硬Ｘ線自由電子レーザー用結晶素子の超精密無歪み加工

用于硬 X 射线自由电子激光器的晶体元件的超精密无畸变加工

• 批准号: 13J00898
• 负责人: 大坂 泰斗
• 金额: $ 2.3万
• 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-13J00898/
• 关键词: 完全結晶素子; X線自由電子レーザー; 分割・遅延光学系; 時間分解研究; プラズマ加工; 結晶光学素子; 超高速科学; 大気圧プラズマ; ピームスプリッタ; チャネルカット結晶

昨年度SPring-8においてテスト実験を行った分割・遅延光学系（SDO）を，X線自由電子レーザー施設SACLAへと適用し，分割したパルスX線強度の独立測定の実現可能性，並びに生成した遅延時間の精度を評価した．分割パス内で測定したパルス強度とSDO下流の共有パス上で測定した強度との相関を，片方の分割パルスのみを供給し評価した結果，標準偏差約6%の相関が得られた．従って，両分割パルス供給時においても不確かさ10%の精度によるパルス強度独立測定が可能である事を示した．また，SDO下流にX線ストリークカメラを配置し，パルス間の遅延時間を測定した．初期遅延時間には目標値から約5 psの誤差が確認されたものの，遅延時間を変化させた際の近似直線からの誤差は+/- 100 fs以下であり，ストリークカメラを用いる事で100 fsの時間精度が達成される事を実証した．SACLAに常設されている1 μm集光ミラーを用いて，分割ビームの集光特性を評価した．ビームスプリッタである薄い結晶透過側の分割ビームに関しては理想集光が達成されたものの，反射側の分割ビームにおいて集光径の増大が確認された．これは薄い結晶に残留した格子面の傾斜誤差によって波面が乱れた為であり，薄い結晶作製プロセスの更なる高精度化が必要である事が示唆された．新たなビーム分割手法として，厚い結晶のエッジ部において反射光と非接触透過光とに空間的に分割する波面分割を検討した．本手法では厚い結晶を用いるため，薄い分割結晶利用時に問題となった格子面の歪みの影響が抑制される．非集光ビームプロファイルには，エッジ部からの散乱により縞状のスペックルが確認されたものの，1 μm集光光学系利用時，両分割ビームとも集光径約1.5 μmと，ほぼ理想的な集光を実現した．また，空間的にビームを分割する事から，分割ビームの強度比も波長に依らず1:1へと制御可能であり，世界で初めて実用に足る分割・遅延光学系の開発に成功した．

去年在春季8测试的拆分延迟光学系统（SDO）应用于X射线无电子激光设备Sacla，以评估对分隔的脉冲X射线强度独立测量的可行性以及生成的延迟时间的准确性。通过仅提供一个拆分脉冲来评估分裂路径内测得的脉冲强度与在SDO下游共享路径上测量的强度之间的相关性，并获得了大约6％的标准偏差的相关性。因此，已经表明，即使在提供两个分裂脉冲的情况下，独立的脉冲强度测量也可以精度为10％的不确定性。此外，将X射线条纹摄像头放置在SDO的下游，并测量了脉冲之间的延迟时间。尽管在初始延迟时间中确认了来自目标值的大约5 ps的误差，但是当更改延迟时间小于+/- 100 fs时，近似线的错误，并且证明使用条纹摄像头可以实现100 fs的时间精度。使用1μm的聚焦镜在SACLA中永久安装了分裂梁的聚焦特性。尽管在薄晶体传输侧（即梁分离器）上的拆分梁达到了理想的光收集，但在反射侧的拆分梁中，光收集直径增加。这是因为由于晶格中保留的晶格表面的倾斜误差，波前受到干扰，这表明在薄晶体制备过程中需要进一步的精度。作为一种新的光束拆分方法，我们研究了波前拆分，该方法将厚晶体的边缘分为反射的光和非接触式传输光。由于在这种方法中使用了厚的晶体，因此抑制了晶格表面失真的影响，这是使用薄裂晶体时的问题。尽管由于边缘散射，在非浓缩的光束轮廓中确认条纹斑点，但使用1μm光收集光学系统时，两种拆分光束均以大约1.5μm的焦点聚焦，从而产生几乎理想的光收集。此外，由于光束在空间上被划分，因此无论波长如何，分裂梁的强度比都可以控制到1：1，以及世界上首次成功开发实用的分裂/延迟光学系统。

项目成果

Demonstration of Feasibility of X-ray Pump-X-ray Probe Experiments Using Hard X-ray Split-and-Delay Optics Combined with Focusing Mirrors

使用硬 X 射线分裂和延迟光学器件与聚焦镜相结合的 X 射线泵浦 - X 射线探针实验的可行性论证

• 发表时间: 2015
• 作者: Taito Osaka;Takashi Hirano;Yuichi Inubushi;Yasuhisa Sano;Satoshi Matsuyama;Kensuke Tono;Tetsuya Ishikawa;Kazuto Yamauchi;and Makina Yabashi
• 通讯作者: and Makina Yabashi

結晶光学素子に基づくX線分割・遅延光学系の開発；集光光学系併用時の空間的重複の実現

开发基于晶体光学元件的X射线分束/延迟光学系统；与聚焦光学系统结合使用时实现空间重叠；

• 发表时间: 2015
• 作者: Kouki Kato;Jun Watanabe;Kazuyuki Kanosue;Kazuya Masuda;大坂泰斗，平野嵩，犬伏雄一，矢橋牧名，佐野泰久，松山智至，登野健介，佐藤尭洋，小川奏，石川哲也，山内和人
• 通讯作者: 大坂泰斗，平野嵩，犬伏雄一，矢橋牧名，佐野泰久，松山智至，登野健介，佐藤尭洋，小川奏，石川哲也，山内和人

DESY(Germany)

德西（德国）

Current status of x-ray split-and-delay optics using Si(220) crystals at SACLA

SACLA 使用 Si(220) 晶体的 X 射线分离和延迟光学器件的现状

• 发表时间: 2016
• 作者: Kazuya Masuda;Barry Ripley;Riko Nishimura;Takashi Mino;Osamu Takeuchi;Go Shioi;Hiroshi Kiyonari;and Tadamitsu Kishimoto;Taito Osaka
• 通讯作者: Taito Osaka

大気圧プラズマによるチャネルカット単結晶シリコンの内壁エッチングの検討

常压等离子体刻蚀单晶硅内壁的研究

• 发表时间: 2013
• 作者: 大坂 泰斗;平野 嵩;矢橋 牧名;佐野 泰久;登野 健介;犬伏 雄一;佐藤 尭洋;小川 奏;松山 智至;石川 哲也;山内 和人
• 通讯作者: 山内 和人