We use a Zr/Si multilayer presenting a gradient of period to probe the shape of the Si L2,3 emission band (maximum around 92 eV) in and out of Bragg conditions. The sample was prepared by magnetron sputtering and its reflectance measured in the photon energy range of interest with synchrotron radiation. The study is performed on an electron microprobe equipped with a reflection zone plate spectrometer operating in the 40-120 eV photon energy range. Outside Bragg conditions, the observed spectrum is that of amorphous silicon as expected from the small thickness of the Si layers. In Bragg conditions, that is to say when the period of the multilayer, the emitted photon energy and detection angle fulfill the Bragg law, the shape and intensity of the emission band change. The main change is the intensity decrease of the shoulder present around 97 eV. Purcell-Kleppner and Kossel effects, or a combination of both, are suggested to explain the evolution of the Si L2,3 emission band when going through the Bragg conditions.

Certain radiative processes have their characteristics, such as spectrum, spatial distribution or yield, modified by the medium in which they are generated. Such media are referred to as structurally active media. This article examines some of these processes, such as fluorescence, Raman scattering and the Cerenkov effect in the X-UV range. The active media considered are periodic structures capable of producing Laue–Bragg diffraction; the phenomena involved are the Purcell–Kleppner effect, Kossel diffraction, the anomalous Lamb effect and the Bragg–Raman and Bragg–Cerenkov effects.

Ce chapitre présente la théorie des ondes couplées pour modéliser la propagation du rayonnement X dans les structures de Bragg. L’application aux domaines fréquentiels et temporels est développée. La méthode de Tagaki-Taupin appliquée à ce domaine est exposée.

Les structures de Bragg artificielles (SBA) étudiées dans cet ouvrage ont révolutionné l’optique des rayons X. Elles reposent sur des empilements (quasi) périodiques de couches minces à l’échelle nanométrique avec des périodes voisines de la longueur d’onde du rayonnement.Rayonnement X et structures de Bragg artificielles présente les prolégomènes historiques relatifs aux sources de rayons X et au développement initial des SBA. Il analyse la modélisation des caractéristiques et des performances des SBA et leur optimisation. Les méthodes matricielles et récursives, la théorie des ondes couplées et la théorie de la diffusion sont exposées. Cet ouvrage étudie également les SBA comme sièges de phénomènes particuliers, quantiques, magnétooptiques. Il traite de l’application des SBA ainsi que des développements prometteurs de la lithographie EUV et de la réalisation de nouvelles sources de rayonnement X. Enfin, il présente les perspectives offertes dans un futur proche par les SBA, en particulier dans le domaine des sources cohérentes et du laser X.

Ce chapitre est consacré aux principales applications des structures de Bragg artificielles dans le domaine de l’optique (imagerie, monochromatisation, …), de la spectroscopie du rayonnement X ou de la lithographie. L’utilisation de ces structures pour réaliser de nouvelles sources de ce rayonnement est aussi présentée.

Ce chapitre rapporte certains phénomènes de diffraction au sein des structures de Bragg : diffraction de Kossel, de Bragg-Raman. L’effet Purcell lié au confinement du rayonnement X dans la structure de Bragg est décrit. Différents effets sur la diffraction liés au magnétisme sont abordés.

Ce chapitre est consacré à différents problèmes concernant l’optimisation des miroirs de Bragg. La question des défauts tels que rugosité et interdiffusion est abordée. Des techniques d’optimisation en termes de structure et nature des matériaux sont décrites. La problématique concernant la synthèse des supermiroirs et miroirs chirpés est présentée.

Ce chapitre présente les principales approches théoriques qui décrivent la propagation du rayonnement X au sein de structures de Bragg dans le domaine fréquentiel. L’approche de Bloch-Floquet, les méthodes matricielles et récursives sont détaillées.

Les méthodes de calcul de la diffusion d’une onde, inspirées de la mécanique quantique, sont appliquées à l’étude de la diffraction du rayonnement X par des structures de Bragg hybrides : réseaux de diffraction, lentille de Bragg-Fresnel, …

We present an implementation of the Maxwell-Bloch formalism for the study of x-ray emission dynamics from periodic multilayer materials whether they are artificial or natural. The treatment is based on a direct finite-difference time-domain solution of Maxwell equations combined with Bloch equations incorporating a random spontaneous emission noise. Besides periodicity of the material, the treatment distinguishes between two kinds of layers, those being active (or resonant) and those being off-resonance. The numerical model is applied to the problem of Ka emission in multilayer materials where the population inversion could be created by fast inner-shell photoionization by an x-ray free-electron laser. Specificities of the resulting amplified fluorescence in conditions of Bragg diffraction are illustrated by numerical simulations. The corresponding pulses could be used for specific investigations of nonlinear interaction of x rays with matter.

This article presents a computational study of the x-ray fluorescence induced by the irradiation of thin layered media by intense, short x-ray pulses. The treatment is based on a numerical solution of the Helmholtz wave equation both for the pump and for the fluorescence signal. Consistently with a possible heating of the medium during the x-ray pulse, complex refractive indices are calculated at each time step from the results of an underlying treatment of atomic physics. In the context of an important core-hole production as a result of photoionization, we discuss the peculiarities of the resulting amplified fluorescence grazing emission and of the Bragg diffraction which can be realized at some angles inside a multilayer material or even in a perfect crystal.