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線アダプティブ集光システムによる2次元集光ビームの形成

摘要

現在，放射光施設やX線自由電子レーザー施設などの優れたX線光源が利用できるようになり，X線を用いた分析技術は，医学，材料学など様々な分野で用いられている．これらの施設で実験を行う際には，実験条件やサンプルサイズに応じて，ビームサイズを変更する必要がある．ビームサイズの制御は，回折，屈折，反射などの現象を利用した光学素子を用いて行われている．しかし，一般的なX線の光学素子はその用途に合わせて設計·作製されており，汎用性がないため，実験に応じてそのつど仕様の異なる素子を準備する必要があった．そこで，任意に形状を制御することで，実験系に応じたビームサイズを変更することのできるアダプティブな光学素子として，形状可変ミラーが開発された．我々の研究グループでは，長さ100mmの合成石英基板に，4枚の圧電素子を接着した圧電駆動型ミラーを作製し［1］，それらを用いて2段のKBミラー集光光学系を構築し，ミラーの開口数を制御することで，半値幅100nm～1400nmのサイズで回折限界条件を維持しながら集光径を変更することに成功している［2］．今後，このアダプティブ集光光学系が発展するためには，次に述べる2点のミラーの改良が必要であると考えている．一点目は，より長尺なミラーの作製である．ミラーの長尺化によって，ミラーのアクセプタンスが大きくなるため，これまでより低入射角条件で利用することができ，レイリーの4分の1波長則に基づく許容形状誤差も緩和され，形状制御が容易になる．また，高エネルギーのX線を利用する光学系への対応も可能となる．そして，単位面積あたりの反射するX線の光子数も減らすことができるため，次世代放射光源で期待される分光器を通さないピンクビームのような高強度X線を利用する実験系での応用が期待できる．二点目は，ミラー形状の時間安定性である．これまでの研究結果から，圧電素子のドリフトにより形状可変ミラーは形状が安定するまでに，100分の時間を必要とし，ドリフトの総量は，圧電素子に印加する電圧の大きさ（変形量の大きさ）に対して比例して大きくなっていくことが示されている［3］．そこで本発表では，これまでの4倍のミラー長である400mm長かつ形状の時間安定性向上を目指したアダプティブ集光システムの開発に取り組hだ．