2015 Fiscal Year Annual Research Report
４枚の形状可変ミラーを用いた硬Ｘ線アダプティブ集光光学系の開発
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15J00656
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
後藤 拓実 大阪大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2015-04-24 – 2018-03-31
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| Keywords | X線ミラー / 形状可変ミラー / 圧電素子 / X線自由電子レーザー / 精密計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究はX線自由電子レーザーや次世代放射光光源の高度利用に不可欠である多機能集光光学光学系の構築を目的に，4枚の形状可変ミラーによって構成される二段Kirkpatrick-Baez(K-B)ミラー集光光学系の開発を行っている．
本年度は，独自に開発した4枚の圧電素子駆動型形状可変ミラーを用い，SPring-8において二段K-Bミラー集光光学系を構築し，ミラーの形状を変形させることで光学系の開口数を任意にコントロールし,装置構成を変更することなく異なるサイズの二次元X線集光ビームの形成を試みた．
集光実験はSPring-8 BL29XUL EH3にて行い，10keVのX線をミラーの開口数を変化させ，3つの異なるサイズの二次元集光ビームの形成を試みた．形状可変ミラーの形状制御は，次に示す二段階のプロセスで行った．まず実験室で干渉計を用いて変形量を計測しながら，圧電素子に印加する電圧パターンを作成する．その後，放射光施設内で先ほど作成した電圧パターンを再度印加する．そして，X線を用いた形状計測法であるペンシルビーム法を用いて形状を計測し，生じた変形誤差を修正する．上記の形状制御を行うことでPV（Peak-to-Valley）値で2 nm以下の精度でミラー形状を変形することに成功した．形状の変形が完了後，焦点位置で暗視野ナイフエッジスキャン法を用いて集光径の評価を行ったところ，108 nm (Horizontal) × 165 nm (Vertical), 220 nm (H) × 375 nm (V), 560 nm (H) × 1434 nm (V)という3つの異なるサイズの二次元集光ビームの形成に成功した．これらの集光径は，波動光学的に決定される回折限界集光径とほぼ等しい値であり，設定した開口数の比率とも一致する値である．以上の結果から形状可変ミラーを用いて構築した二段K-Bミラー集光光学系を用いて，開口数制御により任意サイズの回折限界集光径を形成できることを実証した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は，本研究の根幹である，形状可変ミラーによって構築した二段KBミラー集光光学系を用いて開口数制御による任意サイズの回折限界集光ビームの形成が可能であることを実証することができた．X線領域では回折限界集光を維持しつつ集光径を変更可能なシステムは，報告されておらず，本研究の成果は次世代のX線集光光学系の構築に向けて非常に有用な成果であるといえる．以上のように研究は順調に進展している．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究として，①形状可変ミラーの形状制御技術の高度化，②大開口数をもつ形状可変ミラーの開発を進めていく予定である．
①においては，現状形状可変ミラーは圧電素子によって駆動するため，圧電素子のドリフト現象により形状の安定性に乏しいという問題がある．しかし，本光学系では4枚のミラーを同時に制御するため，実験中に形状を計測しフィードバックを行うことは，測定装置の精度やコストの観点から難しい．そこで，圧電素子への電圧印加方法を工夫することでドリフトの早期抑制およびミラー形状の安定化を試みる．②では，X線自由電子レーザにおいては現状の100mm長のミラーを適用できないため，更なる大開口かつ大変形ミラーが必要となる．そこで大変形は機械曲げ機構で行い，短周期の形状は圧電素子によって修正するハイブリット型変形機構を持つミラーの設計・開発を行う．
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Research Products
(6 results)
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[Presentation] Development of a two-stage adaptive Kirkpatrick-Baez mirror system for hard x-ray focusing using piezoelectric deformable mirrors2015
Author(s)
Takumi Goto, Hiroki Nakamori, Satoshi Matsuyama, Takashi Kimura, Krishna P. Khakurel, Yasuhisa Sano, Yoshiki Kohmura, Makina Yabashi, Yoshinori Nishino, Tetsuya Ishikawa and Kazuto Yamauchi
Organizer
The 13th Symposium on X-ray Imaging Optics
Place of Presentation
Nagoya, Japan
Year and Date
2015-10-17 – 2015-10-18
Int'l Joint Research
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