低損失X線多層型導波路および高効率導波型X線機能素子に関する基礎的研究

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11450140
• 研究機関: 豊橋技術科学大学
• 研究代表者: 宮崎 保光 豊橋技術科学大学, 工学部, 教授 (00023169)
• 研究分担者: 増田 忠弘 豊橋技術科学大学, 工学部, 助手 (50293759) ; 黄 新民 愛知工科大学, 助教授 (00262973) ; 後藤 信夫 豊橋技術科学大学, 工学部, 助教授 (60170461)
• キーワード: X線全反射 / X線ファイバ / 多層膜導波路 / 曲がり導波路 / X線機能素子 / 等価屈折率 / 屈折率分布 / テーパ状導波路

研究概要

X線導波路、X線機能素子の基礎研究として、理論的実験的検討を行い、以下の良好な成果を得ることができた。
1.X線の全反射特性と物質の等価屈折率の理論的実験的検討
原子内部の電子分布を考慮したX線領域電磁波による原子内屈折率分布を導出した。原子の結晶構造を考慮して等価的に物質の屈折率として変換した後に、Henkeにより実験的に求められている屈折率との比較を行った。その結果、分散特性が一致することが確認でき、妥当な結果が得られていることがわかった。
2.屈折率分布型X線ファイバおよび多層型X線導波路における材料および構成の検討
軟X線の反射素子として、屈折率差を重視したAg/Laおよび吸収の少なさを重視したRh/Ce多層膜モデルについて検討を行った。その結果、層厚を最適化したRh/Ceの場合において、良好な反射率を示すことがわかった。
3.物質境界面でのX線の反射・透過・散乱特性
屈折率分布型の収束性X線導波路のビームモードの固有電磁界を検討した。また、集束性X線導波路の曲がり部における伝搬、放射、散乱について電磁界境界値問題として等角写像法を適用した。これにより、X線ビームの曲がりにおける放射損失特性を明らかにし、導波路作成のための基礎を示した。
4.テーパ状X線集束導波路プローブの試作
境界要素法を用いテーパ状導波路プローブを数値解析することで、形状による集束特性について評価をした。直線型、凹型、凸型の3種類に対し評価を行った。その結果、電界強度の増加は入射側コア幅について、最適なコア幅があることがわかった。また、直線型と凸型の電界強度の半値幅は、漏れ波の影響によって、入射側コア幅が波長の10倍より大きくなると急激に増加することがわかり、その値は電界強度の増加を最大にする入射側コア幅よりも小さい値であることがわかった。また、放射側コア幅が波長以下の場合は直線型が、波長以上の場合は凸型が最適な形状であるという結論を得た。
X線導波路の低損失化については、さらに検討していく必要があるが、この成果をもとに、さらに高効率の低損失X線導波路、X線機能素子についての研究展開が可能となった。

研究成果

• [文献書誌] Y.Miyazaki: "Asymptotic Beam Mode Characteristics of Nanometer Electromagnetic Waves in Gradient X-Ray Waveguides"2001 URSI International Symposium on Electromagnetic Theory,MN-T06-18,Victoria,Canada. 431-433 (2001)
• [文献書誌] Y.Miyazaki, R.Fukuo: "Fundamental Characteristics of Guiding and Diffraction Fields in X-Ray Crystal Waveguide Consisting of Periodic Atomic Structures"(invited paper).8th International Symposium on Microwave and Optical Technology,Montreal,Canada. 461-466 (2001)
• [文献書誌] R.Fukuo, Y.Miyazaki: "Photonic Analysis of X-ray Crystal Waveguide Consisting Periodic Array of Cylinders"Proc.of Progress in Electromagnetics Research Symposium(PIERS 2001),Osaka. 14 (2001)
• [文献書誌] B.Rakesh, Y.Miyazaki: "High-Speed Nonreciprocal Optical Switching Using Phase Shift Induced by Magnetostatic Surface Waves"Jpn.J.Appl.Phys.. 40・5B. 3768-3772 (2001)
• [文献書誌] N.Goto, Y.Miyazaki: "Multi-Wavelength Separation Characteristics in Integrated Acoustooptic Devices for Photonic Switching System"Jpn.J.Appl.Phys.. 40・5B. 3762-3767 (2001)
• [文献書誌] R.Balasubramanian, Y.Fukuyama, Y.Miyazaki: "Theoretical Studies on Dynamic Characteristics of Yb-Sensitized Er-Doped Garnet Crystal Waveguide-Type Optical Amplifiers"電気学会論文誌A. 121A・10. 911-916 (2001)
• [文献書誌] 井上, 宮崎: "グレーデッド・インデクス型光導波路における画像伝送および空間フィルタリング"電気学会論文誌C. 121C・12. 1801-1806 (2001)
• [文献書誌] Y.Miyazaki: "Partial Coherence Characteristics of Polarization and Field Intensity of Propagating Modes in Plastic Optical Fibers with Random Anisotropic Inhomogeneities"Proc.of Progress in Electromagnetics Research Symposium(PIERS 2001),Osaka. 496 (2001)
• [文献書誌] R.Balasubramanian, Y.Fukuyama, Y.Miyazaki: "Short Pulse Amplification Characteristics of Er-Yb Codoped Garnet Crystal Waveguide-Type Optical Amplifiers"Proc.of Progress in Electromagnetics Research Symposium(PIERS 2001),Osaka. 474 (2001)
• [文献書誌] T.Yoshimura, Y.Miyazaki: "Possibility of Long Range Transmission by Plastic Optical Fiber"Proc.of Progress in Electromagnetics Research Symposium(PIERS 2001),Osaka. 501 (2001)
• [文献書誌] Y.Inoue, Y.Miyazaki: "Field Analysis of Optical Image Transmission Using Graded Index Waveguides"Proc.of Progress in Electromagnetics Research Symposium(PIERS 2001),Osaka. 511 (2001)
• [文献書誌] N.Goto, Y.Miyazaki: "Collinear Acoustooptic Devices Consisting of Polymer Waveguides for WDM Networks"Proc.of Progress in Electromagnetics Research Symposium(PIERS 2001),Osaka. 506 (2001)
• [文献書誌] Y.Miyazaki: "Mathematical Analysis of Near Electromagnetic Field in Tapered Optical Guided Probes Using Conformal Mapping Method"2001 International Workshop on Advanced Electromagnetics(IWAE'01),Tokyo. (2001)
• [文献書誌] Y.Inoue, Y.Miyazaki: "Parallel Transmission and Spatial Filtering in a Graded-Index Optical Planar Waveguide"The 8th Microoptics Conference(MOC'01),Osaka. 274-277 (2001)
• [文献書誌] G.Rodriguez, Y.Miyazaki: "Electromagnetic Field Analysis using a Parallel FDTD Algorithm in Extremely Large Areas for Mobile Communication"電気学会論文誌C. 121C・12. 1826-1833 (2001)
• [文献書誌] Y.Miyazaki: "Reflection and Scattering Analysis of Coated Elliptic Cylinders with Absorption Magnetic Films Using Conformal Mapping Method"Proc.of Progress in Electromagnetics Research Symposium(PIERS 2001),Osaka. 609 (2001)
• [文献書誌] T.Masuda, Y.Miyazaki: "Characteristics of Plane Wave Scattering and Absorption by a Conducting Elliptic Cylinder Coated with Ferrite Absorber"Proc.of Progress in Electromagnetics Research Symposium(PIERS 2001),Osaka. 599 (2001)
• [文献書誌] G.Rodriguez, Y.Miyazaki: "A New FDTD Parallel Algorithm for Propagation and Scattering Characteristics on Big Urban Areas"2001 Asia-Pasific Radio Science Conference(AP-RASC'01)Digest,PB-34,Tokyo. 303 (2001)
• [文献書誌] Y.Miyazaki: "Spectral Expansion Method of Beam Guiding and Scattering at Arbitrary Dielectric Boundary Interfaces"Proc.of FESS-MMNA'01,Nakhodka,Russia. 85-90 (2001)
• [文献書誌] Y.Miyazaki: "Optical Integrated Switches and Amplifiers Using Channel Waveguides for WDM Communication"Proc.of the eighty ninth session of the Indian Science Congress,Lucknow. 159-160 (2002)
• [文献書誌] Y.Miyazaki: "Spectral Expansion Method of Beam Guiding and Scattering at Arbitrary Dielectric Boundary Interfaces"Telecommunications and Radio Engineering,Moscow. (to be published). (2002)
• [文献書誌] Y.Miyazaki: "Radio Wave Absorption Analysis of Coated Elliptic Cylinders with Lossy Magnetic Ferrite Films using Conformal Mapping Method"Proc.of EMC2002,Beijing. (発表予定). (2002)
• [文献書誌] Y.Miyazaki, G.Rodriguez: "A New FDTD Parallel Algorithm for Wave Propagation and Absorption on Big Urban Areas"Proc.of EMC2002,Beijing. (発表予定). (2002)