Optical design for grazing incidence multilayer mirrors for high-spatial resolution imaging in soft X-ray region

用于软X射线区域高空间分辨率成像的掠入射多层镜的光学设计

基本信息

批准号：
20KK0312
负责人：
豊田光紀
金额：
$ 8.99万
依托单位：
Tokyo Polytechnic University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (A))
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021 至 2023
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20KK0312/
关键词：
多層膜ミラー軟X線斜入射斜入射光学系

项目摘要

フランス滞在の大きなテーマであった200-700eV領域用の斜入射結像ミラー光学設計の探索では、複数の新規解の探索に成功した。初めに、２つの球面ミラー（入射角60度）からなる１次元結像系を検討し、球面ミラーに動径座標のベキで表現される僅かな変形を与えることで球面収差と正弦条件を同時に補正する、複数のアプラナート解が存在することを明らかにした。次に、２つの１次元結像系を直交に配置する２次元結像光学系を検討した。その結果、ベキ関数による微小変形のみでは、１次元光学系では観察されない偏心収差(Trefoil項)が無視できない程度に生じることが分かった。これらの偏心収差の効果的な補正法として楕円Zernike多項式を提案した。楕円Zernike多項式は、直入射光学系の設計で広く使われるZernike多項式の定義域を楕円に拡張したもので、ミラー基板上で瞳形状が楕円となる斜入射ミラーでの収差補正に好適である。上述の設計解を始点として、ミラー基板に楕円Zernike多項式による微小変形を付加し、その光学特性を数値計算により最適化し評価した。その結果、２次元結像に好適な新奇のミラーデザインを見つけることに成功した。さらに、共同研究者と協同で多層膜ミラーの光学設計、とくに高反射率を与える物質対の検討を進めた。その他、パリ光学研究所、ドイツフラウンホーファー研究所とスロバキア科学アカデミーの３箇所で依頼講演(講義)を行い、本研究および関連する研究分野について議論および情報収集を行った。

在寻找200-700EV地区的倾斜发病率成像镜的光学设计（这是我在法国逗留中的主要主题），我成功地搜索了多种新颖的解决方案。首先，我们研究了一个一维成像系统，该成像系统由两个球形镜（60度的入射角）组成，并揭示了有多种aplanat溶液同时纠正球形畸变和正弦条件，并通过在球形镜上的X射线坐标的功率表达了轻微的变形。接下来，检查了一个二维成像光学系统，其中两个一维成像系统排列正交。结果，发现在一维光学系统中未观察到的怪异畸变（Trefoil项）可能会在某种程度上出现，而单独使用功率函数的小变形无法忽略。提出了椭圆形的Zernike多项式作为纠正这些偏心畸变的有效方法。椭圆形的Zernike多项式是Zernike多项式的扩展域，该结构域被广泛用于直接入射光学系统的设计中，适用于椭圆形，适合在斜面镜子上具有斜面的斜形镜子中的异差校正，镜子基质上的椭圆形。从上述设计解决方案开始，将使用椭圆形Zernike多项式的小变形添加到镜基板上，并通过数值计算对其的光学特性进行了优化和评估。结果，我们成功地找到了适合二维成像的新型镜像设计。此外，与合作者合作，我们一直在研究多层镜的光学设计，尤其是提供高反射率的材料对。此外，在三个地点进行了邀请的讲座（讲座）：巴黎光学科学研究所，德国弗劳恩霍夫研究所和斯洛伐克科学院，在其中讨论并收集了该研究及相关研究领域的信息。