高精度ウォルターミラー作製による超短パルスX線イメージング法の開発

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19H00736
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 三村 秀和 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (30362651)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中川 桂一 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 講師 (00737926) ; 本山 央人 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (00822636)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 軟X線 / Ｘ線ミラー / Ｘ線集光

Outline of Annual Research Achievements

高精度回転体ミラーは、1マンドレルの作製、2形状転写、3形状計測、4形状修正の4段階のプロセスで作製する。本研究では、SACLAにおいて、理想的な回折限界性能を達成するため、ミラー内面の3次元での形状精度10 nm(P-V)を実現する必要がある。今年度は特に形状転写の精度向上と形状修正法の開発を行った。
形状修正法の開発では、これまで確立したイオンビームとOAM(Organic Abrasive Mashining)による二つの形状修正方法に加えて、ミラー内面において有機粒子をジェット噴射をさせる加工技術を開発した。詳細な基礎実験を実施しミラー表面であるNi表面においてRMS0.3 nm レベルの良好な平滑性を確認した。加工装置を新規に開発しΦ10ｍｍ以下の円筒状形状のミラーの内面を安定かつ高精度に加工することが可能となった。実際に回転体ミラーの内面を計測し、周方向、長手方向ともに形状誤差を修正できることを確認した。
昨年度と比べ高い空間分解能を目指しウォルターミラーによる顕微ビームラインをSACLAにおいて再度構築した。新規に作製したミラーを導入しシングルショットイメージングを行った。本光学系ではレーザーによるアライメントシステムなどに工夫を行っている。波長10nmのXFELパルスにおいて空間分解能は600nmであり、理想的な回折限界の空間分解能を実現していない。この理由はミラーの形状誤差にあることがわかった。また、2波長での同時X線イメージングのための 光学系の検討を開始した。

Current Status of Research Progress

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

Reason

本研究課題の最も重要な技術であるウォルターミラー内面の形状修正法を確立するとともに、ウォルターミラーによる顕微システムがすでに完成しており、最終目標の実現のための準備が整ったため。

Strategy for Future Research Activity

これまで確立した高精度ミラー作製技術により、実際に従来にない精度のウォルターミラーを実現する。そして、X線自由電子レーザ施設SACLAにおいて理想的な回折限界性能を有する軟X線イメージングシステムを実現する。

Research Products

• [Journal Article] A highly efficient nanofocusing system for soft x rays (2020)
  • Author(s): Y. Takeo, H. Motoyama, T. Shimamura, T. Kimura, T. Kume, Y. Matsuzawa, T Saito, Y. Imamura, H. Miyashita, K. Hiraguri, H. Hashizume, Y. Senba, H. Kishimoto, H. Ohashi, and H. Mimura
  • Journal Title: Appl. Phys. Lett. Volume: 117 Pages: 151104
  • DOI: 10.1063/5.0027118
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of precise electroformed Wolter mirror for X-ray astronomy (2020)
  • Author(s): Gota Yamaguchi, Takehiro Kume, Yoko Takeo, Yusuke Matsuzawa, Kentaro Hiraguri, Yoichi Imamura, Hiroaki Miyashita, Keisuke Tamura, Yusuke Takehara, Ayumu Takigawa, Tetsuo Kanoh, Kenji Tachibana, Ikuyuki Mitsuishi, Hirokazu Hashizume, Hidekazu Mimura
  • Journal Title: SPIE Proceedings Volume: 11491 Pages: 114910K
  • DOI: 10.1117/12.2569834
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Design of two-stage soft-X-ray nano-focusing system with a ring-focusing mirror and quasi-Wolter mirror (2020)
  • Author(s): Yoko Takeo, Hiroto Motoyama, Takenori Shimamura, Takashi Kimura, Takehiro Kume, Yusuke Matsuzawa, Takahiro Saito, Yoichi Imamura, Hiroaki Miyashita, Kentarou Hiraguri, Hirokazu Hashizume, Yasunori Senba, Hikaru Kishimoto, Haruhiko Ohashi, and Hidekazu Mimura
  • Journal Title: SPIE Proceedings Volume: 11492 Pages: 114920N
  • DOI: 10.1117/12.2570007
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Advanced fabrication technologies for ultraprecise replicated mirrors for x-ray telescopes (2020)
  • Author(s): Hidekazu Mimura, Gota Yamaguchi, Takehiro Kume, Yoko Takeo, Akinari Ito, Yusuke Matsuzawa, Takahiro Saito, Kentarou Hiraguri, Yusuke Takehara, Ayumu Takigawa, Keisuke Tamura, Tetsuo Kanoh, Kenji Tachibana, Hirokazu Hashizume, Ikuyuki Mitsuishi
  • Journal Title: SPIE Proceedings Volume: 11444 Pages: 114441G
  • DOI: 10.1117/12.2560892
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of shape measurement system for high precision Wolter mandrel (2020)
  • Author(s): Takehiro Kume, Hirokazu Hashizume, Kentarou Hiraguri, Yusuke Matsuzawa, Yoichi Imamura, Hiroaki Miyashita, Takahiro Saito, Gota Yamaguchi, Yoko Takeo, Yasunori Senba, Hikaru Kishimoto, Haruhiko Ohashi, Hidekazu Mimura
  • Journal Title: SPIE Proceedings Volume: 11492 Pages: 114920M
  • DOI: 10.1117/12.2568929
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 銅電鋳製回転楕円ミラーによる軟X線FELのサブミクロン集光 (2021)
  • Author(s): 山口 豪太, 本山 央人, 大和田 成起, 久保田 雄也, 江川 悟, 竹尾 陽子, 矢橋 牧名, 三村 秀和
  • Organizer: 第34回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム, オンライン開催
• [Presentation] アクリル定盤と水によるガラス表面の平坦化－平坦性と除去レート向上の試み― (2021)
  • Author(s): 郭建麗，松澤雄介，三村秀和
  • Organizer: 2021年度精密工学会春季大会，2021年度精密工学会春季大会学術講演会，オンライン開催
• [Presentation] 高分解能なＸ線望遠鏡実現に向けたウォルターミラーの電鋳プロセスの高精度化―電流密度分布の有限要素解析を通じた最適なめっき条件の探求― (2021)
  • Author(s): 伊藤 旺成, 山口 豪太, 竹尾 陽子, 三村 秀和
  • Organizer: 2021年度精密工学会春季大会, 2021年度精密工学会春季大会学術講演会, オンライン開催
• [Presentation] 回転体形状を有する光学素子のX線CT による高精度形状評価法 (2021)
  • Author(s): 清水冴月, 三村秀和
  • Organizer: 第88回精密工学会現物融合型エンジニアリング専門委員会
• [Presentation] Development of precise electroformed Wolter mirror for X-ray astronomy (2020)
  • Author(s): Gota Yamaguchi, Takehiro Kume, Yoko Takeo, Yusuke Matsuzawa, Kentaro Hiraguri, Yoichi Imamura, Hiroaki Miyashita, Keisuke Tamura, Yusuke Takehara, Ayumu Takigawa, Tetsuo Kanoh, Kenji Tachibana, Ikuyuki Mitsuishi, Hirokazu Hashizume, Hidekazu Mimura
  • Organizer: Advances in Metrology for X-Ray and EUV Optics IX,Optical Engineering + Applications, SPIE Optics + Photonics 2020 Digital Forum, Online Only
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Design of two-stage soft-X-ray nano-focusing system with a ring-focusing mirror and quasi-Wolter mirror (2020)
  • Author(s): Yoko Takeo, Hiroto Motoyama, Takenori Shimamura, Takashi Kimura, Takehiro Kume, Yusuke Matsuzawa, Takahiro Saito, Yoichi Imamura, Hiroaki Miyashita, Kentarou Hiraguri, Hirokazu Hashizume, Yasunori Senba, Hikaru Kishimoto, Haruhiko Ohashi, Hidekazu Mimura
  • Organizer: Advances in Metrology for X-Ray and EUV Optics IX, Optical Engineering + Applications, SPIE Optics + Photonics 2020 Digital Forum, Online Only
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Two-stage reflective focusing system for soft X-rays at BL25SU of SPring-8 (2020)
  • Author(s): Yoko Takeo, Hiroto Motoyama, Takenori Shimamura, Takashi Kimura , Takehiro Kume, Yusuke Matsuzawa, Takahiro Saito, Yoichi Imamura , Hiroaki Miyashita, Kentaro Hiraguri, Hirokazu Hashizume, Yasunori Senba, Hikaru Kishimoto, Haruhiko Ohashi, and Hidekazu Mimura
  • Organizer: XOPT2-02, XOPT2020 (International Conference on X-ray Optics and Application), OPIC2020 (OPTICS & PHOTONICS International Congress 2020), Online Only
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Advanced fabrication technologies for ultraprecise replicated mirrors for x-ray telescopes (2020)
  • Author(s): Hidekazu Mimura, Gota Yamaguchi, Takehiro Kume, Yoko Takeo, Akinari Ito, Yusuke Matsuzawa, Takahiro Saito, Kentarou Hiraguri, Yusuke Takehara, Ayumu Takigawa, Keisuke Tamura, Tetsuo Kanoh, Kenji Tachibana, Hirokazu Hashizume, Ikuyuki Mitsuishi
  • Organizer: SPIE Astronomical Telescopes + Instrumentation, Online Only
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of shape measurement system for high precision Wolter mandrel (2020)
  • Author(s): Takehiro Kume, Hirokazu Hashizume, Kentarou Hiraguri, Yusuke Matsuzawa, Yoichi Imamura, Hiroaki Miyashita, Takahiro Saito, Gota Yamaguchi, Yoko Takeo, Yasunori Senba, Hikaru Kishimoto, Haruhiko Ohashi, Hidekazu Mimura
  • Organizer: S Advances in Metrology for X-Ray and EUV Optics IX, Optical Engineering + Applications, SPIE Optics + Photonics 2020 Digital Forum, Online Only
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 軟Ｘ線用集光ミラーの開発と大学研究の事業化の一例 (2020)
  • Author(s): 三村秀和
  • Organizer: 強光子場科学研究懇談会
  • Invited