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 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H00736
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 三村 秀和 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (30362651)
• 研究分担者: 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)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 軟X線 / Ｘ線ミラー / Ｘ線集光

研究実績の概要

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。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

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。

今後の研究の推進方策

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。

研究成果

• [雑誌論文] A highly efficient nanofocusing system for soft x rays (2020)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 117 ページ: 151104
  • DOI: 10.1063/5.0027118
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of precise electroformed Wolter mirror for X-ray astronomy (2020)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: SPIE Proceedings 巻: 11491 ページ: 114910K
  • DOI: 10.1117/12.2569834
  • 査読あり
• [雑誌論文] Design of two-stage soft-X-ray nano-focusing system with a ring-focusing mirror and quasi-Wolter mirror (2020)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: SPIE Proceedings 巻: 11492 ページ: 114920N
  • DOI: 10.1117/12.2570007
  • 査読あり
• [雑誌論文] Advanced fabrication technologies for ultraprecise replicated mirrors for x-ray telescopes (2020)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: SPIE Proceedings 巻: 11444 ページ: 114441G
  • DOI: 10.1117/12.2560892
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of shape measurement system for high precision Wolter mandrel (2020)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: SPIE Proceedings 巻: 11492 ページ: 114920M
  • DOI: 10.1117/12.2568929
  • 査読あり
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 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, オンライン開催
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 郭建麗，松澤雄介，三村秀和
  • 学会等名: 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
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 伊藤 旺成, 山口 豪太, 竹尾 陽子, 三村 秀和
  • 学会等名: 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
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 清水冴月, 三村秀和
  • 学会等名: 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
• [学会発表] Development of precise electroformed Wolter mirror for X-ray astronomy (2020)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: Advances in Metrology for X-Ray and EUV Optics IX,Optical Engineering + Applications, SPIE Optics + Photonics 2020 Digital Forum, Online Only
  • 国際学会
• [学会発表] Design of two-stage soft-X-ray nano-focusing system with a ring-focusing mirror and quasi-Wolter mirror (2020)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: Advances in Metrology for X-Ray and EUV Optics IX, Optical Engineering + Applications, SPIE Optics + Photonics 2020 Digital Forum, Online Only
  • 国際学会
• [学会発表] Two-stage reflective focusing system for soft X-rays at BL25SU of SPring-8 (2020)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: XOPT2-02, XOPT2020 (International Conference on X-ray Optics and Application), OPIC2020 (OPTICS & PHOTONICS International Congress 2020), Online Only
  • 国際学会
• [学会発表] Advanced fabrication technologies for ultraprecise replicated mirrors for x-ray telescopes (2020)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: SPIE Astronomical Telescopes + Instrumentation, Online Only
  • 国際学会
• [学会発表] Development of shape measurement system for high precision Wolter mandrel (2020)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: S Advances in Metrology for X-Ray and EUV Optics IX, Optical Engineering + Applications, SPIE Optics + Photonics 2020 Digital Forum, Online Only
  • 国際学会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 三村秀和
  • 学会等名: 強光子場科学研究懇談会
  • 招待講演