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

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H06358
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 山内 和人 大阪大学, 工学研究科, 教授 (10174575)
• 研究分担者: 松山 智至 大阪大学, 工学研究科, 招へい准教授 (10423196) ; 佐野 泰久 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (40252598)
• 研究期間 (年度): 2016-05-31 – 2021-03-31
• キーワード: 超精密加工 / X線集光 / X線ミラー / 形状可変ミラー

研究実績の概要

2020年度は，目的達成のための以下の３つの項目を中心に実施した．①ズームコンデンサー光学系の開発・動作試験，②形状可変ミラーの形状安定化法の高度化，③集光X線波面の計測に基づいた補償光学システムの高度化．
①：ズームコンデンサー光学系の開発では，ねじれ補正機能，重力補正機能，熱膨張の補正機能等の高度な機能を有する，新型形状可変ミラー（ピエゾ駆動のバイモルフミラーと機械式ベント機構を持つハイブリッド型）を開発した．SPring-8にてこの光学系のフィージビリティテストを実施したところ，有限要素法で予想した挙動を確認することができた．同様のズームコンデンサーシステムの開発を，アメリカのDr. Lahsen Assoufidのグループと共同でAPS（米国，シカゴ）にて実施する予定であったが，新型コロナウイルスの影響でSPring-8での代替実験を行いAPSのグループはリモート参加となった．所期の性能及び十分なフィジビリティを確認し，本研究の出口の成果となるAPSビームラインへの導入のための準備を完了した．
②：ピエゾ素子のドリフトを抑制する手法や機械式ベント機構の熱膨張を補正する手法の高精度化を進めた．可視光干渉計を使って精密にドリフトや熱膨張の影響を観察した．その挙動と有限要素法でシミュレーションした結果を比べ，上記手法の改良を行った．
③：波面計測法（インラインフォログラフィ，ペンシルビーム，グレーチング干渉計，タイコグラフィ，スペックル計測，蛍光強度干渉法）の高度化を進めた．
以上の項目を実施・高度化することで，自由にX線集光ビームのサイズを制御できるズームコンデンサシステムの開発に成功した．

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] Argonne National Laboratory(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Argonne National Laboratory
• [雑誌論文] Compact full-field hard x-ray microscope based on advanced Kirkpatrick?Baez mirrors (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamada Jumpei、Matsuyama Satoshi、Hirose Raita、Takeda Yoshihiro、Kohmura Yoshiki、Yabashi Makina、Omote Kazuhiko、Ishikawa Tetsuya、Yamauchi Kazuto
  • 雑誌名: Optica 巻: 7 ページ: 367～367
  • DOI: 10.1364/OPTICA.386012
• [雑誌論文] Focus characterization of an X-ray free-electron laser by intensity correlation measurement of X-ray fluorescence (2020)
  • 著者名/発表者名: Nakamura Nami、Matsuyama Satoshi、Inoue Takato、Inoue Ichiro、Yamada Jumpei、Osaka Taito、Yabashi Makina、Ishikawa Tetsuya、Yamauchi Kazuto
  • 雑誌名: Journal of Synchrotron Radiation 巻: 27 ページ: 1366～1371
  • DOI: 10.1107/S1600577520009868
• [雑誌論文] Generation of an X-ray nanobeam of a free-electron laser using reflective optics with speckle interferometry (2020)
  • 著者名/発表者名: Inoue Takato、Matsuyama Satoshi、Yamada Jumpei、Nakamura Nami、Osaka Taito、Inoue Ichiro、Inubushi Yuichi、Tono Kensuke、Yumoto Hirokatsu、Koyama Takahisa、Ohashi Haruhiko、Yabashi Makina、Ishikawa Tetsuya、Yamauchi Kazuto
  • 雑誌名: Journal of Synchrotron Radiation 巻: 27 ページ: 883～889
  • DOI: 10.1107/S1600577520006980
• [雑誌論文] X-Ray Single-Grating Interferometry for Wavefront Measurement and Correction of Hard X-Ray Nanofocusing Mirrors (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamada Jumpei、Inoue Takato、Nakamura Nami、Kameshima Takashi、Yamauchi Kazuto、Matsuyama Satoshi、Yabashi Makina
  • 雑誌名: Sensors 巻: 20 ページ: 7356～7356
  • DOI: 10.3390/s20247356
• [学会発表] 結像型 X 線顕微鏡における in-situ 波面計測手法の開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 田中優人，松山智至，井上陽登，中村南美，山田純平，香村芳樹，矢橋牧名，表和彦，石川哲也，山内和人
  • 学会等名: 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
• [学会発表] Wolter III 型 advanced KBミラーによる XFEL sub-10 nm 集光光学系の開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 山田純平，松山智至，井上陽登，中村南美，田中優人，大坂泰斗，井上伊知郎，犬伏雄一，湯本博勝，小山貴久，大橋治彦，山内和人，矢橋牧名
  • 学会等名: 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
• [学会発表] X線ミラーを用いたsub-5nm集光システムの開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 井上陽登，松山智至，一井愛雄，山田純平，佐野泰久，山内和人
  • 学会等名: 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
• [学会発表] コヒーレントX線散乱を用いたXFELナノビーム強度プロファイルの再構成 (2021)
  • 著者名/発表者名: 中村南美，松山智至，山田純平，井上陽登，井上伊知郎，矢橋牧名，石川哲也，山内和人
  • 学会等名: 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
• [学会発表] 圧電素子駆動型形状可変ミラーを用いたX線sub-5nm集光システムの開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 井上陽登，松山智至，田中優人，二村浩平，一井愛雄，山田純平，佐野泰久，香村芳樹，矢橋牧名，石川哲也，山内和人
  • 学会等名: 2021年度精密工学会春季大会学術講演会
• [学会発表] 像型X線顕微鏡における波面計測手法の開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 田中優人，松山智至，井上陽登，中村南美，山田純平，香村芳樹，矢橋牧名，表和彦，石川哲也，山内和人
  • 学会等名: 2021年度精密工学会春季大会学術講演会
• [学会発表] Precise wavefront measurement using grating interferometer for sub-10 nm focusing system (2020)
  • 著者名/発表者名: N. Nakamura, J. Yamada, S. Matsuyama, T. Inoue, T. Osaka, H. Yumoto, T. Koyama, H. Ohashi, M. Yabashi, T. Ishikawa, and K. Yamauchi
  • 学会等名: 5th International Conference on X-ray Optics and Applications 2020
  • 国際学会
• [学会発表] Ultraprecise fabrication of X-ray mirrors for XFEL sub-10 nm focusing system based on Wolter type III geometry (2020)
  • 著者名/発表者名: T. Inoue, J. Yamada, S. Matsuyama, N. Nakamura, T. Osaka, H. Yumoto, T. Koyama, H. Ohashi, M. Yabashi, T. Ishikawa, and K. Yamauchi
  • 学会等名: 5th International Conference on X-ray Optics and Applications 2020
  • 国際学会
• [学会発表] Adaptive x-ray zoom condenser system based on concave and convex mirrors (2020)
  • 著者名/発表者名: Y. Nishioka, H. Yamaguchi, S. Matsuyama, J. Sonoyama, K. Akiyama, H. Nakamori, Y. Sano, Y. Kohmura, M. Yabashi, T. Ishikawa, L. Assoufid, K. Yamauchi
  • 学会等名: 5th International Conference on X-ray Optics and Applications 2020
  • 国際学会
• [学会発表] Development of x-ray mirrors for XFEL sub-10 nm focusing system based on Wolter type III geometry (2020)
  • 著者名/発表者名: T. Inoue, J. Yamada, S. Matsuyama, N. Nakamura, T. Osaka, H. Yumoto, T. Koyama, H. Ohashi, M. Yabashi, T. Ishikawa, and K. Yamauchi
  • 学会等名: SPIE Optics+Photonics2020
  • 国際学会
• [学会発表] Development of ultraprecise X-ray focusing mirrors based on Wolter geometry (2020)
  • 著者名/発表者名: T. Inoue, J. Yamada, S. Matsuyama, N. Nakamura, T. Osaka, H. Yumoto, T. Koyama, H. Ohashi, M. Yabashi, T. Ishikawa, and K. Yamauchi
  • 学会等名: SPIE Optics+Photonics2020
  • 国際学会
• [学会発表] Precise wavefront measurement using grating interferometer for sub-10 nm XFEL focusing system (2020)
  • 著者名/発表者名: N. Nakamura, J. Yamada, S. Matsuyama, T. Inoue, T. Osaka, H. Yumoto, T. Koyama, H. Ohashi, M. Yabashi, T. Ishikawa, and K. Yamauchi
  • 学会等名: 5th International Conference on X-ray Optics and Applications 2020
  • 国際学会
• [学会発表] Development of X-ray adaptive focusing optics with four mirrors deformable between concave and convex shapes (2020)
  • 著者名/発表者名: Y. Nishioka, H. Yamaguchi, S. Matsuyama, J. Sonoyama, K. Akiyama, H. Nakamori, Y. Sano, Y. Kohmura, M. Yabashi, T. Ishikawa, K. Yamauchi
  • 学会等名: 5th International Conference on X-ray Optics and Applications 2020
  • 国際学会
• [学会発表] WolterⅢ型Advanced KBミラーを用いたX線自由電子レーザーsub-10 nm集光システムの開発（第3報） (2020)
  • 著者名/発表者名: 井上陽登，山田純平，松山智至，中村南美，田中優人，大坂泰斗，湯本博勝，小山貴久，大橋治彦，矢橋牧名，石川哲也，山内和人
  • 学会等名: 2020年度精密工学会秋季大会学術講演会
• [備考] 大阪大学山内研究室
  • URL: http://www-up.prec.eng.osaka-u.ac.jp/index.htm