多層膜集光ミラーを用いたＸ線自由電子レーザーのナノ集光

使用多层聚焦镜的X射线自由电子激光纳米聚焦

• 批准号: 13J00129
• 负责人: 金 章雨
• 金额: $ 2.11万
• 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: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013-04-01 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13J00129/
• 关键词: X線自由電子レーザー; X線集光; 形状計測; 波面計測; 多層膜; X線反射率; Pt/C

本研究では，未踏領域である硬X線非線形光学の開拓を目的に，多層膜Kirkpatrick-Baezミラーを用いたXFELのsub-10nm集光の実現を目指している．ミラー光学素子においては，原子的に平滑かつ急峻な非球面をPV 1 nmを上回る形状精度で作製する必要がある．このため，曲面測定に強いレーザー顕微鏡をメインプローブに採用し，そのプローブの姿勢をヘテロダイン干渉計によってsub-nm精度でモニターできる形状計測システムを構築し，ミラー基板のオフラインでの形状評価を可能にした．そして，この計測結果をもとに，所定精度の基板をディタミニステックに加工することを可能にした．本ミラー光学素子では，素子へのX線の斜入射角度が全反射の臨界条件を越えており，ミラー基板に多層膜コーティングを施す必要がある．そこで，硬X線領域で実績のある白金/カーボン多層膜に注目し，そのXFEL損傷耐性を詳細に評価した．反射率の劣化曲線や断面TEMを用いた損傷形態を詳細に評価し，目的の集光において利用可能な条件が存在することを明らかにした．さらに，集光効率に直接影響する反射率の劣化が，成膜時のPt層の結晶化によって起こることを見出し，その解決法としてPt層にCを添加することを提案し，光学系全体のスループットを約10％向上することに成功した．集光ビームの最終的な波面精度は，XFELビームラインにミラー光学素子をセットした状態でat-wavelength評価する必要があるが，ここではTalbot効果を用いたシングルグレーチングX線干渉計を構築し，この計測に成功した．そして，開発したat-wavelength計測法によって，ミラー基板上でsub-nmの形状誤差に対応する波面誤差の評価を可能にし，同時にミラー光学素子の姿勢調整にも適用することによって，世界で初めて約10 nmにXFELを集光することに成功した．

In this paper, we aim to explore the application of hard X-ray nonlinear optics in the unexplored field. We aim to realize the sub-10nm collection of XFEL in multilayer Kirkpatrick-Baez films. The optical element is smooth and sharp, and the aspheric surface is PV 1 nm. The shape accuracy is necessary for the control. The shape measurement system is constructed by using a micro-mirror for surface measurement, and the shape evaluation of a micro-mirror for surface measurement is possible by using a micro-mirror for surface measurement and sub-nm accuracy for surface measurement. The measurement results are accurate. The optical element of the present invention has the critical condition of total reflection under the oblique incidence angle of X-ray of the optical element, and it is necessary to implement the critical condition of total reflection under the multilayer film of the substrate. For example, in the hard X-ray field, the performance of platinum/titanium multilayer films is noted, and the XFEL damage resistance is evaluated in detail. Reflectance degradation curve and TEM profile are used to evaluate damage morphology in detail, and the objective of the collection of light is to utilize the possible conditions for the existence of light. In addition, the reflectance of the Pt layer is directly affected by the deterioration of the light collection efficiency. The crystallization of the Pt layer during film formation is about 10% higher than that of the Pt layer. The final wavefront accuracy of the light collection system is necessary for the at-wavelength evaluation of the XFEL optical element in its initial state, and the Talbot effect is used to construct the X-ray interference measurement system. In this paper, the development of at-wavelength measurement method is discussed, and the evaluation of sub-nm shape error on the substrate is possible. At the same time, the orientation adjustment of the optical element is applied successfully. At the beginning of the world, XFEL is about 10 nm.

项目成果

Development of high-precision figure measurement system for x-ray optics using laser focus microscope

激光聚焦显微镜X射线光学高精度图形测量系统的开发

• 发表时间: 2014
• 作者: 石倉徳洋;馬場俊彦;植松祐輝;K. Umeda;櫻井良祐・渡辺匠・唐沢かおり;Jangwoo Kim
• 通讯作者: Jangwoo Kim

Sub-10 nm集光用X線ミラーのための高精度形状計測装置の開発

亚10纳米聚焦X射线镜高精度形状测量装置研制

• 发表时间: 2015
• 作者: Michiya Matsusaki;Paninee Chetprayoon;Mitsuru Akashi;金章雨，長平良綾香，西原明彦，松山智至，佐野泰久，山内和人
• 通讯作者: 金章雨，長平良綾香，西原明彦，松山智至，佐野泰久，山内和人

A Precision Grazing-incidence Angle Error Measurement of a Hard X-ray Condenser Mirror Using Single-grating Interferometry

单光栅干涉法精密测量硬X射线聚光镜掠入射角误差

• DOI: 10.1080/08940886.2013.832585
• 发表时间: 2013
• 期刊: Synchrotron Radiation News
• 作者: R. Fukui;J. Kim;S. Matsuyama;H. Yumoto;Y. Inubushi;K. Tono;T. Koyama;T. Kimura;H. Mimura;H. Ohashi;M. Yabashi;T. Ishikawa;and K. Yamauchi
• 通讯作者: and K. Yamauchi

X線集光ミラー形状測定のための姿勢補正機構を有する三次元測定機の開発

开发用于测量X射线聚光镜形状的带姿势校正机构的三维测量机

• 发表时间: 2015
• 作者: T. Baba;H. C. Nguyen;N. Ishikura;K. Suzuki;M. Shinkawa;R. Hayakawa;and K. Kondo;金 章雨
• 通讯作者: 金 章雨

硬X線自由電子レーザーシングルナノ集光用Pt/C多層膜の破壊特性評価

硬X射线自由电子激光单纳米聚焦Pt/C多层膜破坏特性评价

• 发表时间: 2014
• 作者: 五十嵐大裕;佐藤令;野々村洸;坂上和之;遠藤彰;鷲尾方一;金章雨，長平良綾香，松山智至，福井亮介，西原明彦，小山貴久，湯本博勝，佐野泰久，大橋治彦，後藤俊治，矢橋牧名，石川哲也，山内和人
• 通讯作者: 金章雨，長平良綾香，松山智至，福井亮介，西原明彦，小山貴久，湯本博勝，佐野泰久，大橋治彦，後藤俊治，矢橋牧名，石川哲也，山内和人