dell'ordine di 100 nm, quindi molto maggiore della lunghezza di coerenza dell'ordine di 10 nm, in assenza della inclinazione della regione di coerenza, il segnale dinamico sarebbe assente. It is noted that when in disordered systems the optical path differences in the waves diffracted by the different colloids are of the order of 100 nm, therefore much greater than the coherence length of the order of 10 nm, in the absence of the inclination of the coherence region, the dynamic signal would be absent.

Nel caso il mezzo sia un mezzo con struttura ordinata, ad esempio un monocristallo, una regione singola di coerenza, i.e. lo speckle, coincide con la distribuzione di diffrazione del fascio diffratto di un dato ordine. In tal caso, l’apparato di figura 9 può non comprendere la terza maschera 107, con conseguente aumento di potenza del fascio che incide sul mezzo. If the medium is a medium with an ordered structure, for example a single crystal, a single region of coherence, i.e. the speckle, coincides with the diffraction distribution of the diffracted beam of a given order. In this case, the apparatus of figure 9 may not include the third mask 107, with a consequent increase in power of the beam that affects the medium.

In alcune forme di realizzazione preferita, l’apparato di figura 9, o per lo meno la porzione di apparato dalla sorgente al rivelatore, à ̈ mantenuta in vuoto, preferibilmente ad una pressione inferiore a 1x10<-3>atm, più preferibilmente 1x10<-4>atm, o a bassa pressione in atmosfera di elio. In some preferred embodiments, the apparatus of figure 9, or at least the portion of the apparatus from the source to the detector, is kept in vacuum, preferably at a pressure lower than 1x10 <-3> atm, more preferably 1x10 <-4> atm, or at low pressure in a helium atmosphere.

Secondo alcune forme di realizzazione preferite nelle quali la radiazione incidente à ̈ un fascio di raggi X, la lunghezza di coerenza longitudinale, presa nel piano di incidenza del mezzo da analizzare, à ̈ uguale a o maggiore di 5 volte la lunghezza d’onda centrale del fascio incidente. In pratica, in alcuni casi di interesse, nei quali si utilizza una sorgente commerciale, quale un tubo a raggi X, si ottiene un fascio incidente nel mezzo con potenza adeguata da permettere l’analisi della radiazione diffusa da mezzi disordinati per lunghezze di coerenza longitudinale uguali a o inferiori di 10 volte la lunghezza centrale del fascio incidente. Tale valore non deve tuttavia essere preso come valore limitativo. According to some preferred embodiments in which the incident radiation is an X-ray beam, the length of longitudinal coherence, taken in the plane of incidence of the medium to be analyzed, is equal to or greater than 5 times the central wavelength of the incident beam. In practice, in some cases of interest, in which a commercial source is used, such as an X-ray tube, a beam incident in the medium is obtained with adequate power to allow the analysis of the radiation scattered by disordered media for coherence lengths longitudinal equal to or less than 10 times the central length of the incident beam. However, this value must not be taken as a limiting value.

Secondo un suo aspetto preferito, la presente invenzione rende possibile utilizzare un fascio di investigazione nello spettro di emissione dei raggi X di potenza relativamente elevata, senza perdite dovute al monocromatore. Nel caso di sorgenti incoerenti sia longitudinalmente sia trasversalmente, à ̈ preferibile filtrare il fascio emesso dalla sorgente tramite almeno un filtro di coerenza atto a selezionare un modo trasversale del fascio e a produrre un fascio a coerenza longitudinale corta. Secondo alcune forme di realizzazione, l’apparato comprende un primo ed un secondo filtro di coerenza, ciascuno comprendendo un rispettivo primo e secondo pinhole disposti in sequenza lungo la direzione di propagazione del fascio. Secondo alcune forme di realizzazione, e assumendo pinhole di apertura passante circolare, i diametri del primo e secondo pinhole D1 e D2 del filtro di coerenza sono selezionati secondo la seguente relazione, per sé nota: According to a preferred aspect, the present invention makes it possible to use an investigation beam in the X-ray emission spectrum of relatively high power, without losses due to the monochromator. In the case of incoherent sources both longitudinally and transversely, it is preferable to filter the beam emitted by the source through at least one coherence filter able to select a transversal mode of the beam and to produce a beam with short longitudinal coherence. According to some embodiments, the apparatus comprises a first and a second coherence filter, each comprising a respective first and second pinhole arranged in sequence along the direction of propagation of the beam. According to some embodiments, and assuming pinholes of circular through aperture, the diameters of the first and second pinholes D1 and D2 of the coherence filter are selected according to the following relationship, known per se:

<l>c=<D>1 <l> c = <D> 1

<l>(4) <l> (4)

(D2-D1 ) (D2-D1)

Secondo alcune forme di realizzazione, la lunghezza di coerenza trasversale à ̈ selezionata fissando il valore di D1, i.e. lt=D1. Secondo una relazione per sé nota, D1 à ̈ selezionato essere uguale a L×l/s, dove L à ̈ la distanza, lungo la direzione di propagazione, tra la sorgente e il primo pinhole e s à ̈ il diametro della sorgente. Nell’apparato di figura 9, il primo filtro di coerenza comprende la maschera 97 e il secondo filtro di coerenza comprende la maschera 101. Nella forma di realizzazione di figura 9, il sistema di orientazione di coerenza à ̈ posizionato in corrispondenza del primo filtro di coerenza, in quanto il pinhole del primo filtro agisce sia come filtro spaziale e temporale della radiazione che lo attraversa che come regione trasparente che assieme alla griglia 98 forma il reticolo di diffrazione in trasmissione. Tuttavia, à ̈ da intendersi che altre forme di realizzazione possono comprendere un sistema di orientazione di coerenza in corrispondenza del secondo filtro di coerenza oppure a valle del primo o del secondo filtro di coerenza. According to some embodiments, the transverse coherence length is selected by setting the value of D1, i.e. lt = D1. According to a known relationship, D1 is selected to be equal to Là — l / s, where L is the distance, along the propagation direction, between the source and the first pinhole and s is the diameter of the source. In the apparatus of figure 9, the first coherence filter comprises the mask 97 and the second coherence filter comprises the mask 101. In the embodiment of figure 9, the coherence orientation system is positioned in correspondence with the first filter of coherence, since the pinhole of the first filter acts both as a spatial and temporal filter of the radiation that passes through it and as a transparent region which together with the grid 98 forms the diffraction grating in transmission. However, it is to be understood that other embodiments may comprise a coherence orientation system at the second coherence filter or downstream of the first or second coherence filter.

Si nota che sebbene la trasmissione attraverso un pinhole tipicamente utilizzato per la selezione dei modi trasversali e longitudinali causi una perdita significativa dell’intensità della radiazione emessa, tale perdita à ̈ comunque inferiore a quella che si avrebbe se fosse necessario un addizionale filtraggio in lunghezza d’onda oppure un filtraggio più selettivo, per ottenere una coerenza longitudinale “completa†. It is noted that although the transmission through a pinhole typically used for the selection of the transverse and longitudinal modes causes a significant loss of the intensity of the emitted radiation, this loss is still less than that which would occur if an additional filtering in length were necessary. wave or a more selective filtering, to obtain a â € œcompleteâ € longitudinal coherence.

La tecnica di misura della presente invenzione permette di fare misure di diffusione dinamica con apparati che utilizzano dispositivi sperimentali a relativo basso costo. Non à ̈ tuttavia esclusa l’applicazione della tecnica di misura secondo la presente invenzione a fasci di investigazione prodotti da un sincrotrone, ad esempio nel caso si voglia accrescere significativamente la potenza del fascio. La misura dinamica di diffusione di raggi X secondo i principi generali della presente invenzione permette di analizzare proprietà importanti dei mezzi in vari campi di interesse industriale. Una possibile applicazione si trova nel campo della cristallografia, nella quale la tecnica di analisi sopra illustrata permette di studiare la dinamica delle transizioni di fase, sia solido-liquido che solido-solido, ed in particolare cambiamenti di simmetria o transizioni ordine-disordine. In particolare, nel campo della metallurgia sono spesso tradizionalmente utilizzati i diffrattometri statici per determinare le caratteristiche di leghe metalliche in preparazione, quali la loro composizione o le modifiche strutturali causate da trattamenti termici (ad esempio tempra, ricottura). La presente invenzione permette di ottenere informazioni dinamiche sulla produzione di metalli o leghe metalliche utilizzando una tecnica di misurazione compatibile sia per costi che per ingombro con i processi industriali di produzione di metalli. Ad esempio la tecnica di misurazione consente di analizzare le composizioni metalliche in prossimità dei punti critici, e quindi ottenere informazioni sui tempi necessari per i procedimenti o sulla durata di vita prevista di un prodotto ottenuto. The measurement technique of the present invention allows to make dynamic diffusion measurements with apparatuses that use experimental devices at relative low cost. However, the application of the measurement technique according to the present invention to investigation beams produced by a synchrotron is not excluded, for example in the case of wanting to significantly increase the power of the beam. The dynamic measurement of X-ray diffusion according to the general principles of the present invention allows to analyze important properties of the media in various fields of industrial interest. A possible application is found in the field of crystallography, in which the analysis technique illustrated above allows to study the dynamics of phase transitions, both solid-liquid and solid-solid, and in particular symmetry changes or order-disorder transitions. In particular, in the field of metallurgy, static diffractometers are often traditionally used to determine the characteristics of metal alloys in preparation, such as their composition or structural changes caused by heat treatments (e.g. hardening, annealing). The present invention makes it possible to obtain dynamic information on the production of metals or metal alloys by using a measurement technique that is compatible both in terms of cost and size with industrial metal production processes. For example, the measurement technique makes it possible to analyze metal compositions in proximity to critical points, and thus obtain information on the time required for the procedures or on the expected life span of a product obtained.

Lo studio di transizioni in cristalli di interesse industriale, come cristalli piezoelettrici, oppure perowskiti ferroelettriche, del disordine statico o dinamico in cristalli macromolecolari, quali cristalli di proteine, sono ulteriori possibili campi di applicazione della presente invenzione con radiazione di investigazione di raggi X. Dimensioni intermedie tra i colloidi e le singole molecole possono essere analizzati con raggi ultravioletti, nel caso di materiali ad essi almeno parzialmente trasparenti. Inoltre, applicazioni della diffusione dinamica dei raggi X comprendono l’analisi della composizione e formulazione di cristalli liquidi e lo studio di sistemi colloidali molto torbidi, nei quali il fenomeno della diffusione multipla ha luogo anche con fasci di luce visibile a bassa coerenza oppure sistemi colloidali troppo assorbenti alla luce visibile. The study of transitions in crystals of industrial interest, such as piezoelectric crystals, or ferroelectric perowskites, of the static or dynamic disorder in macromolecular crystals, such as protein crystals, are further possible fields of application of the present invention with X-ray investigation radiation. intermediates between colloids and single molecules can be analyzed with ultraviolet rays, in the case of materials that are at least partially transparent to them. Furthermore, applications of dynamic X-ray scattering include the analysis of the composition and formulation of liquid crystals and the study of very turbid colloidal systems, in which the phenomenon of multiple scattering also takes place with low coherence visible light beams or systems colloids that are too absorbent in visible light.

Claims (30)

RIVENDICAZIONI 1. Un metodo di analisi strutturale di un mezzo tramite la radiazione dinamica diffusa, il metodo comprendendo: irradiare un volume di un mezzo che comprende centri di diffusione con un fascio incidente di radiazione elettromagnetica a coerenza longitudinale corta con lunghezza di coerenza longitudinale lclungo una direzione di propagazione di incidenza, il fascio incidente avendo una coerenza inclinata di un angolo di inclinazione J rispetto alla direzione di propagazione di incidenza, e rivelare la distribuzione delle fluttuazioni temporali di intensità del fascio di radiazione diffusa dal volume irradiato ad un angolo di rivelazione a rispetto alla direzione di propagazione di incidenza. CLAIMS 1. A method of structural analysis of a medium using dynamic diffused radiation, the method comprising: radiating a volume of a medium comprising scattering centers with an incident beam of short longitudinal coherence electromagnetic radiation with a longitudinal coherence length l along an incident propagation direction, the incident beam having a coherence inclined by an angle of inclination J with respect to the direction of incidence propagation, and reveal the distribution of temporal fluctuations in intensity of the radiation beam scattered by the radiated volume at a detection angle a with respect to the incidence propagation direction. 2. Il metodo secondo la rivendicazione 1, nel quale l’angolo di rivelazione à ̈ compreso tra (2J-d) e (2J+d), dove d à ̈ l’angolo di apertura per diffrazione del volume irradiato dal fascio di radiazione incidente. 2. The method according to claim 1, in which the detection angle is between (2J-d) and (2J + d), where d is the diffraction angle of the volume radiated by the beam of incident radiation. 3. Il metodo secondo la rivendicazione 1, nel quale l’angolo di rivelazione à ̈ di 2J. 3. The method according to claim 1, in which the detection angle is 2J. 4. Il metodo secondo la rivendicazione 1, nel quale la fase di rilevare comprende ricevere il fascio di radiazione diffusa dal mezzo ad un angolo di rivelazione maggiore di o uguale all’angolo di apertura per diffrazione del volume del mezzo investito dal fascio incidente e compreso all’interno di un cono di raccolta di semiapertura pari all’angolo di inclinazione J. 4. The method according to claim 1, in which the detecting step comprises receiving the beam of radiation scattered by the medium at a detection angle greater than or equal to the aperture angle by diffraction of the volume of the medium struck by the incident beam and included inside a half-opening collection cone equal to the angle of inclination J. 5. Il metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, nel quale la fase di irradiare un volume di un mezzo comprende: generare un fascio di radiazione di emissione a coerenza longitudinale corta lungo una direzione di propagazione di emissione; produrre un fascio di radiazione di incidenza con coerenza inclinata avente una regione di coerenza di incidenza la cui sezione che penetra trasversalmente il volume investigato nel mezzo da analizzare presenta una superficie principale che individua un piano principale e un versore di coerenza perpendicolare a detto piano principale, il versore di coerenza essendo inclinato di un angolo di inclinazione J rispetto alla direzione di propagazione di incidenza, e indirizzare il fascio di radiazione di incidenza sul mezzo. The method according to any one of the preceding claims, in which the step of irradiating a volume of a medium comprises: generating a beam of emission radiation with short longitudinal coherence along an emission propagation direction; produce a beam of incident radiation with inclined coherence having an incidence coherence region whose section which transversely penetrates the volume investigated in the medium to be analyzed has a main surface which identifies a main plane and a coherence vector perpendicular to said main plane, the coherence unit vector being inclined by an inclination angle J with respect to the incidence propagation direction, e direct the incident radiation beam on the medium. 6. Il metodo secondo la rivendicazione 5, nel quale la fase di produrre un fascio radiazione di incidenza con regione di coerenza inclinata comprende introdurre un ritardo temporale nel fascio di radiazione di emissione. The method according to claim 5, wherein the step of producing an incident radiation beam with an inclined coherence region comprises introducing a time delay in the emission radiation beam. 7. Il metodo secondo la rivendicazione 6, nel quale introdurre un ritardo temporale nel fascio di radiazione di emissione comprende indirizzare il fascio di radiazione di emissione su almeno un elemento di dispersione spettrale e separare angolarmente il fascio di radiazione di emissione in componenti spettrali distinte per mezzo dell’elemento di dispersione spettrale. The method according to claim 6, wherein introducing a time delay in the emission radiation beam comprises directing the emission radiation beam to at least one spectral scattering element and angularly separating the emission radiation beam into distinct spectral components for medium of the spectral dispersion element. 8. Il metodo secondo la rivendicazione 5, nel quale la fase di produrre un fascio di radiazione di incidenza con regione di coerenza inclinata comprende: diffrangere il fascio di radiazione di emissione separando angolarmente il fascio di radiazione di emissione in fasci diffratti distinti, ciascuno avendo un ordine di diffrazione e selezionare un fascio diffratto con ordine di diffrazione non nullo, e la fase di indirizzare il fascio di radiazione di incidenza sul mezzo comprende indirizzare i fascio diffratto selezionato sul mezzo. The method according to claim 5, wherein the step of producing an incident radiation beam with an inclined coherence region comprises: diffract the emission radiation beam by angularly separating the emission radiation beam into distinct diffracted beams, each having a diffraction order and select a diffracted beam with non-zero diffraction order, and the step of directing the incident radiation beam onto the medium comprises directing the selected diffracted beam onto the medium. 9. Il metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, nel quale la fase di rilevare comprende generare un segnale rappresentativo della distribuzione delle fluttuazioni temporali di intensità rilevata. The method according to any one of the preceding claims, in which the detecting step comprises generating a signal representative of the distribution of the detected intensity temporal fluctuations. 10. Il metodo secondo la rivendicazione 9 che comprende inoltre: processare il segnale rappresentativo della distribuzione delle fluttuazioni temporali di intensità rilevata correlando l’intensità rilevata come funzione del tempo per produrre una funzione di correlazione temporale dell’intensità rilevata all’angolo di rivelazione a, e determinare almeno un parametro indicativo della struttura del mezzo dall’analisi della funzione di correlazione temporale. The method according to claim 9 which further comprises: process the signal representative of the distribution of the detected intensity temporal fluctuations by correlating the detected intensity as a function of time to produce a temporal correlation function of the detected intensity at the detection angle a, and determine at least one parameter indicative of the structure of the medium from the analysis of the time correlation function. 11. Il metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, nel quale il fascio di radiazione à ̈ un fascio di radiazione centrato ad una lunghezza d’onda compresa tra 1 nm e 30 nm, preferibilmente compresa tra 1 nm e 20 nm. 11. The method according to any one of the preceding claims, in which the radiation beam is a radiation beam centered at a wavelength between 1 nm and 30 nm, preferably between 1 nm and 20 nm. 12. Il metodo secondo la rivendicazione 11, nel quale l’angolo di inclinazione J à ̈ uguale a o maggiore di 0,01 rad e uguale a o inferiore di 90°, e preferibilmente compreso tra 0,01 rad e 10°. The method according to claim 11, wherein the angle of inclination J is equal to or greater than 0.01 rad and equal to or less than 90 °, and preferably between 0.01 rad and 10 °. 13. Il metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 10, nel quale il fascio di radiazione à ̈ un fascio di luce centrato ad una lunghezza d’onda compresa da 380 nm a 1400 nm, preferibilmente compresa da 380 nm a 760 nm. 13. The method according to any one of claims 1 to 10, in which the radiation beam is a beam of light centered at a wavelength ranging from 380 nm to 1400 nm, preferably ranging from 380 nm to 760 nm . 14. Il metodo secondo la rivendicazione 13, nel quale l’angolo di inclinazione J à ̈ compreso tra 5° e 85°, preferibilmente compreso tra 20° e 70°. 14. The method according to claim 13, in which the angle of inclination J is comprised between 5 ° and 85 °, preferably comprised between 20 ° and 70 °. 15. Un apparato di analisi strutturale di un mezzo comprendente centri di diffusione per mezzo della radiazione dinamica diffusa, nel quale un volume del mezzo à ̈ irradiato da un fascio di radiazione incidente, l’apparato comprendendo: un sistema di generazione di radiazione elettromagnetica atto a produrre un fascio di radiazione di incidenza a coerenza longitudinale corta con lunghezza di coerenza longitudinale lclungo una direzione di propagazione di incidenza, il fascio di incidenza avendo coerenza inclinata di un angolo di inclinazione J rispetto alla direzione di propagazione di incidenza, e un sistema di rivelazione atto a ricevere un fascio di radiazione diffusa dal mezzo ad un’apertura di raccolta centrata attorno un angolo di rivelazione a rispetto alla direzione di propagazione di incidenza, il sistema di rivelazione essendo atto a rilevare la distribuzione di fluttuazione temporale di intensità del fascio di radiazione diffusa dal volume irradiato. 15. An apparatus for the structural analysis of a medium comprising diffusion centers by means of dynamic diffused radiation, in which a volume of the medium is irradiated by an incident radiation beam, the apparatus comprising: an electromagnetic radiation generation system adapted to produce an incident radiation beam with short longitudinal coherence with a longitudinal coherence length l along an incident propagation direction, the incident beam having coherence inclined by an angle of inclination J with respect to the direction of propagation of incidence, e a detection system adapted to receive a beam of radiation diffused by the medium at a collection aperture centered around a detection angle a with respect to the direction of incidence propagation, the detection system being able to detect the distribution of temporal fluctuation of intensity of the radiation beam diffused by the radiated volume. 16. L’apparato secondo la rivendicazione 15, nel quale l’apertura di raccolta à ̈ centrata ad un angolo di rivelazione a uguale a circa 2J, preferibilmente l’angolo di apertura per diffrazione del volume irradiato dal fascio di radiazione incidente ha ampiezza uguale a 2d, dove d à ̈ l’angolo di apertura per diffrazione del volume irradiato dal fascio di radiazione incidente. 16. The apparatus according to claim 15, in which the collecting aperture is centered at a detection angle a equal to about 2J, preferably the aperture angle by diffraction of the volume radiated by the incident radiation beam it has an amplitude equal to 2d, where d is the angle of aperture by diffraction of the volume radiated by the incident radiation beam. 17. L’apparato delle rivendicazioni 15 o 16, nel quale il sistema di generazione di radiazione del fascio incidente comprende: una sorgente atta a emettere un fascio di radiazione di emissione a coerenza longitudinale corta lungo una direzione di propagazione di emissione, il fascio di emissione avendo una regione di coerenza che presenta una prima superficie principale parallela alle superfici equifase lungo la direzione di propagazione di emissione, e un sistema di orientazione di coerenza accoppiato otticamente alla sorgente, il sistema essendo atto a orientare la regione di coerenza in modo da produrre un fascio di incidenza con regione di coerenza inclinata di un angolo di inclinazione J rispetto alla direzione di propagazione di incidenza. 17. The apparatus of claims 15 or 16, in which the radiation generation system of the incident beam comprises: a source adapted to emit a short longitudinal coherence emission radiation beam along an emission propagation direction, the emission beam having a coherence region having a first main surface parallel to the equiphase surfaces along the emission propagation direction, And a coherence orientation system optically coupled to the source, the system being adapted to orient the coherence region so as to produce an incident beam with a coherence region inclined by an angle of inclination J with respect to the incidence propagation direction. 18. L’apparato di rivendicazione 17, nel quale il sistema di orientazione di coerenza comprende un elemento di dispersione spettrale configurato a introdurre un ritardo temporale nel fascio di radiazione di emissione. 18. The apparatus of claim 17, wherein the coherence orientation system comprises a spectral scattering element configured to introduce a time delay in the emission radiation beam. 19. L’apparato di una qualsiasi delle rivendicazioni da 15 a 18, nel quale il sistema di rivelazione comprende almeno un rivelatore atto a rilevare la distribuzione di fluttuazione temporale di intensità del fascio di radiazione diffusa dal volume irradiato e a generare un segnale rappresentativo della distribuzione delle fluttuazioni temporali di intensità rilevata. 19. The apparatus of any one of claims 15 to 18, in which the detection system comprises at least one detector adapted to detect the distribution of temporal fluctuation of intensity of the radiation beam scattered by the radiated volume and to generate a signal representative of the distribution of temporal fluctuations of detected intensity. 20. L’apparato della rivendicazione 19 che comprende inoltre un sistema di analisi atto a ricevere e a processare il segnale rappresentativo della distribuzione delle fluttuazioni temporali di intensità rilevata correlando l’intensità rilevata come funzione del tempo per produrre una funzione di correlazione temporale dell’intensità rilevata ad almeno un angolo compreso all’interno dell’apertura di raccolta. 20. The apparatus of claim 19 which further comprises an analysis system suitable for receiving and processing the signal representative of the distribution of the detected intensity temporal fluctuations by correlating the detected intensity as a function of time to produce a temporal correlation function of the Intensity measured at at least one angle included inside the collection opening. 21. L’apparato della rivendicazione 20, nel quale il sistema di analisi comprende un correlatore elettronico atto a correlare l’intensità rilevata come funzione del tempo per produrre una funzione di correlazione temporale dell’intensità rilevata ad almeno un angolo compreso all’interno dell’apertura di raccolta, il correlatore essendo connesso ad una unità di elaborazione atta ad analizzare la funzione di correlazione temporale e a determinare almeno un parametro indicativo della struttura del mezzo. 21. The apparatus of claim 20, in which the analysis system comprises an electronic correlator adapted to correlate the detected intensity as a function of time to produce a time correlation function of the detected intensity at at least an angle included at Inside the collection opening, the correlator being connected to a processing unit capable of analyzing the temporal correlation function and determining at least one parameter indicative of the structure of the medium. 22. L’apparato di una qualsiasi delle rivendicazioni da 15 a 21, nel quale il fascio di radiazione di incidenza ha coerenza trasversale con lunghezza di coerenza trasversale ltpari ad almeno la dimensione trasversale del fascio di radiazione di incidenza. The apparatus of any one of claims 15 to 21, in which the incident radiation beam has transverse coherence with a transverse coherence length lt equal to at least the transverse dimension of the incident radiation beam. 23. L’apparato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 17-18 e da 19 a 22, quando dipendenti dalla rivendicazione 17, nel quale la sorgente à ̈ atta a generare un fascio di luce centrato ad una lunghezza d’onda compresa da 380 nm a 1400 nm, preferibilmente compresa da 380 nm a 760 nm. 23. The apparatus according to any one of claims 17-18 and from 19 to 22, when dependent on claim 17, in which the source is capable of generating a beam of light centered at a wavelength comprised from 380 nm to 1400 nm, preferably comprised from 380 nm to 760 nm. 24. L’apparato della rivendicazione 23, nel quale il sistema di orientazione di coerenza comprende: un reticolo di diffrazione accoppiato otticamente alla sorgente e configurato a separare il fascio di luce emesso dalla sorgente in fasci diffratti distinti e un dispositivo ottico atto a selezionare un fascio diffratto di ordine di diffrazione non-zero che forma il fascio di radiazione di incidenza. 24. The apparatus of claim 23, in which the coherence orientation system includes: a diffraction grating optically coupled to the source and configured to separate the light beam emitted by the source into distinct diffracted beams and an optical device adapted to select a diffracted beam of non-zero diffraction order which forms the incident radiation beam. 25. L’apparato della rivendicazione 24, nel quale il reticolo di diffrazione à ̈ disposto in un piano di diffrazione ed à ̈ atto a ricevere il fascio di radiazione di emissione emesso dalla sorgente ad un angolo di incidenza rispetto alla normale a detto piano di diffrazione e a produrre una componente spettrale di ordine di diffrazione non zero ad un angolo di diffrazione rispetto alla normale a detto piano di diffrazione, l’angolo di inclinazione della coerenza essendo determinato sulla base degli angoli di incidenza e di diffrazione del reticolo di diffrazione. 25. The apparatus of claim 24, in which the diffraction grating is arranged in a diffraction plane and is adapted to receive the emission radiation beam emitted by the source at an angle of incidence with respect to the normal to said plane diffraction and to produce a spectral component of non-zero diffraction order at a diffraction angle with respect to the normal to said diffraction plane, the angle of inclination of the coherence being determined on the basis of the incidence and diffraction angles of the diffraction grating . 26. L’apparato secondo la rivendicazione 15, nel quale sistema di generazione di radiazione del fascio di radiazione di incidenza comprende: una sorgente (91) atta a generare un fascio di radiazione; un primo filtro di coerenza (97) accoppiato otticamente alla sorgente e atto a produrre un primo fascio di radiazione con coerenza longitudinale corta e regione di coerenza che presenta una prima superficie principale parallela alle superfici equifase lungo la direzione di propagazione di emissione, e un sistema di orientazione di coerenza (93) disposto a valle del primo filtro di coerenza e accoppiato otticamente ad esso, il sistema essendo atto ad orientare la regione di coerenza del fascio di radiazione emesso rispetto alla direzione di propagazione in modo da produrre in uscita un fascio di radiazione con coerenza inclinata di un angolo di inclinazione J rispetto alla direzione di propagazione di incidenza. 26. The apparatus according to claim 15, wherein the radiation generation system of the incident radiation beam comprises: a source (91) adapted to generate a radiation beam; a first coherence filter (97) optically coupled to the source and adapted to produce a first radiation beam with short longitudinal coherence and coherence region which has a first main surface parallel to the equiphase surfaces along the emission propagation direction, and a coherence orientation system (93) arranged downstream of the first coherence filter and optically coupled to it, the system being able to orient the coherence region of the emitted radiation beam with respect to the direction of propagation so as to produce a radiation beam with coherence inclined by an angle of inclination J with respect to the direction of incidence propagation. 27. L’apparato secondo la rivendicazione 26 che comprende inoltre un secondo filtro di coerenza (101) accoppiato otticamente al primo filtro di coerenza (97) e disposto a valle di esso, il secondo filtro spaziale essendo atto a produrre un secondo fascio di radiazione con coerenza longitudinale corta di lunghezza di coerenza longitudinale lc, il secondo fascio di radiazione formando il fascio di radiazione di incidenza sul mezzo. 27. The apparatus according to claim 26 which further comprises a second coherence filter (101) optically coupled to the first coherence filter (97) and arranged downstream thereof, the second spatial filter being adapted to produce a second beam of radiation with short longitudinal coherence of length of longitudinal coherence lc, the second radiation beam forming the incident radiation beam on the medium. 28. L’apparato secondo le rivendicazioni 26 o 27, nel quale il sistema di orientazione di coerenza (93) comprende un elemento di dispersione spettrale (98) configurato ad introdurre un ritardo temporale nel fascio che incide su detto elemento di dispersione spettrale, l’elemento di dispersione spettrale comprendendo un reticolo di diffrazione (95, 98) operante in trasmissione e configurato a separare il fascio di radiazione emesso dalla sorgente in fasci diffratti distinti e a trasmettere almeno un fascio diffratto di ordine di diffrazione non zero. 28. The apparatus according to claims 26 or 27, in which the coherence orientation system (93) comprises a spectral dispersion element (98) configured to introduce a time delay in the beam which affects said spectral dispersion element, the spectral dispersion element comprising a diffraction grating (95, 98) operating in transmission and configured to separate the radiation beam emitted by the source into distinct diffracted beams and to transmit at least one diffracted beam of non-zero diffraction order. 29. L’apparato secondo la rivendicazione 28, quando dipendente dalla rivendicazione 27, nel quale il reticolo di diffrazione comprende un pinhole (95) e una griglia (98) comprendente una pluralità di regioni opache alla radiazione, detta griglia essendo disposta in corrispondenza del pinhole facendo in modo che il pinhole del reticolo di diffrazione agisca quale primo filtro di coerenza (97). 29. The apparatus according to claim 28, when dependent on claim 27, in which the diffraction grating comprises a pinhole (95) and a grid (98) comprising a plurality of radiation opaque regions, said grid being arranged at of the pinhole so that the pinhole of the diffraction grating acts as the first coherence filter (97). 30. L’apparato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 26 a 29, nel quale la sorgente à ̈ atta ad emettere un fascio di emissione di raggi X centrato ad una lunghezza d’onda compresa da 1 nm a 20 nm.30. The apparatus according to any one of claims 26 to 29, in which the source is adapted to emit an X-ray emission beam centered at a wavelength between 1 nm and 20 nm.
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