高原子番号多価イオンを用いる高効率水の窓Ｘ線帯域放射光源の開発

2013 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 24560038
• 研究機関: 宇都宮大学
• 研究代表者: 東口 武史 宇都宮大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80336289)
• キーワード: 水の窓 / レーザー / プラズマ / 軟X線 / スペクトル / 高Z

研究概要

光源出力エネルギーおよび変換効率の最適化を図ることを目指して，本年度の研究を進めることにした．光源だけでなく，反射光学系を用いた生体顕微鏡を構築する光学設計にも着手し，生体組織や細胞のシングルショット撮影への設計へのガイドラインも明らかにすることにした．
光源の最適化については，変換効率のレーザー強度，レーザーパルス幅，レーザー波長依存性等を観測することによって，100μJ以上の出力を達成することを進めたが，放射スペクトル構造の最適化計算に時間を要することになった．エネルギー計測システムは構築したものの，100μJの出力を測定するところまでは至っていない．これは，レーザーの波長を最適化する必要に迫られているからである．具体的には，重元素プラズマの光学的厚みを小さくするために，低密度プラズマ，すなわち，長波長レーザーの開発が必要である事を示唆している．一方，ターゲット開発は順調に進み，ドットターゲットなる体積制限ターゲットを開発することができた．本件については，投稿準備中である．
生体顕微鏡を構築するための光学設計を行うことにしていた．この件については，具体的に装置を開発する初期段階に着手することができた．光源との接続試験は，本研究計画ではなかったことであるが，現在は，光源，光学系の接続試験をするまでに至っており，計画よりも早く研究が進んでいる．

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

光源開発では，軟X線の出力が100μJに達していないが，光源を高効率化するための指針を得ることはできて，中赤外レーザーを開発すればよいことが明らかになったことから，有効なデータは得られている．
軟X線顕微鏡の光学設計を目標にしていたが，光学設計にとどまらず，具体的に装置開発に着手することができ，その点で大きく進展している．光学系に組み込まれているトロイダル鏡の表面にコーティングする多層膜の反射率ピーク波長を決めることができ，実際に成膜試験も実施していることから，その点では大きく進展しているものと考えている．
以上のことを鑑み，当初の計画以上の進展が見られているものと考えている．

今後の研究の推進方策

光源の出力を改善するため，中赤外レーザー（ハイブリッドレーザー）の開発に着手する．既に光学設計は終わっており，幾つかの予備試験を実施している．このレーザーシステムは平成26年度に発振，増幅試験を予定しており，このレーザーが使えるようになると，軟X線光源の出力および効率を大きく改善できるものと考えている．

研究成果

• [雑誌論文] EUV露光光源の研究開発の現状 (2014)
  • 著者名/発表者名: 東口 武史，藤岡 慎介，砂原 淳，柳田 達哉，溝口 計
  • 雑誌名: レーザー研究 巻: 42 ページ: 14-22
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tuning extreme ultraviolet emission for optimum coupling with multilayer mirrors for future lithography through control of ionic charge states (2014)
  • 著者名/発表者名: Hayato Ohashi, Takeshi Higashiguchi, Bowen Li, Yuhei Suzuki, Masato Kawasaki, Tatsuhiko Kanehara, Yuya Aida, Shuichi Torii, Tetsuya Makimura, Weihua Jiang, Padraig Dunne, Gerry O’Sullivan, and Nobuyuki Nakamura
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 105 ページ: 033302
  • DOI: 10.1063/1.4862441
  • 査読あり
• [雑誌論文] Analysis of laser produced plasmas of gold in the 1-7 nm region (2014)
  • 著者名/発表者名: Bowen Li, Takeshi Higashiguchi, Takamitsu Otsuka, Noboru Yugami, Padraig Dunne, Deirdre Kilbane, Emma Sokell, and Gerry O’Sullivan
  • 雑誌名: Journal of Physics B 巻: 47 ページ: 075001
  • DOI: 10.1088/0953-4075/47/7/075001
  • 査読あり
• [雑誌論文] EUV光源開発の現状 (2013)
  • 著者名/発表者名: 東口 武史，遠藤 彰，溝口 計
  • 雑誌名: プラズマ・核融合学会誌 巻: 89 ページ: 341-348
  • 査読あり
• [雑誌論文] Recent progress in source development for lithography at 6.x nm (2013)
  • 著者名/発表者名: Gerry O’Sullivan, Thomas Cummins, Padraig Dunne, Akira Endo, Paddy Hayden, Takeshi Higashiguchi, Deirdre Kilbane, Bowen Li, Colm O’Gorman, Takamitsu Otsuka, Emma Sokell, and Noboru Yugami
  • 雑誌名: Physica Scripta 巻: T156 ページ: 014105
  • DOI: 10.1088/0031-8949/2013/T156/014105
  • 査読あり
• [雑誌論文] 6.x nm 領域における希土類プラズマ極端紫外光源 (2013)
  • 著者名/発表者名: 大塚 崇光，東口 武史，湯上 登
  • 雑誌名: 電気学会論文誌A（基礎・材料・共通部門誌） 巻: 133 ページ: 526-531
  • 査読あり
• [雑誌論文] Efficient “water window” soft x-ray high-Z plasma source (2013)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Higashiguchi, Takamitsu Otsuka, Weihua Jiang, Akira Endo, Bowen Li, Padraig Dunne, and Gerry O’Sullivan
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 463 ページ: 012024
  • DOI: 10.1088/1742-6596/463/1/012024
  • 査読あり
• [雑誌論文] プラズマと量子ビームによる短波長光源 (2013)
  • 著者名/発表者名: 東口 武史，大塚 崇光，鵜篭 照之，藤岡 慎介，西村 博明，鈴木 千尋，坂上 和之，鷲尾 方一，遠藤 彰
  • 雑誌名: プラズマ・核融合学会誌 巻: 89 ページ: 669-676
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characteristics of extreme ultraviolet emission from mid-infrared laser-produced rare-earth Gd plasmas (2013)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Higashiguchi, Bowen Li, Yuhei Suzuki, Masato Kawasaki, Hayato Ohashi, Shuichi Torii, Daisuke Nakamura, Akihiko Takahashi, Tatsuo Okada, Weihua Jiang, Taisuke Miura, Akira Endo, Padraig Dunne, Gerry O’Sullivan, and Tetsuya Makimura
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 21 ページ: 31837-31845
  • DOI: 10.1364/OE.21.031837
  • 査読あり
• [学会発表] EUV spectroscopy of highly charged high Z ions in the Large Helical Device plasmas (2013)
  • 著者名/発表者名: C. Suzuki, F. Koike, I. Murakami, N. Tamura, S. Sudo, H. A. Sakaue, N. Nakamura, S. Morita, M. Goto, D. Kato, T. Nakano, T. Higashiguchi, C. S. Harte, G. O’Sullivan
  • 学会等名: 11th International Colloquium on Atomic Spectra and Oscillator Strengths for Astrophysical and Laboratory Plasmas (ASOS-11)
  • 発表場所: University of Mons, Mons, Belgium
  • 年月日: 20130805-20130809
  • 招待講演
• [学会発表] Recent progress in source development in the extreme ultraviolet for lithography and water window imaging (2013)
  • 著者名/発表者名: Gerry O’Sullivan, Padraig Dunne, Takeshi Higashiguchi, Takamitsu Otsuka, Bowen Li, Imam Kambali, Akira Endo, Fergal O’Reilly, and Deirdre Kilbane
  • 学会等名: 11th EUROPEAN CONFERENCE ON ATOMS, MOLECULES AND PHOTONS (ECAMP11)
  • 発表場所: Aarhus University, Aarhus, Denmark
  • 年月日: 20130625-20130628
  • 招待講演
• [学会発表] Investigation of laser produced high-Z plasma soft X-ray sources (2013)
  • 著者名/発表者名: Takamitsu Otsuka, Padraig Dunne, Gerry O’Sullivan, Takeshi Higashiguchi, and Noboru Yugami
  • 学会等名: IEEE Pulsed Power & Plasma Science
  • 発表場所: Hyatt Regency, San Francisco, California
  • 年月日: 20130616-20130621
• [学会発表] 高原子番号元素による軟X線光源の放射特性
  • 著者名/発表者名: 東口 武史，大塚 崇光，Padraig Dunne, Gerry O’Sullivan
  • 学会等名: 電気学会，プラズマ パルスパワー 放電 合同研究会
  • 発表場所: まちなかキャンパス長
• [学会発表] Progress in Laser-Plasma Sources - 13.5 nm & Beyond
  • 著者名/発表者名: Padraig Dunne, Takeshi Higashiguchi, Takamitsu Otsuka, Weihua Jiang, Akira Endo, Bowen Li, Colm O’Gorman, Thomas Cummings, Patrick Hayden, Tony Donnelly, Fergal O’Reilly, and Gerry O’Sullivan
  • 学会等名: 2013 International Workshop on EUV Lithography
  • 発表場所: Makena Beach Golf Resort, Maui, Hawaii
  • 招待講演
• [学会発表] Beyond Extreme Ultra Violet (BEUV) Radiation from Spherically symmetrical High-Z plasmas
  • 著者名/発表者名: Kensuke Yoshida, Shinsuke Fujioka, Takeshi Higashiguchi, Teruyuki Ugomori, Nozomi Tanaka, Masato Kawasaki, Yuhei Suzuki, Chihiro Suzuki, Kentaro Tomita, Ryouichi Hirose, Takeo Ejima, Hayato Ohashi, Masaharu Nishikino, Enda Scally, Hiroaki Nshimura, Hiroshi Azechi, and Gerard O’Sullivan
  • 学会等名: The Eighth International Conference on Inertial Fusion Sciences and Applications (IFSA2013)
  • 発表場所: Nara Prefectural New PublicHall, Japan
• [学会発表] Characteristics of extreme ultraviolet emission from high-Z plasmas
  • 著者名/発表者名: Takeshi Higashiguchi, Yuhei Suzuki, Masato Kawasaki, Chihiro Suzuki, Kentaro Tomita, Masaharu Nishikino, Shinsuke Fujioka, Akira Endo, Bowen Li, Takamitsu Otsuka, Padraig Dunne, and Gerry O’Sullivan
  • 学会等名: The Eighth International Conference on Inertial Fusion Sciences and Applications (IFSA2013)
  • 発表場所: Nara Prefectural New PublicHall, Japan
• [学会発表] 高輝度EUV光源用ドットターゲットの開発
  • 著者名/発表者名: 東口 武史，廣瀬 僚一，鈴木 悠平，川崎 将人，砂原 淳，遠藤 彰
  • 学会等名: 2013年秋季 第74回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学京田辺キャンパス
• [学会発表] 水の窓・炭素の窓領域のレーザー生成プラズマ軟X線光源の放射特性
  • 著者名/発表者名: 東口 武史，鈴木 悠平，川崎 将人，大谷 幸利，谷田貝 豊彦，Bowen Li，Padraig Dunne，Gerry O'sullivan
  • 学会等名: 2013年秋季 第74回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学京田辺キャンパス
• [学会発表] 球対称BEUV放射プラズマの電子密度計測
  • 著者名/発表者名: 鵜篭 照之，吉田 健祐，錦野 将元，藤岡 慎介，西村 博明，東口 武史，江島 丈雄，富田 健太郎，鈴木 千尋，大橋 隼人，田中 のぞみ，疇地 宏，鈴木 悠平，川崎 将人，廣瀬 僚一
  • 学会等名: 2013年秋季 第74回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学京田辺キャンパス
• [学会発表] 球対称ガドリニウムプラズマからのB-EUV放射特性とスペクトル特性
  • 著者名/発表者名: 吉田 健祐，藤岡 慎介，鵜篭 照之，田中 のぞみ，西村 博明，東口 武史，鈴木 悠平，川崎 将人，江島 丈雄，廣瀬 僚一，富田 健太郎，鈴木 千尋，大橋 隼人，錦野 将元，疇地 宏
  • 学会等名: 2013年秋季 第74回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学京田辺キャンパス
• [学会発表] Characteristics of 6.X-nm Beyond EUV sources
  • 著者名/発表者名: Takeshi Higashiguchi, Takamitsu Otsuka, Thomas Cummins, Colm O’Gorman, Bowen Li, Deirdre Kilbane, Padraig Dunne, Gerry O'Sullivan, Weihua Jiang, and Akira Endo
  • 学会等名: 2013 International Symposium on Extreme Ultraviolet Lithography
  • 発表場所: Toyama International Conference Center
• [学会発表] Fundamental properties of the beyond EUV source
  • 著者名/発表者名: Takeshi Higashiguchi, Hayato Ohashi, Yuhei Suzuki, Masato Kawasaki, Bowen Li, Deirdre Kilbane, Padraig Dunne, Gerry O’Sullivan, Weihua Jiang, and Akira Endo
  • 学会等名: 2013 International Symposium on Extreme Ultraviolet Lithography
  • 発表場所: Toyama International Conference Center
• [学会発表] Microplasma high-brightness EUV source at 13.5 nm
  • 著者名/発表者名: Takeshi Higashiguchi, Yoichi Hirose, Hayato Ohashi, Yuhei Suzuki, Masato Kawasaki, Hiroyuki Hara, Atsushi Sunahara, Akira Endo, Padraig Dunne, and Gerry O’Sullivan
  • 学会等名: 2013 International Symposium on Extreme Ultraviolet Lithography
  • 発表場所: Toyama International Conference Center
• [学会発表] Optimising emission from EUV sources
  • 著者名/発表者名: Gerry O’Sullivan, Bowen Li, Takeshi Higashiguchi, Thomas Cummins, Padraig Dunne, Paddy Hayden, Deirdre Kilbane, Imam Kambali, Colm O’Gorman, Hayato Ohashi, Takamitsu Otsuka, Chihiro Suzuki, Emma Sokell, Noboru Yugami, Sergey Zakharov, Vasily Zakharov
  • 学会等名: レーザー学会，第450回研究会
  • 発表場所: 早稲田大学西早稲田キャンパス
  • 招待講演
• [学会発表] 球対称プラズマを用いたBEUV光源データベースの構築
  • 著者名/発表者名: 吉田 健祐，藤岡 慎介，東口 武史，鵜篭 照之，田中 のぞみ，川崎 将人，鈴木 悠平，鈴木 千尋，富田 健太郎，廣瀬 僚一，江島 丈雄，大橋 隼人，錦野 将元，Enda Scally, Gerard O'Sullivan，西村 博明，畦地 宏
  • 学会等名: レーザー学会，第450回研究会
  • 発表場所: 早稲田大学西早稲田キャンパス
• [学会発表] 重元素プラズマによる短波長光源
  • 著者名/発表者名: 東口 武史
  • 学会等名: レーザー学会，第450回研究会
  • 発表場所: 早稲田大学西早稲田キャンパス
• [学会発表] 電子ビームイオントラップを用いたプラズマ光源関連イオンのEUV分光
  • 著者名/発表者名: 大橋 隼人，東口 武史，坂上 裕之，中村 信行
  • 学会等名: レーザー学会，第450回研究会
  • 発表場所: 早稲田大学西早稲田キャンパス
• [学会発表] Homework for table-top, efficiency, high-brightness high-Z plasma EUV-soft x-ray sources for in vivo bio-imaging applications
  • 著者名/発表者名: Takeshi Higashiguchi
  • 学会等名: Ireland Japan Collaboration Workshop
  • 発表場所: University College Dublin
  • 招待講演
• [学会発表] Observations of EUV Spectra from Highly Charged Heavy Ions in Optically Thin Plasmas for Benchmarking of Models
  • 著者名/発表者名: Chihiro Suzuki, Fumihiro Koike, Izumi Murakami, Naoki Tamura, Shigeru Sudo, Takeshi Higashiguchi, Gerry O'Sullivan
  • 学会等名: 2013 International Workshop on EUV and Soft X-Ray Sources,
  • 発表場所: University College Dublin
  • 招待講演
• [学会発表] Fundamental Atomic Process in Source Development for Beyond EUV Lithography and “Water Window” Imaging
  • 著者名/発表者名: Bowen Li, Takeshi Higashiguchi, Takamitsu Otsuka, Weihua Jiang, Akira Endo, Emma Sokell, Padraig Dunne, and Gerry O’Sullivan
  • 学会等名: 2013 International Workshop on EUV and Soft X-Ray Sources,
  • 発表場所: University College Dublin
• [学会発表] Efficient Light Sources at BEUV & Water Window Soft X-ray Wavelengths
  • 著者名/発表者名: Takeshi Higashiguchi, Yuhei Suzuki, Masato Kawasaki, Hayato Ohashi 他
  • 学会等名: 2013 International Workshop on EUV and Soft X-Ray Sources,
  • 発表場所: University College Dublin
  • 招待講演
• [学会発表] プラズマ光源関連イオンの EBIT による分光測定
  • 著者名/発表者名: 金原達彦，岸良子文，大橋隼人，東口武史，中村信行
  • 学会等名: 原子衝突学会第38回年会
  • 発表場所: 理化学研究所 (和光) 鈴木梅太郎記念ホール
• [学会発表] Feasibility study of efficient high-Z plasma soft x-ray sources
  • 著者名/発表者名: Takeshi Higashiguchi
  • 学会等名: The 12th Symposium on X-ray Imaging Optics
  • 発表場所: Osaka University Nakanoshima Center
  • 招待講演
• [学会発表] 球対称プラズマを用いたBEUV光源データベースの構築
  • 著者名/発表者名: 吉田 健祐，藤岡 慎介，東口 武史，鵜篭 照之，田中 のぞみ，大橋 隼人，川崎 将人，鈴木 悠平，鈴木 千尋，富田 健太郎，廣瀬 僚一，江島 丈雄，錦野 将元，Enda Scally，西村 博明，疇地 宏，Gerard O’Sullivan
  • 学会等名: レーザー励起X線源とその応用研究会
  • 発表場所: 日本原子力研究開発機構敦賀本部アトムホール
• [学会発表] レーザー生成プラズマEUV光源プラズマの放射特性
  • 著者名/発表者名: 東口 武史，鈴木 悠平，川崎 将人，大橋 隼人
  • 学会等名: レーザー学会，第455回研究会
  • 発表場所: 日本原子力研究開発機構敦賀本部アトムホール
• [学会発表] 重元素プラズマ軟X線光源の放射特性
  • 著者名/発表者名: 東口 武史，大橋 隼人，鈴木 悠平，川崎 将人
  • 学会等名: レーザー学会，第456回研究会
  • 発表場所: 大阪大学レーザーエネルギー学研究センター
• [学会発表] 炭酸ガスレーザー生成希土類プラズマ光源の放射特性
  • 著者名/発表者名: 東口 武史，鈴木 悠平，川崎 将人，大橋 隼人，中村 大輔，髙橋 昭彦，岡田 龍雄，鳥井 周一，牧村 哲也
  • 学会等名: レーザー学会創立40周年記念学術講演会 第34回年次大会
  • 発表場所: 北九州国際会議場
• [学会発表] 水の窓軟X線光源としての重元素希薄プラズマの放射特性
  • 著者名/発表者名: 大橋 隼人，鈴木 悠平，川崎 将人，荒居 剛己，東口 武史，大谷 幸利，谷田貝 豊彦，鈴木 千尋，村上 泉，田村 直樹，須藤 滋，小池 文博，Gerry O'Sullivan
  • 学会等名: 第61回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 青山学院大学相模原キャンパス
• [学会発表] 球対称プラズマを用いたBEUV光源データベースの構築
  • 著者名/発表者名: 吉田 健祐，藤岡 慎介，東口 武史，江島 丈雄，錦野 将元，Enda Scally，鈴木 悠平，大橋 隼人，鈴木 千尋，富田 健太郎，廣瀬 僚一，鵜篭 照之，田中 のぞみ，川崎 将人，Gerard O'Sullivan，西村 博明，疇地 宏
  • 学会等名: 第61回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 青山学院大学相模原キャンパス
• [学会発表] レーザー生成プラズマUTA 放射光源の原子番号依存性
  • 著者名/発表者名: 鈴木悠平，大橋隼人，荒居剛己，東口武史
  • 学会等名: 第61回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 青山学院大学相模原キャンパス