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2018 Fiscal Year Annual Research Report

高精度形状可変ミラー光学系の構築とX線自由電子レーザーのアダプティブ集光

Research Project

Project/Area Number 16H06358
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

山内 和人  大阪大学, 工学研究科, 教授 (10174575)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 松山 智至  大阪大学, 工学研究科, 助教 (10423196)
佐野 泰久  大阪大学, 工学研究科, 准教授 (40252598)
Project Period (FY) 2016-05-31 – 2021-03-31
Keywords超精密加工 / X線集光 / X線ミラー / 形状可変ミラー
Outline of Annual Research Achievements

本年度は,目的達成のための要素技術である以下の5つの項目を中心に実施した.
①XFEL照射に対応可能な大面積ナノ精度加工の高度化:昨年度に引き続き,大型ミラー対応可能な3次元形状計測機や干渉計を高性能化した.これと数値制御EEMや差分成膜法を高度に連携させることで,ミラー形状を1nmの精度で修正する技術を確立した.大型形状可変ミラーだけでなく大型集光ミラーを高い形状精度で作製することが可能となった.
②XFELに最適化された2段集光光学系の提案とデモ実験:既存のズームコンデンサーは2組のアダプティブKBミラーで構成されていたが,新たにコンパクトかつ制御性のよい新規ズームコンデンサーを提案した.本光学系では,形状可変ミラーを凸面鏡から凹面鏡やその逆に変形させることでアダプティブ集光を行う.シミュレーションの結果,期待されるビーム径可変集光を実現できることが分かった.SPring-8にてデモ実験を実施したところ,予想したビーム径変化を確認した.
③ピエゾ素子の変形ドリフトの抑制法の高度化:形状可変ミラーに搭載しているピエゾ素子の変形ドリフトを抑制するために,特別な電圧パターンを印加する方法を研究した.また,単結晶圧電素子を用いた形状可変ミラーを試作しその動作を調べた.これらは変形ドリフトの抑制効果が見られ,形状可変ミラーのさらなる安定性向上が可能となった.
④波面計測法・集光ビーム径評価法の高度化:X線集光ミラーの形状誤差を高精度に決定するために必要となるX線波面計測法をテストした.ペンシルビーム法,グレーチング干渉計,タイコグラフィ法の精度を検証した.また,XFELにおける集光ビームの評価法として,スペックル計測法や蛍光X線の強度干渉計測などを試み,それぞれの精度について研究した.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

大型形状可変ミラーやそれに関わる要素技術の開発が順調に進んでいる.また,新型のズームコンデンサー光学系を提案し,そのデモ実験に成功した.これによって,本研究の応用範囲が広がった.

Strategy for Future Research Activity

今後の予定として,①新型形状可変ミラーを使ったアダプティブ集光のテスト,②新型形状可変ミラーの機械式ベント部分の高性能化,③波面計測法や集光ビーム径評価法の高度化 を中心に進める予定である.完成度の高い集光システムの完成を目指し,高精度かつユニークな要素技術の開発を進めていく.

  • Research Products

    (25 results)

All 2018 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 2 results) Presentation (21 results) (of which Int'l Joint Research: 11 results,  Invited: 5 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Systematic-error-free wavefront measurement using an X-ray single-grating interferometer2018

    • Author(s)
      Inoue Takato、Matsuyama Satoshi、Kawai Shogo、Yumoto Hirokatsu、Inubushi Yuichi、Osaka Taito、Inoue Ichiro、Koyama Takahisa、Tono Kensuke、Ohashi Haruhiko、Yabashi Makina、Ishikawa Tetsuya、Yamauchi Kazuto
    • Journal Title

      Review of Scientific Instruments

      Volume: 89 Pages: 043106~043106

    • DOI

      10.1063/1.5026440

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Nearly diffraction-limited hard X-ray line focusing with hybrid adaptive X-ray mirror based on mechanical and piezo-driven deformation2018

    • Author(s)
      Goto Takumi、Matsuyama Satoshi、Hayashi Hiroki、Yamaguchi Hiroyuki、Sonoyama Junki、Akiyama Kazuteru、Nakamori Hiroki、Sano Yasuhisa、Kohmura Yoshiki、Yabashi Makina、Ishikawa Tetsuya、Yamauchi Kazuto
    • Journal Title

      Optics Express

      Volume: 26 Pages: 17477~17477

    • DOI

      10.1364/OE.26.017477

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Nanofocusing of X-ray free-electron laser using wavefront-corrected multilayer focusing mirrors2018

    • Author(s)
      Matsuyama S.、Inoue T.、Yamada J.、Kim J.、Yumoto H.、Inubushi Y.、Osaka T.、Inoue I.、Koyama T.、Tono K.、Ohashi H.、Yabashi M.、Ishikawa T.、Yamauchi K.
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 8 Pages: 17440

    • DOI

      10.1038/s41598-018-35611-0

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Cutting-edge optics for X-ray microscopy based on SR and FEL2018

    • Author(s)
      K. Yamauchi
    • Organizer
      The 6th HeKKSaGon University Presidents' Conference WG5
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Development of nanofocusing system for X-ray free electron Laser (Study of nanobeam characterization)2018

    • Author(s)
      T. Inoue, S. Matsuyama, S. Kawai, H. Yumoto, Y. Inubushi, T. Koyama, K. Tono, T. Osaka, H. Ohashi, M. Yabashi, T. Ishikawa, and K. Yamauchi
    • Organizer
      International Conference on X-ray Optics and Applications 2018 (XOPT2018) in OPIC2018
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Development of adaptive X-ray focusing system based on a combination of a piezoelectric bimorph mirror and a mechanical mirror bender2018

    • Author(s)
      H. Yamaguchi, T. Goto, H. Hayashi, S. Matsuyama, J. Sonoyama, K. Akiyama, H. Nakamori, Y. Sano, Y. Kohmura, M. Yabashi, T. Ishikawa, and K. Yamauchi
    • Organizer
      International Conference on X-ray Optics and Applications 2018 (XOPT2018) in OPIC2018
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Fabrication of ultraprecise multilayer focusing mirrors using an X-ray grating interferometer and differential deposition technique2018

    • Author(s)
      T. Inoue, S. Matsuyama, S. Kawai, H. Yumoto, Y. Inubushi, T. Koyama, K. Tono, T. Osaka, H. Ohashi, M. Yabashi, T. Ishikawa, and K. Yamauchi
    • Organizer
      The 6th International Workshop on X-ray Optics and Metrology Satellite Meeting of SRI 2018 (IWXM 2018)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Development of adaptive Kirkpatrick-Baez mirrors based on bimorph and mechanical bending2018

    • Author(s)
      H. Nakamori, T. Goto, S. Matsuyama, H. Hayashi, H. Yamaguchi, J. Sonoyama, K. Akiyama, Y. Sano, Y. Kohmura, M. Yabashi, T. Ishikawa, H. Okada, and K. Yamauchi
    • Organizer
      The 6th International Workshop on X-ray Optics and Metrology Satellite Meeting of SRI 2018 (IWXM 2018)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Development of a multilayer Kirkpatrick-Baez mirror optics for X-ray free electron laser2018

    • Author(s)
      T. Inoue, S. Matsuyama, S. Kawai, H. Yumoto, Y. Inubushi, T. Koyama, K. Tono, T. Osaka, H. Ohashi, M. Yabashi, T. Ishikawa, and K. Yamauchi
    • Organizer
      The 13th International Conference on Synchrotron Radiation Instrumentation (SRI 2018)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Development of hybrid X-ray adaptive optical system based on piezo-driven deformable mirror and a mechanical mirror bender2018

    • Author(s)
      H. Yamaguchi, T. Goto, H. Hayashi, S. Matsuyama, J. Sonoyama, K. Akiyama, H. Nakamori, Y. Sano, Y. Kohmura, M. Yabashi, T. Ishikawa, and K. Yamauchi
    • Organizer
      The 13th International Conference on Synchrotron Radiation Instrumentation (SRI 2018)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Novel Reflective Optics and Systems for Hard X-ray Microscopy2018

    • Author(s)
      K. Yamauchi
    • Organizer
      2018 Denver X-ray Conference (DXC)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Development of adaptive Kirkpatrick-Baez mirrors based on mechanical and piezoelectric bending2018

    • Author(s)
      H. Nakamori, T. Goto, S. Matsuyama, H. Hayashi, H. Yamaguchi, J. Sonoyama, K. Akiyama, Y. Sano, Y, Kohmura, M. Yabashi, T. Ishikawa, H. Okada, and K. Yamauchi
    • Organizer
      SPIE Optics+Photonics2018
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Precision Measurement, Fabrication and Related Technologies for Grazing-incidence X-ray Mirror Optics2018

    • Author(s)
      K. Yamauchi
    • Organizer
      Ultra Precision Manufacturing of Aspheres & Freeforms
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Advances in X-ray mirror optics for 3rd and 4th generation synchrotron radiation sources2018

    • Author(s)
      K. Yamauchi
    • Organizer
      The International School on XFEL: Science and Instrumentation
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 機械曲げ機構と圧電バイモルフミラーを組み合わせたハイブリッド型X線アダプティブ集光システムの開発2018

    • Author(s)
      山口浩之,林宏樹,後藤拓実,松山智至,園山純基,秋山和輝,中森紘基,佐野泰久,香村芳樹,矢橋牧名,石川哲也,山内和人
    • Organizer
      2018年度関西地方定期学術講演会
  • [Presentation] X線自由電子レーザーナノ集光システムの開発2018

    • Author(s)
      中村南美,松山智至,井上陽登,湯本博勝,犬伏雄一,小山貴久,大坂泰斗,井上伊知郎,登野健介,大橋治彦,矢橋牧名,石川哲也,山内和人
    • Organizer
      2018年度関西地方定期学術講演会
  • [Presentation] 硬X線集光用形状可変ミラーを用いたアダプティブ集光光学系の開発2018

    • Author(s)
      山口浩之,林宏樹,後藤拓実,松山智至,園山純基,秋山和輝,中森紘基,佐野泰久,香村芳樹,矢橋牧名,石川哲也,山内和人
    • Organizer
      2018年度精密工学会秋季大会学術講演会
  • [Presentation] 多層膜KBミラーを用いたX線自由電子レーザーナノ集光システムの開発(第二報)2018

    • Author(s)
      井上陽登,松山智至,中村南美,湯本博勝,犬伏雄一,小山貴久,大坂泰斗,井上伊知郎,登野健介,大橋治彦,矢橋牧名,石川哲也,山内和人
    • Organizer
      2018年度精密工学会秋季大会学術講演会
  • [Presentation] X線自由電子レーザー用 sub10nm 集光システムの開発‐新しいビーム径診断法を用いた精密ミラーアライメント‐2018

    • Author(s)
      井上陽登,松山智至,中村南美,湯本博勝,犬伏雄一,小山貴久,大坂泰斗,井上伊知郎,登野健介,大橋治彦,矢橋牧名,石川哲也,山内和人
    • Organizer
      第32回放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • [Presentation] 形状可変ミラーを用いたコンパクトなX線ズームコンデンサの開発2018

    • Author(s)
      山口浩之,松山智至,園山純生,秋山和輝,中森紘基,佐野泰久,香村芳樹,矢橋牧名,石川哲也,山内和人
    • Organizer
      第32回放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • [Presentation] X線波面計測法を用いた結像ミラーの評価2018

    • Author(s)
      萩原拓,山田純平,松山智至,佐野泰久,矢橋牧名,表和彦,石川哲也,山内和人
    • Organizer
      第32回放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • [Presentation] X線波面計測法を用いた結像ミラーの評価―タイコグラフィを用いたシングルグレーチング干渉計のクロスチェック―2018

    • Author(s)
      萩原 拓,山田純平,松山智至,佐野泰久,香村芳樹,矢橋牧名,石川哲也,山内和人
    • Organizer
      2019年度精密工学会春季大会学術講演会
  • [Presentation] 多層膜KBミラーを用いたX線自由電子レーザーナノ集光システムの開発(第三報)-スペックルを利用した,ミラーアライメント手法の開発-2018

    • Author(s)
      井上陽登,松山智至,中村南美,湯本博勝,犬伏雄一,小山貴久,大坂泰斗,井上伊知郎,登野健介,大橋治彦,矢橋牧名,石川哲也,山内和人
    • Organizer
      2019年度精密工学会春季大会学術講演会
  • [Presentation] 多層膜KBミラーを用いたX線自由電子レーザーナノ集光システムの開発 -蛍光X線の強度干渉現象を利用したビーム径決定手法の検討-2018

    • Author(s)
      中村南美,松山智至,井上陽登,湯本博勝,犬伏雄一,小山貴久,大坂泰斗,井上伊知郎,登野健介 ,大橋治彦,矢橋牧名,石川哲也,山内和人
    • Organizer
      2019年度精密工学会春季大会学術講演会
  • [Remarks] 大阪大学山内研究室

    • URL

      http://www-up.prec.eng.osaka-u.ac.jp/index.htm

URL: 

Published: 2021-01-27  

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