OSA's Digital Library

Optics Express

Optics Express

  • Editor: C. Martijn de Sterke
  • Vol. 17, Iss. 10 — May. 11, 2009
  • pp: 8220–8228

Digital In-line Holography with femtosecond VUV radiation provided by the free-electron laser FLASH

Axel Rosenhahn, Florian Staier, Thomas Nisius, David Schäfer, Ruth Barth, Christof Christophis, Lorenz-M. Stadler, Simone Streit-Nierobisch, Christian Gutt, Adrian Mancuso, Andreas Schropp, Johannes Gulden, Bernd Reime, Josef Feldhaus, Edgar Weckert, Bastian Pfau, Christian M. Günther, René Könnecke, Stefan Eisebitt, Michael Martins, Bart Faatz, Natalia Guerassimova, Katja Honkavaara, Rolf Treusch, Evgueni Saldin, Siegfried Schreiber, Evgeny A. Schneidmiller, Mikhail V. Yurkov, Ivan Vartanyants, Gerhard Grübel, Michael Grunze, and Thomas Wilhein  »View Author Affiliations


Optics Express, Vol. 17, Issue 10, pp. 8220-8228 (2009)
http://dx.doi.org/10.1364/OE.17.008220


View Full Text Article

Enhanced HTML    Acrobat PDF (3498 KB)





Browse Journals / Lookup Meetings

Browse by Journal and Year


   


Lookup Conference Papers

Close Browse Journals / Lookup Meetings

Article Tools

Share
Citations

Abstract

Femtosecond vacuum ultraviolet (VUV) radiation provided by the free-electron laser FLASH was used for digital in-line holographic microscopy and applied to image particles, diatoms and critical point dried fibroblast cells. To realize the classical in-line Gabor geometry, a 1 μm pinhole was used as spatial filter to generate a divergent light cone with excellent pointing stability. At a fundamental wavelength of 8 nm test objects such as particles and diatoms were imaged at a spatial resolution of 620 nm. In order to demonstrate the applicability to biologically relevant systems, critical point dried rat embryonic fibroblast cells were for the first time imaged with free-electron laser radiation.

© 2009 Optical Society of America

OCIS Codes
(090.0090) Holography : Holography
(110.2960) Imaging systems : Image analysis
(110.7440) Imaging systems : X-ray imaging
(320.2250) Ultrafast optics : Femtosecond phenomena
(340.6720) X-ray optics : Synchrotron radiation
(090.1995) Holography : Digital holography

ToC Category:
Holography

History
Original Manuscript: January 9, 2009
Revised Manuscript: March 6, 2009
Manuscript Accepted: March 28, 2009
Published: April 30, 2009

Virtual Issues
Vol. 4, Iss. 7 Virtual Journal for Biomedical Optics

Citation
Axel Rosenhahn, Florian Staier, Thomas Nisius, David Schäfer, Ruth Barth, Christof Christophis, Lorenz-M. Stadler, Simone Streit-Nierobisch, Christian Gutt, Adrian Mancuso, Andreas Schropp, Johannes Gulden, Bernd Reime, Josef Feldhaus, Edgar Weckert, Bastian Pfau, Christian M. Günther, René Könnecke, Stefan Eisebitt, Michael Martins, Bart Faatz, Natalia Guerassimova, Katja Honkavaara, Rolf Treusch, Evgueni Saldin, Siegfried Schreiber, Evgeny A. Schneidmiller, Mikhail V. Yurkov, Ivan Vartanyants, Gerhard Grübel, Michael Grunze, and Thomas Wilhein, "Digital In-line Holography with femtosecond VUV radiation provided by the free-electron laser FLASH," Opt. Express 17, 8220-8228 (2009)
http://www.opticsinfobase.org/oe/abstract.cfm?URI=oe-17-10-8220


Sort:  Author  |  Year  |  Journal  |  Reset  

References

  1. J. Kirz, C. Jacobsen, and M. Howells, "Soft X-ray microscopes and their biological applications," Q. Rev. Biophys. 28, 33-130 (1995). [CrossRef] [PubMed]
  2. G. Schmahl, D. Rudolph, B. Niemann, P. Guttmann, J. Thieme, and G. Schneider, "X-ray microscopy," Naturwissenschaften 83, 61-70 (1996). [CrossRef] [PubMed]
  3. C. Jacobsen, "Soft x-ray microscopy," Trends Cell Biol. 9, 44-47 (1999). [CrossRef] [PubMed]
  4. S. Marchesini, H. N. Chapman, S. P. Hau-Riege, R. A. London, A. Szoke, H. He, M. R. Howells, H. Padmore, R. Rosen, J. C. H. Spence, and U. Weierstall, "Coherent X-ray diffractive imaging: applications and limitations," Opt. Express 11, 2344-2353 (2003). [CrossRef] [PubMed]
  5. R. Neutze, R. Wouts, D. van der Spoel, E. Weckert, and J. Hajdu, "Potential for biomolecular imaging with femtosecond X-ray pulses," Nature 406, 752-757 (2000). [CrossRef] [PubMed]
  6. J. W. Miao, H. N. Chapman, J. Kirz, D. Sayre, and K. O. Hodgson, "Taking X-ray diffraction to the limit: Macromolecular structures from femtosecond X-ray pulses and diffraction microscopy of cells with synchrotron radiation," Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 33, 157-176 (2004). [CrossRef] [PubMed]
  7. V. Ayvazyan, N. Baboi, J. Bahr, V. Balandin, B. Beutner, A. Brandt, I. Bohnet, A. Bolzmann, R. Brinkmann, O. I. Brovko, J. P. Carneiro, S. Casalbuoni, M. Castellano, P. Castro, L. Catani, E. Chiadroni, S. Choroba, A. Cianchi, H. Delsim-Hashemi, G. Di Pirro, M. Dohlus, S. Dusterer, H. T. Edwards, B. Faatz, A. A. Fateev, J. Feldhaus, K. Flottmann, J. Frisch, L. Frohlich, T. Garvey, U. Gensch, N. Golubeva, H. J. Grabosch, B. Grigoryan, O. Grimm, U. Hahn, J. H. Han, M. V. Hartrott, K. Honkavaara, M. Huning, R. Ischebeck, E. Jaeschke, M. Jablonka, R. Kammering, V. Katalev, B. Keitel, S. Khodyachykh, Y. Kim, V. Kocharyan, M. Korfer, M. Kollewe, D. Kostin, D. Kramer, M. Krassilnikov, G. Kube, L. Lilje, T. Limberg, D. Lipka, F. Lohl, M. Luong, C. Magne, J. Menzel, P. Michelato, V. Miltchev, M. Minty, W. D. Moller, L. Monaco, W. Muller, M. Nagl, O. Napoly, P. Nicolosi, D. Nolle, T. Nunez, A. Oppelt, C. Pagani, R. Paparella, B. Petersen, B. Petrosyan, J. Pfluger, P. Piot, E. Plonjes, L. Poletto, D. Proch, D. Pugachov, K. Rehlich, D. Richter, S. Riemann, M. Ross, J. Rossbach, M. Sachwitz, E. L. Saldin, W. Sandner, H. Schlarb, B. Schmidt, M. Schmitz, P. Schmuser, J. R. Schneider, E. A. Schneidmiller, H. J. Schreiber, S. Schreiber, A. V. Shabunov, D. Sertore, S. Setzer, S. Simrock, E. Sombrowski, L. Staykov, B. Steffen, F. Stephan, F. Stulle, K. P. Sytchev, H. Thom, K. Tiedtke, M. Tischer, R. Treusch, D. Trines, I. Tsakov, A. Vardanyan, R. Wanzenberg, T. Weiland, H. Weise, M. Wendt, I. Will, A. Winter, K. Wittenburg, M. V. Yurkov, I. Zagorodnov, P. Zambolin, and K. Zapfe, "First operation of a free-electron laser generating GW power radiation at 32 nm wavelength," Eur. Phys. J. D 37, 297-303 (2006). [CrossRef]
  8. W. Ackermann, G. Asova, V. Ayvazyan, A. Azima, N. Baboi, J. Bahr, V. Balandin, B. Beutner, A. Brandt, A. Bolzmann, R. Brinkmann, O. I. Brovko, M. Castellano, P. Castro, L. Catani, E. Chiadroni, S. Choroba, A. Cianchi, J. T. Costello, D. Cubaynes, J. Dardis, W. Decking, H. Delsim-Hashemi, A. Delserieys, G. Di Pirro, M. Dohlus, S. Dusterer, A. Eckhardt, H. T. Edwards, B. Faatz, J. Feldhaus, K. Flottmann, J. Frisch, L. Frohlich, T. Garvey, U. Gensch, C. Gerth, M. Gorler, N. Golubeva, H. J. Grabosch, M. Grecki, O. Grimm, K. Hacker, U. Hahn, J. H. Han, K. Honkavaara, T. Hott, M. Huning, Y. Ivanisenko, E. Jaeschke, W. Jalmuzna, T. Jezynski, R. Kammering, V. Katalev, K. Kavanagh, E. T. Kennedy, S. Khodyachykh, K. Klose, V. Kocharyan, M. Korfer, M. Kollewe, W. Koprek, S. Korepanov, D. Kostin, M. Krassilnikov, G. Kube, M. Kuhlmann, C. L. S. Lewis, L. Lilje, T. Limberg, D. Lipka, F. Lohl, H. Luna, M. Luong, M. Martins, M. Meyer, P. Michelato, V. Miltchev, W. D. Moller, L. Monaco, W. F. O. Muller, O. Napieralski, O. Napoly, P. Nicolosi, D. Nolle, T. Nunez, A. Oppelt, C. Pagani, R. Paparella, N. Pchalek, J. Pedregosa-Gutierrez, B. Petersen, B. Petrosyan, G. Petrosyan, L. Petrosyan, J. Pfluger, E. Plonjes, L. Poletto, K. Pozniak, E. Prat, D. Proch, P. Pucyk, P. Radcliffe, H. Redlin, K. Rehlich, M. Richter, M. Roehrs, J. Roensch, R. Romaniuk, M. Ross, J. Rossbach, V. Rybnikov, M. Sachwitz, E. L. Saldin, W. Sandner, H. Schlarb, B. Schmidt, M. Schmitz, P. Schmuser, J. R. Schneider, E. A. Schneidmiller, S. Schnepp, S. Schreiber, M. Seidel, D. Sertore, A. V. Shabunov, C. Simon, S. Simrock, E. Sombrowski, A. A. Sorokin, P. Spanknebel, R. Spesyvtsev, L. Staykov, B. Steffen, F. Stephan, F. Stulle, H. Thom, K. Tiedtke, M. Tischer, S. Toleikis, R. Treusch, D. Trines, I. Tsakov, E. Vogel, T. Weiland, H. Weise, M. Wellhoffer, M. Wendt, I. Will, A. Winter, K. Wittenburg, W. Wurth, P. Yeates, M. V. Yurkov, I. Zagorodnov, and K. Zapfe, "Operation of a free-electron laser from the extreme ultraviolet to the water window," Nat. Photonics 1, 336-342 (2007). [CrossRef]
  9. E. L. Saldin, E. A. Schneidmiller, and M. V. Yurkov, The Physics of Free Electron Lasers (Springer-Verlag, Berlin, 2000).
  10. H. N. Chapman, A. Barty, M. J. Bogan, S. Boutet, M. Frank, S. P. Hau-Riege, S. Marchesini, B. W. Woods, S. Bajt, H. Benner, R. A. London, E. Plonjes, M. Kuhlmann, R. Treusch, S. Dusterer, T. Tschentscher, J. R. Schneider, E. Spiller, T. Moller, C. Bostedt, M. Hoener, D. A. Shapiro, K. O. Hodgson, D. Van der Spoel, F. Burmeister, M. Bergh, C. Caleman, G. Huldt, M. M. Seibert, F. Maia, R. W. Lee, A. Szoke, N. Timneanu, and J. Hajdu, "Femtosecond diffractive imaging with a soft-X-ray free-electron laser," Nat. Phys. 2, 839-843 (2006). [CrossRef]
  11. "Linac Coherent Light Source (LCLS) Conceptual Design Report," SLAC-R-593, http://www.slac.stanford.edu/pubs/slacreports/slac-r-593.html (2002).
  12. "SCSS X-FEL Conceptual Design Report, SCSS XFEL, RIKEN, Japan, RIKEN Harima Institute/SPring-8, 1-1-1, Kouto, Mikazuki, Sayo, Hyogo JAPAN 679-5148," http://www-xfel.spring8.or.jp/ (2005).
  13. "XFEL Technical Design Report," DESY 2006-097, 22607 Hamburg, Germany (2006).
  14. D. Shapiro, P. Thibault, T. Beetz, V. Elser, M. Howells, C. Jacobsen, J. Kirz, E. Lima, H. Miao, A. M. Neiman, and D. Sayre, "Biological imaging by soft x-ray diffraction microscopy," Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102, 15343-15346 (2005). [CrossRef] [PubMed]
  15. W. B. Xu, M. H. Jericho, I. A. Meinertzhagen, and H. J. Kreuzer, "Digital in-line holography for biological applications," Proc. Natl. Acad. Sci. USA 98, 11301-11305 (2001). [CrossRef] [PubMed]
  16. D. Gabor, "A New Microscopic Principle," Nature 161, 777-778 (1948). [CrossRef] [PubMed]
  17. S. Lindaas, M. Howells, C. Jacobsen, and A. Kalinovsky, "X-ray holographic microscopy by means of photoresist recording and atomic-force microscope readout," J. Opt. Soc. Am. A 13, 1788-1800 (1996). [CrossRef]
  18. N. Watanabe, and S. Aoki, "Three-dimensional tomography using a soft X-ray holographic microscope and CCD camera," J. Synchrotron Radiat. 5, 1088-1089 (1998). [CrossRef]
  19. A. Rosenhahn, R. Barth, X. Cao, M. Schurmann, M. Grunze, and S. Eisebitt, "Vacuum-ultraviolet Gabor holography with synchrotron radiation," Ultramicroscopy 107, 1171-1177 (2007). [CrossRef] [PubMed]
  20. A. Rosenhahn, R. Barth, F. Staier, T. Simpson, S. Mittler, S. Eisebitt, and M. Grunze, "Digital in-line soft x-ray holography with element contrast," J. Opt. Soc. Am. A 25, 416-422 (2008). [CrossRef] [PubMed]
  21. P. W. Wachulak, M. C. Marconi, R. A. Bartels, C. S. Menoni, and J. J. Rocca, "Soft x-ray laser holography with wavelength resolution," J. Opt. Soc. Am. B 25, 1811-1814 (2008). [CrossRef]
  22. B. Abbey, K. A. Nugent, G. J. Williams, J. N. Clark, A. G. Peele, M. A. Pfeifer, M. De Jonge, and I. McNulty, "Keyhole coherent diffractive imaging," Nat. Phys. 4, 394-398 (2008). [CrossRef]
  23. W. Xu, M. H. Jericho, H. J. Kreuzer, and I. A. Meinertzhagen, "Tracking particles in four dimensions with in-line holographic microscopy," Opt. Lett. 28, 164-166 (2003). [CrossRef] [PubMed]
  24. M. Heydt, A. Rosenhahn, M. Grunze, M. Pettitt, M. E. Callow, and J. A. Callow, "Digital in-line holography as a three-dimensional tool to study motile marine organisms during their exploration of surfaces," J. Adhes. 83, 417-430 (2007). [CrossRef]
  25. I. McNulty, J. Kirz, C. Jacobsen, E. H. Anderson, M. R. Howells, and D. P. Kern, "High-Resolution Imaging by Fourier Transform X-ray Holography," Science 2563, 1009 (1992). [CrossRef]
  26. S. Eisebitt, J. Luening, W. F. Schlotter, M. Loergen, O. Hellwig, W. Eberhardt, and J. Stoehr, "Lensless imaging of magnetic nanostructures by X-ray spectro-holography," Nature 432, 885-888 (2004). [CrossRef] [PubMed]
  27. C. Fuhse, C. Ollinger, and T. Salditt, "Waveguide-Based Off-Axis Holography with Hard X Rays," Phys. Rev. Lett. 97, 254801 (2006). [CrossRef]
  28. S. Marchesini, S. Boutet, A. E. Sakdinawat, M. J. Bogan, S. Bajt, A. Barty, H. N. Chapman, M. Frank, S. P. Hau-Riege, A. Szoke, C. W. Cui, D. A. Shapiro, M. R. Howells, J. C. H. Spence, J. W. Shaevitz, J. Y. Lee, J. Hajdu, and M. M. Seibert, "Massively parallel X-ray holography," Nat. Photonics 2, 560-563 (2008). [CrossRef]
  29. L.-M. Stadler, C. Gutt, T. Autenrieth, O. Leupold, S. Rehbein, Y. Chushkin, and G. Grübel, "Hard x ray holographic diffraction imaging," Phys. Rev. Lett. 100, 245503 (2008). [CrossRef] [PubMed]
  30. H. N. Chapman, S. P. Hau-Riege, M. J. Bogan, S. Bajt, A. Barty, S. Boutet, S. Marchesini, M. Frank, B. W. Woods, W. H. Benner, R. A. London, U. Rohner, A. Szoke, E. Spiller, T. Moller, C. Bostedt, D. A. Shapiro, M. Kuhlmann, R. Treusch, E. Plonjes, F. Burmeister, M. Bergh, C. Caleman, G. Huldt, M. M. Seibert, and J. Hajdu, "Femtosecond time-delay X-ray holography," Nature 448, 676-679 (2007). [CrossRef] [PubMed]
  31. R. A. Bartels, A. Paul, H. Green, H. C. Kapteyn, M. M. Murnane, S. Backus, I. P. Christov, Y. W. Liu, D. Attwood, and C. Jacobsen, "Generation of spatially coherent light at extreme ultraviolet wavelengths," Science 297, 376-378 (2002). [PubMed]
  32. A. S. Morlens, J. Gautier, G. Rey, P. Zeitoun, J. P. Caumes, M. Kos-Rosset, H. Merdji, S. Kazamias, K. Casson, and M. Fajardo, "Submicrometer digital in-line holographic microscopy at 32 nm with high-order harmonics," Opt. Lett. 31, 3095-3097 (2006). [CrossRef] [PubMed]
  33. G. Genoud, O. Guilbaud, E. Mengotti, S. G. Pettersson, E. Georgiadou, E. Pourtal, C. G. Wahlstrom, and A. L'Huillier, "XUV digital in-line holography using high-order harmonics," Appl. Phys. B 90, 533-538 (2008). [CrossRef]
  34. M. Wellhöfer, M. Martins, W. Wurth, A. A. Sorokin, and M. Richter, "Performance of the monochromator beamline at FLASH," J. Opt. A, Pure Appl. Opt. 9, 749-756 (2007). [CrossRef]
  35. M. Martins, M. Wellhofer, J. T. Hoeft, W. Wurth, J. Feldhaus, and R. Follath, "Monochromator beamline for FLASH," Rev. Sci. Instr. 77, (2006).
  36. J. Garcia-Sucerquia, W. B. Xu, S. K. Jericho, P. Klages, M. H. Jericho, and H. J. Kreuzer, "Digital in-line holographic microscopy," Appl. Opt. 45, 836-850 (2006). [CrossRef] [PubMed]
  37. E. A. Cavalcanti-Adam, T. Volberg, A. Micoulet, H. Kessler, B. Geiger, and J. P. Spatz, "Cell spreading and focal adhesion dynamics are regulated by spacing of integrin ligands," Biophys. J. 92, 2964-2974 (2007). [CrossRef] [PubMed]