高精度形状可変ミラーを用いた走査透過型X線顕微鏡の開発

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13J05746
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 中森 紘基 大阪大学, 大学院工学研究科, 特別研究員(DC2)
• Keywords: X線光学 / X線ミラー / 補償光学

Research Abstract

1. 大変形・高精度形状可変ミラーの開発
これまでに長さ100㎜, 厚さ5㎜の合成石英基板の両面に, 圧電素子を接着した構造の形状可変ミラーを開発し, 最大変形量5㎛, 変形精度2㎚PVの性能を達成していた. 今年度は, さらなる大変形が可能な形状可変ミラーの開発を目指して, これまでの構造を見直し, 圧電素子2枚を接着したバイモルフ構造の両面に0.5㎜という極薄の合成石英基板を接着した, バイモルフ形状可変ミラーを開発した. この新型形状可変ミラーにおいてFEMシミュレーションを行った結果, 最大変形量100㎛という大変形が可能であることがわかった. また, 実際に圧電素子と合成石英基板を接着して形状可変ミラーを作製した.
2. 二次元アダプティブ集光光学系の構築
2枚の形状可変ミラーを用いた二次元アダプティブ集光光学系(開発目標である4枚の形状可変ミラーによる集光システムの1段目)を構築し, SPring-8において集光実験および波面補償による形状可変ミラーの形状制御実験を行った. まず, これを遂行するために, 形状可変ミラーを高精度にアライメントできるミラーマニピュレータの開発を行った. ミラーマニピュレータを設計するためには, 許容できるアライメント誤差を知る必要がある. そこで, コンピュータシミュレーションによる波動光学計算を行い, 必要な許容アライメント誤差を検討した. 得られた結果に基づきミラーマニピュレータの設計, 作製を行った. 開発した形状可変ミラー, ミラーマニピュレータを用い, SPring-8 BL29XULにおいて集光実験を行った結果, 水平方向において半値幅65㎚, 垂直方向において半値幅110㎚の二次元集光に成功した(図1,2). この成果は, 形状可変ミラーを用いたX線二次元集光では, 世界最小となる集光径であり, すでに論文を投稿済みである.
また, 2枚の形状可変ミラーを用いた水平方向集光のみの一次元二段集光実験を行った. その結果, 最終焦点において90㎚の回折限界集光を達成した.

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

当初の研究計画である, 大変形・高精度形状可変ミラーの開発および二次元アダプティブ集光光学系の構築に加えて, 一次元二段アダプティブ集光光学系の構築についても行い, 次年度に行う予定である二次元二段集光実験に向けて, ノウハウの蓄積や課題の抽出を行うことができ, 二段アダプティブ集光光学系の構築に向けて, 有用な知見が得られた.

Strategy for Future Research Activity

4枚の形状可変ミラーを用いた, 二段アダプティブ集光光学系の構築を行い, SPring-8においてX線集光実験を行う. また光学系の集光径可変機能を用い, 異なる集光X線によるサンプルの計測を行う.

Research Products

• [Presentation] 圧電駆動型形状可変X線ミラーを用いたアダプティブ集光光学系の開発 (2014)
  • Author(s): 石川哲也, 山内和人
  • Organizer: 2014年度精密工学会春季大会学術講演会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2014-03-18
• [Presentation] アダプティブ集光光学系のための高精度形状可変ミラーの開発 (2014)
  • Author(s): H. Nakamori, S. Matsuyama, S. Imai, T. Goto, T. Kimura, Y. Sano, Y. Kohmura, K. Tamasaku, M. Yabashi, T. Ishikawa, K. Yamauchi
  • Organizer: International Workshop on Atomically Controlled Fa brication Technology
  • Place of Presentation: Osaka
  • Year and Date: 2014-02-05
• [Presentation] 形状可変X線ミラーを用いた二次元集光光学系の開発 (2014)
  • Author(s): 中森紘基, 松山智至, 今井将太, 木村隆志, 佐野泰久, 香村芳樹, 玉作賢治, 矢橋牧名, 石川哲也, 山内和人
  • Organizer: 第27回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • Place of Presentation: 広島
  • Year and Date: 2014-01-11
• [Presentation] Two-dimensional X-ray nanofocusing using piezoelectric deformable mirrors (2013)
  • Author(s): H. Nakamori, S. Matsuyama, S. Imai, T. Goto, T. Kimura, Y. Sano, Y. Kohmura, K. Tamasaku, M. Yabashi, T. Ishikawa, K. Yamauchi
  • Organizer: The 12th symposium on X-ray Imaging Optics
  • Place of Presentation: Osaka
  • Year and Date: 2013-11-18
• [Presentation] 硬X線集光用形状可変ミラーの開発・変形最適化手法の検討 (2013)
  • Author(s): 中森紘基, 後藤拓実, 松山智至, 佐野泰久, 香村芳樹, 石川哲也, 山内和人
  • Organizer: 2013年度精密工学会秋季大会学術講演会
  • Place of Presentation: 大阪
  • Year and Date: 2013-09-12
• [Presentation] Development of ultra-precise piezoelectric deformable mirrors for x-ray nanofocusing (2013)
  • Author(s): H. Nakamori, S. Matsuyama, S. Imai, T. Goto, T. Kimura, Y. Sano, Y. Kohmura, K. Tamasaku, M. Yabashi, T. Ishikawa, K. Yamauchi
  • Organizer: SPIE Optics+Photonics
  • Place of Presentation: San Diego, United States
  • Year and Date: 2013-08-26