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JP2013088250A - X-ray waveguide, method for manufacturing x-ray waveguide, and method for controlling x-ray waveguide - Google Patents

X-ray waveguide, method for manufacturing x-ray waveguide, and method for controlling x-ray waveguide Download PDF

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JP2013088250A
JP2013088250A JP2011227973A JP2011227973A JP2013088250A JP 2013088250 A JP2013088250 A JP 2013088250A JP 2011227973 A JP2011227973 A JP 2011227973A JP 2011227973 A JP2011227973 A JP 2011227973A JP 2013088250 A JP2013088250 A JP 2013088250A
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component
ray
waveguide
core
components
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JP2011227973A
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Japanese (ja)
Inventor
Hirokatsu Miyata
浩克 宮田
Kohei Okamoto
康平 岡本
Wataru Kubo
亘 久保
篤史 ▲高▼本
Atsushi Takamoto
Takashi Noma
敬 野間
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Canon Inc
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Abstract

【課題】 周期構造を有するコア部とクラッド部からなるX線導波路において、X線伝搬効率の低下を抑制する。
【解決手段】 構造周期性を有する材料から構成されるコア部におけるX線の多重干渉を、コアの外側に設けたクラッド材との界面での全反射によって閉じ込めた構成のX線導波路において、コア部を内側にしてコア部とクラッド部を有する構成要素を対向させ、対向する構成要素の位置関係を制御する手段を有するX線導波路。
【選択図】 図5
PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress a decrease in X-ray propagation efficiency in an X-ray waveguide composed of a core part and a clad part having a periodic structure.
In an X-ray waveguide having a configuration in which multiple interference of X-rays in a core portion made of a material having a structure periodicity is confined by total reflection at an interface with a cladding material provided outside the core, An X-ray waveguide having means for controlling a positional relationship between opposing components, with the components having a core portion and a cladding portion facing each other with the core portion facing inward.
[Selection] Figure 5

Description

本発明はX線撮像、X線露光などに適用可能なX線光学素子に関し、特に空間的に位相の揃ったX線を得ることのできるX線導波路、該X線導波路の製造方法、及び該X線導波路の制御方法に関する。   The present invention relates to an X-ray optical element applicable to X-ray imaging, X-ray exposure, and the like, and in particular, an X-ray waveguide capable of obtaining X-rays having spatially uniform phases, a method for manufacturing the X-ray waveguide, And a method for controlling the X-ray waveguide.

数10nm以下の短い波長の電磁波を扱う際、異物質間における電磁波に対する屈折率差が非常に小さく、また、極めて小さな全反射臨界角よりも大きな入射角に対する反射率は非常に小さい。このため、X線光学系には、可視光等の光学系とは異なる光学素子が使用されている。例示すると、低角度での全反射を利用した全反射ミラー、全反射を利用したX線導波管、結晶や多層膜の周期構造に起因する回折を利用した回折格子や多層膜ミラー、フレネルゾーンプレート等があげられる。近年、X線光学系の小型化、高性能化を目指し、薄膜や多層膜中に電磁波を閉じ込めて伝播させる、X線導波路を用いたX線光学系が提案されている。具体的には低電子密度材料の薄膜を高電子密度材料でサンドイッチした構成の平板薄膜導波路(非特許文献1)や、全反射によりX線を閉じ込める形態の複数の平板X線導波路が隣接して配置されたX線導波路(非特許文献2)などを用いた光学系である。   When dealing with an electromagnetic wave having a short wavelength of several tens of nm or less, the difference in refractive index with respect to the electromagnetic wave between different substances is very small, and the reflectance for an incident angle larger than a very small total reflection critical angle is very small. For this reason, an optical element different from an optical system such as visible light is used for the X-ray optical system. For example, a total reflection mirror using total reflection at a low angle, an X-ray waveguide using total reflection, a diffraction grating or multilayer mirror using diffraction caused by a periodic structure of a crystal or a multilayer film, a Fresnel zone Plates and the like. In recent years, an X-ray optical system using an X-ray waveguide for confining and propagating an electromagnetic wave in a thin film or multilayer film has been proposed with the aim of reducing the size and performance of the X-ray optical system. Specifically, a flat plate thin-film waveguide (Non-Patent Document 1) in which a thin film of a low electron density material is sandwiched between high electron density materials and a plurality of flat plate X-ray waveguides that confine X-rays by total reflection are adjacent to each other. This is an optical system using an X-ray waveguide (Non-Patent Document 2) and the like arranged in the same manner.

Physical Letters,Volume 100,p.184801(2008)Physical Letters, Volume 100, p. 184801 (2008) Physical Review B,Volume 62,Number 24,p.16939(2000−II)Physical Review B, Volume 62, Number 24, p. 16939 (2000-II)

非特許文献1に開示されている導波路は、ニッケルよりなるX線導波路のクラッドと、炭素よりなるX線導波路のコアから構成される。この導波路は、炭素とニッケルとの界面の全反射によりX線が閉じ込められ導波する。この構成の単層導波路は、X線の位相が揃った状態で導波させるために、導波路のコアの幅を極めて小さい値にする必要があり、導波させることのできるX線の光量を大きくすることができない。非特許文献2に開示されている導波路は、上記単層導波路が、積層されたものである。このために、クラッドに挟まれたコアの組み合わせが一組の単層導波路と比較して大きな光量のX線を導波することが可能となる。しかし、このような構成の導波路は、積層された導波路構成のそれぞれ(コアとそれを挟み込むクラッドの組)が別個の単層導波路として機能する。そのために、全体として出射されるX線の位相が揃う、集光、発散抑制効果を持つといった、単層導波路の長所を減じることとなる。   The waveguide disclosed in Non-Patent Document 1 includes an X-ray waveguide clad made of nickel and an X-ray waveguide core made of carbon. In this waveguide, X-rays are confined and guided by total reflection at the interface between carbon and nickel. In order to guide the single-layer waveguide having this configuration in a state where the phases of the X-rays are aligned, it is necessary to set the core width of the waveguide to an extremely small value. Cannot be increased. The waveguide disclosed in Non-Patent Document 2 is a laminate of the single-layer waveguide. For this reason, it becomes possible for the combination of cores sandwiched between clads to guide X-rays with a large amount of light as compared to a single-layer waveguide. However, in the waveguide having such a configuration, each of the laminated waveguide configurations (a set of a core and a clad sandwiching the core) functions as a separate single-layer waveguide. For this reason, the advantages of the single-layer waveguide are reduced, such that the phases of the X-rays emitted as a whole are uniform, and the light collection and divergence suppression effects are achieved.

上記課題を解決するための本発明は、クラッド部と、前記クラッド部の上に屈折率実部の異なる複数の成分が周期的に配置されているコア部と、を有する複数の構成要素が、コア部を内側にして対向しているX線導波路であって、
対向している前記構成要素のコア部の複数の成分の周期が等しく、
前記クラッド部と前記コア部との界面における全反射臨界角が、同じ波長のX線に対する前記コア部の構造周期に対応するブラッグ角よりも大きく、
且つ、前記コア部を形成する屈折率実部の異なる複数の成分の界面における全反射臨界角が前記ブラッグ角よりも小さく、
前記構成要素のうちの少なくとも1つの第1構成要素と、前記第1の構成要素と対向する第2の構成要素の位置関係を制御するための手段を備えたことを特徴とするX線導波路に関する。
In order to solve the above problems, the present invention provides a plurality of components having a cladding portion and a core portion in which a plurality of components having different real refractive index portions are periodically arranged on the cladding portion. An X-ray waveguide facing the core portion inside,
The periods of the plurality of components of the core portion of the component facing each other are equal,
The total reflection critical angle at the interface between the cladding part and the core part is larger than the Bragg angle corresponding to the structural period of the core part with respect to X-rays having the same wavelength,
And the total reflection critical angle at the interface of a plurality of components having different real part of the refractive index forming the core part is smaller than the Bragg angle,
An X-ray waveguide comprising: means for controlling a positional relationship between at least one first component of the components and a second component facing the first component About.

また、本発明は、クラッド部の上に、屈折率実部の異なる複数の成分が周期的に形成されているコア部を形成してX線導波路の構成要素を作製する工程と、
同じ構造周期のコア部を有する複数の前記構成要素を、前記コア部を内側にして前記構成要素を対向して配置する工程と、
前記構成要素のうちの少なくとも1つの第1の構成要素と、前記第1の構成要素と対向する第2の構成要素との位置関係を制御することのできる機構を設ける工程と、を有することを特徴とするX線導波路の製造方法に関する。
Further, the present invention includes forming a core part in which a plurality of components having different real refractive index parts are periodically formed on the clad part to produce a component of the X-ray waveguide;
A plurality of the constituent elements having a core portion having the same structural period, and arranging the constituent elements facing each other with the core portion inside, and
Providing a mechanism capable of controlling the positional relationship between at least one first component of the components and a second component facing the first component. The present invention relates to a featured X-ray waveguide manufacturing method.

また、本発明は、クラッド部と、前記クラッド部上に屈折率実部の異なる複数の成分が周期的に形成されているコア部と、を有する複数の構成要素が、コア部を内側にして前記構成用要素を対向しているX線導波路において、
前記構成要素のうちの少なくとも1つの第1の構成要素と、コア部を内側にして前記第1の構成要素と対向する第2の構成要素との位置関係を制御して前記周期構造体に基づいてX線を共鳴させることを特徴とするX線導波路の制御方法に関する。
In addition, the present invention provides a plurality of components having a cladding part and a core part in which a plurality of components having different real refractive index parts are periodically formed on the cladding part, the core part being inward. In the X-ray waveguide facing the component,
Based on the periodic structure by controlling the positional relationship between at least one first component of the components and a second component facing the first component with the core portion inside. The present invention relates to a method for controlling an X-ray waveguide characterized by causing X-rays to resonate.

本発明のX線導波路によれば、平坦なクラッド部材の上に周期構造体より成るコア部が形成された構成のX線導波路構成要素を複数組み合わせ、その位置関係を精密に制御することによって、コア部表面の粗さによる、X線伝搬効率の低下を抑制することができる。   According to the X-ray waveguide of the present invention, a plurality of X-ray waveguide components having a structure in which a core portion made of a periodic structure is formed on a flat clad member are combined, and the positional relationship is precisely controlled. Therefore, it is possible to suppress a decrease in the X-ray propagation efficiency due to the roughness of the core surface.

本発明にかかるX線導波路の最も基本的な構造を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the most basic structure of the X-ray waveguide concerning this invention. 本発明のX線導波路のコア部に用いられる周期構造体の構造を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the structure of the periodic structure used for the core part of the X-ray waveguide of this invention. 本発明のX線導波路のコア部に用いられる周期構造体の、構造周期に求められる条件を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the conditions calculated | required by the structural period of the periodic structure used for the core part of the X-ray waveguide of this invention. 表面側のコアとクラッドの界面のラフネスを説明するための模式図である。It is a schematic diagram for explaining the roughness of the interface between the core and the clad on the surface side. 本発明のX線導波路の構造の一例を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating an example of the structure of the X-ray waveguide of this invention. 本発明のX線導波路の原理を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the principle of the X-ray waveguide of this invention. 2つよりも多くの構成要素を含む本発明のX線導波路の形態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the form of the X-ray waveguide of this invention containing more than two components. 本発明の実施例の説明において、固定した第一の構成要素の位置の、入射X線に対する制御を説明するための模式図である。In description of the Example of this invention, it is a schematic diagram for demonstrating control with respect to incident X-ray of the position of the fixed 1st component. 本発明の実施例の説明において、第二の構成要素の、第一の構成要素に対する位置関係を調整する機構を説明するための模式図である。In description of the Example of this invention, it is a schematic diagram for demonstrating the mechanism which adjusts the positional relationship of the 2nd component with respect to the 1st component. 本発明の実施例の説明において、導波路全体の構成と制御軸とを説明するための模式図である。In description of the Example of this invention, it is a schematic diagram for demonstrating the structure and control axis | shaft of the whole waveguide.

以下、本発明を詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail.

本発明においてX線とは、物質の屈折率実部が1以下となる波長帯域の電磁波を指す。具体的には、(1pm以上で、)極端紫外光(Extreme Ultra Violet(EUV)光)を含む100nm以下の波長の電磁波を指す。このような短い波長の電磁波の周波数は、非常に高く、物質の最外殻電子が応答できないため、紫外光の波長以上の波長をもつ電磁波(可視光や赤外線)の周波数帯域と異なり、X線に対しては物質の屈折率の実部が1より小さくなることが知られている。このようなX線に対する物質の屈折率nは一般的に、下記の式(1)   In the present invention, X-ray refers to an electromagnetic wave having a wavelength band in which the real part of the refractive index of a substance is 1 or less. Specifically, it refers to an electromagnetic wave having a wavelength of 100 nm or less, including extreme ultraviolet light (at 1 pm or more) (Extreme Ultra Violet (EUV) light). The frequency of such short-wave electromagnetic waves is very high, and the outermost electrons of the material cannot respond. Therefore, unlike the frequency band of electromagnetic waves (visible light and infrared rays) having a wavelength longer than the wavelength of ultraviolet light, X-rays It is known that the real part of the refractive index of a substance is smaller than 1. The refractive index n of a substance for such X-rays is generally expressed by the following formula (1)

Figure 2013088250
Figure 2013088250

で表されるように、実数部の1からのずれ量δ、吸収に関係する虚数部の The amount of deviation δ from 1 in the real part and the imaginary part related to absorption

Figure 2013088250
Figure 2013088250

を用いて表される。δは物質の電子密度ρに比例するため電子密度の大きい物質ほど屈折率の実部が小さくなることになる。また、屈折率実部は、 It is expressed using δ it will be the real part of the larger material as the refractive index of the electron density is proportional to the electron density [rho e materials is reduced. The real part of the refractive index is

Figure 2013088250
Figure 2013088250

となる。さらに、ρは原子密度ρと原子番号Zに比例する。このようにX線に対する物質の屈折率は複素数で表されるが、その実部を本明細書中では屈折率実部または屈折率の実部と称し、虚部を屈折率虚部または屈折率の虚部と称する。X線の帯域では、屈折率実部が最大の1となる物質は真空であり、空気に代表される気体は真空とほぼ同じ屈折率を持つが、気体以外のほぼすべての物質の屈折率実部は、1よりも小さい値となる。本明細書中では、「成分」、「材料」、「物質」という文言を真空や空気等の気体に対しても適用する。 It becomes. Furthermore, ρ e is proportional to the atomic density ρ a and the atomic number Z. As described above, the refractive index of a substance with respect to X-rays is represented by a complex number. In this specification, the real part is referred to as the real part of the refractive index or the real part of the refractive index, and the imaginary part is the imaginary part of the refractive index or the refractive index. Called the imaginary part. In the X-ray band, the substance whose refractive index real part is 1 at maximum is a vacuum, and a gas typified by air has almost the same refractive index as that of vacuum, but the refractive index of almost all substances other than gas is real. The part has a value smaller than 1. In the present specification, the terms “component”, “material”, and “substance” also apply to gases such as vacuum and air.

次に、本発明に用いられるX線導波路について説明する。   Next, the X-ray waveguide used in the present invention will be described.

本発明者らは、クラッドとコアを備え、コアとクラッドとの界面の全反射によってコアにX線を閉じ込める構成のX線導波路であって、そのコアとして、屈折率実部が異なる複数の物質が周期的に配置されたX線導波路を作製した。この導波路では、コアを導波するX線が多重干渉し、この周期構造に対応して効率的に導波するモードが選択的されるために、高効率に大きな光量の位相の揃ったX線を導波することが可能となる。   The present inventors provide an X-ray waveguide that includes a clad and a core and confines X-rays in the core by total reflection at the interface between the core and the clad. An X-ray waveguide in which materials are periodically arranged was produced. In this waveguide, the X-rays guided through the core cause multiple interference, and a mode that efficiently guides in accordance with this periodic structure is selected. It becomes possible to guide the line.

この導波路は、コアとクラッドとの界面の全反射によってコアにX線を閉じ込め、導波させる。一般に界面におけるX線の全反射は、界面の粗さに依存し、その反射率は、粗さの低減とともに大きく増大することが知られている。従って、X線導波路のコアとクラッドとの界面の粗さが大きい場合には、X線の閉じ込め効率が低下し、導波路の伝搬効率が減少する。   This waveguide confines and guides X-rays in the core by total reflection at the interface between the core and the cladding. In general, the total reflection of X-rays at the interface depends on the roughness of the interface, and it is known that the reflectance increases greatly as the roughness is reduced. Therefore, when the roughness of the interface between the core and the clad of the X-ray waveguide is large, the X-ray confinement efficiency is lowered and the propagation efficiency of the waveguide is reduced.

本発明者らが作製したX線導波路の基本的な構成は、図1に模式的に示すように、物質の屈折率実部が1以下となる波長帯域のX線を導波させるためのコア部11と、界面での全反射によってX線をコア部内に閉じ込めるためのクラッド部14より構成され、前記コア部が、屈折率実部が異なる複数のコア部を形成する成分12、13が周期構造を形成した構造を有し、前記コア部と前記クラッド部の界面でのX線の全反射臨界角が、前記コア部の構造周期に起因するブラッグ角よりも大きくなるように構成されていることを特徴とする。クラッド部の外側には、機械的強度向上目的の基体15が設けられることもある。X線に対する物質の屈折率は、物質中の電子密度に依存するため、前述の屈折率実部が異なる複数の成分とは、多くの場合電子密度が異なる複数の成分であるということもできる。   The basic configuration of the X-ray waveguide fabricated by the present inventors is to guide X-rays in a wavelength band in which the real part of the refractive index of the substance is 1 or less, as schematically shown in FIG. A core part 11 and a clad part 14 for confining X-rays in the core part by total reflection at the interface, the core part is composed of components 12 and 13 that form a plurality of core parts having different real parts of refractive index. It has a structure in which a periodic structure is formed, and the X-ray total reflection critical angle at the interface between the core part and the cladding part is configured to be larger than the Bragg angle resulting from the structure period of the core part. It is characterized by being. A base 15 for improving mechanical strength may be provided outside the clad portion. Since the refractive index of a substance with respect to X-rays depends on the electron density in the substance, it can be said that the plurality of components having different real parts of the refractive index are a plurality of components having different electron densities in many cases.

本発明のX線導波路は、コアを形成する成分の周期構造に起因する多重干渉を起こしたX線が、コア内を低伝搬損失で導波する、本発明者らが発見した特異なX線の導波現象を利用している。この特異なX線の導波モードは構造周期性により形成され、X線の電場強度分布の腹と節の位置は、基本構造を構成しているそれぞれの物質領域内の位置に一致する。その際、前記周期性構造体の電子密度の小さい物質にX線の電場強度が集中する導波モードの伝搬損失が、他の導波モードに比べて小さくなり、その導波モードを選択的に取り出すことが可能となる。以下、この導波モードを周期共鳴導波モードと称する。この周期共鳴導波モードを可能にする、本発明のX線導波路を構成するためには、いくつかの条件が満たされる必要がある。これについて以下に詳しく説明する。   The X-ray waveguide of the present invention is a unique X-ray that has been discovered by the present inventors, in which X-rays that cause multiple interference due to the periodic structure of the components forming the core are guided in the core with low propagation loss. The wave guide phenomenon is used. This peculiar X-ray waveguide mode is formed by the structure periodicity, and the positions of the antinodes and nodes of the electric field intensity distribution of the X-ray coincide with the positions in the respective substance regions constituting the basic structure. At this time, the propagation loss of the waveguide mode in which the electric field intensity of the X-ray is concentrated on the material having a low electron density of the periodic structure is smaller than that of the other waveguide modes. It can be taken out. Hereinafter, this waveguide mode is referred to as a periodic resonance waveguide mode. In order to construct the X-ray waveguide of the present invention that enables this periodic resonant waveguide mode, several conditions must be satisfied. This will be described in detail below.

まず、屈折率実部が異なる複数の成分が周期構造を形成した構造を有するコア部について説明する。ここでいう複数の成分とは、安定な周期構造が定義できるいかなる組み合わせをも包含し、前述したように、成分の定義には真空や空気も含まれる。つまり、材料とエアギャップが交互に周期構造を形成したような材料も本発明のコア部として使用することができる。ここでいう周期構造は、構造周期の次元を問わない。つまり、1次元、2次元、3次元、いずれの周期構造をも適用することができる。ここで、1次元周期構造とは、図2(A)に示すような、層状の複数の材料が積層方向に周期性をもったものである。2次元周期構造とは、図2(B)に示すような、1方向に無限の広がりを有する構造ユニットが、断面において2次元的に規則低配置されているもので、その配置には図示した六方配置、立方配置等がある。3次元周期構造には、例えば図2(C)に示す、球のような構成単位が、立方細密充填や六方細密充填したものや、複数の成分が構造規則性をもって相分離して形成されるダブルジャイロイド構造のようなものが含まれる。   First, a core part having a structure in which a plurality of components having different real refractive index parts form a periodic structure will be described. Here, the plurality of components includes any combination that can define a stable periodic structure, and as described above, the definition of components includes vacuum and air. That is, a material in which a material and an air gap alternately form a periodic structure can be used as the core portion of the present invention. The periodic structure here does not ask | require the dimension of a structure period. That is, one-dimensional, two-dimensional, and three-dimensional periodic structures can be applied. Here, the one-dimensional periodic structure is a structure in which a plurality of layered materials have periodicity in the stacking direction as shown in FIG. A two-dimensional periodic structure is a structure in which structural units having an infinite extent in one direction as shown in FIG. 2B are two-dimensionally regularly arranged in a cross section. There are hexagonal arrangement and cubic arrangement. In the three-dimensional periodic structure, for example, a structural unit such as a sphere shown in FIG. 2C is formed by cubic close packing or hexagonal close packing, or a plurality of components are phase-separated with structural regularity. Something like a double gyroid structure is included.

このような周期構造がある場合、複数の材料の界面において起こるX線の散乱が干渉を起こし、結晶のX線回折のように、散乱X線が強め合って明確な回折を起こし得る。本発明に用いられる導波路のコアの構造周期が、X線の波長に匹敵するレベル(1nm〜数十nm)の場合には、各部材の中に原子レベルでの構造規則性が無くても、X線回折が観測される。構造規則性が高い場合には、多重干渉が起こる結果、規則構造中でX線は特異な伝搬挙動を示す。前述したように、本発明のX線導波路は、このX線の多重干渉を利用している。従って、本発明に用いられるコア部位の構造周期も、1nm〜50nmの範囲であることが好ましい。また、コア部位の周期構造の数としては10層乃至500層程度の範囲であることが好ましい。層数が過小な場合には、導波路の透過率が低下する傾向にある。結果的に、コア部位の厚さは、10nm〜10μm程度とすることが好ましいことになる。   When such a periodic structure is present, X-ray scattering that occurs at the interface between a plurality of materials causes interference, and the scattered X-rays intensify like the X-ray diffraction of a crystal and cause clear diffraction. When the structure period of the core of the waveguide used in the present invention is at a level comparable to the wavelength of X-rays (1 nm to several tens of nm), there is no structural regularity at the atomic level in each member. X-ray diffraction is observed. When the structure regularity is high, multiple interference occurs, and as a result, X-rays exhibit a unique propagation behavior in the regular structure. As described above, the X-ray waveguide of the present invention utilizes this multiple interference of X-rays. Therefore, the structural period of the core part used in the present invention is also preferably in the range of 1 nm to 50 nm. In addition, the number of periodic structures in the core region is preferably in the range of about 10 to 500 layers. When the number of layers is too small, the transmittance of the waveguide tends to decrease. As a result, the thickness of the core part is preferably about 10 nm to 10 μm.

本発明のX線導波路の構造周期性を有するコア材料としては、人工多層膜や、界面活性剤に代表される両親媒性材料の分子集合体と無機物とが規則的に配列した構造を有するメソ構造体膜(有機−無機メソ構造体膜)、前記メソ構造体膜から両親媒性材料を除去したメソポーラス材料膜、ブロック共重合体のミクロ相分離によって形成される規則構造を有する膜等を用いることができる。しかし、X線の多重干渉を起こし得る材料であれば、これらに限定されることなく使用することが可能である。   The core material having the structural periodicity of the X-ray waveguide of the present invention has a structure in which an artificial multilayer film or a molecular assembly of an amphiphilic material typified by a surfactant and an inorganic substance are regularly arranged. A mesostructured film (organic-inorganic mesostructured film), a mesoporous material film obtained by removing an amphiphilic material from the mesostructured film, a film having a regular structure formed by microphase separation of a block copolymer, etc. Can be used. However, any material that can cause multiple interference of X-rays can be used without being limited thereto.

人工多層膜は、スパッタリングや蒸着等の手法によって複数の材料を所定の厚さで積層したもので、構造体の周期は成膜時間によって自在に制御することができる一方で、形成可能な構造は1次元周期構造に限定されること等の制限がある。   The artificial multilayer film is a laminate of a plurality of materials with a predetermined thickness by a technique such as sputtering or vapor deposition. The period of the structure can be freely controlled by the film formation time, but the structures that can be formed are There are limitations such as being limited to a one-dimensional periodic structure.

メソ構造体膜は、界面活性剤に代表される両親媒性材料と無機物の前駆体を含む前駆体溶液を基板上に付与し、基板上で界面活性剤と無機種の自己集合を起こさせることで作製される無機−有機複合体で、2nm〜50nm程度の周期構造を有する膜である。この場合、界面活性剤(両親媒性材料)は、構造規定剤とも称される。界面活性剤や無機前駆物質、及びその濃度等を変化させることで、膜中の規則構造の次元や対称性、構造周期を変化させることができる。特に、作製された界面活性剤−無機材料メソ構造体膜から、界面活性剤を除去して作製されるメソポーラス膜は、空気と無機物が3次元的に規則配列した構造体の膜であり、X線が低損失の空洞部位に集中することにより、低損失のX線伝搬を可能にする意味で、本発明に好ましく用いられる材料である。   The mesostructured film is formed by applying a precursor solution containing an amphiphilic material typified by a surfactant and an inorganic precursor onto the substrate, and causing the surfactant and inorganic species to self-assemble on the substrate. Is a film having a periodic structure of about 2 nm to 50 nm. In this case, the surfactant (amphiphilic material) is also referred to as a structure-directing agent. By changing the surfactant, the inorganic precursor, the concentration thereof, and the like, the dimension, symmetry, and structure period of the regular structure in the film can be changed. In particular, a mesoporous film produced by removing a surfactant from a produced surfactant-inorganic material mesostructured film is a film having a structure in which air and inorganic substances are regularly arranged three-dimensionally, and X It is a material that is preferably used in the present invention in the sense that it enables low-loss X-ray propagation by concentrating the line in a low-loss cavity.

ブロック共重合体は、複数の性質の異なる高分子セグメントが共有結合で連結された高分子化合物で、構成する各成分の性質と分子量によって規則正しいミクロ相分離構造を形成する。各セグメントの分子量を制御することによって得られる規則構造の対称性を制御することも可能である。無機物に転換できる材料を用い、電子密度のコントラストの大きな周期構造体を作製することもできる。ブロック共重合体は、基板に塗布した後に加熱するなどの簡単なプロセスで、規則構造を形成できるという特長がある。   A block copolymer is a polymer compound in which a plurality of polymer segments having different properties are linked by a covalent bond, and forms a regular microphase separation structure depending on the properties and molecular weights of the constituent components. It is also possible to control the symmetry of the regular structure obtained by controlling the molecular weight of each segment. A periodic structure having a high electron density contrast can also be manufactured using a material that can be converted into an inorganic substance. The block copolymer has a feature that an ordered structure can be formed by a simple process such as heating after being applied to a substrate.

次にクラッド部について説明する。前述したように、クラッドは、コアの周期構造によって多重干渉したX線を全反射でコア内に閉じ込める働きを有する。物質に対するX線の全反射臨界角は、使用するX線の波長と、物質の電子密度によって決定され、電子密度が大きい物質ほど屈折率が低くなるために全反射臨界角は大きくなる。前述したように、コアの周期構造に対応するブラッグ角は、全反射臨界角よりも小さい必要があるため、電子密度が小さい物質でクラッドを形成した場合にはコアのブラッグ角を小さくする、すなわち構造周期を大きくする必要があり、構造規則性の低下に繋がることがあるため、一般にクラッド材料は電子密度の大きな物質で形成するのが好ましい。例示すると、タングステン、タンタル、金、ビスマス等が好ましく用いられる。   Next, the cladding part will be described. As described above, the clad has a function of confining X-rays that have been subjected to multiple interference by the periodic structure of the core in the core by total reflection. The X-ray total reflection critical angle for a material is determined by the wavelength of the X-ray used and the electron density of the material. The higher the electron density, the lower the refractive index, and thus the larger the total reflection critical angle. As described above, since the Bragg angle corresponding to the periodic structure of the core needs to be smaller than the total reflection critical angle, when the clad is formed of a material having a low electron density, the Bragg angle of the core is reduced. In general, it is preferable to form the cladding material with a substance having a high electron density because the structure period needs to be increased, which may lead to a decrease in the structural regularity. For example, tungsten, tantalum, gold, bismuth and the like are preferably used.

前述したように、本発明のX線導波路は、周期構造を有する材料からなるコア中において多重干渉したX線がコアの外部に出ていかないように、コア−クラッド界面での全反射で、X線をコア内に閉じ込める必要がある。つまり、必然的に、導波路を構成しているコア材料の周期構造に対応するブラッグ角が、コア−クラッド界面における全反射臨界角よりも小さいという前記条件が必要になる。図3(A)は、この構成を模式的に示したもので、多重干渉したX線がクラッド界面で全反射する。この条件が満たされない場合には、図3(B)に記載したように、多重干渉したX線は、コア部材からクラッド部材に大きく漏れ出し、導波路として機能しなくなる。上記のことは、下記のように数式を用いて表すことができる。   As described above, the X-ray waveguide of the present invention is a total reflection at the core-cladding interface so that X-rays that have undergone multiple interference in the core made of a material having a periodic structure do not come out of the core, It is necessary to confine X-rays in the core. In other words, the condition that the Bragg angle corresponding to the periodic structure of the core material constituting the waveguide is inevitably smaller than the total reflection critical angle at the core-cladding interface is necessary. FIG. 3A schematically shows this configuration, and X-rays that have undergone multiple interference are totally reflected at the cladding interface. When this condition is not satisfied, as described in FIG. 3B, the X-rays that have undergone multiple interference largely leak from the core member to the clad member and do not function as a waveguide. The above can be expressed using mathematical formulas as follows.

クラッドとコアの界面におけるクラッド側の物質の屈折率実部をnclad、コア側の物質の屈折率実部をncoreとした場合の、膜の面に平行な方向からの全反射臨界角θc−total(°)は、nclad<ncoreとして、 The total reflection critical angle θ from the direction parallel to the film surface, where n clad is the real part of the refractive index of the material on the clad side and n core is the real part of the refractive index of the material on the core side at the interface between the clad and the core c-total (°) is n clad <n core ,

Figure 2013088250
Figure 2013088250

と表される。 It is expressed.

またコアをなす周期構造体の構造周期をdとした場合、コア中での多重回折の有無に関わらず次のようにブラッグ角θ(°)を定義する。 When the structure period of the periodic structure forming the core is d, the Bragg angle θ B (°) is defined as follows regardless of the presence or absence of multiple diffraction in the core.

Figure 2013088250
Figure 2013088250

mは定数、λはX線の波長である。本発明のX線導波路を構成している物質の物性パラメータ、導波路の構造パラメータ、およびX線の波長は次式を満たす必要がある。
θ<θc−total
m is a constant, and λ is the wavelength of X-rays. The physical property parameter of the substance constituting the X-ray waveguide of the present invention, the structure parameter of the waveguide, and the wavelength of the X-ray need to satisfy the following equations.
θ Bc-total

本発明においては、もう一つの条件が満たされることが必要である。これについて説明する。周期構造が、屈折率実部が異なる複数の成分から構成される場合、各成分間の界面におけるX線の反射を考慮する必要がある。本発明のX線導波路が機能するためには、周期構造に由来する多重干渉が起こらなければならない。周期構造を構成する材料の界面で全反射が起こる場合には、例えば1次元周期構造体に関して図3(C)に模式的に示すように、X線は、積層構造を形成する材料のうちで最も屈折率の高い成分中に閉じ込められ、多重干渉が阻害される結果、本発明の目的を果たすことができなくなる。言い換えれば、周期構造を構成するユニットがマルチ全反射X線導波路として機能することになり、従来の平板型導波路と同じ構造になってしまう。従って、コアの周期構造を形成する屈折率実部が異なる成分間の界面における全反射臨界角が、前記ブラッグ角よりも小さいという条件が必要になる。このことは、数式を用いて下記のように表すことができる。   In the present invention, it is necessary that another condition is satisfied. This will be described. When the periodic structure is composed of a plurality of components having different real parts of the refractive index, it is necessary to consider X-ray reflection at the interface between the components. In order for the X-ray waveguide of the present invention to function, multiple interference derived from the periodic structure must occur. When total reflection occurs at the interface of the material constituting the periodic structure, for example, as schematically shown in FIG. 3C regarding the one-dimensional periodic structure, X-rays are among the materials forming the laminated structure. As a result of being confined in the highest refractive index component and hindering multiple interference, the object of the present invention cannot be achieved. In other words, the unit constituting the periodic structure functions as a multi-total reflection X-ray waveguide, resulting in the same structure as a conventional flat plate waveguide. Therefore, it is necessary that the total reflection critical angle at the interface between components having different real parts of the refractive index forming the periodic structure of the core is smaller than the Bragg angle. This can be expressed as follows using mathematical formulas.

コアの周期構造を構成する屈折率実部の異なる成分間での全反射臨界角をθc_multi(°)とする場合、下記の式が満たされる。
θc_multi<θ
When the total reflection critical angle between different components of the real part of the refractive index constituting the periodic structure of the core is θ c_multi (°), the following equation is satisfied.
θ c_multiB

以上述べたような条件が満たされる場合、クラッドとコアとの界面による全反射により閉じ込められる導波モードを、コア内に局在させることができる。膜に平行な方向から測った有効伝搬角度   When the conditions described above are satisfied, the waveguide mode confined by total reflection at the interface between the clad and the core can be localized in the core. Effective propagation angle measured from the direction parallel to the membrane

Figure 2013088250
Figure 2013088250

は、導波モードの伝搬方向の波数ベクトル(伝搬定数)k、真空中の波数ベクトルkを用いて次式で表される。 Is expressed by the following equation using a wave number vector (propagation constant) k z in the propagation direction of the waveguide mode and a wave number vector k o in vacuum.

Figure 2013088250
Figure 2013088250

以上説明したような、本発明のX線導波路においては、多重干渉によって規則構造の周期に共鳴する導波モードのX線のみを、選択的に低損失で伝搬させることができる。この周期共鳴導波モードのX線は、位相がコアの厚さ全体にわたって揃っている、つまり、空間的にコヒーレントなX線となり、導波路の端面から、X線の波長とコアの構造周期で決定される小さな発散角で出射される。   As described above, in the X-ray waveguide of the present invention, only the waveguide mode X-rays that resonate with the period of the regular structure due to multiple interference can be selectively propagated with low loss. The X-rays of this periodic resonant waveguide mode have the same phase over the entire thickness of the core, that is, spatially coherent X-rays. From the end face of the waveguide, the X-ray wavelength and the core structural period The light is emitted with a small divergence angle determined.

上記周期共鳴導波モードによるX線伝搬を可能にするX線導波路は、以上説明したように、周期構造に起因するX線の多重干渉を、コアとクラッドとの界面の全反射で閉じ込める構成であるため、この界面におけるX線反射率が導波路の伝搬効率に大きな影響を及ぼす。X線の波長は非常に短いため、コアとクラッドとの界面には非常に高い平坦性が求められる。   As described above, the X-ray waveguide that enables X-ray propagation in the periodic resonant waveguide mode is configured to confine multiple interference of X-rays caused by the periodic structure by total reflection at the interface between the core and the cladding. Therefore, the X-ray reflectivity at this interface greatly affects the propagation efficiency of the waveguide. Since the wavelength of X-rays is very short, very high flatness is required at the interface between the core and the clad.

しかし、本発明のX線導波路のコアに用いられる周期構造体の表面は、必ずしも十分な平坦性を保証できるものとは限らず、この課題ゆえに、コア表面の平坦性が低いことが問題にならないような、周期共鳴導波モードによるX線伝搬を可能にする新規なデバイス構成が必要になる。   However, the surface of the periodic structure used for the core of the X-ray waveguide of the present invention cannot always guarantee sufficient flatness, and because of this problem, the flatness of the core surface is a problem. Therefore, a new device configuration that enables X-ray propagation in the periodic resonant waveguide mode is required.

本発明に係る、周期共鳴導波モードによるX線の伝搬を可能にするX線導波路の基本構成は、図1に示したようなものであるが、実際には、コア部を形成する周期構造体は、使用する材料によっては、比較的大きな表面ラフネスを有し、図4に示すように、この上にクラッド部位を形成した場合に、コア部表面とクラッド部との界面41における平坦性が低くなる場合がある。この様な場合、界面での散乱による損失が大きくなり、クラッドによるX線の閉じ込め効果が低下してしまう。しかし、十分な平坦性を有するクラッド部材の上に周期構造体を形成した場合のコア部底面とクラッド部との界面42においては、その界面の平坦性は保証され、こちら側の界面においては全反射の際の損失を小さく抑えることが可能である。   The basic configuration of the X-ray waveguide that enables X-ray propagation in the periodic resonant waveguide mode according to the present invention is as shown in FIG. Depending on the material used, the structure has a relatively large surface roughness. As shown in FIG. 4, when a clad portion is formed thereon, the flatness at the interface 41 between the core portion surface and the clad portion is obtained. May be lower. In such a case, loss due to scattering at the interface increases, and the effect of X-ray confinement by the cladding is reduced. However, when the periodic structure is formed on a clad member having sufficient flatness, the flatness of the interface is ensured at the interface 42 between the bottom surface of the core and the clad, and the entire interface on this side is guaranteed. It is possible to reduce the loss during reflection.

本発明のX線導波路と、図1に示した最も簡単な構成の周期共鳴導波モードによるX線導波を可能にするX線導波路との違いは、本発明では、コア部を形成する周期構造体の一方にのみクラッド部が形成された複数の構成要素が、コア部が対向するように保持されている点にある。以下、本発明の模式図である図5を用いて説明する。図5に示すように、本発明の導波路においては、周期構造体よりなるコア部51が、表面が平坦なクラッド部52の上に形成され、導波路の構成要素を形作っている。クラッド部52の表面の平坦性としては、二乗平均粗さが5nm未満であることがコア部とクラッド部との界面の全反射の際の損失を少なくする上で好ましい。53はコアとクラッドからなる導波路の構成要素を保持する基体であり、導波路の機械的強度を保つために使用される。この図では、コア部を形成する周期構造体の表面のラフネスが誇張されて描かれている。本発明のX線導波路においては、図示するように、コア部を内側にして、複数の導波路構成要素が対向させて保持されている。この説明では、構成要素が2つの場合について説明する。第一の構成要素を保持した基材は、ホルダー56に固定される。ホルダー56は、基本的に固定されていて良いが、入射X線に対する位置と入射角度を調整するために、角度と並進位置を制御可能な不図示の可動ステージに固定されていることが好ましい。一方、第二の構成要素を保持した基材は、その空間的位置を精密に制御することのできる機構を備えたステージ57に固定される。ステージ57には、高い位置制御分解能と精度が必要であり、駆動手段としてはピエゾアクチュエータが好ましく用いられる。本発明X線導波路は、第一の構成要素と第2の構成要素との位置関係すなわち相対的位置が制御されている。第一の構成要素と可動な第二の構成要素の位置関係が制御されていない場合には、2つの周期構造体は、それぞれ独立の周期構造体としてX線の干渉を引き起こすが、周期共鳴導波モードによるX線伝搬は達成できない。周期共鳴導波モードを達成するためには図6(A)に模式的に示すように、周期構造体の屈折率実部の異なる成分の界面において散乱されたX線が、コア部とクラッド部界面での全反射によってコア部内に閉じ込められ、多重干渉を起こし、周期構造体の電子密度の高い低屈折率層に電場の節が、電子密度の低い高低屈折率層に電場の腹が対応するような電場が、周期構造体中に形成される必要がある。ここで、構成要素を保持した可動ステージ57を調整し、2つの構成要素の位置関係を最適化し、それぞれの周期構造体における周期性の位相が揃うようにすることによって、2つの周期構造体が、あたかもひとつの周期構造体のように機能し、図6(B)に示すように2つの構成要素のそれぞれのクラッドの間で、前述したような電場が形成され得る。これを可能にするためには、対向する周期構造体の構造周期は同一である必要がある。   The difference between the X-ray waveguide of the present invention and the X-ray waveguide enabling the X-ray waveguide by the periodic resonance waveguide mode having the simplest configuration shown in FIG. A plurality of components having a clad portion formed on only one of the periodic structures to be held are held so that the core portions face each other. Hereinafter, description will be made with reference to FIG. 5 which is a schematic diagram of the present invention. As shown in FIG. 5, in the waveguide of the present invention, a core portion 51 made of a periodic structure is formed on a clad portion 52 having a flat surface, and forms a component of the waveguide. As the flatness of the surface of the clad portion 52, it is preferable that the mean square roughness is less than 5 nm in order to reduce the loss in total reflection at the interface between the core portion and the clad portion. Reference numeral 53 denotes a substrate that holds the components of the waveguide composed of the core and the clad, and is used to maintain the mechanical strength of the waveguide. In this figure, the roughness of the surface of the periodic structure forming the core portion is exaggerated. In the X-ray waveguide of the present invention, as shown in the drawing, a plurality of waveguide components are held facing each other with the core portion inside. In this description, a case where there are two components will be described. The base material holding the first component is fixed to the holder 56. The holder 56 may be basically fixed. However, in order to adjust the position with respect to the incident X-ray and the incident angle, the holder 56 is preferably fixed to a movable stage (not shown) capable of controlling the angle and the translational position. On the other hand, the base material holding the second component is fixed to a stage 57 having a mechanism capable of precisely controlling the spatial position. The stage 57 requires high position control resolution and accuracy, and a piezo actuator is preferably used as the driving means. In the X-ray waveguide of the present invention, the positional relationship, that is, the relative position between the first component and the second component is controlled. When the positional relationship between the first component and the movable second component is not controlled, the two periodic structures cause X-ray interference as independent periodic structures, but the periodic resonance guides. X-ray propagation in wave mode cannot be achieved. In order to achieve the periodic resonant waveguide mode, as schematically shown in FIG. 6A, X-rays scattered at the interfaces of different components of the real part of the refractive index of the periodic structure are separated from the core part and the clad part. It is confined in the core part by total internal reflection at the interface, causing multiple interference, and the electric field node corresponds to the low refractive index layer with high electron density and the antinode of electric field to the low and high refractive index layer with low electron density. Such an electric field needs to be formed in the periodic structure. Here, by adjusting the movable stage 57 holding the constituent elements, optimizing the positional relationship between the two constituent elements so that the periodic phases of the respective periodic structures are aligned, the two periodic structures are It functions as if it is one periodic structure, and the electric field as described above can be formed between the clads of the two components as shown in FIG. 6B. In order to make this possible, the periodic periods of the opposing periodic structures need to be the same.

構成要素の対向するコア部の間隔55には特に制限はないが、間隔が構造周期の20倍以上程度になると、コア間のギャップの空間を伝搬するX線のモードが複数形成され、目的とする周期共鳴導波モードの近くの伝搬角度で伝搬するため、単一の周期共鳴導波モードが選択しにくくなる。構成要素のコアとコアの好ましい間隔は、コアの構造周期の20倍未満、さらに好ましくは10倍未満である。ここで、構成要素の対向するコア部の間隔とは、対向するコア部の最表面間の距離を指す。   There is no particular limitation on the interval 55 between the core portions facing each other, but when the interval is about 20 times or more of the structural period, a plurality of X-ray modes propagating in the gap space between the cores are formed. Therefore, it is difficult to select a single periodic resonance waveguide mode. The preferred spacing between the cores of the components is less than 20 times, more preferably less than 10 times the core structural period. Here, the space | interval of the opposing core part of a component refers to the distance between the outermost surfaces of the opposing core part.

上記説明は、一つの構成要素を固定した構成に関するものであるが、複数の構成要素がそれぞれ、可動ステージの上に固定されていても、2つの周期構造体の位置関係を精密に調整できる限りにおいて、同様の効果を得ることができる。   The above description relates to a configuration in which one component is fixed. However, even if a plurality of components are fixed on the movable stage, the positional relationship between the two periodic structures can be adjusted precisely. In this case, the same effect can be obtained.

以上説明したように、本発明によれば、コア表面のラフネスがある程度大きい場合でも、表面に直接クラッド部を形成した場合に不可避な散乱による損失を抑制することが可能になる。   As described above, according to the present invention, even when the roughness of the core surface is large to some extent, it is possible to suppress loss due to inevitable scattering when the cladding portion is directly formed on the surface.

また、上記説明は、構成要素の数が2の場合について記述したが、構成要素数は2に限定されない。例えば、図7に示したように、この構成を複数組み合わせてX線導波路を製造することも可能である。例えば図7では、平坦な表面のクラッド部とその上の周期構造体コア部から成る導波路構成要素が、正三角形の断面をした三角柱状基材の3つの側面に固定されており、それぞれの構成要素は、可動ステージの上に固定されたもう一方の構成要素が、コアの形成された面を対向させて保持されている。この場合も、X線に対する入射角度と入射位置を制御するために、前記三角柱状基材は、角度と並進を制御可能なステージに固定されることが好ましい。この場合、3つの周期共鳴導波モードでX線を伝搬させ得る導波路が形成できるわけであるが、この3つの導波路中の構造周期性を変えておけば、例えば三角柱状基材を中心に回転させることによってこの3つの導波路を切り替えることによって、異なる方向にX線を出射させたり、異なる波長のX線を同じ角度で出射させたりすることが可能になる。   Moreover, although the said description described the case where the number of components was 2, the number of components is not limited to 2. For example, as shown in FIG. 7, it is also possible to manufacture an X-ray waveguide by combining a plurality of such configurations. For example, in FIG. 7, a waveguide component composed of a clad portion having a flat surface and a periodic structure core portion thereon is fixed to three side surfaces of a triangular prism base material having a regular triangular cross section. The other component element fixed on the movable stage is held with the surface on which the core is formed facing each other. Also in this case, in order to control the incident angle and the incident position with respect to the X-ray, it is preferable that the triangular prism base material is fixed to a stage capable of controlling the angle and translation. In this case, a waveguide capable of propagating X-rays in three periodic resonance waveguide modes can be formed. However, if the structural periodicity in these three waveguides is changed, for example, a triangular prism base material will be the center. By switching the three waveguides by rotating the X-rays, it becomes possible to emit X-rays in different directions or to emit X-rays of different wavelengths at the same angle.

複数の周期構造体を用いた干渉計としては、Bonse−Hart型X線干渉計が知られているが、この場合、複数の周期構造体(結晶)による干渉X線を可干渉にするために、該複数の周期構造体(結晶)は、大きな単一の結晶から削りだしたものを使用している。この場合には、結晶の構造周期が小さく、可干渉性を持たせるように2つの独立した結晶の位置関係を制御できるだけの分解能を備えた制御手段がないために、単一の結晶から作成することを余儀なくされていたが、本発明のX線導波路に使用される周期構造体は、その構造周期が大きいために、独立した周期構造体の位置関係を、それぞれの干渉X線が可干渉となるように、ピエゾアクチュエータのような精密位置制御ステージを用いて調整することが可能である。   As an interferometer using a plurality of periodic structures, a Bose-Hart X-ray interferometer is known. In this case, in order to make an interference X-ray generated by a plurality of periodic structures (crystals) coherent. The plurality of periodic structures (crystals) used are those cut from a large single crystal. In this case, since the crystal structure period is small and there is no control means with a resolution sufficient to control the positional relationship between two independent crystals so as to provide coherence, the crystal is created from a single crystal. However, since the periodic structure used in the X-ray waveguide according to the present invention has a large structural period, the positional relationship of the independent periodic structures is determined so that each interference X-ray is coherent. It is possible to adjust using a precision position control stage such as a piezo actuator.

以下実施例を用いて本発明をさらに詳しく説明する。但し、本発明は実施例の内容に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to the contents of the examples.

(実施例1)
本実施例は、シリコン単結晶基体上に形成したタングステンクラッドの上に、非イオン性界面活性剤を構造規定剤として作製したシリカメソ構造体膜を形成した、導波路構成要素2つを対向させ、第一の構成要素を入射X線に対して固定し、該第一の構成要素に対する第二の構成要素の位置を、ピエゾアクチュエータで駆動するステージを用いて精密に制御することで、周期共鳴導波モードによるX線伝搬を可能にする例である。
Example 1
In this example, two waveguide components, in which a silica mesostructured film prepared using a nonionic surfactant as a structure-directing agent on a tungsten clad formed on a silicon single crystal substrate, are opposed to each other. The first component is fixed with respect to the incident X-ray, and the position of the second component with respect to the first component is precisely controlled by using a stage driven by a piezo actuator, so that periodic resonance induction is achieved. It is an example which enables X-ray propagation by a wave mode.

2枚のシリコン基板それぞれの表面に、スパッタリングによってタングステンを20nm成膜し、クラッド部位とする。このタングステン膜の表面は、原子間力顕微鏡により求められた二乗平均粗さが1.0nm未満という、高い平坦性を有している。   Tungsten is deposited in a thickness of 20 nm on the surface of each of the two silicon substrates by sputtering to form a clad region. The surface of the tungsten film has high flatness with a mean square roughness determined by an atomic force microscope of less than 1.0 nm.

この上に、シリカメソ構造体膜を作製する。使用する界面活性剤は、非イオン性界面活性剤Pluronic P123である。シリカメソ構造体膜作製に用いる前駆体溶液は、テトラエトキシシラン(TEOS)54.7mlを74.4mlのエタノールに溶解した溶液に0.01Mの希塩酸を26.4ml添加して調整した溶液Aと、13.7gのP123を49.6mlのエタノールに溶解して調整した溶液Bとを混合し、最後に純水を12.0ml添加して作製する。上記、タングステン膜を形成したシリコン基板に、上記の前駆体溶液を引き上げ速度0.5mm/sでディップコートし、40℃で24時間乾燥させてシリカメソ構造体膜を得る。   A silica mesostructured film is produced on this. The surfactant used is the nonionic surfactant Pluronic P123. The precursor solution used for the production of the silica mesostructured film was prepared by adding 26.4 ml of 0.01M dilute hydrochloric acid to a solution obtained by dissolving 54.7 ml of tetraethoxysilane (TEOS) in 74.4 ml of ethanol, and A solution B prepared by dissolving 13.7 g of P123 in 49.6 ml of ethanol is mixed, and finally 12.0 ml of pure water is added. The above-mentioned precursor solution is dip-coated on the silicon substrate on which the tungsten film is formed at a pulling rate of 0.5 mm / s and dried at 40 ° C. for 24 hours to obtain a silica mesostructured film.

このようにして作製したシリカメソ構造体膜は、構造周期10.1nm、層数42層であることがX線回折分析とX線反射率測定より確認される。また、この膜がシリンダー状ミセルを含む2次元ヘキサゴナル構造を有していることが電子顕微鏡観察により明らかとなる。この周期構造体は、2つの構成要素において同一である。このシリカメソ構造体薄膜の表面粗さを、原子間力顕微鏡によって評価し、二乗平均粗さが11nmであることが明らかとなる。この、2つの構成要素は、X線の導波方向(図8のY方向)のサイズが3mmである。   It is confirmed from the X-ray diffraction analysis and the X-ray reflectivity measurement that the silica mesostructured film thus produced has a structure period of 10.1 nm and a layer number of 42 layers. Moreover, it becomes clear by electron microscope observation that this film has a two-dimensional hexagonal structure including cylindrical micelles. This periodic structure is the same in the two components. The surface roughness of the silica mesostructured thin film is evaluated by an atomic force microscope, and it becomes clear that the mean square roughness is 11 nm. The two components have a size of 3 mm in the X-ray waveguide direction (Y direction in FIG. 8).

図8に示すように、2つの構成要素のうちの一方(第一の構成要素)81を、ホルダーに固定し、前記ホルダーは、第一の構成要素に対するX線の入射角と入射位置を制御するために、ω、z可動ステージ82上に固定される。 As shown in FIG. 8, one of the two components (first component) 81 is fixed to a holder, and the holder controls the X-ray incident angle and the incident position with respect to the first component. Therefore, ω 1 and z 1 are fixed on the movable stage 82.

図9に示すように、もう一方(第二の構成要素)91は、ピエゾアクチュエータで駆動する精密可動ステージ92上に固定する。ピエゾアクチュエータ駆動ステージは、図9に示すω、ψの2つの角度、及びz並進の精密制御が可能であるものを使用する。ステージは、さらに、面内回転角度φ、及びx、y方向の並進が可能であることが好ましいが、これらの軸方向の動きに関しては、必ずしも高い分解能を必要としない。   As shown in FIG. 9, the other (second component) 91 is fixed on a precision movable stage 92 driven by a piezoelectric actuator. The piezo actuator driving stage uses two angles of ω and ψ shown in FIG. 9 and capable of precise control of z translation. The stage is also preferably capable of in-plane rotation angle φ and translation in the x and y directions, but high resolution is not necessarily required for these axial movements.

まず、図8に示した、ω、z可動ステージ上にホルダーによって固定された第一の構成要素について、X線に対する位置合わせを行う。この調整は、第一の構成要素の周期構造体表面が、入射X線の光路を、光路と平行に遮って強度がほぼ1/2になるように位置zと角度ωを調整して行う。使用するX線は、MoKα線で、エネルギーは17.5keVである。 First, the first component shown in FIG. 8 fixed on the ω 1 , z 1 movable stage by the holder is aligned with the X-ray. In this adjustment, the position z 1 and the angle ω 1 are adjusted so that the surface of the periodic structural body of the first component blocks the incident X-ray optical path in parallel with the optical path and the intensity is approximately ½. Do. The X-ray used is MoKα ray and the energy is 17.5 keV.

この位置から、X線の入射位置を中心にして、第一の構成要素を回転させ、入射角を周期共鳴導波モードによるX線伝搬が起こる角度である、多層膜の構造周期10.1nmに対応するBragg角よりもわずかに小さい角度0.2°に設定する。この角度は、シリカメソ構造体層からタングステン層に、同じ17.5keVのX線が入射した際の全反射臨界角よりも小さい角度であり、この伝搬角でコア中を伝搬するX線はクラッド層によって導波路中に閉じ込められる。   From this position, the first component is rotated around the X-ray incident position, and the incident angle is set to the multilayer structure period of 10.1 nm, which is the angle at which X-ray propagation in the periodic resonant waveguide mode occurs. The angle is set to 0.2 °, which is slightly smaller than the corresponding Bragg angle. This angle is smaller than the total reflection critical angle when the same 17.5 keV X-ray is incident on the tungsten layer from the silica mesostructure layer, and the X-ray propagating in the core at this propagation angle is the cladding layer. To be confined in the waveguide.

このようにして位置を決めた第一の構成要素に対して、第二の構成要素の位置を調整する。まず、可動ステージに固定した第二の構成要素を第一の構成要素に対向させ、粗動モードで第一の構成要素と第二の構成要素のコア面同士が均等に接触するようにする。この状態から、ピエゾステージのz軸を20nm程度動かし、第一の構成要素と第二の構成要素のコア面同士が微小なギャップを介して対向するようにX線導波路を製造する。   The position of the second component is adjusted with respect to the first component whose position is determined in this way. First, the second component fixed to the movable stage is opposed to the first component so that the core surfaces of the first component and the second component are evenly contacted in the coarse motion mode. From this state, the z-axis of the piezo stage is moved by about 20 nm, and the X-ray waveguide is manufactured so that the core surfaces of the first component and the second component are opposed to each other through a minute gap.

ここで、X線を導波路に照射し、検出器でX線をモニターしながら、透過X線強度が最大になるように、第二の構成要素が保持されているピエゾステージのz軸、ω軸、ψ軸を微調整する。透過X線強度が最大になる位置において、第一の構成要素と第二の構成要素の周期構造体は、その周期構造を形成する格子面が平行になり、かつ、それぞれの周期構造体における周期性の位相が互いに一致することになる。   Here, while irradiating the waveguide with X-rays and monitoring the X-rays with a detector, the z-axis of the piezo stage holding the second component so that the transmitted X-ray intensity is maximized, ω Finely adjust the axis and ψ axis. At the position where the transmitted X-ray intensity is maximized, the periodic structures of the first component and the second component have lattice planes that form the periodic structure in parallel, and the period in each periodic structure. The sex phase will match each other.

最後に、上述のように、X線を導波路に照射しながら、この両構成要素のω軸を同期させて精密に微小角度回転させ、X線強度が最大になる入射角を決定する。この場合のX線入射角は0.2°程度と非常に小さいもので、導波路端面に垂直に近い角度で入射する配置である。   Finally, as described above, while irradiating the waveguide with X-rays, the ω axes of these components are synchronized and rotated precisely by a minute angle to determine the incident angle at which the X-ray intensity is maximized. In this case, the X-ray incident angle is as small as about 0.2 °, and the X-ray incident angle is such that it is incident at an angle close to perpendicular to the waveguide end face.

以上のように位置の調整された導波路から出射されるX線の遠視野像を、二次元X線検出器で観測することにより、この導波路から出射されるX線の位相が導波路の厚さ方向に揃っているものであることが確認される。   By observing the far-field image of the X-ray emitted from the waveguide whose position has been adjusted as described above with a two-dimensional X-ray detector, the phase of the X-ray emitted from the waveguide can be changed to that of the waveguide. It is confirmed that they are aligned in the thickness direction.

本実施例によって、コア表面の二乗平均粗さが10nmを超えるようなシリカメソ構造体をコアに用いた場合でも、本発明の構成を用いることにより、良好な周期共鳴導波モードによるX線伝搬を達成することができることが示される。   According to this example, even when a silica mesostructure whose core surface has a root mean square roughness of more than 10 nm is used for the core, by using the configuration of the present invention, X-ray propagation by a good periodic resonance waveguide mode can be achieved. It can be shown that it can be achieved.

(実施例2)
本実施例は、シリコン単結晶基材上に形成したタングステンクラッドの上に、炭化ホウ素(BC)/アルミナ(Al)交互積層膜を形成した導波路構成要素2つを対向させ、第一の構成要素を入射X線に対して固定し、該第一の構成要素に対する第二の構成要素の位置を、ピエゾアクチュエータで駆動するステージを用いて精密に制御することで、周期共鳴導波モードによるX線伝搬を可能にする例である。
(Example 2)
In this example, two waveguide components in which a boron carbide (B 4 C) / alumina (Al 2 O 3 ) laminated film is formed on a tungsten clad formed on a silicon single crystal substrate are opposed to each other. The first component is fixed with respect to the incident X-ray, and the position of the second component with respect to the first component is precisely controlled by using a stage driven by a piezo actuator, whereby periodic resonance is achieved. This is an example that enables X-ray propagation in a guided mode.

2枚のシリコン基板それぞれの表面に、スパッタリングによってタングステンを20nm成膜し、クラッド部位とする。このタングステン膜の表面は、原子間力顕微鏡により求められた二乗平均粗さが1.0nm未満という、高い平坦性を有している。   Tungsten is deposited in a thickness of 20 nm on the surface of each of the two silicon substrates by sputtering to form a clad region. The surface of the tungsten film has high flatness with a mean square roughness determined by an atomic force microscope of less than 1.0 nm.

さらに、その上に、スパッタリングによって炭化ホウ素とアルミナの交互積層膜を形成する。BCの膜厚は12nm、Alの膜厚は3nmで構造周期は15nm、総数は100層である。タングステンと接する材料は、Alである。この成膜工程によって、2つのX線導波路の構成要素が作成される。この多層膜の表面粗さを原子力間顕微鏡によって評価し、二乗平均粗さが約7nmであることが明らかとなる。この2つの構成要素はX線の導波方向のサイズが4mmである。 Further, an alternate laminated film of boron carbide and alumina is formed thereon by sputtering. The film thickness of B 4 C is 12 nm, the film thickness of Al 2 O 3 is 3 nm, the structural period is 15 nm, and the total number is 100 layers. The material in contact with tungsten is Al 2 O 3 . By this film forming process, two X-ray waveguide components are created. The surface roughness of the multilayer film is evaluated by an atomic force microscope, and it becomes clear that the root mean square roughness is about 7 nm. These two components have an X-ray waveguide direction size of 4 mm.

実施例1と同様に、2つの構成要素のうちの一方(第一の構成要素)を、ホルダーに固定し、前記ホルダーは、第一の構成要素に対するX線の入射角と入射位置を制御するために、ω、z可動ステージ上に固定される。 As in the first embodiment, one of the two components (first component) is fixed to a holder, and the holder controls the X-ray incident angle and the incident position with respect to the first component. Therefore, ω 1 and z 1 are fixed on the movable stage.

また、もう一方(第二)の構成要素は、やはり実施例1と同様に、ピエゾアクチュエータで駆動する精密可動ステージ上に固定する。ピエゾアクチュエータ駆動ステージは、実施例1で使用したものと同一のものである。   The other (second) component is fixed on a precision movable stage driven by a piezo actuator, as in the first embodiment. The piezo actuator drive stage is the same as that used in the first embodiment.

まず、実施例1と同様の手順で、第一の構成要素について、入射X線に対する位置合わせを行う。この調整は、実施例1で述べたように、第一の構成要素の周期構造体表面が、入射X線の光路を、光路と平行に遮って強度がほぼ1/2になるように位置を調整して行う。使用するX線は、MoKα線で、エネルギーは17.5keVである。   First, the first component is aligned with incident X-rays in the same procedure as in the first embodiment. As described in the first embodiment, this adjustment is performed so that the surface of the periodic structure body of the first constituent element blocks the incident X-ray optical path in parallel with the optical path so that the intensity is approximately ½. Adjust and do. The X-ray used is MoKα ray and the energy is 17.5 keV.

この位置から、X線の入射位置を中心にして、第一の構成要素を回転させ、入射角を周期共鳴導波モードによるX線伝搬が起こる角度である、多層膜の構造周期15nmに対応するBragg角よりもわずかに小さい角度0.135°に設定する。この角度は、アルミナ層からタングステン層に、同じ17.5keVのX線が入射した際の全反射臨界角よりも小さい角度であり、この伝搬角でコア中を伝搬するX線はクラッド層によって導波路中に閉じ込められる。   From this position, the first component is rotated around the X-ray incident position, and the incident angle corresponds to the multilayer structure period of 15 nm, which is the angle at which X-ray propagation occurs in the periodic resonant waveguide mode. The angle is set to 0.135 °, which is slightly smaller than the Bragg angle. This angle is smaller than the critical angle of total reflection when the same 17.5 keV X-ray is incident on the tungsten layer from the alumina layer, and the X-ray propagating in the core at this propagation angle is guided by the cladding layer. It is confined in the waveguide.

このようにして位置を決めた第一の構成要素に対して、実施例1と同様の手順で、第二の構成要素の位置を調整する。まず、可動ステージに固定した第二の構成要素を第一の構成要素に対向させ、粗動モードで第一の構成要素と第二の構成要素のコア面同士が接触するようにする。これに続いて、ピエゾステージのz軸を20nm程度動かし、第一の構成要素と第二の構成要素のコア面同士が微小なギャップを介して対向するようにする。   The position of the second component is adjusted in the same manner as in the first embodiment with respect to the first component whose position is determined in this way. First, the second component fixed to the movable stage is opposed to the first component, and the core surfaces of the first component and the second component are brought into contact with each other in the coarse motion mode. Subsequently, the z-axis of the piezo stage is moved about 20 nm so that the core surfaces of the first component and the second component face each other with a small gap.

ここで、X線を導波路に照射し、検出器でX線をモニターしながら、透過X線強度が最大になるように、第二の構成要素が保持されているピエゾステージのz軸、ω軸、ψ軸を微調整する。透過X線強度が最大になる位置において、第一の構成要素と第二の構成要素の周期構造体は、その周期構造を形成する格子面が平行になり、かつ、それぞれの周期構造体における周期性の位相が互いに一致することになる。   Here, while irradiating the waveguide with X-rays and monitoring the X-rays with a detector, the z-axis of the piezo stage holding the second component so that the transmitted X-ray intensity is maximized, ω Finely adjust the axis and ψ axis. At the position where the transmitted X-ray intensity is maximized, the periodic structures of the first component and the second component have lattice planes that form the periodic structure in parallel, and the period in each periodic structure. The sex phase will match each other.

最後に、上述のように、X線を導波路に照射しながら、この両構成要素のω軸を同期させて精密に微小角度回転させ、X線強度が最大になる入射角を決定する。この場合のX線入射角も0.14°程度と非常に小さいもので、導波路端面に垂直に近い角度で入射する配置である。   Finally, as described above, while irradiating the waveguide with X-rays, the ω axes of these components are synchronized and rotated precisely by a minute angle to determine the incident angle at which the X-ray intensity is maximized. In this case, the X-ray incident angle is also very small, about 0.14 °, and is arranged so as to be incident at an angle close to perpendicular to the waveguide end face.

以上のように位置の調整された導波路から出射されるX線の遠視野像を、二次元X線検出器で観測することにより、この導波路から出射されるX線の位相が導波路の厚さ方向に揃っているものであることが確認される。   By observing the far-field image of the X-ray emitted from the waveguide whose position has been adjusted as described above with a two-dimensional X-ray detector, the phase of the X-ray emitted from the waveguide can be changed to that of the waveguide. It is confirmed that they are aligned in the thickness direction.

本実施例によって、二乗平均粗さが7nm程度の、比較的粗い表面を有する多層膜をコアに用いた場合でも、本発明の構成を用いることにより、良好な周期共鳴導波モードによるX線伝搬を達成することができることが示される。   According to this embodiment, even when a multilayer film having a relatively rough surface with a root mean square roughness of about 7 nm is used for the core, by using the configuration of the present invention, X-ray propagation by a good periodic resonance waveguide mode can be achieved. It can be shown that can be achieved.

(実施例3)
本実施例は、石英ガラス基材上に形成したタングステンクラッドの上に、非イオン性界面活性剤を構造規定剤として作製したメソポーラスシリカメソ構造体膜を形成した、導波路構成要素2つを対向させ、第一の構成要素を入射X線に対して固定し、該第一の構成要素に対する第二の構成要素の位置を、ピエゾアクチュエータで駆動するステージを用いて精密に制御することで、周期共鳴導波モードによるX線伝搬を可能にする例である。
(Example 3)
In this example, two waveguide constituent elements are formed by forming a mesoporous silica mesostructured film made of a nonionic surfactant as a structure-directing agent on a tungsten clad formed on a quartz glass substrate. The first component is fixed with respect to the incident X-ray, and the position of the second component with respect to the first component is precisely controlled using a stage driven by a piezo actuator. This is an example that enables X-ray propagation in the resonant waveguide mode.

2枚の石英ガラス基板のそれぞれの表面に、スパッタリングによってタングステンを20nm成膜し、クラッド部位とする。このタングステン膜の表面は、原子間力顕微鏡により求められた二乗平均粗さが約1.8nmという、高い平坦性を有している。   Tungsten is deposited in a thickness of 20 nm on each surface of the two quartz glass substrates by sputtering to form a clad region. The surface of the tungsten film has high flatness with a mean square roughness obtained by an atomic force microscope of about 1.8 nm.

この上に、実施例1で使用したものと同じシリカメソ構造体膜を、実施例1と同じ手順で作製する。上記、タングステン膜を形成した石英基板に、上記の前駆体溶液を引き上げ速度0.5mm/sでディップコートし、50℃で60時間乾燥させてシリカメソ構造体膜を得る。   On top of this, the same silica mesostructured film as used in Example 1 is produced in the same procedure as in Example 1. The silica substrate having the tungsten film formed thereon is dip-coated with the precursor solution at a pulling rate of 0.5 mm / s and dried at 50 ° C. for 60 hours to obtain a silica mesostructured film.

このようにして作製したシリカメソ構造体膜をエタノールに浸漬し、界面活性剤を抽出除去する。界面活性剤の除去は、赤外吸収スペクトルによるC―H結合に起因する吸収ピークがほぼ消失することにより確認される。界面活性剤抽出後のメソポーラスシリカ薄膜の構造周期は9.8nm、層数は42層であることがX線回折分析とX線反射率測定より確認される。また、この膜がシリンダー状のメソ細孔を有する2次元ヘキサゴナル構造を有していることが電子顕微鏡観察により明らかとなる。この周期構造を有するメソポーラスシリカ膜は、2つの構成要素において同一である。このシリカメソ構造体薄膜の表面粗さを、原子間力顕微鏡によって評価し、二乗平均粗さが12nmであることが明らかとなる。この、2つの構成要素は、X線の導波方向のサイズが5mmである。   The silica mesostructured film thus prepared is immersed in ethanol to extract and remove the surfactant. The removal of the surfactant is confirmed by the disappearance of the absorption peak due to the C—H bond in the infrared absorption spectrum. It is confirmed by X-ray diffraction analysis and X-ray reflectivity measurement that the mesoporous silica thin film after the surfactant extraction has a structural period of 9.8 nm and 42 layers. Further, it becomes clear by observation with an electron microscope that this film has a two-dimensional hexagonal structure having cylindrical mesopores. The mesoporous silica film having this periodic structure is the same in the two components. The surface roughness of the silica mesostructured thin film is evaluated by an atomic force microscope, and it becomes clear that the root mean square roughness is 12 nm. The two components have a size of 5 mm in the X-ray waveguide direction.

実施例1、2と同様に、これら2つの構成要素のうちの一方(第一の構成要素)を、ホルダーに固定し、前記ホルダーは、第一の構成要素に対するX線の入射角と入射位置を制御するために、ω、z可動ステージ上に固定される。 As in the first and second embodiments, one of these two components (first component) is fixed to a holder, and the holder has an X-ray incident angle and an incident position with respect to the first component. Is controlled on the ω 1 , z 1 movable stage.

一方、第二の構成要素は、ピエゾアクチュエータで駆動する精密可動ステージ上に固定する。ピエゾアクチュエータ駆動ステージは、実施例1、2で使用したものと同じである。   On the other hand, the second component is fixed on a precision movable stage driven by a piezoelectric actuator. The piezo actuator driving stage is the same as that used in the first and second embodiments.

まず、実施例1と同様の手順で、第一の構成要素について、入射X線に対する位置合わせを行う。この調整は、実施例1で述べたように、第一の構成要素の周期構造体表面が、入射X線の光路を、光路と平行に遮って強度がほぼ1/2になるように位置を調整して行う。使用するX線は、CuKα線で、エネルギーは8.0keVである。   First, the first component is aligned with incident X-rays in the same procedure as in the first embodiment. As described in the first embodiment, this adjustment is performed so that the surface of the periodic structure body of the first constituent element blocks the incident X-ray optical path in parallel with the optical path so that the intensity is approximately ½. Adjust and do. The X-ray to be used is CuKα ray, and the energy is 8.0 keV.

この位置から、X線の入射位置を中心にして、第一の構成要素を回転させ、入射角を周期共鳴導波モードによるX線伝搬が起こる角度である、多層膜の構造周期9.8nmに対応するBragg角よりもわずかに小さい角度0.45°に設定する。この角度は、メソポーラスシリカ層からタングステン層に、同じ8keVのエネルギーのX線が入射した際の全反射臨界角よりも小さい角度であり、この伝搬角でコア中を伝搬するX線はクラッド層によって導波路中に閉じ込められる。   From this position, the first component is rotated around the X-ray incident position, and the incident angle is set to the structural period of the multilayer film of 9.8 nm, which is the angle at which X-ray propagation in the periodic resonant waveguide mode occurs. Set the angle to 0.45 °, which is slightly smaller than the corresponding Bragg angle. This angle is smaller than the total reflection critical angle when X-rays having the same energy of 8 keV are incident on the tungsten layer from the mesoporous silica layer. The X-rays propagating in the core at this propagation angle are caused by the cladding layer. It is confined in the waveguide.

このようにして位置を決めた第一の構成要素に対して、実施例1、2と同様の手順で、第二の構成要素の位置を調整する。まず、可動ステージに固定した第二の構成要素を第一の構成要素に対向させ、粗動モードで第一の構成要素と第二の構成要素のコア面同士が均等に接触するようにする。この状態から、ピエゾステージのz軸を20nm程度動かし、第一の構成要素と第二の構成要素のコア面同士が微小なギャップを介して対向するようにする。   The position of the second component is adjusted in the same manner as in the first and second embodiments with respect to the first component whose position is determined in this manner. First, the second component fixed to the movable stage is opposed to the first component so that the core surfaces of the first component and the second component are evenly contacted in the coarse motion mode. From this state, the z-axis of the piezo stage is moved by about 20 nm so that the core surfaces of the first component and the second component are opposed to each other through a minute gap.

ここで、X線を導波路に照射し、検出器でX線をモニターしながら、透過X線強度が最大になるように、第二の構成要素が保持されているピエゾステージのz軸、ω軸、ψ軸を微調整する。透過X線強度が最大になる位置において、第一の構成要素と第二の構成要素の周期構造体は、その周期構造を形成する格子面が平行になり、かつ、それぞれの周期構造体における周期性の位相が互いに一致することになる。   Here, while irradiating the waveguide with X-rays and monitoring the X-rays with a detector, the z-axis of the piezo stage holding the second component so that the transmitted X-ray intensity is maximized, ω Finely adjust the axis and ψ axis. At the position where the transmitted X-ray intensity is maximized, the periodic structures of the first component and the second component have lattice planes that form the periodic structure in parallel, and the period in each periodic structure. The sex phase will match each other.

最後に、上述のように、X線を導波路に照射しながら、この両構成要素のω軸を同期させて精密に微小角度回転させ、X線強度が最大になる入射角を決定する。この場合のX線入射角は0.45°程度と非常に小さいものである。   Finally, as described above, while irradiating the waveguide with X-rays, the ω axes of these components are synchronized and rotated precisely by a minute angle to determine the incident angle at which the X-ray intensity is maximized. In this case, the X-ray incident angle is as small as about 0.45 °.

以上のように位置の調整された導波路から出射されるX線の遠視野像を、二次元X線検出器で観測することにより、この導波路から出射されるX線の位相が導波路の厚さ方向に揃っているものであることが確認される。   By observing the far-field image of the X-ray emitted from the waveguide whose position has been adjusted as described above with a two-dimensional X-ray detector, the phase of the X-ray emitted from the waveguide can be changed to that of the waveguide. It is confirmed that they are aligned in the thickness direction.

本実施例によって、コア表面の二乗平均粗さが10nmを超えるようなメソポーラスシリカ膜をコアに用いた場合でも、本発明の構成を用いることにより、良好な周期共鳴導波モードによるX線伝搬を達成することができることが示される。   According to this example, even when a mesoporous silica film having a core surface having a root mean square roughness of more than 10 nm is used for the core, by using the configuration of the present invention, X-ray propagation by a good periodic resonance waveguide mode can be achieved. It can be shown that it can be achieved.

本発明のX線導波路は、空間的に位相の揃った、径の大きなX線ビームを得るための光学素子としてX線撮像技術、X線露光技術などのX線光学技術分野に利用することができる。   The X-ray waveguide of the present invention is used as an optical element for obtaining a large-diameter X-ray beam having a spatially uniform phase in an X-ray optical technology field such as an X-ray imaging technique and an X-ray exposure technique. Can do.

11 コア部
12,13 コア部を形成する成分
14 クラッド部
15 基体
51 コア部
52 クラッド部
53 基体
54 構成要素
55 対向するコア部の間隔
56 ホルダー
57 可動ステージ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Core part 12, 13 Component which forms a core part 14 Cladding part 15 Base body 51 Core part 52 Cladding part 53 Base 54 Component 55 Space | interval of opposing core part 56 Holder 57 Movable stage

Claims (9)

クラッド部と、前記クラッド部の上に屈折率実部の異なる複数の成分が周期的に配置されているコア部と、を有する複数の構成要素が、コア部を内側にして対向しているX線導波路であって、
対向している前記構成要素のコア部の複数の成分の周期が等しく、
前記クラッド部と前記コア部との界面における全反射臨界角が、同じ波長のX線に対する前記コア部の構造周期に対応するブラッグ角よりも大きく、
且つ、前記コア部を形成する屈折率実部の異なる複数の成分の界面における全反射臨界角が前記ブラッグ角よりも小さく、
前記構成要素のうちの少なくとも1つの第一の構成要素と、前記第一の構成要素と対向する第二の構成要素の位置関係を制御するための手段を備えたことを特徴とするX線導波路。
A plurality of components having a cladding part and a core part in which a plurality of components having different real refractive index parts are periodically arranged on the cladding part face each other with the core part facing inward X A line waveguide,
The periods of the plurality of components of the core portion of the component facing each other are equal,
The total reflection critical angle at the interface between the cladding part and the core part is larger than the Bragg angle corresponding to the structural period of the core part with respect to X-rays having the same wavelength,
And the total reflection critical angle at the interface of a plurality of components having different real part of the refractive index forming the core part is smaller than the Bragg angle,
An X-ray guide comprising means for controlling a positional relationship between at least one first component of the components and a second component facing the first component. Waveguide.
前記位置関係を制御するための手段が、ピエゾアクチュエータであることを特徴とする請求項1項に記載のX線導波路。   The X-ray waveguide according to claim 1, wherein the means for controlling the positional relationship is a piezo actuator. 前記第一の構成要素及び前記第二の構成要素のコア部は、前記クラッド部の表面に対して垂直な方向に構造周期性を有していることを特徴とする請求項第1又は2に記載のX線導波路。   The core part of said 1st component and said 2nd component has structure periodicity in the direction perpendicular | vertical with respect to the surface of the said cladding part, The 1st or 2 characterized by the above-mentioned. The described X-ray waveguide. 前記第一の構成要素及び第二の構成要素のコア部は、屈折率実部の異なる複数の成分が周期的に積層した1次元周期構造を有していることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のX線導波路。   The core portion of the first component and the second component has a one-dimensional periodic structure in which a plurality of components having different real refractive index portions are periodically stacked. 4. The X-ray waveguide according to any one of 3. 前記第一の構成要素及び前記第二の構成要素のコア部が、有機−無機メソ構造体膜であることを特徴とする請求項第1項乃至第4項のいずれか一項に記載のX線導波路。   The core part of said 1st component and said 2nd component is an organic-inorganic mesostructure film | membrane, The X as described in any one of Claim 1 thru | or 4 characterized by the above-mentioned. Line waveguide. 前記第一の構成要素及び前記第二の構成要素のコア部は、メソポーラス材料膜であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載のX線導波路。   The X-ray waveguide according to any one of claims 1 to 4, wherein a core part of the first component and the second component is a mesoporous material film. 前記第一の構成要素及び前記第二の構成要素のコア部は、両親媒性材料の自己集合によって形成されるものであることを特徴とする請求項5に記載のX線導波路。   6. The X-ray waveguide according to claim 5, wherein the core parts of the first component and the second component are formed by self-assembly of an amphiphilic material. クラッド部の上に、屈折率実部の異なる複数の成分が周期的に形成されているコア部を形成してX線導波路の構成要素を作製する工程と、
同じ構造周期のコア部を有する複数の前記構成要素を、前記コア部を内側にして前記構成要素を対向して配置する工程と、
前記構成要素のうちの少なくとも1つの第一の構成要素と、前記第一の構成要素と対向する第二の構成要素との位置関係を制御することのできる機構を設ける工程と、を有することを特徴とするX線導波路の製造方法。
Forming a core part on which a plurality of components having different refractive index real parts are periodically formed on a clad part to produce a component of an X-ray waveguide;
A plurality of the constituent elements having a core portion having the same structural period, and arranging the constituent elements facing each other with the core portion inside, and
Providing a mechanism capable of controlling a positional relationship between at least one first component of the components and a second component facing the first component. A method for manufacturing a featured X-ray waveguide.
クラッド部と、前記クラッド部の上に屈折率実部の異なる複数の成分が周期的に形成されているコア部と、を有する複数の構成要素が、コア部を内側にして対向しているX線導波路において、
前記構成要素のうちの少なくとも1つの第一の構成要素と、コア部を内側にして前記第一の構成要素と対向する第二の構成要素との位置関係を制御して、前記周期構造体に基づいてX線を共鳴させることを特徴とするX線導波路の制御方法。
A plurality of components having a cladding part and a core part in which a plurality of components having different real refractive index parts are periodically formed on the cladding part face each other with the core part facing inward. In the line waveguide,
Controlling the positional relationship between at least one first component of the components and a second component facing the first component with the core portion inward, the periodic structure A method for controlling an X-ray waveguide, characterized by causing X-rays to resonate based on the X-ray waveguide.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN117380512A (en) * 2023-11-07 2024-01-12 中国科学院深圳先进技术研究院 Lamb wave acoustic device, sensor, particle control device and control method

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