2022 Fiscal Year Annual Research Report
Development of X-ray nanobeam optics by precision wavefront control
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21H05004
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
山内 和人 大阪大学, 大学院工学研究科, 教授 (10174575)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松山 智至 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (10423196)
山田 純平 大阪大学, 大学院工学研究科, 助教 (10845027)
佐野 泰久 大阪大学, 大学院工学研究科, 准教授 (40252598)
藤 大雪 大阪大学, 大学院工学研究科, 助教 (70910678)
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| Project Period (FY) |
2021-07-05 – 2025-03-31
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| Keywords | 精密計測 / 精密加工 / X線ミラー / X線自由電子レーザー / X線顕微鏡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度までに、世界で初となる凹面凸面複合ミラー光学系の設計を終えた。また、形状測定法においてもオフライン装置の開発を終え、オンライン装置となるAt-wavelength波面計測においても、動作確認を終えた。加工技術では、CARE法のSi基板への適用性を検討し、ビシナル表面の生成が可能であることを確認した。当該年度では、ミラーの形状加工時の空間波長帯域を広げるための検討を行い、中周期からAFMレベルの短周期域までの形状誤差の一括除去を可能にし、ミラーの最終加工に適用した。また、At-wavelength計測の結果をもとに、サブnmレベルのミラー形状補正技術を確立した。前年度までに形状補正ミラーによる波面補正の準備を終えていたが、サブ10nmビームの具体的な活用の際の利便性において、ミラーそのものの形状補正が実現したことは、実験時のビーム特性の安定性を大きく向上するものであり、実用化に向けての大きな成果となった。複数のミラーのアライメントのためのマニピュレータも開発を終えた。組み合わせ光学系の波面計測に成功し、また、ミラーのアライメントの際の全自由度に対して、特徴的な波面誤差との対応を明らかにし、光学系調整の自動化の可能を得た。なお、繰り越しによる導入となったX線CMOSカメラにより、形状可変ミラーによる反射光の波面、ミラーアライメント時の波面観察の高度化を実現した。
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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
凹面ミラーと凸面ミラーで構成される4枚光学系の波動光学をベースにして設計した。ミラー製作ではオフラインでの形状計測とオンラインでのX線波面計測に基づく形状計測を実現し、加えてCARE加工法の高度化によって、ミラー作製を成功裏に終えた。また、組み合わせ光学系のアライメントでは、波面誤差とミラー姿勢との関係を見出し、回折限界条件をSACLA実験チャンバー内において達成できる目途を得た。並行して実施した、オンライン波面制御のための形状可変ミラーも所期精度を実現し、米国APSの研究者らとの共同研究によって、ML（機械学習）を活用したミラー形状の維持法について、新たな研究テーマが立ち上がっている。最終目標であるSACLAの極限集光ビームを用いたX線非線形光学現象の観察に関しては、大いに成果を期待できる状況にある。
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| Strategy for Future Research Activity |
SACLAの実験チャンバー内での極限集光ビームを安定して供給できる目途を得たことから、X線波面のその場計測法をベースとする高能率なアライメント手法を実用レベルで完成させる。また、集光状態の確認を複数の手法によって確認し、最終目標である未だ人類が未確認のX線非線形光学現象の観察と実証へと研究を進める。
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[Presentation] XFEL sub-10nm focusing system using Wolter type III-based advanced KB mirrors" 14th International Conference on Synchrotron Radiation Instrumentation (SRI2021)2022
Author(s)
J. Yamada, S. Matsuyama, T. Inoue, N. Nakamura, Y. Tanaka, A. Ito, T. Osaka, I. Inoue, Y. Inubushi, H. Yumoto, T. Koyama, H. Ohashi, K. Yamauchi, and M. Yabashi
Organizer
14th International Conference on Synchrotron Radiation Instrumentation (SRI2021)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Fabrication of XFEL sub-10 nm focusing optics based on advanced Kirkpatrick-Baez mirrors2022
Author(s)
J. Yamada, S. Matsuyama, T. Inoue, A. Ito, T. Osaka, I. Inoue, Y. Inubushi, H. Yumoto, T. Koyama, H. Ohashi, K. Yamauchi, and M. Yabashi
Organizer
7th International Workshop on Metrology for X-ray Optics, Mirror Design and Fabrication (IWXM2022)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Beam size characterization method of sub-10 nm focused XFEL using uniform nanospheres2022
Author(s)
A. Ito, J. Yamada, S. Matsuyama, T. Inoue, Y. Tanaka, I. Inoue, T. Osaka, H. Yumoto, T. Koyama, H. Ohashi, M. Yabashi, T. Ishikawa, and K. Yamauchi
Organizer
7th International Conference on X-ray Optics and Applications 2022 (XOPT2022) in OPIC2022
Int'l Joint Research
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[Presentation] XFEL sub-10 nm focusing system based on X-ray imaging mirrors2022
Author(s)
A. Ito, J. Yamada, S. Matsuyama, T. Inoue, Y. Tanaka, I. Inoue, T. Osaka, Y. Inubushi, H. Yumoto, T. Koyama, H. Ohashi, M. Yabashi, K. Yamauchi
Organizer
15th International Conference on X-ray Microscopy (XRM2022)
Int'l Joint Research
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[Presentation] XFEL single-nanometer focusing system at SACLA2022
Author(s)
J. Yamada, S. Matsuyama, T. Inoue, A. Ito, I. Inoue, T. Osaka, Y. Inubushi, H. Yumoto, T. Koyama, H. Ohashi, K. Yamauchi, M. Yabashi
Organizer
The 15th Pacific Rim Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO-PR 2022)
Int'l Joint Research / Invited
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