Kurzfassung
Diese Arbeit behandelt den nichtlinearen Prozess der parametrischen Abwärtskonvertierung von Röntgenlicht. Sie bietet einen umfassenden Überblick über die theoretischen und experimentellen Studien der Röntgen-Frequenzumwandlung. Sie konzentriert sich speziell auf die Untersuchung der parametrischen Abwärtskonvertierung von Röntgenstrahlen in sichtbare Photonen. Mit dem Ziel, die charakteristische Streusignatur des Effekts zu identifizieren und zu untersuchen, wird ein energieaufgelöster Beugungsaufbau an verschiedenen Synchrotronquellen implemetiert. Der nichtlineare Prozess wird experimentell durch eine systematische Kartierung seines Parameterraums untersucht, doch die erwartete Signatur wird in den gemessenen Streumusternnicht beobachtet. Stattdessen werden die darin enthaltenen Intensitätsverteilungen auf regelguläre elastische Streuung zurückgeführt. Diese Identifizierung erfolgt auf der Grundlage von Instrumentenfunktionen, wie sie aus der hoch-auflösenden Röntgendiffraktometrie und vergleichbaren reziproken Raumkartenstudien bekannt sind. Dennocherlaubt das Auflösungsvermögen des experimentellen Aufbaus die Bestimmung einerneue oberen Grenze für die Konversionseffizienz des Effekts. Die Ergebnisse sindkompatibel mit neuen theoretischen Ansätzen zur röntgenoptischen Wellenmischung,die auf Quantenelektrodynamik basieren. Diese Ergebnisse stehen in starken Gegensatz zu früheren experimentellen Studien, die ähnliche Streusignale als parametrischerzeugte Photonen identifizieren. Daher wird die in dieser Arbeit entwickelte Methodik dazu dienen, jene Studien miterhöhter Genauigkeit zu überprüfen und - darüber hinaus - die Grundlage für zukünftige Experimente und Anwendungen von Röntgen-Nichtlinearitäten schaffen. Insbesonderebieten die Schlussfolgerungen einen klaren Weg für Optimierungen, um den austehen-den Nachweis der parametrischen Abwärtskonvertierung von Röntgenstrahlen in sichtbare Photonen zu erreichen.
This thesis covers the nonlinear process of parametric down-conversion in the x-rayregime. It provides an extensive review of x-ray frequency conversion phenomena -covering theoretical and experimental studies. It focuses specifically on the investi-gation of parametric down-conversion of x-rays into visible photons. With the aimto identify and investigate the effect’s characteristic scattering signature, an energy-resolved diffraction setup is implemented at different synchrotron sources. The non-linear process is experimentally investigated by a systematic mapping of its parameterspace, yet the effect’s anticipated signature is not observed in the measured scatter-ing patterns. Instead, the intensity distributions therein are attributed to regular elasticscattering. This identification is achieved on the basis of instrumental function consid-erations as known from high-resolution x-ray diffractometry and comparable reciprocalspace map studies. Nevertheless, the achieved resolution of the experimental setup al-lows a new determination of an upper bound of the effect’s conversion efficiency. Theresults are fully compatible with novel theoretical approaches to x-ray optical wave-mixing based on quantum electrodynamics. These results are in stark contrast to earlierexperimental studies that identify similar scattering signals as parametrically generatedphotons. As such, the methodology developed in this thesis will serve to revisit thesereports with increased accuracy and - beyond that - provide the basis for future studiesand applications of x-ray nonlinearities. In particular, its conclusions provide a clearpath of optimizations to achieve the outstanding proof of parametric down-conversionof x-rays into visible photons.