JP2010025662A - X線集光レンズ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】X線集光レンズは、屈折率がN1のカーボン層3の上下を屈折率がN2のルテニウム層2,4で挟んだ導波路構造を有し、カーボン層3の一部に形成された屈折率がN3のX線位相シフター層5と、上部ルテニウム層4の表面上の一部に形成された屈折率がN2以上のX線遮蔽層6を有する。位相シフター層5は、X線の波長をλ、焦点距離をf、X線ビームの中心からAY方向に沿った距離をYn(Q/P)={nλf+2λf(Q/P−1)}1/2(nは偶数、PとQは1≦Q≦Pを満たす整数)としたとき、Yn(Q/P)の位置とYn((Q−1)/P)の位置との間の領域に配置され、X線位相シフター層5の長さt(Q/P)は、t(Q/P)=(Q−1)×λ/{P×(N3−N1)}である。
【選択図】図1
Description
2Dsin(φ)=mλ(m=0,1,2,・・・) ・・・(1)
このX線集光レンズは、X線ビームを垂直方向に集光するためのX線導波路部114と、X線ビームを水平方向に集光するためのX線ゾーンプレート部115およびX線集光部116とから構成される。
Z2n=(2nλf)1/2 ・・・(2)
Z2n+1={(2n+1)λf}1/2 ・・・(3)
また、本発明のX線集光レンズの1構成例において、前記X線遮蔽層は、X線ビームの前記上部クラッド層への入射角をφ、このX線ビームの幅をW、前記上部クラッド層の膜厚をK1、前記コア層の膜厚をD、前記コア層の下に形成された下部クラッド層の膜厚をK2としたとき、入口側の端面の位置が前記コア層の出口側の端面から前記進行方向と逆方向に沿って(f+t(1)+W/sinφ)以上の上流の位置になり、かつ入口側の端面の位置から前記コア層の入口側の端面の位置までの距離が0以上になるように配置され、前記X線遮蔽層の膜厚K3は、K3>W/cosφを満たすことを特徴とするものである。
また、本発明のX線集光レンズの1構成例において、前記クラッド層およびX線遮蔽層は、W、Ru、Ta、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Pd、Ag、Cd、In、Ba、Re、Os、Ir、Pt、Au、Pb、Tl、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Znのうち少なくとも1つを含む材料からなり、前記コア層は、C、O、Si、Be、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Te、高分子材料のうち少なくとも1つを含む材料からなり、前記位相シフター層は、W、Ru、Ta、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Pd、Ag、Cd、In、Ba、Re、Os、Ir、Pt、Au、Pb、Tl、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Znのうち少なくとも1つを含む材料、あるいはC、Si、Be、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Te、高分子材料のうち少なくとも1つを含む材料からなることを特徴とするものである。
また、本発明のX線集光レンズの1構成例において、前記積層型フレネルゾーンプレート構造の出口側の端面は、前記位相シフター層の入口側の端面から前記X線ビームの進行方向AXに沿って下流側に距離L+t(1)の位置にあり、前記X線導波路の焦点距離fと前記積層型フレネルゾーンプレート構造の焦点距離f1との間にf=f1+Lの関係が成り立つことを特徴とするものである。
また、本発明のX線集光レンズの1構成例において、前記積層型フレネルゾーンプレート構造の重元素層は、W、Ru、Ta、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Pd、Ag、Cd、In、Ba、Re、Os、Ir、Pt、Au、Pb、Tl、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Znのうち少なくとも1つを含む材料からなり、前記軽元素層は、C、O、Si、Be、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Te、高分子材料のうちすくなくとも1つを含む材料からなることを特徴とするものである。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1(A)は本発明の第1の実施の形態に係るX線集光レンズの構成を示す平面図、図1(B)は図1(A)のX線集光レンズのI−I線断面図である。なお、図1(A)では、後述する上部ルテニウム層の下にあるX線位相シフター層と、X線集光レンズを透過するX線ビームとを透視しているものとする。また、図1(A)のI−I線の位置には実際にはX線位相シフター層は存在しないが、図1(B)ではX線位相シフター層の位置を明らかにするためにX線位相シフター層を便宜的に記載するものとする。
Yn(Q/P)={nλf+2λf(Q/P−1)}1/2 ・・・(4)
また、X線位相シフター層5のビーム進行方向の長さt(Q/P)は、以下の式で求められる。
t(Q/P)=(Q−1)×λ/{P×(N3−N1)} ・・・(5)
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。図3(A)は本発明の第2の実施の形態に係るX線集光レンズの構成を示す平面図、図3(B)は図3(A)のX線集光レンズのI−I線断面図であり、図1(A)、図1(B)と同一の構成には同一の符号を付してある。なお、図3(A)では、X線位相シフター層5と、X線導波路レンズ構造及び積層型フレネルゾーンプレート構造を透過するX線ビームとを透視しているものとする。また、図3(A)のI−I線の位置には実際にはX線位相シフター層5は存在しないが、図3(B)ではX線位相シフター層5の位置を明らかにするためにX線位相シフター層5を便宜的に記載するものとする。
図3(A)、図3(B)の例では、X線ビームの進行方向をAX、この進行方向AXと直交する方向のうちX線導波路レンズ構造のコア層とクラッド層の積層方向をAZ、AXおよびAZと直交する方向をAYとしている。
重元素層13は、集光レンズとしての焦点距離をf1としたとき、X線ビームの中心(図3(B)のII−II線)からX線ビームの進行方向AXと直交する方向AZに沿った距離がZ2m(mは0,1,2,・・・)の位置とZ2m+1の位置との間の第2の領域、この第2の領域を除く第3の領域のうちのいずれかに配置され、かつX線集光レンズの焦点16からX線ビームの進行方向AXと逆方向に沿って焦点距離f1だけ上流に配置される。重元素層13のX線ビームの中心からの距離(座標)Z2m,Z2m+1は以下の式で求められる。
Z2m=(2mλf1)1/2 ・・・(6)
Z2m+1={(2m+1)λf1}1/2 ・・・(7)
第1の実施の形態のX線集光レンズでは、X線がX線導波路の端面に集光されるため、立体構造を持つ試料の測定では、試料の形状によっては微小部分の調整が困難である。すなわち、第1の実施の形態のX線集光レンズでは、仮に試料をX線導波路の端面から離れた場所に置いた場合、導波路から出射したX線はその進行方向に対して垂直な方向について再び発散光となり試料に照射されるため、X線集光レンズで集光したナノビームの特性を有効に利用することができない。
Claims (7)
- X線の屈折率がN1のコア層の上下をX線の屈折率がN2のクラッド層で挟んだX線導波路を用いてX線を集光するX線集光レンズであって、
X線が入射する前記コア層の一部または前記コア層の前に形成された、X線が透過する材料からなる屈折率がN3(N1の実数部分<N3の実数部分<N2の実数部分)の位相シフター層と、前記コア層の上に形成された上部クラッド層の表面上の一部に形成された屈折率がN2以上のX線遮蔽層とを有し、
前記位相シフター層は、X線の波長をλ、焦点距離をfとし、前記コア層内におけるX線ビームの進行方向をAX、この進行方向AXと直交する方向のうち前記コア層と前記クラッド層の積層方向をAZ、前記AX及びAZと直交する方向をAY、前記X線ビームの中心から前記AY方向に沿った距離をYn(Q/P)={nλf+2λf(Q/P−1)}1/2(nはゾーン指数で偶数、PとQは1≦Q≦Pを満たす整数)としたとき、Yn(Q/P)の位置とYn((Q−1)/P)(ただし(Q−1)/P>0)の位置との間の第1の領域に配置され、前記位相シフター層の前記AX方向の長さt(Q/P)は、t(Q/P)=(Q−1)×λ/{P×(N3−N1)}であることを特徴とするX線集光レンズ。 - 請求項1記載のX線集光レンズにおいて、
前記位相シフター層は、入口側の端面の位置がX線集光レンズの焦点から前記進行方向と逆方向に沿ってf+t(1)だけ上流の位置になるように配置されることを特徴とするX線集光レンズ。 - 請求項1または2記載のX線集光レンズにおいて、
前記X線遮蔽層は、X線ビームの前記上部クラッド層への入射角をφ、このX線ビームの幅をW、前記上部クラッド層の膜厚をK1、前記コア層の膜厚をD、前記コア層の下に形成された下部クラッド層の膜厚をK2としたとき、入口側の端面の位置が前記コア層の出口側の端面から前記進行方向と逆方向に沿って(f+t(1)+W/sinφ)以上の上流の位置になり、かつ入口側の端面の位置から前記コア層の入口側の端面の位置までの距離が0以上になるように配置され、前記X線遮蔽層の膜厚K3は、K3>W/cosφを満たすことを特徴とするX線集光レンズ。 - 請求項1乃至3のいずれか1項に記載のX線集光レンズにおいて、
前記クラッド層およびX線遮蔽層は、W、Ru、Ta、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Pd、Ag、Cd、In、Ba、Re、Os、Ir、Pt、Au、Pb、Tl、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Znのうち少なくとも1つを含む材料からなり、
前記コア層は、C、O、Si、Be、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Te、高分子材料のうち少なくとも1つを含む材料からなり、
前記位相シフター層は、W、Ru、Ta、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Pd、Ag、Cd、In、Ba、Re、Os、Ir、Pt、Au、Pb、Tl、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Znのうち少なくとも1つを含む材料、あるいはC、Si、Be、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Te、高分子材料のうち少なくとも1つを含む材料からなることを特徴とするX線集光レンズ。 - 請求項1記載のX線集光レンズにおいて、
さらに、前記位相シフター層を含むX線導波路の後方に配置された積層型フレネルゾーンプレート構造を備え、
前記積層型フレネルゾーンプレート構造は、X線が透過しない材料からなる重元素層とX線が透過する材料からなる軽元素層とを交互に積層した構造であり、前記重元素層は、前記積層型フレネルゾーンプレート構造の焦点距離をf1としたとき、前記X線ビームの中心から前記AZ方向に沿った距離が(2mλf1)1/2(mは0,1,2,・・・)の位置と{(2m+1)λf1}1/2の位置との間の第2の領域、この第2の領域を除く第3の領域のうちのいずれかに配置されることを特徴とするX線集光レンズ。 - 請求項5記載のX線集光レンズにおいて、
前記積層型フレネルゾーンプレート構造の出口側の端面は、前記位相シフター層の入口側の端面から前記X線ビームの進行方向AXに沿って下流側に距離L+t(1)の位置にあり、
前記X線導波路の焦点距離fと前記積層型フレネルゾーンプレート構造の焦点距離f1との間にf=f1+Lの関係が成り立つことを特徴とするX線集光レンズ。 - 請求項5または6記載のX線集光レンズにおいて、
前記積層型フレネルゾーンプレート構造の重元素層は、W、Ru、Ta、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Pd、Ag、Cd、In、Ba、Re、Os、Ir、Pt、Au、Pb、Tl、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Znのうち少なくとも1つを含む材料からなり、
前記軽元素層は、C、O、Si、Be、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Te、高分子材料のうちすくなくとも1つを含む材料からなることを特徴とするX線集光レンズ。
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