４枚の形状可変ミラーを用いた硬Ｘ線アダプティブ集光光学系の開発

四变形镜硬X射线自适应聚焦光学系统的研制

• 批准号: 15J00656
• 负责人: 後藤 拓実
• 金额: $ 1.79万
• 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: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-04-24 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J00656/
• 关键词: X線ミラー; 形状可変ミラー; 圧電素子; 放射光施設; X線自由電子レーザー; 精密計測

本年度は，機械曲げ機構と圧電素子駆動型バイモルフミラーを組み合わせたハイブリッド型変形機構を持つ長尺形状可変ミラーの開発に取り組んだ．開発したミラーは，まず機械曲げ機構によりミラー基板両端に異なる曲げモーメントを与え，ミラーを近似的な非球面形状へと変形させ，その後残った高周期の形状誤差を圧電素子駆動型バイモルフミラーにより回折限界集光を達成可能な精度で形状を修正する．このようなシステムをとることで，圧電素子の担う変形量が減るため，圧電素子のドリフト量を減らし，形状の時間安定性が向上する．開発した長尺形状可変ミラーを用いて，変形テストを行ったところ，PV4 nmの精度で楕円形状を創成することに成功した．また，ミラー形状は2時間以上安定していることを確認し，高精度変形かつ長時間の安定性を有するミラーの変形機構の開発に成功した．開発した長尺形状可変ミラーを用いてSPring-8にて一次元可変集光および，二次元集光実験を行った．一次元可変集光実験は，ミラーの入射角を変更することで，ミラーの開口数を変化させ異なる2つのサイズのX線集光ビームの形成を試みた．明視野ナイフエッジスキャン法により，集光径を評価したところ半値全幅で127 nmと253 nmという回折限界条件と同じサイズの集光ビームの形成に成功した．また，長尺形状可変ミラーを用いてKirkpatrick-Baezミラー集光光学系を構築し，二次元集光実験を行った．集光径の評価を行った結果156 nm (垂直) × 175 nm (水平)の回折限界条件とほぼ同等な大きさのＸ線二次元集光ビームの形成に成功した．また，集光ビームの形成後走査透過型顕微法を用いてＴａ製のスターチャートの計測を行ったところ，1時間の計測中もビームは安定しており，最小で100nmの構造を分解することに成功した．

今年，我们致力于开发一个具有混合变形机制的长形变量镜，该机制结合了机械弯曲机制和压电驱动的双摩尔镜。首先，使用机械弯曲机制将开发的镜子应用于镜子基板两端的不同弯矩，将镜子转换为近似的非球形形状，然后以精确度修改镜像的形状，从而通过使用压电设备驱动的bimorph镜子来实现衍射受限的焦点。通过采用这种系统，减少了压电元件进行的变形量，从而减少了压电元件的漂移量，并提高了形状的时间稳定性。当我们使用开发的长变量形状镜进行变形测试时，我们成功地创建了一个椭圆形，精度为4 nm。此外，我们证实了镜面的稳定性超过2小时，并成功地为镜面开发了一种具有高精度变形和长期稳定性的镜子的变形机制。使用开发的长形变量镜，使用Spring-8进行了一维的可变光收集和二维光收集实验。在一维变量收集实验中，我们试图通过更改镜子的入射角并形成两个不同尺寸的X射线聚焦梁来改变镜像的数值光圈。通过使用明亮的场刀边缘扫描方法，对光收集直径进行了评估，并成功形成了光束，其大小与衍射极限条件相同，衍射极限条件为127 nm和253 nm，全宽度为一半。此外，使用长镜子构建了Kirkpatrick-Baez镜像光收集光学系统，并进行了二维光收集实验。由于对光收集直径的评估，我们成功形成了X射线二维聚焦梁，其大小几乎等于衍射极限条件的156 nm（垂直）x 175 nm（水平）。此外，在聚焦光束形成后，我们测量了使用扫描透射显微镜制成的恒星图，即使在测量过程中，梁也是稳定的1小时，我们成功地分解了至少100 nm的结构。

项目成果

ビームサイズ可変X線集光光学系の開発－形状可変ミラーの形状制御プロセスの改良－

可变光束尺寸X射线聚焦光学系统的开发 - 可变形状镜形状控制过程的改进 -

• 发表时间: 2017
• 作者: Akiyoshi Nakayama;Yuya Shirai;Yusuke Kawamura;Yu Toyoda;Masahiro Nakatochi;Seiko Shimizu;Nariyoshi Shinomiya;Yukinori Okada;Hirotaka Matsuo;林宏樹，後藤拓実，中森紘基，松山智至，佐野泰久，香村芳樹，矢橋牧名，石川哲也，山内和人
• 通讯作者: 林宏樹，後藤拓実，中森紘基，松山智至，佐野泰久，香村芳樹，矢橋牧名，石川哲也，山内和人

Development of a two-stage adaptive Kirkpatrick-Baez mirror system for hard x-ray focusing using piezoelectric deformable mirrors

使用压电变形镜开发用于硬 X 射线聚焦的两级自适应 Kirkpatrick-Baez 镜系统

• 发表时间: 2015
• 作者: Takumi Goto;Hiroki Nakamori;Satoshi Matsuyama;Takashi Kimura;Krishna P. Khakurel;Yasuhisa Sano;Yoshiki Kohmura;Makina Yabashi;Yoshinori Nishino;Tetsuya Ishikawa and Kazuto Yamauchi
• 通讯作者: Tetsuya Ishikawa and Kazuto Yamauchi

Simulation and Experimental Study of Wavefront Measurement Accuracy of the Pencil-Beam Method

• DOI: 10.1080/08940886.2016.1198674
• 发表时间: 2016-01-01
• 期刊: Synchrotron Radiation News
• 作者: Goto, Takumi;Matsuyama, Satoshi;Yamauchi, Kazuto
• 通讯作者: Yamauchi, Kazuto

A variable-numerical-aperture x-ray focusing system using a two-stage adaptive Kirkpatrick-Baez mirrors based on piezo electric deformable mirrors

采用基于压电变形镜的两级自适应柯克帕特里克-贝兹镜的可变数值孔径X射线聚焦系统

• 发表时间: 2016
• 作者: H. Hayashi;T. Goto;H. Nakamori;S. Matsuyama;T. Kimura;K. P. Khakurel;Y. Sano;Y. Kohmura;M. Yabashi;Y. Nishino;T. Ishikawa;and K. Yamauchi
• 通讯作者: and K. Yamauchi

圧電バイモルフミラーと機械曲げ機構を組み合わせたX線集光用システムの開発

开发结合压电双压电晶片镜和机械弯曲机构的X射线聚焦系统

• 发表时间: 2017
• 作者: Taniguchi Tomoaki;Tsubouchi Akira;Imai Yuki;Yuasa Junpei;Oguri Hiroki;加藤礼三;後藤拓実，松山智至，林宏樹，園山純生，秋山和輝，中森紘基，佐野泰久，香村芳樹，矢橋牧名，石川哲也，山内和人
• 通讯作者: 後藤拓実，松山智至，林宏樹，園山純生，秋山和輝，中森紘基，佐野泰久，香村芳樹，矢橋牧名，石川哲也，山内和人