2011 Fiscal Year Annual Research Report
補償光学系を駆使した多段光学系によるＸ線自由電子レーザーのナノメートル集光
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23226004
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Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
山内 和人 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10174575)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松山 智至 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (10423196)
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| Keywords | X線自由電子レーザー / X線集光 / X線ミラー / X線波面計測 / X線干渉計 / 多層膜ミラー |
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| Research Abstract |
本研究は，次世代X線源「X線自由電子レーザー (XFEL： X-ray free electron laser)」の高度利用に不可欠なXFELのナノ集光技術の確立を目的に，これを実現し得る光学系として，ビーム拡大のための「開口数変換光学系」と，極限集光のための「大開口数集光光学系」からなる多段光学系を構築することを目指している．
本年度は，①XFEL用スペックルフリーミラーの開発，②長尺ミラー用多層膜成膜装置の開発，③シングルショット波面計測法の開発 を実施した．
①では，既存の数値制御EEM装置を用いて，ナノ凹凸の除去を行った楕円ミラーを試作した．干渉計によってその形状を評価したところ，約1nmの精度で作製できていた．また，SPring-8にて反射像のスペックルを観察したところ，スペックル抑制効果を確認した．
②では，XFELのために，500mm長の長尺ミラーに対応させた多層膜成膜装置を開発した．ロードロック室，試料ステージ(ストローク：500mm)，3種類のスパッタガン，スリットで構成されている．ミラー光軸方向に多層膜の積層周期を変えるために，ミラーの前面に微小開口板を置き，局所領域ごとの成膜が可能な装置となっており，ミラー長さに相当する500mmの走査が可能である．
③では，XFELのワンショット波面計測を実施するために，X線用の位相格子を用いたシングルグレーチング干渉計を提案し，その実証を行った．SPring-8 1km長尺ビームラインのフルコヒーレント光を用い，あらかじめ形状可変ミラーによって乱された既知の波面を計測することで，本干渉計測の有効性を確認した．実験の結果，λ/12の精度で波面収差を測定することができた．また，感度的にも十分XFELの波面をワンショットで計測可能であった．
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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
研究目的を遂行するために，本年度はその基礎技術確立を中心にして研究を進めた．X線ミラー作製，多層膜成膜，波面計測は，XFELのサブナノ集光を実現する上で必要不可欠な基礎技術であり，本年度は計画通りその確立に向けた研究開発を行うことができた．特に本研究で重要となる波面計測において，世界で初めて硬X線ナノビームの波面をλ/12の精度で測定することに成功するなど，研究は順調に進んでいる．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究として，①XFELのサブ50nm集光，②XFELのワンショット波面計測，③XFEL照射による損傷閾値の調査，④長尺ミラーに特化した形状計測システムの開発 をまずは進めていく．
①においては，全反射ミラーを2枚用いることで，XFELをサブ50nmまで集光できる集光システムを開発する．本開発で問題点の抽出を行い，サブ10nm集光システムの開発へフィードバックする．②では，23年度に確立したシングルグレーチング干渉計を用い，XFELナノビームをワンショットで波面計測できるシステムを確立する．③では，XFEL照射によってミラーコーティング材料が損傷しないか調べるために，各種材料にXFELを照射し，損傷の閾値を調査する．これによって，損傷しない長期安定なミラーコーティングを実現する．④では，長尺ミラーを高精度に測定可能な形状計測システムとして，エアスライドと干渉計を備えた新しいシステムを開発する．これによって，高精度な長尺ミラーを作製する．
最終的に，サブ10nm集光のための多段集光光学系を開発し，XFELのサブ10nm集光を実現する．
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[Presentation] X線ナノ集光技術の展望2011
Author(s)
Kazuto Yamauchi
Organizer
PF研究会 ERLサイエンスワークショップII
Place of Presentation
高エネルギー加速器研究機構
Year and Date
20110427-20110428
Invited
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