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X線自由電子レーザーのナノ集光システムの開発

X射线自由电子激光纳米聚焦系统的研制

基本信息

批准号：
19J20094
负责人：
井上陽登
金额：
$ 1.98万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

X線自由電子レーザー（X-ray free-electron laser）は，高いピーク輝度と空間コヒーレンスを有する極短パルスレーザーである．しかしながら1パルス毎のばらつきが大きいため，従来のX線光学素子では，高い安定性の下サイズ10nm以下に集光することが困難であった．そこで申請者はWolter配置に基づき凸面，凹面を有する2枚のミラーを組み合わせることで，コマ収差補正性能と高い縮小倍率を有した集光光学系を考案した．昨年度までに回折限界条件を満たすミラーの作製に成功している．本年度は日本のXFELであるSACLAにて，ばらつきの無いsub-10nm集光をX線干渉計，およびX線回折イメージング法ベースで実測した．また申請者は，極限的な集光サイズ5nm以下の達成を目指した．このとき，ミラー形状には0.5nm PVの精度が求められ，現存の加工手法では達成が不可能であった．そこで，形状可変型多層膜ミラーを光学系に導入した．有限要素シミュレーションに基づき，加工法で残存すると考えられる形状誤差を十分に除去できることを確認した．そして，日本のSPring-8にて実証実験を行った結果，X線集光波面ベースでサイズ5nm集光が達成されていることを確認した．最後に，アメリカのAPSのアップグレード計画の共同研究者としてビームラインの立ち上げに関わることになり，ハイブリッド型形状可変ミラーを開発した．有限要素シミュレーションと材料力学に基づき，ハイブリッド型形状可変ミラーの最適な変形手法を考案した．SPring-8にて実証実験を行った結果，変形に必要な印加電圧量を半分に抑えることに成功した．これは光学系の高安定化だけでなく，沿面放電などによる実験セットアップの制限の緩和につながると期待される．本成果の重要性から，APSメンバーとの国際共著で論文を執筆し，すでに出版された．

X-ray free-electron laser has very short brightness and space. It is difficult to collect light below 10nm under high stability. The applicant has two convex surfaces and two concave surfaces. Last year, the limit conditions were reversed and the operation was successful. This year, Japan's XFEL has been tested by SACLA, which has no sub-10nm light collection, X-ray diffraction meter, X-ray reflection meter and X-ray reflection method. The applicant shall not limit the collection of light below 5nm. The precision of the shape is 0.5nm PV, and the existing processing method is impossible to achieve. The shape of the multilayer film can be changed. The finite element method is used to determine the residual shape error. Japan's SPring-8 test results, X-ray collection of light surface test results, 5nm collection of light to achieve the test results. Finally, the co-investigators of the APS project developed a new type of shape-variable design. The finite element method is based on the mechanics of materials, and the shape of the material can be changed to the optimum shape. The optical system is highly stabilized and the surface layer is relaxed. The importance of this work is due to the fact that APS has written and published international co-authored papers.

项目成果

期刊论文数量（42）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Ultraprecise fabrication of X-ray mirrors for XFEL sub-10 nm focusing system based on Wolter type III geometry

基于 Wolter III 几何结构的 XFEL 亚 10 nm 聚焦系统 X 射线镜的超精密制造

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
T. Inoue;J. Yamada;S. Matsuyama;N. Nakamura;T. Osaka;H. Yumoto;T. Koyama;H. Ohashi;M. Yabashi;T. Ishikawa;and K. Yamauchi
通讯作者：
and K. Yamauchi

最先端の「光」。集光径 6nm の X 線レーザービームの精密計測に成功！

尖端的“光”。

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

最先端の「光」。集光径6nmのX線レーザービームの精密計測に成功！（プレスリリース）

尖端的“光”。

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

圧電素子駆動型形状可変ミラーを用いたX線sub-5 nm集光システムの開発（第２報）差分成膜を組み合わせたハイブリッド波面修正

使用压电元件驱动可变形镜开发 X 射线亚 5 nm 聚焦系统（第二份报告）混合波前修改结合微分薄膜沉积

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
酒井大輝;山川貴士;大瀧貴史;高橋幸裕;宮本辰也;岡本博;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
通讯作者：
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

Development of wavefront sensing in full-field X-ray microscopy

全视场 X 射线显微镜中波前传感的发展

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Y. Tanaka;S. Matsuyama;T. Inoue;N. Nakamura;J. Yamada;Y. Kohmura;M. Yabashi;K. Omote;T. Ishikawa;and K. Yamauchi
通讯作者：
and K. Yamauchi