JP2013064713A - Ｘ線導波路及びｘ線導波システム - Google Patents

Abstract

【課題】 入射Ｘ線を高効率で導波路へ結合することのできるＸ線導波路を提供する。
【解決手段】 Ｘ線を導波させるクラッドとコアからなるＸ線導波路であって、コアがＸ線の導波方向に垂直な方向において屈折率実部の異なる複数の物質が周期的に配列された周期構造を有し、導波方向におけるコアの最大の長さをｌ、コアの最大の厚さをｔ、コアをなす周期構造のＸ線に対するブラッグ角をθ_Ｂ（°）としたときに、導波方向に平行でかつコアとクラッドの界面に垂直な方向を含む面内において、Ｘ線の導波方向におけるコア領域の少なくとも一つの端面が、コアとクラッドの界面に対してｔａｎ^−１（ｔ／ｌ）＜φ＜９０−θ_Ｂを満たす傾斜角度φ（°）をなして傾斜しているＸ線導波路。
【選択図】 図１

Description

本発明は、Ｘ線分析技術、Ｘ線撮像技術、Ｘ線露光技術などのＸ線光学系などに用いられるＸ線導波路に関する。

数１０ｎｍ以下の短い波長の電磁波を扱う場合、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いため、物質界面での全反射角や屈折角が非常に小さくなることなどにより、大型の空間光学系が用いられてきており、主流となっている。空間光学系をなしている主な部品として、異なる屈折率の材料を交互に積層した多層膜反射鏡があり、ビーム整形、スポットサイズ変換、波長選択などの様々な役割を担っている。

主流であるこのような空間光学系に対し、従来のポリキャピラリのようなＸ線導波管は空気などの一様な物質からなる導波部にＸ線を閉じ込めて伝搬させるものである。近年では光学系の小型化、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搬させるＸ線導波路の研究が行われている。具体的には、二層のクラッドにより一次元方向において一様な物質からなる導波路コア部を挟み込んだ形の薄膜導波路（非特許文献１参照）が提案されている。また、導波路コアの入射側端面がＸ線の導波方向に垂直に形成されているＸ線導波路が提案されている（非特許文献２参照）。これは、導波路のコアへ直接、導波方向に平行にＸ線を入射して、低次の導波モードを形成してＸ線を導波させるものである。

Ｊｏｕｒｎａｌ Ｏｆ Ｓｙｎｃｈｒｏｔｒｏｎ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ，Ｖｏｌ．１７、ｐ．６１（２０１０） Ｊｏｕｒｎａｌ Ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌｕｍｅ １０１，ｐ．０５４３０６（２００７）

非特許文献１では、空気などの一様な媒質からなるコア中にＸ線を閉じ込めて低次の導波モードを形成してＸ線を導波させるＸ線導波路が開示されている。非特許文献１に記載されたＸ線導波路は、低次のＸ線導波モードのみを形成させるためにコアの厚さが非常に薄くなくてはならず、コアの入射側端面の幅を非常に小さくする必要がある。したがって、非特許文献１に記載されたＸ線導波路は、Ｘ線のクラッドへのしみ出しによる伝搬損失が大きく、伝搬できるＸ線が少ないという問題があった。

非特許文献２は、コアが一様な媒質からなり、コアの端面が垂直なＸ線導波路を記載している。非特許文献２に記載されたＸ線導波路は、低次の導波モードを形成するためにコアの領域は小さくなっており、導波路コアのＸ線を入射する側の端面における入射Ｘ線の断面積が小さい。したがって、引用文献２に記載されたＸ線導波路は、Ｘ線の入射端部で屈折率変化が大きく生じてしまいＸ線の結合効率が低く、導波路の断面積が小さいので伝搬できるＸ線が少ないという問題があった。

上記課題を解決するため、本発明は、Ｘ線を導波させるクラッドとコアからなるＸ線導波路であって、
前記コアがＸ線の導波方向に垂直な方向において屈折率実部の異なる複数の物質が周期的に配列された周期構造を有し、
導波方向における前記コアの最大の長さをｌ、前記コアの最大の厚さをｔ、前記コアをなす周期構造のＸ線に対するブラッグ角をθ_Ｂ（°）としたときに、導波方向に平行でかつ前記コアと前記クラッドの界面に垂直な方向を含む面内において、Ｘ線の導波方向におけるコア領域の少なくとも一つの端面が、前記コアと前記クラッドの界面に対して下記式（１）を満たす傾斜角度φ（°）をなして傾斜していることを特徴とするＸ線導波路に関する。
ｔａｎ^−１（ｔ／ｌ）＜φ＜９０°−θ_Ｂ 式（１）

本発明によれば、入射Ｘ線を高効率で導波路へ結合することのできるＸ線導波路を提供することができる。

本発明のＸ線導波路の一形態を表す概略図である。 本発明のＸ線導波路の一形態を表す説明図である。 本発明のＸ線導波路の導波領域の一形態を表す図である。 波数ベクトルと有効伝搬角度の説明図である。 本発明のＸ線導波路の導波領域中の導波モードの損失と有効伝搬角度の関係を表すグラフである。 （ａ）本発明のＸ線導波路の一形態における導波領域の一部を表す図である。（ｂ）本発明のＸ線導波路の一形態における導波領域中に形成される周期共鳴導波モードの、コア中での電場分布を表す図である。 本発明において周期共鳴導波モードを形成しうる構成のＸ線導波路の例を示す図である。 実施例１のＸ線導波路を表す図である。 実施例１のＸ線導波路中で形成されうる導波モードのコア中での電場強度分布を有効伝搬角度とコア内の位置において表示したグラフである。 本発明の実施例２から５のＸ線導波路を表す図である。 実施例２のＸ線導波路中に形成されうる導波モードの損失と有効伝搬角度の関係を表すグラフである。 実施例２のＸ線導波路中で形成されうる周期共鳴導波モードのコア中での電場の実部の分布を表す図である。 実施例４のＸ線導波路中に形成されうる導波モードの損失と有効伝搬角度の関係を表すグラフである。 実施例５のＸ線導波路の導波方向における断面を表す図である。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明のＸ線導波路は、波長が１ｐｍ以上１００ｎｍ以下のＸ線を導波させるクラッドとコアからなるＸ線導波路であって、コアがＸ線の導波方向に垂直な方向において屈折率実部の異なる複数の物質が周期的に配列された周期構造を有し、導波方向におけるコアの最大の長さをｌ、コアの最大の厚さをｔ、コアをなす周期構造のＸ線に対するブラッグ角をθ_Ｂ（°）とする場合に、導波方向に平行でかつコアとクラッドの界面に垂直な方向を含む面内において、Ｘ線の導波方向におけるコア領域の少なくとも一つの端面が、コアとクラッドの界面に対して下記の式（１）を満たす傾斜角度φ（°）をなして傾斜していることを特徴とする。
ｔａｎ^−１（ｔ／ｌ）＜φ＜９０°−θ_Ｂ 式（１）

本発明においてＸ線とは、物質の屈折率実部が１以下となる周波数帯域または波長帯域の電磁波のことを言う。具体的には、本発明においてＸ線とは、波長が１ｐｍ以上で、極端紫外光（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ（ＥＵＶ）光）を含む１００ｎｍ以下の波長の一般的なＸ線帯域の電磁波のことを言う。本発明は上記Ｘ線に相当する電磁波を導波するためのものである。また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（２）

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

を用いて表される。

δは物質の電子密度ρ_ｅ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、

となる。さらに、ρ_ｅは原子密度ρ_ａ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線に対して屈折率実部が最大となる場合は、Ｘ線が真空中を伝搬する場合であるが、一般的環境下では気体でないほぼすべての物質に対して空気の屈折率実部が最大となる。本明細書中においては、『物質』と言った場合には、空気や真空も包含するものとする。したがって、メソ構造体やメソポーラス材料であるメソ構造体は、単一な材料で構成されている場合でも空気や真空からなる屈折率の異なる部分を有するので、複数の物質から構成されているものとする。

本発明のＸ線導波路は、コアとクラッドの界面におけるＸ線の全反射により、Ｘ線をコアの中に閉じ込めて導波モードを形成し、Ｘ線を伝搬させるものである。このとき形成される導波モードのＸ線が導波する方向を、本明細書中において導波方向と称し、この導波方向は導波路の理論に基づいて得られる導波モードの伝搬定数と同じ方向となる。本発明において屈折率実部が異なる複数の物質とは、多くの場合電子密度が異なる二種以上の物質である。周期構造をなしている最小の単位構造のことを本明細書中では単位構造と称する。コアをなす周期構造は、導波方向つまりクラッドとコアの界面に垂直な面内において１次元、２次元または３次元の周期性を有するものである。

本発明のＸ線導波路は、コアとクラッドの界面における全反射によりＸ線をコアに閉じ込めてＸ線を導波させるものであり、Ｘ線の導波方向は直交座標系を用いてｚ方向と定義する。本発明のＸ線導波路においては、コアとクラッドの界面付近におけるコアの屈折率実部がクラッドの屈折率実部より大きく、全反射臨界角よりも小さい角度でコアとクラッドの界面に入射するＸ線は、この界面で全反射されてコア中に閉じ込められる。このときの全反射臨界角を、導波方向に平行かつコアとクラッドとの界面に垂直な面内における界面での角度としてθ_Ｃ（°）と表す。

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ｎ_ｃｌａｄ、コア側の物質の屈折率実部をｎ_ｃｏｒｅとした場合の、コアとクラッドの界面に平行な方向からの全反射臨界角θ_Ｃ（°）は、ｎ_ｃｌａｄ＜ｎ_ｃｏｒｅとして、下記の式（３）

と表される。ただし、本発明におけるＸ線導波路のコアは、周期構造を有しており、その周期、単位構造が非常に小さいので、式（３）におけるｎ_ｃｏｒｅは、クラッドとコアの界面におけるコア側の物質の厳密な屈折率実部に等しいわけではなく、厳密な屈折率実部と周期構造全体での平均的な屈折率実部に近い値と考えられる。

次に、図を用いて本発明を説明する。図１は、本発明のＸ線導波路の一形態を表す概略図である。図１において、Ｘ線導波路は、Ｘ線が導波するコア１０１とコアを取り囲むクラッド１０２、１０３からなる。コア１０１は、界面１０５でクラッド１０３に接するとともに、界面１０６でクラッド１０３に接している。図１で、導波方向をｚ軸とする。本発明のＸ線導波路のコア１０１は、導波方向（ｚ方向とする）における少なくとも一方の端面１０４が、導波方向に平行かつコア１０１とクラッド１０２（または１０３）の界面１０５（または１０６）に垂直な面内（図１中でのｙ−ｚ面内）において、コアとクラッドの界面１０５（または１０６）に対して式（１）を満たす角度φ（°）をなして傾斜している。ｌはコアの導波方向における最大の長さ、ｔはコアの最大の厚さ、である。また、θ_Ｂは、導波方向に平行かつコア１０１とクラッド１０２（または１０３）の界面１０５（または１０６）に垂直な面内（図１のｙ−ｚ面内）において、コアをなす周期構造のＸ線に対するブラッグ角である。

このようにコアの端面が傾斜していることにより、より多くのＸ線をコア領域に入射することができる。図１に示すように、本発明のＸ線導波路において、ｚ方向におけるコアの端面が傾斜している部分を含む範囲を結合領域１０７、コアの端面が傾斜していない領域の範囲を導波領域１０８と称する。図２（ａ）は、クラッド１０１とコア１０２の界面に対して角度θをなすように、Ｘ線導波路にＸ線を入射する場合の例であり、矢印２０１で示されるようにＸ線を入射しているとするものである。図中の点線はコア１０１の端面が傾斜していない場合、つまりφが９０°の場合のクラッドと端面の構成を表すものであり、この場合入射されるＸ線のうちコアに直接照射されるＸ線の領域の大きさはｓとなる。ｓは、導波路端面付近における、入射光の伝搬方向に垂直な断面における入射光の分布とｙｚ面の交線のうち、導波路コア断面に照射される部分の長さである。これに対して、式（４）で表わされるように、式（１）を満たすφをなして傾斜している端面に照射されるＸ線の領域の大きさはｓ’と、ｓより大きくなり、導波路への結合の効率も大きくなる。さらに、コアの端面が傾斜していることにより、Ｘ線に対する導波路の入射部分での散乱も低減することができるので、さらに結合効率を向上することができることになる。

式（１）を満たすように傾斜したコア端面の形成方法、つまり結合領域の形成方法としては、例えばアルゴンイオンビームを照射して加工を施すクロスセクションポリッシャーによる方法が挙げられる。この方法で作製する場合には、導波領域のみからなるようなクラッドとクラッドにより挟まれたコアにより構成されるＸ線導波路を、アルゴンイオンビームの照射方向に対して、導波路におけるＸ線の導波方向が角度φ（°）となるように傾けて設置した状態で、加工を施す。これにより、図１に示す角度φ（°）で傾斜したコア端面を形成することができる。また、傾斜した端面部分つまり結合領域を含まない、クラッドとクラッドにより挟まれたコアにより構成されるＸ線導波路の表面に、導波領域となる付近に遮蔽マスクを設置する。その後、エッチングガスの飛来する方向に対して、Ｘ線導波路の表面が角度φをなすようにＸ線導波路を傾けてエッチングを行うことによっても形成することができる。

本発明のＸ線導波路は、図２（ｂ）に示すように、Ｘ線の入射する端部の一部が傾斜を有するものであっても良い。

本発明のＸ線導波路において、コアとクラッドの界面における全反射によりコア内に形成されるＸ線の導波モードとして支配的なものは、周期性の影響が大きい周期共鳴導波モードである。本明細書中において周期共鳴導波モードとは、Ｘ線の周期構造による多重回折の結果、Ｘ線が周期構造と強く共鳴する導波モードのことをいう。周期共鳴導波モードは、周期構造と共鳴するモードであり、周期構造が１次元のものであれば１次元の、２次元のものであれば最大で２次元の、３次元のものであれば最大で３次元のブラッグ回折に関係するものとなる。本発明のＸ線導波路は、ブラッグ回折に起因する周期構造と共鳴する導波モードをコアとクラッドの界面における全反射によりコアに閉じ込め、周期共鳴導波モードを形成することができる。図３に、コアが１次元の周期構造を有する本発明のＸ線導波路を示す。Ｘ線の導波方向は図３のｚ方向である。コア３０１は、屈折率実部が小さい物質からなる低屈折率実部層３０４と屈折率実部が大きい物質からなる高屈折率実部層３０５からなる単位構造３０３が周期ｄで周期的にｙ方向に複数積層された構造で、１次元周期構造となっている。ｙ方向において、クラッド３０２がコア３０１を挟みこむように配置されている。ｙ方向において周期性の影響が最も強くなる。３０６はコア３０１とクラッド３０２の界面３０７においてこの界面３０７から測られた全反射臨界角θ_Ｃを示しており、この全反射臨界角θ_Ｃよりも小さな角度で界面３０７に入射するコア中のＸ線は全反射され、ｙ方向において閉じ込められる。このようにして閉じ込められたＸ線は、ｙ−ｚ面に平行な方向において導波モードを形成し、それぞれの導波モードの基本波はそれぞれ異なる有効伝搬角度

をもつ。基本波は、導波モードが一つの平面波がコアとクラッドの界面で全反射を繰り返して伝搬するときの干渉により形成されていると近似した場合の、一つの平面波のことである。図４に示すように、コア中での各導波モードの波数ベクトルのｚ成分、つまり伝搬定数をｋ_ｚ、真空中での波数ベクトルをｋ_０とした場合、有効伝搬角度

を、

と定義する。つまり、有効伝搬角度

は、おおよそ導波モードの基本波と導波方向のなす角度であると考えることができる。そして、形成される各導波モードの基本波はコアとクラッドとの界面３０８においてほぼ有効伝搬角度

で反射されるものと考えることができる。Ｘ線導波路内で導波モードを形成するためには、その有効伝搬角度

がθ_Ｃよりも小さくなくてはならない。本明細書において、基本波とは、導波モードを形成している電磁波を一般化して一つの平面波として考えた場合に、導波方向（ｚ方向）に対して、有効伝搬角度

で伝搬すると仮定される電磁波のことである。また、図４において、導波方向（ｚ方向）と垂直な方向における基本波の波数ベクトルを波数ベクトルの垂直成分ｋ⊥と称する。周期共鳴導波モードの有効伝搬角度は周期構造のＸ線に対するブラッグ角θ_Ｂに近い角度となるので、下記の式（５）を満たすようにＸ線導波路を構成することにより、周期共鳴導波モードを形成することができる。
θ_Ｂ＜θ_Ｃ 式（５）

図５は、図３のようにコアが一次元の周期構造を有し、周期構造の周期数が２５の場合のＸ線導波路中に形成される導波モードの損失を、各導波モードのもつ有効伝搬角度に対してプロットしたグラフである。導波モードの損失は伝搬定数の虚部Ｉｍ［ｋｚ］に比例するので、縦軸をＩｍ［ｋｚ］としてある。５０２はブラッグ反射の角度帯域に相当し、５０３は導波モードのもつ有効伝搬角度帯域、５０４はクラッドとコアとの界面での全反射臨界角を超える放射モードの角度帯域に相当する。一般的なブラッグ角とは、ブラッグ反射の角度帯域の中心角度を表すが、本明細書においては、ブラッグ反射の角度帯域の最小角度を指すものとする。これはすなわち、周期共鳴導波モードの有効伝搬角度に相当する。周期共鳴導波モードの損失５０１は、周期共鳴導波モードの有効伝搬角度周辺の有効伝搬角度を有する他の導波モードの損失に比較して非常に小さくなる。そのため、式（５）を満たす構成のＸ線導波路中において、周期共鳴導波モードが導波モードとして支配的なものとなり、非常に損失の小さいＸ線の導波が可能である。従来、単一モードとなる導波モードは一様媒質をコアとした場合、コアの領域を非常に小さくしなくてはならなかった。しかし、本発明では周期構造を利用することによりコアの領域を大きくすることができるとともに、より損失の低い周期共鳴導波モードを特定の方向における単一の導波モードとして形成することができる。本明細書中で、導波モードにかかる「単一の」という表現の意味するところは、他の導波モードに比較して最も選択されやすいため、いくつかの導波モードの中で一つが導波モードとして支配的になるということである。図６（ａ）のＸ線導波路は、コア６０１が屈折率実部の大きい物質（屈折率虚部が小さい物質）６０４と屈折率実部が小さい物質（屈折率虚部が大きい物質）６０３からなる単位構造６０５が１次元周期的に積層されたコア６０１を有する。そして、コア６０１を挟み込むクラッド６０２が設けられており、式（５）を満たすように構成されている。説明のために、周期数の少ない場合を描いてある。図６（ｂ）のグラフは、図６（ａ）のＸ線導波路中に形成される周期共鳴導波モードの電場の実部の分布を実線６０６で表す図であり、ｙ軸は図６（ａ）と対応させてある。図６からわかるように、周期共鳴導波モードの電場は、コア６０１中の屈折率実部が大きい物質６０４つまり吸収損失の小さい物質中に集中する。また、図６（ｂ）中の点線６０７で表わされる周期共鳴導波モードの電場分布の包絡関数は、コア中央付近でより電場が強くなることを示す形状となっている。周期共鳴導波モードの場合には、クラッドへのしみ出しが小さくなり、より伝搬損失が下がるものとなる。また、周期数を増やすことによりクラッドへの染みだしをより低減することができる。これらにより、周期共鳴導波モードの伝搬損失は非常に小さいものとなる。導波方向に垂直な方向において導波路の構成がより対称性の高いものであれば、図６（ｂ）のように、周期共鳴導波モードの包絡曲線はコア中央付近で電場が大きくなることを示す形状となる。また、導波路の構成を対称構造からずらすことにより、電場の大きくなる位置をコア中で変化させることも可能である。

図７に、式（５）を満たすＸ線導波路のＸ線入射部分付近を表す図を示す。図７で、紙面手前から奥方向をｘ軸方向として、紙面の下から上方向をｙ軸方向として、導波方向の紙面左から右方向をｚ軸とする。図７で、７１３の位置をｘ＝ｙ＝ｚ＝０とする。Ｘ線導波路は、下部クラッド７０２および上部クラッド７０３によりコア７０１が挟まれた構成となっており、コア７０１のＸ線が入射される側の端面７１１が下部クラッド７０２とコア７０１との界面（ｚｘ平面）に対して角度φ（°）をなして傾斜している。ほぼ平面波として考えることができるＸ線７０７が紙面左側から、導波路に入射されるとする。入射Ｘ線７０７は図中ｚ方向に対して角度θ（°）をなして入射されるものとする。コア７０１は複数の単位構造が積層されたものとするが、図中のｙ＝０に一番近い単位構造を７０４、二番目に近い単位構造を７０５、３以上の任意の自然数をｋとしてｋ番目に近い単位構造を７０６とする。範囲７０８に相当するｚの範囲では、単位構造７０４のみにＸ線が入射されていることになる。範囲７０９に相当するｚの範囲では、単位構造７０４、７０５にのみＸ線が直接入射されていることになるが、範囲７０９に相当するｚの範囲では、直接入射されるＸ線と単位構造７０４に直接入射されて透過してくるＸ線が回折、干渉を引き起こす。さらにｚが大きい範囲になると、いくつもの単位構造に直接入射されたＸ線が多重回折、多重干渉を引き起こすことになる。本発明のＸ線導波路のように端面が傾斜している場合、入射Ｘ線はｙ＝０に近いコア領域からｚおよびｙの正の方向に徐々に、多重干渉を起こしながら、導波モードの電磁場分布に近い電磁場分布をもつ伝搬Ｘ線へと変換されてゆくため、入射時の散乱などが抑制され、結合損失が小さいものとなる。徐々に変換されていったＸ線はｚ方向において上部クラッドが存在しはじめる位置７１２付近において導波モードにスムーズに結合することになる。このようにして、本発明のＸ線導波路は結合効率の高いＸ線導波路である。特に、入射角度θ（°）がコアをなす周期構造のブラッグ角に等しい場合、高い結合効率でＸ線を周期共鳴導波モードへ結合することができる。

また、本発明のＸ線導波路のＸ線の導波方向におけるコア領域の少なくとも一つの端面は、前記傾斜角度φ（°）が以下の式（６）を満たすように傾斜していることが好ましい。
ｔａｎ^−１（３ｔ／２ｌ）＜φ＜３０ 式（６）

Ｘ線の導波方向とコアクラッド界面に平行な面内における、本発明のＸ線導波路における傾斜した端面の長さは、傾斜角度φ（°）が小さくなるほど、傾斜していない場合に比べて長くなる。すなわち、端面を傾斜させるほど、導波路コア部に照射される領域が大きくなることになる。入射Ｘ線の断面積に加えて、この長さは、Ｘ線を導波路に効率よく結合させる上での、重要なものでなる。この長さは、傾斜角度φ（°）と導波路コアの厚さｔを用いてｔ／ｓｉｎφと表される。この式から、Ｘ線の導波路への結合部において、この長さがコアの厚さｔの２倍以上となるような、十分な効果が得られるための傾斜角度の条件は、φ＜３０（°）となる。また、Ｘ線の結合領域の導波方向における長さは、導波路全体の長さをｌとした場合に、２ｌ／３以下でることが好ましい。すなわち、傾斜角度φ（°）の条件として、ｔａｎ^−１（３ｔ／２ｌ）＜φを満たしていることが好ましい。この条件を満たさず導波路全体の長さに対する結合領域の長さの割合が大きい場合、結合領域を経て導波路に結合されたＸ線が、導波モードの高いモード選択性を発揮するための十分な長さの導波領域を通過することができない。またこのように、結合領域の長さが２ｌ／３より長くなってしまう場合、結合領域におけるＸ線の吸収により大きなＸ線の損失が生じてしまう。

また、Ｘ線の導波方向における入射側のコアの端面の傾斜角度φが、導波路のコアをなす周期構造のＸ線に対するブラッグ角θ_Ｂ（ほぼ周期共鳴導波モードの有効伝搬角度）に等しい角度となるように、本発明のＸ線導波路を構成することが好ましい。前述したように、本明細書中ではブラッグ角は、周期共鳴導波モードの有効伝搬角度と等価であるが、ここで、φがθ_Ｂに等しいということは、厳密に等しいとは限らず、導波路の内部での屈折などを考慮した結果得られる、コア中での周期共鳴導波モードの有効伝搬角度に等しいということである。図６（ｂ）の電場分布からわかるように、コアをなす周期構造中の周期共鳴導波モードの電場は、ｙ方向において周期構造の周期と同じ周期で振動した分布となっており、その位相も＋πと−πの間で同じ周期で振動したものとなる。

このような特性をもつ周期共鳴導波モードへＸ線を効率よく結合するためには、導波路のコアの入射部分つまり結合領域で周期構造と共鳴するＸ線を形成することが重要となる。これは、式（５）を満たすように構成された本発明のＸ線導波路の傾斜したコア端面において、隣り合う単位構造の間でのＸ線の位相差がπとなるような電場を形成することに相当する。導波方向における入射側のコアの端面の傾斜角度φが、導波路のコアをなす周期構造のＸ線に対するコア中でのブラッグ角θ_Ｂ（コア中での周期共鳴導波モードの有効伝搬角度）に等しくなるように構成されたＸ線導波路のコア端面に、導波方向に対してコア中でのブラッグ角に等しい角度（コア中での周期共鳴導波モードの有効伝搬角度）をなすように入射することにより、周期共鳴導波モードへの効率の高いＸ線の結合が可能となる。ここでの入射角度は、コア中でのブラッグ角に対して、入射端面における屈折を考慮したものである。

また、本発明のＸ線導波路を、コア領域のＸ線を入射する側の端面の傾斜した結合領域の表面にクラッドが形成されているように構成することができる。このようにすることにより、コアの傾斜した端面を有する領域に入射されたＸ線がこの端面から導波路外部へ放射されてしまうことを抑制することができる。傾斜した端面を有するコアの領域に入ったＸ線は、傾斜した端面に設けられたクラッド材料とコアの界面において全反射されて導波路コア中に再度伝搬してゆくこととなり、伝搬損失を低減することができる。また、このクラッドと、このクラッドと接する導波路外部の物質との界面における全反射臨界角をθ_{Ｃ−ｅｘｔ}（°）とした場合に、前記傾斜角度φ（°）とブラッグ角θ_Ｂ（°）を用いて、下記の式（７）が満たされるようにＸ線導波路を構成することが好ましい。
φ＞θ_{Ｃ−ｅｘｔ}−θ_Ｂ 式（７）

この条件を満たすことにより、入射するＸ線の伝搬方向と、傾斜した端面とのなす角度は、傾斜した端面に設けられたクラッド材料表面における全反射臨界角よりも大きくなるので、入射時の傾斜した端面に設けられたクラッド材料表面での全反射による損失はない。さらに、傾斜した端面に設けられたクラッド材料の厚さは、１０ナノメートル以下とすることで、Ｘ線を入射する際の吸収や部分反射を抑えることができる。

また、コアをなす周期構造としては、１次元、２次元または３次元方向において周期性を有するいずれの周期構造でもよい。しかし、コアをなす周期構造は、少なくとも導波方向に垂直な面内において周期性をもち、コアを挟む二つのクラッドを最短で結ぶ線分に平行な方向に周期性を持つことが好ましい。

コアをなす１次元の周期構造としては、屈折率実部の大きい材料と屈折率実部の小さい材料を交互に積層した１次元周期多層膜や、少なくとも１次元の周期性を有する周期構造が挙げられる。また、コアを挟む二つのクラッドを最短で結ぶ線分に平行な方向には１次元周期構造をとり、一次元周期構造が特定方向で変化する２次元、３次元の周期構造なども用いることができる。

１次元の周期構造の多層膜としては、屈折率実部の大きい材料として、カーボン（Ｃ）、ボロンカーバイト（Ｂ_４Ｃ）、ボロンナイトライド（ＢＮ）、ベリリウム（Ｂｅ）などを用いることができる。また、屈折率実部の小さい材料として、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、シリコンカーバイト（ＳｉＣ）、シリコンナイトライド（Ｓｉ_３Ｎ_４）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）などを用いることができる。また、コアをなす１次元の周期構造は、屈折率実部の大きい材料と屈折率実部の小さい材料を交互に積層したものや、自己組織化プロセスにより作製される周期性メソ構造体材料が挙げられる。１次元周期性の周期性メソ構造体材料としては、ＳｉＯ_２と有機物が薄膜の面に垂直な方向に周期的に配列したラメラ構造のものや、面に垂直方向に周期性をもち面内での配向性をもたない２次元のメソポーラス材料などが挙げられる。

また、２次元の周期構造としては、上記屈折率実部の小さい材料からなる薄膜を電子線リソグラフィー、エッチングなどの半導体プロセスにより面内で周期的なパターニングをしたものを周期的に積層したものや、１軸配向性の２次元周期性メソ構造体材料などが挙げられる。

さらに、３次元の周期構造としては数ナノメートルから数１０ナノメートルの直径をもつ空洞または３次元周期性メソ構造体材料や、その他の材料としては、例えば、直径約５０ナノメートルほどのポリスチレン球が自己組織的に六方細密充填構造で配列したいわゆる３次元周期構造の人工オパール構造などが挙げられる。

本発明のＸ線導波路のコアをなす周期構造の周期は、９ｎｍ以上５０ｎｍ以下が好ましい。周期構造の周期が９ｎｍ未満だと伝搬損失が大きくなり、周期構造の周期が５０ｎｍを超えると周期共鳴導波モードが生じ難くなる。

以下、自己組織化過程により作製される１次元の周期構造を有するメソ構造体材料について説明する。本明細書では、１次元の周期構造を有するメソ構造体材料を、ラメラ構造をもつメソ構造体膜と称することとする。

本発明のメソ構造体膜は、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下の構造周期をもつ周期構造体である。ラメラ構造は、異なる二種類の物質の層が、層の表面に垂直な１次元方向に周期的に配列された構成の層状構造であり、この二種類の物質は無機成分を主とする物質と、有機成分を主とする物質により構成される。この無機成分を主とする物質と有機成分を主とする物質は、必要に応じて化学結合されていてよい。無機成分を主とする物質と有機成分を主とする物質が化学結合されたものの具体例としては、アルキル基の結合したシロキサン化合物からなるメソ構造体を挙げることができる。

（無機成分を主とする物質）
無機成分を主とする物質の材料は特に限定されるものではないが、周期構造体を屈折率実部が異なる物質より構成するという観点から、無機酸化物を用いることができる。無機酸化物としては、例えば、酸化ケイ素、酸化スズ、酸化ジルコニア、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化アルミニウム、酸化タングステン、酸化ハフニウム、酸化亜鉛を用いることができる。無機酸化物の表面は、必要に応じて修飾されていてもよい。たとえば、水の吸着を抑制するために、疎水性の分子で修飾されていてもよい。

（有機成分を主とする物質）
この有機化合物を主とする物質は特に制限されるものではないが、界面活性剤や、分子集合体の形成機能を有する部位が、壁部を形成する材料または壁部を形成する材料の前駆体と結合している材料が挙げられる。界面活性剤は、イオン性、非イオン性の界面活性剤を用いることができる。イオン性界面活性剤としては、例えば、トリメチルアルキルアンモニウムイオンのハロゲン化物塩を用いるこことができる。アルキル鎖の鎖長は、炭素数で１０から２２であることが好ましい。非イオン性の界面活性剤としては、例えば、ポリエチレングリコールを親水基として含むものを用いることができる。ポリエチレングリコールを親水基として含む界面活性剤としては、例えば、ポリエチレングリコールアルキルエーテル、ポリエチレングリコール−ポリプロピレングリコール−ポリエチレングリコールのブロックコポリマーを用いることができる。ポリエチレングリコールアルキルエーテルのこのアルキル鎖の鎖長は、炭素数で１０以上２２以下であることが好ましく、ポリエチレングリコールの繰返し数は２以上５０以下が好ましい。この疎水基、親水基を変化させることにより構造周期を変化させることが可能である。一般的に疎水基、親水基を大きなものとすることにより構造周期を拡大することが可能である。この有機成分を主とする物質としては、必要に応じて、水、有機溶媒、塩等が含まれていてよい。この有機溶媒の例としては、アルコール、エーテル、炭化水素が挙げられる。

メソ構造体膜の製造法は、特に制限されるものではないが、たとえば、集合体として機能する両親媒性物質（特に界面活性剤）の溶液に、無機酸化物の前駆体を加え、成膜を行い、無機酸化物の生成反応を進行させることによって製造される。製膜法の例としては、ディップコート法、スピンコート法、水熱合成法が挙げられる。また、界面活性剤に加えて、構造周期を調整するための添加物を加えてもよい。この構造周期を調整するための添加物としては、疎水性物質が挙げられる。この疎水性物質の例としては、アルカン類、親水性基を含まない芳香族化合物が挙げられ、その具体的な例としては、オクタンが挙げられる。

無機酸化物の前駆体の例としては、ケイ素や金属元素のアルコキサイド、塩化物が挙げられる。無機酸化物としては、具体的に、Ｓｉ，Ｓｎ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｔａ，Ａｌ，Ｗ，Ｈｆ，Ｚｎのアルコキサイド、塩化物を用いることができる。アルコキサイドの例としては、メトキサイド、エトキサイド、プロポキサイド、または、その一部がアルキル基に置換されたものが挙げられる。

次に、２次元または３次元的な構造周期をもつ周期性メソ構造体材料について説明する。多孔質材料は、ＩＵＰＡＣ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｕｎｉｏｎ ｏｆ Ｐｕｒｅ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）によって、その孔径により分類されており、孔径が２−５０ｎｍの多孔質材料は、メソポーラスに分類される。近年、このメソポーラス材料についての研究が盛んに行われ、界面活性剤の集合体を鋳型とすることで、径の揃ったメソ孔が規則的に配列した構造を得ることが可能になっている。

ここで、本発明の２次元または３次元の構造周期をもつ周期性メソ構造体材料は、２次元、３次元の構造周期を持つ、（Ａ）メソポーラス膜、（Ｂ）メソポーラス膜の孔が主に有機化合物で充填されたもの、である。以下に詳細な説明を行う。

（Ａ）メソポーラス膜について
メソポーラス膜は、孔径が２−５０ｎｍの多孔質材料で、壁部の材料は特に限定されるものではないが、例えば、無機酸化物を用いることができる。無機酸化物としては、例えば、酸化ケイ素、酸化スズ、酸化ジルコニア、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化アルミニウム、酸化タングステン、酸化ハフニウム、酸化亜鉛を用いることができる。メソポーラス膜の壁部の表面は、必要に応じて化学修飾されていてよい。たとえば、水の吸着を抑制するために、疎水性の分子で修飾してもよい。

メソポーラス膜の製造法は、特に制限されるものではないが、たとえば、以下の方法で製造することができる。集合体が鋳型として機能する両親媒性物質の溶液に、無機酸化物の前駆体を加え、成膜を行い、無機酸化物の生成反応を進行させる。その後に、鋳型分子を除去することにより、多孔質材料とする。

この両親媒性物質は、特に限定されるものではないが、界面活性剤を用いることが好ましい。界面活性剤分子としては、イオン性、非イオン性の界面活性剤を用いることができる。このイオン性界面活性剤としては、例えば、トリメチルアルキルアンモニウムイオンのハロゲン化物塩を用いることができる。このアルキル鎖の鎖長は、炭素数が１０から２２であることが好ましい。非イオン性の界面活性剤は、例えば、ポリエチレングリコールを親水基として含むものを用いることができる。ポリエチレングリコールを親水基として含む界面活性剤としては、具体的に、ポリエチレングリコールアルキルエーテル、ポリエチレングリコール−ポリプロピレングリコール−ポリエチレングリコールのブロックコポリマーを用いることができる。ポリエチレングリコールアルキルエーテルのこのアルキル鎖の鎖長は、炭素数で１０以上２２以下であることが好ましく、ポリエチレングリコールの繰返し数としては、２以上５０以下であることが好ましい。この疎水基、親水基を変化させることにより構造周期を変化させることが可能である。一般的に疎水基、親水基を大きなものとすることにより孔径を拡大することが可能である。また、界面活性剤に加えて、構造周期を調整するための添加物を加えてもよい。この構造周期を調整するための添加物としては、疎水性物質が挙げられる。疎水性物質としては、アルカン類、親水性基を含まない芳香族化合物を用いることができ、具体的には、オクタンを用いることができる。無機酸化物の前駆体としては、ケイ素や金属元素のアルコキサイド、塩化物を用いることができる。無機酸化物の前駆体としては、具体的には、Ｓｉ，Ｓｎ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｔａ，Ａｌ，Ｗ，Ｈｆ，Ｚｎのアルコキサイド、塩化物を用いることができる。アルコキサイドとしては、メトキサイド、エトキサイド、プロポキサイド、または、その一部がアルキル基に置換されたものを用いることができる。

メソポーラス膜の製膜法としては、ディップコート法、スピンコート法、水熱合成法を用いることができる。

鋳型分子の除去方法としては、焼成、抽出、紫外線照射、オゾン処理を用いることができる。

一軸方向に複数の孔がのび、この方向に垂直な面内で２次元的に周期配列された構造となる場合、このメソ構造体膜は２次元の構造周期をもつ２次元の周期性メソ構造体材料となる。また、孔がメソスケールの直径をもつ空洞で、それらが３次元的に周期配列された構造となる場合、このメソ構造体膜は３次元の構造周期をもつ３次元の周期性メソ構造体材料となる。

（Ｂ）メソポーラス膜の孔が主に有機化合物で充填されたもの
メソポーラス膜の壁部の材料については、（Ａ）の項に記載したものと同様のものを使用することができる。孔を充填する物質については、有機化合物を主とするものであれば特に制限されるものではない。この「主」の意味としては、体積比で５０％以上を意味する。有機化合物としては、界面活性剤や、分子集合体の形成機能を有する部位が、壁部を形成する材料または壁部を形成する材料の前駆体と結合している材料を用いることができる。この界面活性剤としては、例えば、（Ａ）の項で記載した界面活性剤を用いることができる。また分子集合体の形成機能を有する部位が壁部を形成する材料、または、壁部を形成する材料の前駆体と結合している材料としては、アルキル基を有するアルコキシシラン、アルキル基を有するオリゴシロキサン化合物を用いることができる。このアルキル鎖の鎖長は、炭素数で１０以上２２以下が好ましい。

孔の内部には、必要に応じて、または、使用する材料、工程の結果として水、有機溶媒、塩等が含まれていてもよい。この有機溶媒としては、アルコール、エーテル、炭化水素を用いることができる。

メソポーラス膜の孔が主に有機化合物で充填されたものの製造法は、たとえば、（Ａ）の項に記載したメソポーラス膜の製造方法の鋳型の除去以前の工程によって製造することができる。

（Ａ）と同様に、一軸方向に有機化合物で充填された複数の孔がのび、この方向に垂直な面内で孔が２次元的に周期配列された構造となる場合、このメソ構造体膜は２次元の構造周期をもつ２次元の周期性メソ構造体材料となる。また、有機化合物で充填された複数の孔がメソスケールの直径をもつ空洞で、それらが３次元的に周期配列された構造となる場合、このメソ構造体膜は３次元の構造周期をもつ３次元の周期性メソ構造体材料となる。

次に、本発明のＸ線導波システムについて説明する。本発明のＸ線導波システムは、少なくとも、Ｘ線源およびＸ線導波路を有する。Ｘ線源は、１ｐｍ以上１００ｎｍ以下の波長の、一般的なＸ線帯域の電磁波をＸ線として照射する。Ｘ線源から照射されるＸ線は、単一の波長であっても、幅を持っていてもよい。Ｘ線源から照射されたＸ線は、Ｘ線導波路の端部に入射される。本発明のＸ線導波システムの導波路は、コアとクラッドからなり、コアがＸ線の導波方向に垂直な方向において屈折率実部の異なる複数の物質が周期的に配列された周期構造を有する。また、Ｘ線の導波方向におけるコアの最大の長さをｌ、コアの最大の厚さをｔ、コアをなす周期構造の前記Ｘ線源から照射されるＸ線に対するブラッグ角をθ_Ｂ（°）としたときに、導波方向に平行でかつコアとクラッドの界面に垂直な方向を含む面内において、Ｘ線の導波方向におけるコア領域の少なくとも一つの端面が、コアとクラッドの界面に対して上記の式（１）を満たす傾斜角度φ（°）をなして傾斜している。また、本発明のＸ線導波システムに用いるＸ線導波路は、上述のＸ線導波路に記載したことが妥当する。

図８は、本発明の第１の実施例となるＸ線導波路を表す図である。図中、紙面手前から奥方向をｘ軸方向として、紙面の下から上方向をｙ軸方向として、導波方向の紙面左から右方向をｚ軸とする。図８で、ｚ軸方向は、コアと下部クラッドの界面に平行な方向となる。本実施例のＸ線導波路はＳｉ基板８０９上にｙ方向にスパッタ法により積層して作製されたものである。厚さ２０ｎｍの下部クラッド８０２と厚さ１０ｎｍ．の上部クラッド８０３にコア８０１が挟まれた構成となっている。コアは厚さ４６ｎｍのカーボン層８０５と厚さ２．５ｎｍのニッケル層８０６が交互にｙ方向に積層された周期構造となっており、コア全体としてカーボン層が７層形成されている。この周期構造の光子エネルギー８キロエレクトロンボルトのＸ線に対するブラッグ角は約０．１８°である。Ｘ線を入射する方のコア８０１の端面は、下部クラッド８０２とコア８０１の界面と傾斜角度φ＝１０（°）となるように傾斜している。このような形状のＸ線導波路に対して、導波方向における導波路の領域を結合領域８０７と導波領域８０８と称する。図９は、実施例１の導波路内で、光子エネルギー８キロエレクトロンボルトのＸ線が形成することができる導波モードのコア８０１中の電場強度分布を、ｙ方向の位置と導波モードの有効伝搬角度に対してグラフ化した図である。図９において、白い部分ほど電場強度が大きいことを意味する。一つ一つのカーボン層をコアとする単層の導波路間でエバネッセント波により結合した結果得られる９０１で指す電場強度分布をもつ連成モードに着目すると、その有効伝搬角度はおよそ０．２４（°）である。したがって、ｚ方向と入射角度θ〜０．２４（°）となるようにＸ線を入射する。入射するＸ線の方向を８１０で示す。入射されるＸ線は結合領域８０７において、下部クラッドに近いほうから徐々にコアへ結合してゆき、導波領域８０８の導波モードへスムーズに結合することになる。本実施例のＸ線導波路のＸ線入射部分において、傾斜した端面をもたない場合の導波路端面のコアに直接照射されるＸ線の領域の大きさはｓに対して、傾斜した端面をもつ場合の導波路端面のコアに直接照射されるＸ線の領域の大きさｓ´は、約１．０２ｓとなる。また、Ｘ線の導波方向とコアクラッド界面に平行な面内における、傾斜した端面の長さは、傾斜していない場合の長さ（つまりコアの厚さ）に対して、約５．８倍となる。

図１０は本発明の第２の実施例となるＸ線導波路を表す図である。図１０で、実施例１の図８と同様に、ｘ軸方向、ｙ軸方向およびｚ軸方向を定める。Ｘ線導波路中のＸ線の導波方向をｚ軸方向、つまりコアと下部クラッドの界面に平行な方向である。実施例２のＸ線導波路はＳｉ基板１００９上に厚さ２０ｎｍのタングステン（Ｗ）からなる下部クラッド１００２と厚さ２０ｎｍのタングステンからなる上部クラッド１００３により挟まれたコア１００１が形成されている。コア１００１をなす周期構造は、厚さ３ｎｍの酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層１００６と厚さ１２ｎｍのボロンカーバイト（Ｂ_４Ｃ）層１００５からなる単位構造１００４が、ｙ方向において周期的に積層されたものであり、周期数は１００、周期は１５ナノメートルである。ただし、下部クラッド１００２および上部クラッド１００３に隣接する層はいずれも酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層としたので、単位構造が１００積層されたものにさらに上記酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層を積層した。図１１は光子エネルギー８キロエレクトロンボルトのＸ線に対して、本実施例のＸ線導波路中に形成可能な導波モードの伝搬定数の虚部を損失として、導波モードの有効伝搬角度に対してプロットした、計算結果を示すグラフである。図１１中、１１０１で示す点が低損失な周期共鳴導波モードの損失を示し、その有効伝搬角度は約０．３４（°）であり、ブラッグ反射帯域１１０２に相当するブラッグ角θ_Ｂ付近の角度となっている。このような関係にあるので、図１０中、矢印１０１０で示される入射Ｘ線の方向は導波方向であるｚ方向と、ブラッグ角θ_Ｂ付近の有効伝搬角度とほぼ同じ入射角度θ〜約０．３４（°）をなすようにしてある。このとき、Ｘ線の結合領域１００７において徐々に周期共鳴導波モードに近い伝搬モードのＸ線を形成するために、コア端面１０１１はコア１００１と下部クラッド１００２との界面に対して、傾斜角度φ〜０．３４（°）となるように、傾斜させてある。実施例２のＸ線導波路では、結合領域１００７と導波領域１００８との境界において、結合領域１００７の伝搬Ｘ線の電場分布が図１２に示す周期共鳴導波モードのコア内での電場分布と近いものとなる。したがって、結合領域１００７の伝搬Ｘ線がスムーズに導波領域１００８中の周期共鳴導波モードに結合されることになり、高効率な結合が可能となる。ここで、図１２において、ｙ方向の範囲１２０１が図１０の導波路導波領域１００８のコア領域１００１に相当する。また、本実施例のＸ線導波路のＸ線入射部分において、ｓ’は約２ｓとなり、コアへ照射されるＸ線の断面積は傾斜していない導波路の場合に比べて約２倍になる。また、Ｘ線の導波方向とコアクラッド界面に平行な面内における、傾斜した端面の長さは、傾斜していない場合の長さ（つまりコアの厚さ）に対して、約１７０倍となる。

実施例３のＸ線導波路は、実施例２のＸ線導波路上部にさらに、スパッタ法によりタングステン（Ｗ）を約２ｎｍ形成したものである。図１０で示されるＸ線導波路の上部クラッドの厚さが約２２ｎｍになり、コア端面１０１１上部に約２ナノメートルのタングステンが形成されたものとなる。実施例３のＸ線導波路は、実施例２のＸ線導波路と比較して、結合領域１００７における散乱などの理由でコア外部へ放射されてしまうＸ線がコア端面１０１１における全反射により抑制されるので、より効率の高い結合が可能となる。

実施例４のＸ線導波路は、実施例２のＸ線導波路のコア１００１が１次元の周期性メソ構造体よりなるものである。この場合の周期性メソ構造体は、厚さ約３ナノメートルのシリカ（ＳｉＯ_２）層と厚さ約１２ナノメートルの有機物層からなる単位構造が交互に２５周期分積層されたラメラ構造をもつメソ構造体膜で、周期構造の周期は約１５ナノメートルである。メソ構造体膜は、前駆溶液をディップコート法によりＳｉ基板上に塗布するゾルゲル法により調製される。この前駆溶液は、集合体が鋳型として機能する界面活性剤の溶液に、無機酸化物の前駆体を加えることで調製される。ここでは、界面活性剤としてブロックポリマーを、無機酸化物の前駆体として、テトラエトキシシランを用い、エタノールを溶媒とし、無機酸化物の前駆体の加水分解を行うための水、塩酸、ホモポリマーを加え、攪拌することで調製される。混合比（モル比）は、テトラエトキシシラン：１、ブロックポリマー：０．０１６、水：８、塩酸：０．０１、エタノール：４０：ホモポリマー：０．００８である。ブロックポリマーとしては、ポリエチレングリコール（１０６）‐ポリプロピレングリコール（７０）‐ポリエチレングリコール（１０６）のトリブロックコポリマーを用いる。（カッコ内は各ブロックの繰り返し数）また、ホモポリマーとしては、ポリプロピレングリコール４０００（数字は分子量）を用いる。溶液を膜厚調整のために適当な濃度に希釈し、ディップコート装置を用いて０．５ｍｍ／ｓの速度で製膜を行う。導入された溶液の溶媒が揮発する過程において自己組織化プロセスにより、クラッド１２０１の内側の壁に沿って、メソ構造体が形成される。このメソ構造体部分がコアの一部をなす周期構造体１２０２となる。周期構造体１２０２であるメソ構造体は、有機物とシリカ（ＳｉＯ２）の層が交互に積層された構成をもつ。図１３は、本実施例のＸ線導波路中に形成されうる導波モードの損失を、計算で得られた伝搬定数の虚部（Ｉｍ［ｋｚ］）として、有効伝搬角度（°）に対してプロットしたグラフである。周期共鳴導波モードの損失（伝搬定数の虚部）と有効伝搬角度を表す点が１３０１である。この場合の周期共鳴導波モードの有効伝搬角度は、例えば光子エネルギー１９．５キロエレクトロンボルトのＸ線に対して、ブラッグ反射角度域１３０２で示されるブラッグ角に近い約０．１４（°）である。したがって、入射するＸ線の入射角θ（°）を約０．１４（°）、コア端面の傾斜角度φ（°）を約５（°）に設定する。このように設定することにより、導波路へのＸ線の結合損失は小さいものとなり、さらに周期性メソ構造体は有機物とシリカというＸ線の吸収損失が小さい物質からなるため、周期共鳴導波モードの伝搬損失も小さくなる。また、Ｘ線の導波方向とコアクラッド界面に平行な面内における、傾斜した端面の長さは、傾斜していない場合の長さ（つまりコアの厚さ）に対して、約１１倍となる。

実施例５のＸ線導波路は、実施例２のＸ線導波路のコア１００１が２次元の周期性メソ構造体よりなるものである。実施例５の周期性メソ構造体は、メソポーラスシリカであり、導波方向にのびる空孔が、導波方向としてのｚ方向に垂直な面内で２次元の三角格子状の周期構造をなしているものである。このメソポーラスシリカの前駆溶液としては、実施例４と同様の調製方法において、前駆溶液の混合比（モル比）を、テトラエトキシシラン：１、ブロックポリマー：０．００６、水：８、塩酸：０．０１、エタノール：４０、ホモポリマー０．００３としたものが用いられる。この溶液を基板に塗布、乾燥、熟成させた後に溶媒に浸漬することにより、鋳型であるポリマーを抽出除去しメソポーラスシリカ膜を調製する。図１４に、導波領域における導波方向に垂直な面内でのコアとクラッドの領域の断面を示し、コアとクラッドの界面に平行で紙面の右から左への方向をｘ軸方向とする。コアとクラッドの界面に垂直で紙面の下から上への方向をｙ軸方向、Ｘ線の導波方向である紙面手前から紙面奥方向をｚ軸方向とする。シリカ１４０１中に導波方向にのびる空孔１４０２がｘ−ｙ面内において三角格子状の２次元周期構造を形成している。下部クラッド１００２と上部クラッド１００３を最短で結ぶ方向、つまりｙ方向における周期構造の周期１４０３は約１５ナノメートルであり、このときの光子エネルギー８キロエレクトロンボルトのＸ線が形成する周期共鳴導波モードの有効伝搬角度は導波方向に対して、ブラッグ角付近の約０．３（°）となる。入射するＸ線の入射角θ（°）を約０．３（°）、コア端面の傾斜角度φを約２．０（°）と設定することにより、高効率な結合が実現できる。また、実施例５のＸ線導波路のＸ線入射部分では、ｓ’は約１．１５ｓとなり、コアへ照射されるＸ線の断面積は傾斜していない導波路の場合に比べて約１．１５倍になる。また、Ｘ線の導波方向とコアクラッド界面に平行な面内における、傾斜した端面の長さは、傾斜していない場合の長さ（つまりコアの厚さ）に対して、約２８倍となる。

本発明のＸ線導波路は、Ｘ線分析技術、Ｘ線撮像技術、Ｘ線露光技術などにおけるＸ線光学系などに用いられるＸ線光学部品などに利用することができる。

１０１ コア
１０２，１０３ クラッド
１０４ 端面
１０５，１０６ 界面
３０１ コア
３０２ クラッド
３０６ 全反射臨界角
６０１ コア
６０２ クラッド
７０１ コア
７０２，７０３ クラッド
７０７ 入射Ｘ線
８０１ コア
８０２，８０３ クラッド
１００１ コア
１００２，１００３ クラッド

Claims (8)

1. Ｘ線を導波させるクラッドとコアからなるＸ線導波路であって、
   前記コアがＸ線の導波方向に垂直な方向において屈折率実部の異なる複数の物質が周期的に配列された周期構造を有し、
   導波方向における前記コアの最大の長さをｌ、前記コアの最大の厚さをｔ、前記コアをなす周期構造のＸ線に対するブラッグ角をθ_Ｂ（°）としたときに、導波方向に平行でかつ前記コアと前記クラッドの界面に垂直な方向を含む面内において、Ｘ線の導波方向におけるコア領域の少なくとも一つの端面が、前記コアと前記クラッドの界面に対して下記式（１）を満たす傾斜角度φ（°）をなして傾斜していることを特徴とするＸ線導波路。
   ｔａｎ^−１（ｔ／ｌ）＜φ＜９０°−θ_Ｂ 式（１）
2. 前記コアをなす周期構造のＸ線に対するブラッグ角が、前記コアと前記クラッドの界面における全反射臨界角よりも小さく、前記周期構造をなす複数の物質の間における全反射臨界角よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のＸ線導波路。
3. 前記端面は、前記傾斜角度φ（°）が下記の式（６）を満たすように傾斜していることを特徴とする請求項１または２に記載のＸ線導波路。
   ｔａｎ^−１（３ｔ／２ｌ）＜φ＜３０ （６）
4. 前記Ｘ線の導波方向におけるコア領域の少なくとも一つの傾斜している端面の表面にクラッドが形成されており、
   前記端面の表面のクラッドと、前記端面の表面のクラッドと接する導波路外部の物質との界面における全反射臨界角をθ_{Ｃ−ｅｘｔ}（°）とした場合に、前記傾斜角度φ（°）と前記ブラッグ角θ_Ｂ（°）は、下記の式（７）を満たすことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のＸ線導波路。
   φ ＞ θ_{Ｃ−ｅｘｔ}−θ_Ｂ 式（７）
5. 前記コアが周期多層膜であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のＸ線導波路。
6. 前記コアが周期性メソ構造体であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のＸ線導波路。
7. 前記コアが周期性を有するメソポーラスであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のＸ線導波路。
8. Ｘ線源とＸ線導波路からなるＸ線導波システムであって、
   前記Ｘ線源は、Ｘ線を前記Ｘ線導波路の端部に照射し、
   前記Ｘ線導波路は、コアとクラッドからなり、前記コアがＸ線の導波方向に垂直な方向において屈折率実部の異なる複数の物質が周期的に配列された周期構造を有し、
   Ｘ線の導波方向における前記コアの最大の長さをｌ、前記コアの最大の厚さをｔ、前記コアをなす周期構造の前記Ｘ線源から照射されるＸ線に対するブラッグ角をθ_Ｂ（°）としたときに、導波方向に平行でかつ前記コアと前記クラッドの界面に垂直な方向を含む面内において、Ｘ線の導波方向における前記コアの少なくとも一つの端面が、前記コアと前記クラッドの界面に対して下記式（１）を満たす傾斜角度φ（°）をなして傾斜していることを特徴とするＸ線導波システム。
   ｔａｎ^−１（ｔ／ｌ）＜φ＜９０°−θ_Ｂ 式（１）

Images