JP2014215175A - X-ray waveguide - Google Patents

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篤史 ▲高▼本
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康平 岡本
Kohei Okamoto
康平 岡本
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an X-ray waveguide capable of improving the selective permeation performance of an X-ray beam.SOLUTION: The X-ray waveguide comprises: a core having a periodic structure including regions a, b and c in which two basic structures with different refractive index real parts are periodically arranged; and two clads holding the core therebetween. An X-ray total reflection critical angle on a boundary face between the clad and the periodic structure is larger than a Bragg angle due to a structural period of the core, and a total reflection critical angle on a boundary face between the basic structures with different refractive index real parts forming the periodic structure of the core is smaller than the Bragg angle. A difference of the refractive index real parts between the basic structures of the regions is larger in a direction from the region a having the smallest difference between the refractive index real parts of the two basic structures toward the region b in contact with one of the clads. A difference of the refractive index real parts between the basic structures of the regions is larger in a direction from the region a toward the region c in contact with the other of the clads, or is the same.

Description

本発明は、X線を導波するX線導波路に関し、特にコアに周期性構造体を用いたX線導波路に関するものである。   The present invention relates to an X-ray waveguide that guides X-rays, and more particularly to an X-ray waveguide that uses a periodic structure as a core.

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10−4以下と非常に小さいため、全反射臨界角も非常に小さくなることなどにより、X線を含めたこのような電磁波をコントロールするために、大型の空間光学系が用いられてきており、今でもなお主流となっている。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。 When dealing with electromagnetic waves with short wavelengths of several tens of nanometers or less, the difference in refractive index with respect to electromagnetic waves between different substances is as small as 10 -4 or less. In order to control such electromagnetic waves, large spatial optical systems have been used and are still mainstream. As a main part constituting the spatial optical system, there is a multilayer film reflecting mirror in which materials having different refractive indexes are alternately laminated, and plays various roles such as beam shaping, spot size conversion, wavelength selection and the like.

主流であるこのような空間光学系に対し、近年では光学系の小型化、高性能化を目指し、クラッドに囲まれたコア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(非特許文献1)。   In recent years, research has been conducted on X-ray waveguides that confine electromagnetic waves in a core surrounded by a clad and propagate them in order to reduce the size and increase the performance of the optical systems, which are the mainstream. (Non-Patent Document 1).

また、本発明者らは周期構造を有するコアと全反射でX線をコアに閉じ込めるクラッドから構成されるタイプの導波路を提案している(特許文献1)。   In addition, the present inventors have proposed a type of waveguide composed of a core having a periodic structure and a clad that confines X-rays in the core by total reflection (Patent Document 1).

特開2012−073232号公報JP 2012-073232 A

Salditt,T.,Kru¨ger,S.P.,Fuhse,C.&Ba¨htz,C.High−transmission planar x−ray waveguides.“Physical Review Letters”.100(2008).Salditt, T .; Kruger, S .; P. Fuhse, C .; & Ba¨htz, C.I. High-transmission planar x-ray waveguides. “Physical Review Letters”. 100 (2008).

しかしながら、従来のX線導波路には改善すべき課題があった。   However, the conventional X-ray waveguide has a problem to be improved.

非特許文献1では、ともにX線の導波損失を小さくするために、導波モードの中でも最も伝搬角度が小さい0次モードを主に利用している。X線帯域の電磁波では、物質間の屈折率差(実部)が極めて小さいため、0次モードの伝搬角度が小さくなり、その結果X線導波路では極めて微小なコアを作製する必要があった。そのため、伝搬させるX線の面積が小さくなり、X線導波路が出射するX線ビームが小さく、また、導波路の特長の一つである空間的コヒーレンスの空間範囲に制限があった。   In NPL 1, in order to reduce the X-ray waveguide loss, the 0th-order mode having the smallest propagation angle among waveguide modes is mainly used. In an X-ray band electromagnetic wave, the refractive index difference (real part) between materials is extremely small, so that the propagation angle of the 0th-order mode is small, and as a result, it is necessary to produce a very small core in the X-ray waveguide. . Therefore, the area of X-rays to be propagated is reduced, the X-ray beam emitted from the X-ray waveguide is small, and the spatial range of spatial coherence, which is one of the features of the waveguide, is limited.

特許文献1のX線導波路においては、周期性構造体をコアとして用いたX線導波路が開示している。このX線導波路では、コアの周期性に共鳴しない導波モード(以下、一様導波モード)に起因するX線ビームの透過性よりも、コアの周期性に共鳴した導波モード(以下、周期共鳴導波モード)に起因するX線ビームの透過性が高いために、選択的に透過させることができる。その結果、他の単一モードX線導波路に比べて、広い空間コヒーレント性を有するX線ビームを取り出すことができる。しかしながら、さらにX線ビームの選択透過性能を向上させることが求められている。   In the X-ray waveguide of Patent Document 1, an X-ray waveguide using a periodic structure as a core is disclosed. In this X-ray waveguide, the waveguide mode that resonates with the periodicity of the core (hereinafter referred to as “transmission mode of X-ray beam” due to the waveguide mode that does not resonate with the periodicity of the core) Because of the high transparency of the X-ray beam caused by the periodic resonance waveguide mode), it can be transmitted selectively. As a result, it is possible to extract an X-ray beam having a wide spatial coherence compared to other single mode X-ray waveguides. However, there is a demand for further improving the selective transmission performance of the X-ray beam.

本発明は、この様な背景技術に鑑みてなされたものであり、周期共鳴導波モードと一様導波モードの伝搬損失係数の差をさらに大きくすることができ、周期共鳴導波モード由来のX線ビームの透過強度を下げることなく、X線ビームの選択透過性能を向上させることができるX線導波路を提供するものである。   The present invention has been made in view of such background art, and can further increase the difference in propagation loss coefficient between the periodic resonant waveguide mode and the uniform waveguide mode, and is derived from the periodic resonant waveguide mode. An X-ray waveguide capable of improving the selective transmission performance of an X-ray beam without lowering the transmission intensity of the X-ray beam is provided.

上記の課題を解決する本発明のX線導波路は、屈折率実部が異なる2つの基本構造が周期的に配置された複数の領域によって形成される周期性構造体からなるコアと、前記コアを挟持し、X線をコアに閉じ込めるための2つのクラッドと、からなるX線導波路であって、
前記クラッドと前記周期性構造体との界面におけるX線の全反射臨界角が、前記コアの構造周期に起因するブラッグ角よりも大きく、かつ前記コアの周期性構造体を形成する前記屈折率実部が異なる基本構造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、
前記複数の領域のうち、前記2つの基本構造間の屈折率実部の差が最も小さい領域aから、
前記2つのクラッドのうちの一方と前記周期性構造体との界面を含む領域bに向かう方向に領域の前記基本構造間の屈折率実部の差が大きくなり、
前記領域aから前記2つのクラッドのうちの他方と前記周期性構造体との界面を含む領域cに向かう方向に領域の前記基本構造間の屈折率実部の差が大きくなるもしくは差がないことを特徴とする。
An X-ray waveguide according to the present invention that solves the above-described problems includes a core composed of a periodic structure formed by a plurality of regions in which two basic structures having different real refractive index portions are periodically arranged, and the core And an X-ray waveguide comprising two clads for confining X-rays in the core,
The critical angle of total reflection of X-rays at the interface between the cladding and the periodic structure is larger than the Bragg angle due to the structural period of the core, and the refractive index actual that forms the periodic structure of the core The critical angle for total reflection at the interface of the basic structure with different parts is smaller than the Bragg angle,
Of the plurality of regions, from the region a where the difference in the real part of the refractive index between the two basic structures is the smallest,
The difference in the real part of the refractive index between the basic structures in the region increases in the direction toward the region b including the interface between one of the two claddings and the periodic structure,
The difference in the real part of the refractive index between the basic structures in the region increases or does not differ in the direction from the region a toward the region c including the interface between the other of the two claddings and the periodic structure. It is characterized by.

本発明によれば、周期共鳴導波モードと一様導波モードの伝搬損失係数の差をさらに大きくすることができ、周期共鳴導波モード由来のX線ビームの透過強度を下げることなく、X線ビームの選択透過性能を向上させることができるX線導波路を提供することができる。   According to the present invention, the difference between the propagation loss coefficients of the periodic resonant waveguide mode and the uniform waveguide mode can be further increased, and without reducing the transmission intensity of the X-ray beam derived from the periodic resonant waveguide mode. An X-ray waveguide that can improve the selective transmission performance of a ray beam can be provided.

本発明のX線導波路の一実施形態を示す概略図である。It is the schematic which shows one Embodiment of the X-ray waveguide of this invention. 従来のX線導波路と本発明のX線導波路の比較を示す図である。It is a figure which shows the comparison of the conventional X-ray waveguide and the X-ray waveguide of this invention. 従来のX線導波路と本発明のX線導波路の比較を示す図である。It is a figure which shows the comparison of the conventional X-ray waveguide and the X-ray waveguide of this invention. 本発明の湾曲X線導波路の一実施形態を示す概略図である。It is the schematic which shows one Embodiment of the curved X-ray waveguide of this invention. 従来のX線導波路と本発明の湾曲X線導波路の比較を示す図である。It is a figure which shows the comparison of the conventional X-ray waveguide and the curved X-ray waveguide of this invention. 従来のX線導波路と本発明の湾曲X線導波路の比較を示す図である。It is a figure which shows the comparison of the conventional X-ray waveguide and the curved X-ray waveguide of this invention. 実施例及び比較例の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of an Example and a comparative example.

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

(基本構成)
図1は、本発明のX線導波路の一実施形態を示す概略図である。図1において、本発明のX線導波路は、屈折率実部が異なる2つの基本構造が周期的に配置された複数の領域によって形成される周期性構造体からなるコア101と、前記コア101を挟持し、X線をコアに閉じ込めるための2つのクラッド102とからなる。複数の領域が、領域a103、領域b104、領域c105で構成されており、前記領域a103が前記領域b104および前記領域c105に挟持されている。また、前記複数の領域のうち、前記2つの基本構造間の屈折率実部の差が最も小さい領域a103から、前記2つのクラッド102のうちの一方と前記周期性構造体との界面を含む領域b104に向かう方向に領域の前記基本構造間の屈折率実部の差が大きくなり、前記領域a103から前記2つのクラッド102のうちの他方と前記周期性構造体との界面を含む領域c105に向かう方向に領域の前記基本構造間の屈折率実部の差が大きくなるもしくは差がないことを特徴とする。
(Basic configuration)
FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of the X-ray waveguide of the present invention. In FIG. 1, an X-ray waveguide of the present invention includes a core 101 formed of a periodic structure formed by a plurality of regions in which two basic structures having different real refractive index portions are periodically arranged, and the core 101. And two clads 102 for confining X-rays in the core. A plurality of regions are configured by a region a103, a region b104, and a region c105, and the region a103 is sandwiched between the region b104 and the region c105. Of the plurality of regions, a region including an interface between one of the two claddings 102 and the periodic structure body from a region a103 having the smallest difference in real part of refractive index between the two basic structures. The difference in the real part of the refractive index between the basic structures in the region in the direction toward b104 increases, and the region a103 moves toward the region c105 including the interface between the other of the two claddings 102 and the periodic structure. The difference in the real part of the refractive index between the basic structures in the region in the direction is large or there is no difference.

また、本発明のX線導波路は、後述する様に、前記クラッドと前記周期性構造体との界面におけるX線の全反射臨界角が、前記コアの構造周期に起因するブラッグ角よりも大きく、かつ前記コアの周期性構造体を形成する前記屈折率実部が異なる基本構造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ことを特徴とする。   Further, in the X-ray waveguide of the present invention, as described later, the X-ray total reflection critical angle at the interface between the cladding and the periodic structure is larger than the Bragg angle due to the structural period of the core. And the total reflection critical angle in the interface of the basic structure in which the said refractive index real part which forms the periodic structure of the said core differs is smaller than the said Bragg angle, It is characterized by the above-mentioned.

(X線)
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である。具体的には、本発明においてX線とは、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には、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、下記の数式
(X-ray)
In the present invention, X-rays are electromagnetic waves in a wavelength band where the real part of the refractive index of a substance is 1 or less. Specifically, in the present invention, the X-ray refers to an electromagnetic wave having a wavelength of 100 nm or less including extreme ultraviolet light (Extreme Ultra Violet (EUV) light). Unlike the frequency band of electromagnetic waves (visible light and infrared rays) having a wavelength longer than the wavelength of ultraviolet light, the X-rays are different because the outermost electrons of a substance are extremely high and cannot respond to such short-wavelength electromagnetic wave frequencies. 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:

Figure 2014215175
Figure 2014215175

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 2014215175
Figure 2014215175

を用いて表される。原子固有のエネルギー吸収端が寄与する場合を除き一般に、δ及び It is expressed using In general, unless δ and the intrinsic energy absorption edge contribute, δ and

Figure 2014215175
Figure 2014215175

は物質の電子密度ρに比例する。よって、一般的には電子密度の大きい物質ほど屈折率実部が小さくなることになる。また、屈折率実部は、 Is proportional to the electron density ρ e of the material. Therefore, in general, a substance having a higher electron density has a smaller refractive index real part. The real part of the refractive index is

Figure 2014215175
Figure 2014215175

となる。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と称し、虚部を屈折率虚部と称する。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. 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 a refractive index real part and the imaginary part is referred to as a refractive index 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.

(コアとクラッドの関係)
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る。この全反射を実現するために、本発明のX線導波路は、コアとクラッドの界面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いものである。このときの全反射臨界角を界面からの角度として、θc−totalと表す。
(Relationship between core and clad)
The X-ray waveguide of the present invention guides the X-ray by confining the X-ray in the core by total reflection at the interface between the core and the clad. In order to realize this total reflection, in the X-ray waveguide of the present invention, the real part of the refractive index of the core at the interface between the core and the clad is larger than the real part of the refractive index of the clad. The total reflection critical angle at this time is expressed as θ c-total with the angle from the interface.

(閉じ込め関係)
このような周期構造と共鳴する電場強度分布を有するX線をクラッドによりコアに閉じ込めることにより、周期性と共鳴する導波モードを形成してX線を導波させることができる(周期共鳴導波モード)。一方、本発明のX線導波路のコアは無限に続く周期構造ではなく、クラッドに挟まれた有限の厚さをもつ周期性構造体なので、周期共鳴導波モード以外にも、コア全体をある平均的な屈折率をもつ均一な媒質とした場合の導波モード(一様導波モード)が存在する。
(Containment relationship)
By confining the X-ray having the electric field intensity distribution resonating with such a periodic structure in the core by the clad, a waveguide mode resonating with the periodicity can be formed to guide the X-ray (periodic resonance waveguide). mode). On the other hand, the core of the X-ray waveguide according to the present invention is not an infinite periodic structure, but a periodic structure having a finite thickness sandwiched between clads. There is a waveguide mode (uniform waveguide mode) in the case of a uniform medium having an average refractive index.

この一様導波モードに対し、本発明のX線導波路が発現する周期共鳴導波モードは、一様導波モードに比べて損失が少なく、位相がそろったものとなる。クラッドとコアの界面における全反射により、一様導波モード以外に上記の周期共鳴導波モードを形成するために本発明のX線導波路は、以下の条件を満たすように設計されている(図1参照)。   In contrast to the uniform waveguide mode, the periodic resonant waveguide mode in which the X-ray waveguide of the present invention appears has less loss than the uniform waveguide mode and has a uniform phase. The X-ray waveguide of the present invention is designed to satisfy the following conditions in order to form the above-described periodic resonant waveguide mode in addition to the uniform waveguide mode by total reflection at the interface between the cladding and the core ( (See FIG. 1).

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 2014215175
Figure 2014215175

と表される。 It is expressed.

またコアをなす周期性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 structural 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 2014215175
Figure 2014215175

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。 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.

Figure 2014215175
Figure 2014215175

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。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反射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次元周期性構造体に関しては、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。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角θc−multi(°)とする場合、下記の式が満たされる。 In the present invention, it is necessary that another condition is satisfied. 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 reflections originating from the periodic structure must occur. When total reflection occurs at the interface of the material constituting the periodic structure, for example, for a one-dimensional periodic structure, X-rays are confined in the component having the highest refractive index among the materials forming the laminated structure. As a result of the multiple interference being inhibited, 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. 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 an angle θ c-multi (°), the following equation is satisfied.

Figure 2014215175
Figure 2014215175

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 2014215175
Figure 2014215175

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 represented 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 0 in vacuum.

Figure 2014215175
Figure 2014215175

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. This X-ray is in phase over the entire thickness of the core, that is, becomes a spatially coherent X-ray, and has a small divergence angle determined by the wavelength of the X-ray and the core structural period from the end face of the waveguide. It is emitted at.

本発明のX線導波路のX線を閉じ込める次元は、膜状のコアをクラッドで挟み込んだ1次元のものであっても、導波方向に垂直な断面が円や方形等の形状のコアをクラッドで取り囲んだ2次元であっても構わない。2次元閉じ込め型導波路では、X線が2次元的に導波路内に閉じ込められることから、1次元閉じ込め型より発散性が抑制され、かつ小さなビームサイズのX線ビームを取り出すことができる。   Even if the dimension of the X-ray waveguide of the present invention for confining X-rays is a one-dimensional structure in which a film-like core is sandwiched between clads, a core whose cross section perpendicular to the waveguide direction is a circle or a rectangle is used. It may be two-dimensionally surrounded by a clad. In the two-dimensional confinement type waveguide, X-rays are confined two-dimensionally in the waveguide, so that the divergence is suppressed compared to the one-dimensional confinement type, and an X-ray beam having a small beam size can be extracted.

(クラッド材料)
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、式(A)で表される。本発明のX線導波路のクラッド材料は、導波路のその他の構造パラメータ、物性パラメータが、式(A)を満たすもので構成することができる。例えば、領域bまたはcとして、構造周期15nmでWOとBCが互いに積層した多層膜を用いた場合、Au、W、Taなどでクラッドを構成することができる。
(Clad material)
The total reflection critical angle θ c− from the direction parallel to the film surface when the real part of the refractive index of the clad side material at the interface between the clad and the core is n clad and the real part of the refractive index on the core side is n core. The total (°) is expressed by Expression (A) as n clad <n core . The clad material of the X-ray waveguide of the present invention can be configured by other structural parameters and physical property parameters of the waveguide satisfying the formula (A). For example, when a multilayer film in which WO 3 and B 4 C are stacked with each other with a structural period of 15 nm is used as the region b or c, the clad can be made of Au, W, Ta, or the like.

このような構成とすることにより、本発明のX線導波路は周期性と共鳴し、位相制御され、損失が少ない周期共鳴導波モードを形成して、X線を導波させることができる。   By adopting such a configuration, the X-ray waveguide of the present invention can resonate with periodicity, phase-control, form a periodic resonant waveguide mode with little loss, and guide X-rays.

(コア)
本発明のX線導波路は、コアに屈折率実部の異なる複数の物質からなる周期性構造体を用いることを特徴としている。コアが周期構造を有していることにより、導波路中に形成される導波モードが周期構造と共鳴したものとなる。このような異なる屈折率実部の周期構造は、周期数が無限の場合、伝搬定数とX線の角周波数との間でフォトニックバンドを形成し、コアの周期性と共鳴する特定のモードのX線しかこの構造中には存在できないことになる。
(core)
The X-ray waveguide of the present invention is characterized in that a periodic structure made of a plurality of substances having different real parts of the refractive index is used for the core. Since the core has a periodic structure, the waveguide mode formed in the waveguide resonates with the periodic structure. Such a periodic structure of different real part of the refractive index, when the number of periods is infinite, forms a photonic band between the propagation constant and the angular frequency of the X-ray and has a specific mode that resonates with the periodicity of the core. Only X-rays can exist in this structure.

前記周期性構造体は、基本構造が周期的に配列した構造体であり、層状構造を基本構造としてそれらが積層した1次元周期構造、シリンダー状構造を基本構造としてそれらが配列した2次元周期構造、ケージ構造を基本構造としてそれらが配列した3次元周期構造を例示することができる。本発明の導波路内に形成される導波モードは、前記周期性構造体の周期構造の各次元対応した多重反射に起因するものとなる。またこのようなモードは周期性により形成されるもので、X線の電場分布や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屈折率実部の大きい物質に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。   The periodic structure is a structure in which basic structures are periodically arranged, a one-dimensional periodic structure in which they are stacked with a layered structure as a basic structure, and a two-dimensional periodic structure in which they are arranged with a cylindrical structure as a basic structure A three-dimensional periodic structure in which the cage structure is arranged as a basic structure can be exemplified. The waveguide mode formed in the waveguide of the present invention is caused by multiple reflection corresponding to each dimension of the periodic structure of the periodic structure. Such a mode is formed by periodicity, and the positions of the antinodes and nodes of the X-ray electric field distribution and electric field intensity distribution coincide with the positions in the respective substance regions constituting the basic structure. At that 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 large real part of the refractive index of the periodic structure is smaller than that of other waveguide modes. Can be taken out.

本発明における周期性構造体は、結晶とは厳密な意味では異なるが、結晶で定義される結晶方位と同様に前記基本構造の周期的な配置の方向を示すことができる。前記周期性構造体の結晶方位は、結晶と同様にX線回折や電子線回折によって計測できる。   Although the periodic structure in the present invention is different from a crystal in a strict sense, it can indicate the direction of the periodic arrangement of the basic structure in the same manner as the crystal orientation defined by the crystal. The crystal orientation of the periodic structure can be measured by X-ray diffraction or electron diffraction as with the crystal.

図2を用いて、本発明のX線導波路の特徴を従来のX線導波路と比較して説明する。本発明のX線導波路では、コアが領域a、bおよびcから構成されており、領域aが領域bおよびcに挟持されている。また、領域bとcを形成する屈折率実部の異なる複数の成分間の屈折率実部の差が、領域aで同様に定義される屈折率実部の差よりも大きい(図2c)。コアの周期性構造体が単一である場合(領域aのみの場合、図2a)と比較して、本発明のX線導波路の特長を説明する。ここでは、領域aがAlとBCで構成され、領域bおよびcがWOとBCで構成されており、Wのクラッドで挟持されているX線導波路を例として有限要素法によるシミュレーション実験の結果を用いて説明している。周期性構造体の総周期数は100で構造周期は15nmである。ここで用いるシミュレーション実験の手法のほか、従来公知の理論検討やシミュレーション方法を用いて、本発明のX線導波路を設計することができる。 The characteristics of the X-ray waveguide of the present invention will be described using FIG. 2 in comparison with the conventional X-ray waveguide. In the X-ray waveguide of the present invention, the core is composed of the regions a, b, and c, and the region a is sandwiched between the regions b and c. Further, the difference in the real part of the refractive index between the components having different real parts of the refractive index forming the regions b and c is larger than the difference in the real part of the refractive index similarly defined in the region a (FIG. 2c). The features of the X-ray waveguide of the present invention will be described in comparison with the case where the core has a single periodic structure (in the case of only the region a, FIG. 2a). Here, as an example, the region a is composed of Al 2 O 3 and B 4 C, the regions b and c are composed of WO 3 and B 4 C, and the X-ray waveguide is sandwiched between W claddings. It explains using the result of the simulation experiment by the finite element method. The total number of periods of the periodic structure is 100 and the structure period is 15 nm. In addition to the simulation experiment method used here, the X-ray waveguide of the present invention can be designed using a conventionally known theoretical examination or simulation method.

図2bに、コアが領域aのみである場合に形成される導波モードの電場強度分布を示す。周期共鳴導波モードと、それに最も近い伝搬角を有して伝搬損失係数が周期共鳴導波モードの次に低い一様導波モード(以下、近接導波モード)が形成する電場強度分布をそれぞれ示しており、電場強度が周期性構造体の屈折率実部の分布に合わせて増減することが確認できる。ただし、両者の電場強度分布の包絡関数は異なっており、周期共鳴導波モードでは、周期性との共鳴によってコア中心に凸部を有する包絡関数を形成する一方、近接導波モードではコアの上下に1つずつの凸部を有する包絡関数を形成している(図2b)。   FIG. 2 b shows the electric field intensity distribution of the waveguide mode formed when the core is only the region a. The electric field intensity distribution formed by the periodic resonant waveguide mode and the uniform waveguide mode (hereinafter referred to as the proximity waveguide mode) that has the closest propagation angle and the next lowest propagation loss coefficient after the periodic resonant waveguide mode. It can be confirmed that the electric field strength increases or decreases in accordance with the distribution of the real part of the refractive index of the periodic structure. However, the envelope functions of the two electric field strength distributions are different. In the periodic resonant waveguide mode, an envelope function having a convex portion at the center of the core is formed by resonance with the periodicity, whereas in the proximity waveguide mode, the upper and lower sides of the core are An envelope function having one convex portion at a time is formed (FIG. 2b).

本発明のX線導波路では、周期共鳴導波モードでの電場強度分布の包絡関数の裾に相当する部分(比較的電場が集中しない部分)に、屈折率実部の差の大きい領域bおよびcを、領域aを挟持して配置する(図2c)。   In the X-ray waveguide of the present invention, a region b having a large difference in the real part of the refractive index is formed in a portion corresponding to the skirt of the envelope function of the electric field intensity distribution in the periodic resonant waveguide mode (portion where electric field is relatively not concentrated) c is arranged so as to sandwich the region a (FIG. 2c).

屈折率実部の差の大きな周期性構造体では、周期性に起因する多重反射の強度が強くなり、より周期性との共鳴効果を得られるため、領域bおよびcに比較的に集中するように変調された包絡関数が、周期共鳴導波モード及び近接導波モードで形成される(図2d)。領域bおよびcは屈折率実部の差を領域aよりも大きくするために、電子密度の大きな材料(WO)を用いている。その平均的な屈折率虚部の絶対値が大きくなり、吸収損失が大きくなる。領域aのみであるX線導波路の場合(図2b)の、電場強度の包絡関数の形状ゆえ、周期共鳴導波モードに比べて近接導波モードの方がより領域bおよびcへ集中するように変調され、結果として両者の伝搬損失係数の差が従来のX線導波路よりも大きくなる。 In a periodic structure having a large difference in the real part of the refractive index, the intensity of multiple reflection due to the periodicity is increased and a resonance effect with the periodicity can be obtained, so that it is relatively concentrated in the regions b and c. An envelope function that is modulated into a periodic resonant waveguide mode and a proximity guided mode is formed (FIG. 2d). In the regions b and c, a material (WO 3 ) having a high electron density is used in order to make the difference in the real part of the refractive index larger than that in the region a. The absolute value of the average refractive index imaginary part increases and the absorption loss increases. Because of the shape of the envelope function of the electric field strength in the case of the X-ray waveguide having only the region a (FIG. 2b), the proximity waveguide mode is more concentrated in the regions b and c than the periodic resonance waveguide mode. As a result, the difference between the two propagation loss coefficients becomes larger than that of the conventional X-ray waveguide.

図3は、周期数100の領域aの端の部分を領域bおよびcに置き換え、本発明のX線導波路を形成した際のシミュレーション実験の結果をまとめたものである。領域bおよびcの周期数は同一とし、その合計のNをパラメータとしてまとめている。N=0は領域aのみである場合(AlとBCからなる周期性構造体のみの場合)、N=100は領域aが完全に領域bおよびcで置換されている場合(WOとBCからなる周期性構造体のみの場合)である。周期共鳴導波モードの伝搬損失係数(μ)と透過率(T)及び近接導波モードの伝搬損失係数(μ)と透過率(T)を用いてまとめている。 FIG. 3 summarizes the results of a simulation experiment when the end portion of the region a having a period of 100 is replaced with regions b and c to form the X-ray waveguide of the present invention. The number of periods in regions b and c is the same, and the total N is summarized as a parameter. When N = 0 is only the region a (in the case of only a periodic structure composed of Al 2 O 3 and B 4 C), N = 100 is when the region a is completely replaced by the regions b and c ( (In the case of only a periodic structure composed of WO 3 and B 4 C). The propagation loss coefficient (μ R ) and transmittance (T R ) of the periodic resonant waveguide mode and the propagation loss coefficient (μ p ) and transmittance (T p ) of the proximity waveguide mode are summarized.

領域bおよびcで領域aが置き換えられていくにつれて(Nが増大するにつれて)μが増大することが確認されるが(図3a)、μ−μの値がN=0の場合よりも大きくなることが確認できる(図3b)。すなわち、周期共鳴導波モードの伝搬損失が大きくなるが、近接導波モードとの伝搬損失の差が大きくなり、従来よりも周期共鳴導波モードの選択透過性能が向上することがわかる。周期性構造体をコアとして用いたX線導波路では、周期共鳴導波モードの透過率Tとその選択透過性能T/Tがトレードオフ関係となるため、本明細書中では、周期共鳴導波モードの選択透過性能を下記の式(B)を用いて評価する。 Than when it is confirmed that mu R increases as going replaces the region a in the region b and c (as N increases) (Fig. 3a), the value of mu p - [mu] R is N = 0 (Fig. 3b). That is, the propagation loss of the periodic resonant waveguide mode is increased, but the difference of the propagation loss from the adjacent waveguide mode is increased, and it is understood that the selective transmission performance of the periodic resonant waveguide mode is improved as compared with the conventional case. In an X-ray waveguide using a periodic structure as a core, the transmittance T R of the periodic resonant waveguide mode and the selective transmission performance T R / T p are in a trade-off relationship. The selective transmission performance of the resonant waveguide mode is evaluated using the following formula (B).

Figure 2014215175
Figure 2014215175

ここで、Lは導波路の長さである。この式から、μ−μの値が大きければLを短くしても選択透過性能を維持あるいは向上させることができることがわかる。Lが短ければ、Tを大きくすることになる。X線導波路の設計においては、必要となる周期共鳴導波モードの透過率Tを設定し、Tとμとμp-の関数となる選択透過性能T/Tを算出して評価する。 Here, L is the length of the waveguide. From this equation, it can be seen that if the value of μ p −μ R is large, the selective transmission performance can be maintained or improved even if L is shortened. If L is short, it will increase the T R. In the X-ray waveguide design, set the transmittance T R of the periodic resonant waveguide mode required, it calculates a selected permeability T R / T p to be T R and mu R and mu p-function To evaluate.

図3cと図3dは、それぞれ、T=10−2とT=10−3と設定した際の、T/TをNに対して評価した結果である。N=50において、ともにT/Tが最大となっており、この条件が本発明のX線導波路が設計値として好ましいことがわかる。また、T=10−3の場合の方が、N=0(従来のX線導波路)に対するT/Tの増大率が大きく、Tを小さくすると、本発明のX線導波路の周期共鳴導波モードの選択透過性能が顕著になることがわかる。これは式(B)からもわかる。 FIGS. 3c and 3d show the results of evaluating T R / T p against N when T R = 10 −2 and T R = 10 −3 are set, respectively. At N = 50, both T R / T p are maximum, and it can be seen that this condition is preferable for the design value of the X-ray waveguide of the present invention. Further, in the case of T R = 10 −3 , the increase rate of T R / T p with respect to N = 0 (conventional X-ray waveguide) is larger, and when T R is reduced, the X-ray waveguide of the present invention is reduced. It can be seen that the selective transmission performance of the periodic resonant waveguide mode becomes remarkable. This can also be seen from equation (B).

また、本発明のX線導波路の領域bを構成する2つの基本構造をs、tとした時に、クラッドと接触している基本構造sの屈折率実部が、前記基本構造tの屈折率実部よりも小さく、かつ領域cを構成する2つの基本構造をu、vとした時に、クラッドと接触している基本構造uの屈折率実部が、前記基本構造vの屈折率実部よりも小さいことが好ましい。   Further, when the two basic structures constituting the region b of the X-ray waveguide of the present invention are s and t, the real part of the refractive index of the basic structure s in contact with the cladding is the refractive index of the basic structure t. When two basic structures that are smaller than the real part and constitute the region c are u and v, the refractive index real part of the basic structure u that is in contact with the cladding is larger than the refractive index real part of the basic structure v. Is preferably small.

(周期性構造体の材料)
本発明のX線導波路のコアに用いられる周期性構造体は、前述の本発明の導波路の構成を満たす限り、特に限定はされない。スパッタや蒸着法によって作製される多層膜や、フォトリソグラフィーや電子ビームリソグラフィー、エッチングプロセス、積層や貼り合わせ、などといった従来の半導体プロセスによって作製される周期性構造体等を用いることができる。また、自己集合によって形成されるメソ構造体膜やメソポーラス材料膜を前記コアの周期性構造体として用いることができる。これらは2次元以上の周期性構造体を利用する上で、これらはほぼ唯一の材料であると言っていい。上記の半導体プロセスでは、数十nm程度の周期の2次元以上の周期性構造体を形成することは、ほぼ不可能であるためである。また、周期性構造体を構成する物質に酸化物を用いることによって、酸化劣化を防ぐことができる。
(Material for periodic structures)
The periodic structure used for the core of the X-ray waveguide of the present invention is not particularly limited as long as it satisfies the above-described configuration of the waveguide of the present invention. A multilayer film produced by sputtering or vapor deposition, a periodic structure produced by a conventional semiconductor process such as photolithography, electron beam lithography, etching process, lamination, bonding, or the like can be used. Further, a mesostructured film or mesoporous material film formed by self-assembly can be used as the periodic structure of the core. It can be said that these are almost the only materials when using a periodic structure of two or more dimensions. This is because in the semiconductor process described above, it is almost impossible to form a two-dimensional or higher periodic structure having a period of about several tens of nanometers. In addition, oxidation degradation can be prevented by using an oxide as a material constituting the periodic structure.

コアの材料の屈折率の違いが、導波モードの変調のギャップ間隔依存性に寄与するため、必要とする導波路特性に応じて、適宜、コアの材料の屈折率を選定することができる。   Since the difference in the refractive index of the core material contributes to the gap interval dependency of the modulation of the waveguide mode, the refractive index of the core material can be appropriately selected according to the required waveguide characteristics.

(湾曲X線導波路)
本発明のX線導波路の他の実施態様として、コアおよびクラッドが湾曲部を有しており、前記コアが有する湾曲部が前記領域a、前記領域b、および前記領域cの各々の少なくとも一部で構成され、前記領域aの少なくとも一部、前記領域bの少なくとも一部、および前記領域cの少なくとも一部のうちの結晶方位が、X線の伝搬方向に沿って連続的に変化していることを含むことを特徴とする湾曲X線導波路が挙げられる。
(Curved X-ray waveguide)
As another embodiment of the X-ray waveguide of the present invention, the core and the clad have a curved portion, and the curved portion of the core includes at least one of the region a, the region b, and the region c. The crystal orientation of at least part of the region a, at least part of the region b, and at least part of the region c is continuously changed along the X-ray propagation direction. A curved X-ray waveguide characterized in that

また、導波路を構成する前記コア、及び前記クラッドの形状が湾曲している部分を含むX線導波路において、前記2つのクラッドのうちの一方と前記コアとの界面の曲率半径を規定する円Oの中心を原点とし、前記界面から円Oの外部へ向かう法線方向にy軸を定義した場合に、yを大きくする方向に、前記領域a、前記領域b、前記領域cがこの順に配置されていて、
前記領域aの屈折率実部の差と前記領域c屈折率実部の差が同一であり、
前記領域bの屈折率実部の差が前記領域aの屈折率実部の差よりも大きく、
前記領域bの屈折率実部の差が、前記領域cの屈折率実部の差よりも大きいことを特徴とする湾曲X線導波路が好ましい。
Further, in an X-ray waveguide including the core constituting the waveguide and a portion where the shape of the clad is curved, a circle defining a radius of curvature of an interface between one of the two clads and the core When the y-axis is defined in the normal direction from the interface toward the outside of the circle O with the center of O as the origin, the region a, the region b, and the region c are arranged in this order in the direction of increasing y. Have been
The difference between the real part of the refractive index of the region a and the difference between the real part of the refractive index of the region c are the same,
The difference in the real part of the refractive index of the region b is larger than the difference in the real part of the refractive index of the region a,
A curved X-ray waveguide characterized in that the difference in the real part of the refractive index in the region b is larger than the difference in the real part of the refractive index in the region c is preferable.

本発明のX線導波路では、図4aのように湾曲した形状の部分を有するX線導波路(湾曲X線導波路)にすることで、更なる周期共鳴導波モードの選択透過性能の向上が可能となる。本発明の湾曲X線導波路では、図4bのような座標系で、その曲率半径等を定義する。コアとそれを挟持する2つのクラッドを考え、コアと一方のクラッドとの界面の曲率半径を規定する円Oの中心を原点とし、該界面から円Oの外部へ向かう法線方向にy軸を定義する。y軸上にコアと一方のクラッドとの界面のy座標=yよりも大きいy座標=yにコアと他方のクラッドの界面が位置する。湾曲X線導波路の曲率半径Rは、円Oの半径としてyとなる。図4bにおいて、rは円柱座標系における軸のひとつ、θは円柱座標系における軸のひとつ、zは円柱座標系及び直交座標系における軸のひとつ、xは直交座標系における軸のひとつを表す。 In the X-ray waveguide of the present invention, the selective transmission performance of the periodic resonance waveguide mode is further improved by using an X-ray waveguide (curved X-ray waveguide) having a curved portion as shown in FIG. 4A. Is possible. In the curved X-ray waveguide of the present invention, its radius of curvature is defined in the coordinate system as shown in FIG. Considering the core and two clads sandwiching it, the origin of the center of the circle O that defines the radius of curvature of the interface between the core and one of the clads, and the y-axis in the normal direction from the interface to the outside of the circle O Define. On the y axis, the interface between the core and the other clad is located at y coordinate = y 1 which is larger than the y coordinate = y 0 of the interface between the core and one clad. The radius of curvature R of the curved X-ray waveguide is y 0 as the radius of the circle O. In FIG. 4b, r represents one of the axes in the cylindrical coordinate system, θ represents one of the axes in the cylindrical coordinate system, z represents one of the axes in the cylindrical coordinate system and the orthogonal coordinate system, and x represents one of the axes in the orthogonal coordinate system.

このようなX線導波路においては、コアを形成する領域a、bおよびcを形成する、屈折率実部の異なる物質から成る基本構造の周期的な配置が形成する上述の結晶方位のうち少なくともひとつがX線の伝搬方向に沿って連続的に変化していることによって、導波路を構成するコア、及びクラッドの形状が湾曲している部分が形成されている。結晶方位とは、周期性構造体中でその複数の基本構造が周期的に配置されている方向を表す。   In such an X-ray waveguide, at least one of the above crystal orientations formed by a periodic arrangement of basic structures made of materials having different real parts of refractive index, forming the regions a, b and c forming the core. One is continuously changing along the X-ray propagation direction, so that the core constituting the waveguide and the portion where the shape of the cladding is curved are formed. The crystal orientation represents a direction in which a plurality of basic structures are periodically arranged in the periodic structure.

本発明における、導波路を構成する前記コア、及び前記クラッドの形状が湾曲している部分を含むX線導波路において、yの値を大きくするにつれて領域c、領域a、領域bの順に配置されていて、領域aと領域cの前記屈折率実部の差が同一で、かつ領域bの前記屈折率実部の差が領域a及び領域cの前記屈折率実部の差よりも大きい場合に、特に顕著である。   In the X-ray waveguide including the core constituting the waveguide and the portion where the shape of the cladding is curved in the present invention, the region c, the region a, and the region b are arranged in this order as the value of y is increased. And the difference between the real part of the refractive index in the region a and the region c is the same, and the difference between the real part of the refractive index in the region b is larger than the difference between the real part of the refractive index in the region a and the region c. , Especially noticeable.

本発明の湾曲X線導波路のように、湾曲した光学素子を考える場合、円柱座標系(rθz座標系)を用いて考えることが便利である。円柱座標系から直交座標系(xyz座標系)に変換して、さらに近似すると、湾曲X線導波路は、直交座標系において、屈折率(複素屈折率)n(y)が直交座標系のy軸に沿って、以下の式(C)に従って変調された湾曲していないX線導波路と同義となる。   When considering a curved optical element such as the curved X-ray waveguide of the present invention, it is convenient to consider using a cylindrical coordinate system (rθz coordinate system). When converted from a cylindrical coordinate system to an orthogonal coordinate system (xyz coordinate system) and further approximated, the curved X-ray waveguide has a refractive index (complex refractive index) n (y) of y in the orthogonal coordinate system. Along the axis, it is synonymous with an uncurved X-ray waveguide modulated according to the following equation (C).

Figure 2014215175
Figure 2014215175

図2と同様に、図5に、領域aのみのコアの湾曲X線導波路と、本発明の湾曲X線導波路の比較を示す。図の縦軸の上がy軸の正の方向となる。ここでは、領域aおよびcがAlとBCで構成され、領域bがWOとBCで構成されており、Wのクラッドで挟持されているX線導波路を例として有限要素法によるシミュレーション実験の結果を用いて説明している。曲率半径を5.0mとし、周期性構造体の総周期数は100で構造周期は15nmである。領域bの屈折率実部の異なる複数の成分間の屈折率実部の差が、領域aで同様に定義される屈折率実部の差よりも大きく、一方で、領域cの該屈折率実部の差は領域aと同じとなっている。領域aのみの湾曲X線導波路(図5a)本発明のX線導波路(図5c)の屈折率実部は式(C)に従って変調された屈折率実部を示しており、図の下から上に向かって徐々に大きくなるトレンドを有している。 Similar to FIG. 2, FIG. 5 shows a comparison between the curved X-ray waveguide of the core having only the region a and the curved X-ray waveguide of the present invention. The top of the vertical axis in the figure is the positive direction of the y axis. Here, the regions a and c are composed of Al 2 O 3 and B 4 C, the region b is composed of WO 3 and B 4 C, and an X-ray waveguide sandwiched between W claddings is taken as an example. It explains using the result of the simulation experiment by the finite element method. The radius of curvature is 5.0 m, the total number of periodic structures is 100, and the structural period is 15 nm. The difference in the real part of the refractive index between components having different real parts of the refractive index in the region b is larger than the difference in the real part of the refractive index similarly defined in the region a, while the actual refractive index in the region c is different. The difference between the parts is the same as that in the region a. Curved X-ray waveguide of region a only (FIG. 5a) The real part of the refractive index of the X-ray waveguide of the present invention (FIG. 5c) shows the real part of the refractive index modulated according to the equation (C). It has a trend that gradually increases from top to bottom.

図5b及び図5dは、図5a及び図5cの構成のX線導波路内に形成される周期共鳴導波モード及び近接導波モードの電場強度分布を示している。領域aのみのコアの場合には、図2bの湾曲していないX線導波路に比べて、X線導波路が湾曲していることによってy座標の小さい方向に周期共鳴導波モードの電場強度分布の包絡関数がシフトしているに対し、近接導波モードの該包絡関数はy座標の大きい方向にシフトしている。よって、図5cに示す様に、コアのうち、比較的y座標の大きい部分に、屈折率実部の差がより大きい領域bを配置し、一方で領域cの屈折率実部の差は、領域aと同様の構成としている。   FIGS. 5b and 5d show the electric field strength distributions of the periodic resonant waveguide mode and the proximity waveguide mode formed in the X-ray waveguide having the configuration of FIGS. 5a and 5c. In the case of the core having only the region a, the electric field strength of the periodic resonant waveguide mode is smaller in the direction of the y-coordinate due to the curved X-ray waveguide than the uncurved X-ray waveguide of FIG. While the envelope function of the distribution is shifted, the envelope function of the near-waveguide mode is shifted in the direction in which the y coordinate is large. Therefore, as shown in FIG. 5c, a region b having a larger difference in the real part of the refractive index is arranged in a portion of the core having a relatively large y coordinate, while the difference in the real part of the refractive index in the region c is The configuration is the same as that of the region a.

このように周期性構造体を配置することによって、図4dに示すとおり、周期共鳴導波モードに比べて、近接導波モードの方が電場強度の包絡関数が、電子密度が高くX線の損失の大きい領域bの方にシフトすることになる。その結果、領域aのみの構成のX線導波路に比べて、周期共鳴導波モードと近接導波モードの伝搬損失係数の差が顕著になる。   By arranging the periodic structure in this way, as shown in FIG. 4d, the envelope function of the electric field strength is higher in the proximity waveguide mode than in the periodic resonance waveguide mode, and the electron density is higher and the loss of X-rays. It shifts to the area | region b with larger. As a result, the difference in the propagation loss coefficient between the periodic resonance waveguide mode and the proximity waveguide mode becomes significant as compared with the X-ray waveguide having only the region a.

図6は、周期数100の領域aのy座標が大きい部分を領域bに置き換え、本発明のX線導波路を形成した際のシミュレーション実験の結果をまとめたものである。ここでは、領域cは領域aと同一の構成としている。領域bの周期数N及び曲率半径Rをパラメータとし、図3の説明と同様の変数、及び評価方法でまとめている。N=0は領域aのみである場合(AlとBCからなる周期性構造体のみの場合)、N=100は領域aが完全に領域bで構成されている場合(WOとBCからなる周期性構造体のみの場合)である。図6a及び図6bは、それぞれ、T=10−2とT=10−3と設定した際の、式(B)から計算したT/TをN及びRに対して評価した結果の等高線図である。図3の湾曲していない本発明のX線導波路に比べて、より選択透過性能が向上していることがわかる。このようにシミュレーション実験の結果をもとに、本発明のX線導波路の設計値を決定することができる。 FIG. 6 summarizes the results of a simulation experiment in which an X-ray waveguide according to the present invention is formed by replacing a portion where the y coordinate of the region a having a period of 100 is large with the region b. Here, the region c has the same configuration as the region a. The number of periods N and the radius of curvature R of the region b are used as parameters, and are summarized using the same variables and evaluation methods as described in FIG. When N = 0 is only the region a (only in the case of a periodic structure composed of Al 2 O 3 and B 4 C), N = 100 is when the region a is completely composed of the region b (WO 3 And a periodic structure composed of B 4 C). 6a and 6b, respectively, T R = 10 -2 and T R = 10 -3 when you set, the results of evaluation of the T R / T p calculated from the formula (B) with respect to N and R FIG. It can be seen that the selective transmission performance is further improved as compared with the uncurved X-ray waveguide of the present invention shown in FIG. Thus, the design value of the X-ray waveguide of the present invention can be determined based on the result of the simulation experiment.

以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.

(実施例1)
本実施例は、クラッドにタングステン、領域aにBCとAlからなる多層膜、領域bおよびcにBCとWOからなる多層膜を用いた本発明のX線導波路の例である。
Example 1
In this example, the X-ray waveguide of the present invention uses tungsten as the cladding, a multilayer film made of B 4 C and Al 2 O 3 in the region a, and a multilayer film made of B 4 C and WO 3 in the regions b and c. It is an example.

本実施例のX線導波路の作製方法は、スパッタ法による以下のような工程が挙げられる。   The manufacturing method of the X-ray waveguide of the present embodiment includes the following steps by sputtering.

(a)クラッドの形成
Si基板上にマグネトロンスパッタリングによってタングステンを30nmの厚さで形成する。
(A) Formation of cladding Tungsten is formed to a thickness of 30 nm on a Si substrate by magnetron sputtering.

(b)コアの形成
マグネトロンスパッタリングによってWO、BCの順に交互に成膜して領域cを作製する。WOとBCの厚さは、それぞれ2.0nmと13.0nmとする。WOとBCは、それぞれ25層と25層形成する。
(B) Formation of core Regions c are formed by alternately forming films in the order of WO 3 and B 4 C by magnetron sputtering. The thicknesses of WO 3 and B 4 C are 2.0 nm and 13.0 nm, respectively. WO 3 and B 4 C form 25 layers and 25 layers, respectively.

続けて、マグネトロンスパッタリングによってAl、BCの順に交互に成膜して領域aを作製する。AlとBCの厚さは、それぞれ2.0nmと13.0nmとする。AlとBCは、それぞれ50層と50層形成する。 Subsequently, Al 2 O 3 and B 4 C are alternately formed in this order by magnetron sputtering to produce region a. The thicknesses of Al 2 O 3 and B 4 C are 2.0 nm and 13.0 nm, respectively. Al 2 O 3 and B 4 C are formed in 50 layers and 50 layers, respectively.

続けて、マグネトロンスパッタリングによってWO、BCの順に交互に成膜して領域bを作製する。WOとBCの厚さは、それぞれ2.0nmと13.0nmとする。WOとBCは、それぞれ26層と25層形成する。 Subsequently, the region b is formed by alternately forming films in the order of WO 3 and B 4 C by magnetron sputtering. The thicknesses of WO 3 and B 4 C are 2.0 nm and 13.0 nm, respectively. WO 3 and B 4 C form 26 and 25 layers, respectively.

(c)クラッドの形成
コアの上に、マグネトロンスパッタリングによってタングステンを30nmの厚さで形成する。
(C) Formation of clad Tungsten is formed on the core to a thickness of 30 nm by magnetron sputtering.

(d)導波路長の決定
導波路長が3.4mmになるように、ダイシング装置を用いて上記のSi基板上に形成されたX線導波路をSi基板と共に切断する。
(D) Determination of waveguide length The X-ray waveguide formed on the Si substrate is cut together with the Si substrate by using a dicing apparatus so that the waveguide length becomes 3.4 mm.

得られるX線導波路は、コアがクラッドにより挟まれた形となっており、コアとクラッドの界面での全反射によりX線をコアに閉じ込めるものである。この構成によれば、コアである多層膜の周期と、それをなす物質の屈折率実部の関係が
θ<θc−total及びθc−multi<θ
を満たしている。例えば、8keVのX線に対して、θc−total=0.431°(WO3とタングステンの界面の全反射臨界角)、θB=0.296°及びθc−multi=0.268°(WO3とB4Cの界面の全反射臨界角)であり、X線はクラッドおよびとコアとの界面における全反射によりコア中に閉じ込められ、周期共鳴導波モードを形成することができる。
The obtained X-ray waveguide has a shape in which the core is sandwiched between clads, and the X-rays are confined in the core by total reflection at the interface between the core and the clad. According to this configuration, the relationship between the period of the multilayer film as the core and the real part of the refractive index of the material forming the core is θ Bc-total and θ c-multiB
Meet. For example, for 8 keV X-rays, θc-total = 0.431 ° (total reflection critical angle at the interface between WO3 and tungsten), θB = 0.296 ° and θc-multi = 0.268 ° (WO3 and B4C X-rays are confined in the core by total reflection at the interface between the cladding and the core, and a periodic resonant waveguide mode can be formed.

X線(エネルギー:8keV)を前記X線導波路の端部から入射し、導波路終端部から出射される出射X線が導波路の後方(カメラ長:1500mm)で形成する干渉パターンをX線2次元検出器で測定する。導波モードの伝搬角に相当するX線入射角を徐々に変えて、その際に透過X線強度の積算値を取得する。   An X-ray is an interference pattern formed by X-rays (energy: 8 keV) incident from the end of the X-ray waveguide and formed by the emitted X-rays emitted from the end of the waveguide behind the waveguide (camera length: 1500 mm). Measure with a two-dimensional detector. The X-ray incident angle corresponding to the propagation angle of the waveguide mode is gradually changed, and the integrated value of the transmitted X-ray intensity is acquired at that time.

図7aに後述の比較例1と本実施例1の対比させた結果を示す。従来のX線導波路に比べて、周期共鳴導波モードによる透過X線強度のピークがシャープになっており、選択透過性能が向上していることがわかる。   FIG. 7 a shows the result of comparison between Comparative Example 1 and Example 1 described later. Compared with the conventional X-ray waveguide, the peak of the transmitted X-ray intensity by the periodic resonance waveguide mode is sharp, and it can be seen that the selective transmission performance is improved.

(実施例2)
本実施例は、クラッドにタングステン、領域aにBCとAlからなる多層膜、領域bにBCとWOからなる多層膜、領域cにBCとAlからなる多層膜を用いた本発明のX線導波路の例である。領域aと領域cは同一の構成であり、区別しない。
(Example 2)
In this example, the cladding is tungsten, the region a is a multilayer film composed of B 4 C and Al 2 O 3 , the region b is a multilayer film composed of B 4 C and WO 3 , and the region c is B 4 C and Al 2 O 3. It is an example of the X-ray waveguide of this invention using the multilayer film which consists of. The region a and the region c have the same configuration and are not distinguished.

本実施例のX線導波路の作製方法は、スパッタ法による以下のような工程が挙げられる。   The manufacturing method of the X-ray waveguide of the present embodiment includes the following steps by sputtering.

(a)クラッドの形成
Si基板上にマグネトロンスパッタリングによってタングステンを30nmの厚さで形成する。
(A) Formation of cladding Tungsten is formed to a thickness of 30 nm on a Si substrate by magnetron sputtering.

(b)コアの形成
マグネトロンスパッタリングによってAl、BCの順に交互に成膜して領域c及びaを作製する。AlとBCの厚さは、それぞれ2.0nmと13.0nmとし、多層膜の最下部の層はAlとする。AlとBCは、それぞれ90層と90層形成する。
(B) Formation of cores Regions c and a are formed by alternately forming films in the order of Al 2 O 3 and B 4 C by magnetron sputtering. The thicknesses of Al 2 O 3 and B 4 C are 2.0 nm and 13.0 nm, respectively, and the lowermost layer of the multilayer film is Al 2 O 3 . Al 2 O 3 and B 4 C form 90 layers and 90 layers, respectively.

続けて、マグネトロンスパッタリングによってWO、BCの順に交互に成膜して領域bを作製する。WOとBCの厚さは、それぞれ2.0nmと13.0nmとし、多層膜の最下部、及び最上部の層はWOとする。WOとBCは、それぞれ11層と10層形成する。 Subsequently, the region b is formed by alternately forming films in the order of WO 3 and B 4 C by magnetron sputtering. The thicknesses of WO 3 and B 4 C are 2.0 nm and 13.0 nm, respectively, and the lowermost and uppermost layers of the multilayer film are WO 3 . WO 3 and B 4 C form 11 layers and 10 layers, respectively.

(c)クラッドの形成
コアの上に、マグネトロンスパッタリングによってタングステンを30nmの厚さで形成する。
(C) Formation of clad Tungsten is formed on the core to a thickness of 30 nm by magnetron sputtering.

(d)導波路長の決定
導波路長が4.9mmになるように、ダイシング装置を用いて上記のSi基板上に形成されたX線導波路をSi基板と共に切断する。
(D) Determination of waveguide length The X-ray waveguide formed on the Si substrate is cut together with the Si substrate by using a dicing apparatus so that the waveguide length becomes 4.9 mm.

得られるX線導波路は、コアがクラッドにより挟まれた形となっており、コアとクラッドの界面での全反射によりX線をコアに閉じ込めるものである。この構成によれば、コアである多層膜の周期と、それをなす物質の屈折率実部の関係が
θ<θc−total及びθc−multi<θ
を満たしている。例えば、8keVのX線に対して、θc−total=0.431°(WO3とタングステンの界面の全反射臨界角)、θB=0.296°及びθc−multi=0.268°(WO3とB4Cの界面の全反射臨界角)であり、X線はクラッドおよびとコアとの界面における全反射によりコア中に閉じ込められ、周期共鳴導波モードを形成することができる。
The obtained X-ray waveguide has a shape in which the core is sandwiched between clads, and the X-rays are confined in the core by total reflection at the interface between the core and the clad. According to this configuration, the relationship between the period of the multilayer film as the core and the real part of the refractive index of the material forming the core is θ Bc-total and θ c-multiB
Meet. For example, for 8 keV X-rays, θc-total = 0.431 ° (total reflection critical angle at the interface between WO3 and tungsten), θB = 0.296 ° and θc-multi = 0.268 ° (WO3 and B4C X-rays are confined in the core by total reflection at the interface between the cladding and the core, and a periodic resonant waveguide mode can be formed.

X線(エネルギー:8keV)を前記X線導波路の端部から入射し、導波路終端部から出射される出射X線が導波路の後方(カメラ長:1500mm)で形成する干渉パターンをX線2次元検出器で測定する。導波モードの伝搬角に相当するX線入射角を徐々に変えて、その際に透過X線強度の積算値を取得する。   An X-ray is an interference pattern formed by X-rays (energy: 8 keV) incident from the end of the X-ray waveguide and formed by the emitted X-rays emitted from the end of the waveguide behind the waveguide (camera length: 1500 mm). Measure with a two-dimensional detector. The X-ray incident angle corresponding to the propagation angle of the waveguide mode is gradually changed, and the integrated value of the transmitted X-ray intensity is acquired at that time.

図7bに後述の比較例1と本実施例2の対比させた結果を示す。従来のX線導波路に比べて、周期共鳴導波モードによる透過X線強度のピークがシャープになっており、選択透過性能が向上していることがわかる。   FIG. 7 b shows the result of comparison between Comparative Example 1 and Example 2 described later. Compared with the conventional X-ray waveguide, the peak of the transmitted X-ray intensity by the periodic resonance waveguide mode is sharp, and it can be seen that the selective transmission performance is improved.

(実施例3)
本実施例は、クラッドにタングステン、領域aにBCとAlからなる多層膜、領域bおよびcにBCとWOからなる多層膜を用いた本発明の湾曲X線導波路の例である。
Example 3
In this example, the curved X-ray guide of the present invention using tungsten as the cladding, a multilayer film made of B 4 C and Al 2 O 3 in the region a, and a multilayer film made of B 4 C and WO 3 in the regions b and c. It is an example of a waveguide.

本実施例のX線導波路の作製方法は、スパッタ法による以下のような工程が挙げられる。   The manufacturing method of the X-ray waveguide of the present embodiment includes the following steps by sputtering.

(a)クラッドの形成
曲率半径Rが0.5mのガラス基板の凸面上にマグネトロンスパッタリングによってタングステンを30nmの厚さで形成する。
(A) Formation of cladding Tungsten is formed to a thickness of 30 nm on the convex surface of a glass substrate having a radius of curvature R of 0.5 m by magnetron sputtering.

(b)コアの形成
マグネトロンスパッタリングによってWO、BCの順に交互に成膜して領域cを作製する。WOとBCの厚さは、それぞれ2.0nmと13.0nmとし、多層膜の最下部の層はWOとする。WOとBCは、それぞれ5層と5層形成する。
(B) Formation of core Regions c are formed by alternately forming films in the order of WO 3 and B 4 C by magnetron sputtering. The thicknesses of WO 3 and B 4 C are 2.0 nm and 13.0 nm, respectively, and the lowermost layer of the multilayer film is WO 3 . WO 3 and B 4 C form 5 layers and 5 layers, respectively.

続けて、マグネトロンスパッタリングによってAl、BCの順に交互に成膜して領域aを作製する。AlとBCの厚さは、それぞれ2.0nmと13.0nmとし、多層膜の最下部の層はAlとする。AlとBCは、それぞれ90層と90層形成する。 Subsequently, Al 2 O 3 and B 4 C are alternately formed in this order by magnetron sputtering to produce region a. The thicknesses of Al 2 O 3 and B 4 C are 2.0 nm and 13.0 nm, respectively, and the lowermost layer of the multilayer film is Al 2 O 3 . Al 2 O 3 and B 4 C form 90 layers and 90 layers, respectively.

続けて、マグネトロンスパッタリングによってWO、BCの順に交互に成膜して領域bを作製する。WOとBCの厚さは、それぞれ2.0nmと13.0nmとし、多層膜の最下部、及び最上部の層はWOとする。WOとBCは、それぞれ6層と5層形成する。 Subsequently, the region b is formed by alternately forming films in the order of WO 3 and B 4 C by magnetron sputtering. The thicknesses of WO 3 and B 4 C are 2.0 nm and 13.0 nm, respectively, and the lowermost and uppermost layers of the multilayer film are WO 3 . WO 3 and B 4 C form 6 layers and 5 layers, respectively.

(c)クラッドの形成
コアの上に、マグネトロンスパッタリングによってタングステンを30nmの厚さで形成する。
(C) Formation of clad Tungsten is formed on the core to a thickness of 30 nm by magnetron sputtering.

(d)導波路長の決定
導波路長が4.8mmになるように、ダイシング装置を用いて上記のガラス基板上に形成されたX線導波路をガラス基板と共に切断する。
(D) Determination of waveguide length The X-ray waveguide formed on the glass substrate is cut together with the glass substrate by using a dicing apparatus so that the waveguide length becomes 4.8 mm.

得られるX線導波路は、コアがクラッドにより挟まれた形となっており、コアとクラッドの界面での全反射によりX線をコアに閉じ込めるものである。この構成によれば、コアである多層膜の周期と、それをなす物質の屈折率実部の関係が
θ<θc−total及びθc−multi<θ
を満たしている。例えば、8keVのX線に対して、θc−total=0.431°(WO3とタングステンの界面の全反射臨界角)、θB=0.296°及びθc−multi=0.268°(WO3とB4Cの界面の全反射臨界角)であり、X線はクラッドおよびとコアとの界面における全反射によりコア中に閉じ込められ、周期共鳴導波モードを形成することができる。
The obtained X-ray waveguide has a shape in which the core is sandwiched between clads, and the X-rays are confined in the core by total reflection at the interface between the core and the clad. According to this configuration, the relationship between the period of the multilayer film as the core and the real part of the refractive index of the material forming the core is θ Bc-total and θ c-multiB
Meet. For example, for 8 keV X-rays, θc-total = 0.431 ° (total reflection critical angle at the interface between WO3 and tungsten), θB = 0.296 ° and θc-multi = 0.268 ° (WO3 and B4C X-rays are confined in the core by total reflection at the interface between the cladding and the core, and a periodic resonant waveguide mode can be formed.

X線(エネルギー:8keV)を前記X線導波路の端部から入射し、導波路終端部から出射される出射X線が導波路の後方(カメラ長:1500mm)で形成する干渉パターンをX線2次元検出器で測定する。導波モードの伝搬角に相当するX線入射角を徐々に変えて、その際に透過X線強度の積算値を取得する。   An X-ray is an interference pattern formed by X-rays (energy: 8 keV) incident from the end of the X-ray waveguide and formed by the emitted X-rays emitted from the end of the waveguide behind the waveguide (camera length: 1500 mm). Measure with a two-dimensional detector. The X-ray incident angle corresponding to the propagation angle of the waveguide mode is gradually changed, and the integrated value of the transmitted X-ray intensity is acquired at that time.

図7cに後述の比較例1と本実施例3の対比させた結果を示す。従来のX線導波路に比べて、周期共鳴導波モードによる透過X線強度のピークがシャープになっており、選択透過性能が向上していることがわかる。   FIG. 7 c shows the result of comparison between Comparative Example 1 and Example 3 described later. Compared with the conventional X-ray waveguide, the peak of the transmitted X-ray intensity by the periodic resonance waveguide mode is sharp, and it can be seen that the selective transmission performance is improved.

(実施例4)
本実施例は、クラッドにタングステン、領域aにBCとAlからなる多層膜、領域bにBCとWOからなる多層膜、領域cにBCとAlからなる多層膜を用いた本発明のX線導波路の例である。領域aと領域cは同一の構成であり、区別しない。
Example 4
In this example, the cladding is tungsten, the region a is a multilayer film composed of B 4 C and Al 2 O 3 , the region b is a multilayer film composed of B 4 C and WO 3 , and the region c is B 4 C and Al 2 O 3. It is an example of the X-ray waveguide of this invention using the multilayer film which consists of. The region a and the region c have the same configuration and are not distinguished.

本実施例のX線導波路の作製方法は、スパッタ法による以下のような工程が挙げられる。   The manufacturing method of the X-ray waveguide of the present embodiment includes the following steps by sputtering.

(a)クラッドの形成
曲率半径が5.0mのガラス基板の凸面上にマグネトロンスパッタリングによってタングステンを30nmの厚さで形成する。
(A) Formation of clad Tungsten is formed with a thickness of 30 nm on a convex surface of a glass substrate having a curvature radius of 5.0 m by magnetron sputtering.

(b)コアの形成
マグネトロンスパッタリングによってAl、BCの順に交互に成膜して領域c及びaを作製する。AlとBCの厚さは、それぞれ2.0nmと13.0nmとし、多層膜の最下部の層はAlとする。AlとBCは、それぞれ60層と60層形成する。
(B) Formation of cores Regions c and a are formed by alternately forming films in the order of Al 2 O 3 and B 4 C by magnetron sputtering. The thicknesses of Al 2 O 3 and B 4 C are 2.0 nm and 13.0 nm, respectively, and the lowermost layer of the multilayer film is Al 2 O 3 . Al 2 O 3 and B 4 C form 60 layers and 60 layers, respectively.

続けて、マグネトロンスパッタリングによってWO、BCの順に交互に成膜して領域bを作製する。WOとBCの厚さは、それぞれ2.0nmと13.0nmとし、多層膜の最下部、及び最上部の層はWOとする。WOとBCは、それぞれ41層と40層形成する。 Subsequently, the region b is formed by alternately forming films in the order of WO 3 and B 4 C by magnetron sputtering. The thicknesses of WO 3 and B 4 C are 2.0 nm and 13.0 nm, respectively, and the lowermost and uppermost layers of the multilayer film are WO 3 . WO 3 and B 4 C form 41 layers and 40 layers, respectively.

(c)クラッドの形成
コアの上に、マグネトロンスパッタリングによってタングステンを30nmの厚さで形成する。
(C) Formation of clad Tungsten is formed on the core to a thickness of 30 nm by magnetron sputtering.

(d)導波路長の決定
導波路長が4.4mmになるように、ダイシング装置を用いて上記のガラス基板上に形成されたX線導波路をガラス基板と共に切断する。
(D) Determination of the waveguide length The X-ray waveguide formed on the glass substrate is cut together with the glass substrate by using a dicing apparatus so that the waveguide length becomes 4.4 mm.

得られるX線導波路は、コアがクラッドにより挟まれた形となっており、コアとクラッドの界面での全反射によりX線をコアに閉じ込めるものである。この構成によれば、コアである多層膜の周期と、それをなす物質の屈折率実部の関係が
θ<θc−total及びθc−multi<θ
を満たしている。例えば、8keVのX線に対して、θc−total=0.431°(WO3とタングステンの界面の全反射臨界角)、θB=0.296°及びθc−multi=0.268°(WO3とB4Cの界面の全反射臨界角)であり、X線はクラッドおよびとコアとの界面における全反射によりコア中に閉じ込められ、周期共鳴導波モードを形成することができる。
The obtained X-ray waveguide has a shape in which the core is sandwiched between clads, and the X-rays are confined in the core by total reflection at the interface between the core and the clad. According to this configuration, the relationship between the period of the multilayer film as the core and the real part of the refractive index of the material forming the core is θ Bc-total and θ c-multiB
Meet. For example, for 8 keV X-rays, θc-total = 0.431 ° (total reflection critical angle at the interface between WO3 and tungsten), θB = 0.296 ° and θc-multi = 0.268 ° (WO3 and B4C X-rays are confined in the core by total reflection at the interface between the cladding and the core, and a periodic resonant waveguide mode can be formed.

X線(エネルギー:8keV)を前記X線導波路の端部から入射し、導波路終端部から出射される出射X線が導波路の後方(カメラ長:1500mm)で形成する干渉パターンをX線2次元検出器で測定する。導波モードの伝搬角に相当するX線入射角を徐々に変えて、その際に透過X線強度の積算値を取得する。   An X-ray is an interference pattern formed by X-rays (energy: 8 keV) incident from the end of the X-ray waveguide and formed by the emitted X-rays emitted from the end of the waveguide behind the waveguide (camera length: 1500 mm). Measure with a two-dimensional detector. The X-ray incident angle corresponding to the propagation angle of the waveguide mode is gradually changed, and the integrated value of the transmitted X-ray intensity is acquired at that time.

図7dに後述の比較例1と本実施例4の対比させた結果を示す。従来のX線導波路に比べて、周期共鳴導波モードによる透過X線強度のピークがシャープになっており、選択透過性能が向上していることがわかる。また、他の実施例に比べても選択透過性能が高く、本発明の湾曲X線導波路を適切に設計することが選択透過性能向上に有効であることがわかる。   FIG. 7d shows the result of comparison between Comparative Example 1 and Example 4 described later. Compared with the conventional X-ray waveguide, the peak of the transmitted X-ray intensity by the periodic resonance waveguide mode is sharp, and it can be seen that the selective transmission performance is improved. In addition, the selective transmission performance is high as compared with the other examples, and it can be seen that appropriately designing the curved X-ray waveguide of the present invention is effective in improving the selective transmission performance.

(比較例1)
本比較例は、クラッドにタングステン、コアがBCとAlからなる多層膜(領域a)のみで構成された従来のX線導波路の例である。
(Comparative Example 1)
This comparative example is an example of a conventional X-ray waveguide in which the clad is made of tungsten and the core is made only of a multilayer film (region a) made of B 4 C and Al 2 O 3 .

本比較例のX線導波路の作製方法は、スパッタ法による以下のような工程が挙げられる。   As a method for producing the X-ray waveguide of this comparative example, the following steps by sputtering are listed.

(a)クラッドの形成
Si基板上にマグネトロンスパッタリングによってタングステンを30nmの厚さで形成する。
(A) Formation of cladding Tungsten is formed to a thickness of 30 nm on a Si substrate by magnetron sputtering.

(b)コアの形成
マグネトロンスパッタリングによってAl、BCの順に交互に成膜して領域aを作製する。AlとBCの厚さは、それぞれ2.0nmと13.0nmとし、多層膜の最下部、及び最上部の層はAlとする。AlとBCは、それぞれ101層と100層形成する。
(B) Formation of core Region a is formed by alternately forming films of Al 2 O 3 and B 4 C in this order by magnetron sputtering. The thicknesses of Al 2 O 3 and B 4 C are 2.0 nm and 13.0 nm, respectively, and the lowermost and uppermost layers of the multilayer film are Al 2 O 3 . Al 2 O 3 and B 4 C are formed as 101 layers and 100 layers, respectively.

(c)クラッドの形成
コアの上に、マグネトロンスパッタリングによってタングステンを30nmの厚さで形成する。
(C) Formation of clad Tungsten is formed on the core to a thickness of 30 nm by magnetron sputtering.

(d)導波路長の決定
導波路長が5.4mmになるように、ダイシング装置を用いて上記のSi基板上に形成されたX線導波路をSi基板と共に切断する。
(D) Determination of waveguide length The X-ray waveguide formed on the Si substrate is cut together with the Si substrate by using a dicing apparatus so that the waveguide length becomes 5.4 mm.

得られるX線導波路は、コアがクラッドにより挟まれた形となっており、コアとクラッドの界面での全反射によりX線をコアに閉じ込めるものである。この構成によれば、コアである多層膜の周期と、それをなす物質の屈折率実部の関係が
θ<θc−total及びθc−multi<θ
を満たしている。例えば、8keVのX線に対して、θc−total=0.474°(Al2O3とタングステンの界面の全反射臨界角)、θB=0.296°及びθc−multi=0.182°(Al2O3とB4Cの界面の全反射臨界角)であり、X線はクラッドおよびとコアとの界面における全反射によりコア中に閉じ込められ、周期共鳴導波モードを形成することができる。
The obtained X-ray waveguide has a shape in which the core is sandwiched between clads, and the X-rays are confined in the core by total reflection at the interface between the core and the clad. According to this configuration, the relationship between the period of the multilayer film as the core and the real part of the refractive index of the material forming the core is θ Bc-total and θ c-multiB
Meet. For example, for 8 keV X-rays, θc-total = 0.474 ° (total reflection critical angle at the interface between Al 2 O 3 and tungsten), θB = 0.296 ° and θc-multi = 0.182 ° (Al 2 O 3 and B 4 C X-rays are confined in the core by total reflection at the interface between the cladding and the core, and a periodic resonant waveguide mode can be formed.

X線(エネルギー:8keV)を前記X線導波路の端部から入射し、導波路終端部から出射される出射X線が導波路の後方(カメラ長:1500mm)で形成する干渉パターンをX線2次元検出器で測定する。導波モードの伝搬角に相当するX線入射角を徐々に変えて、その際に透過X線強度の積算値を取得する。   An X-ray is an interference pattern formed by X-rays (energy: 8 keV) incident from the end of the X-ray waveguide and formed by the emitted X-rays emitted from the end of the waveguide behind the waveguide (camera length: 1500 mm). Measure with a two-dimensional detector. The X-ray incident angle corresponding to the propagation angle of the waveguide mode is gradually changed, and the integrated value of the transmitted X-ray intensity is acquired at that time.

図7に実施例との対比として比較例1の結果を示す。   FIG. 7 shows the result of Comparative Example 1 as a comparison with the example.

本発明にかかるX線導波路は、位相の揃ったX線ビームを提供することが可能となり、さらにその透過率などの導波特性を調整することができ、X線を用いた分析技術やイメージング手法等で有用である。   The X-ray waveguide according to the present invention can provide an X-ray beam having a uniform phase, and can further adjust waveguide characteristics such as transmittance, Useful in imaging techniques.

101 コア
102 クラッド
103 領域a
104 領域b
105 領域c
101 Core 102 Cladding 103 Region a
104 region b
105 region c

Claims (5)

屈折率実部が異なる2つの基本構造が周期的に配置された複数の領域によって形成される周期性構造体からなるコアと、前記コアを挟持し、X線をコアに閉じ込めるための2つのクラッドと、からなるX線導波路であって、
前記クラッドと前記周期性構造体との界面におけるX線の全反射臨界角が、前記コアの構造周期に起因するブラッグ角よりも大きく、かつ前記コアの周期性構造体を形成する前記屈折率実部が異なる基本構造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、
前記複数の領域のうち、前記2つの基本構造間の屈折率実部の差が最も小さい領域aから、
前記2つのクラッドのうちの一方と前記周期性構造体との界面を含む領域bに向かう方向に領域の前記基本構造間の屈折率実部の差が大きくなり、
前記領域aから前記2つのクラッドのうちの他方と前記周期性構造体との界面を含む領域cに向かう方向に領域の前記基本構造間の屈折率実部の差が大きくなるもしくは差がないことを特徴とするX線導波路。
A core composed of a periodic structure formed by a plurality of regions in which two basic structures having different real refractive indexes are periodically arranged, and two clads for sandwiching the core and confining X-rays in the core An X-ray waveguide comprising:
The critical angle of total reflection of X-rays at the interface between the cladding and the periodic structure is larger than the Bragg angle due to the structural period of the core, and the refractive index actual that forms the periodic structure of the core The critical angle for total reflection at the interface of the basic structure with different parts is smaller than the Bragg angle,
Of the plurality of regions, from the region a where the difference in the real part of the refractive index between the two basic structures is the smallest,
The difference in the real part of the refractive index between the basic structures in the region increases in the direction toward the region b including the interface between one of the two claddings and the periodic structure,
The difference in the real part of the refractive index between the basic structures in the region increases or does not differ in the direction from the region a toward the region c including the interface between the other of the two claddings and the periodic structure. An X-ray waveguide characterized by the above.
前記複数の領域が、前記領域a、前記領域b、前記領域cで構成されており、前記領域aが前記領域bおよび前記領域cに挟持されていることを特徴とする請求項1に記載のX線導波路。   The plurality of regions are configured by the region a, the region b, and the region c, and the region a is sandwiched between the region b and the region c. X-ray waveguide. 前記コアおよび前記クラッドが湾曲部を有しており、前記コアが有する湾曲部が前記領域a、前記領域b、および前記領域cの各々の少なくとも一部で構成され、前記領域aの少なくとも一部、前記領域bの少なくとも一部、および前記領域cの少なくとも一部のうちの結晶方位が、X線の伝搬方向に沿って連続的に変化していることを含む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。   The core and the clad have a curved portion, and the curved portion of the core includes at least a part of each of the region a, the region b, and the region c, and at least a part of the region a. 2. The crystal orientation of at least a part of the region b and at least a part of the region c continuously changes along the X-ray propagation direction. Or the X-ray waveguide of 2. 導波路を構成する前記コア、及び前記クラッドの形状が湾曲している部分を含むX線導波路において、
前記2つのクラッドのうちの一方と前記コアとの界面の曲率半径を規定する円Oの中心を原点とし、前記界面から円Oの外部へ向かう法線方向にy軸を定義した場合に、yを大きくする方向に、前記領域a、前記領域b、前記領域cがこの順に配置されていて、
前記領域aの屈折率実部の差と前記領域c屈折率実部の差が同一であり、
前記領域bの屈折率実部の差が前記領域aの屈折率実部の差よりも大きく、
前記領域bの屈折率実部の差が、前記領域cの屈折率実部の差よりも大きいことを特徴とする請求項2または3に記載X線導波路。
In the X-ray waveguide including the core constituting the waveguide and a portion where the shape of the clad is curved,
When the y axis is defined in the normal direction from the interface to the outside of the circle O with the center of the circle O defining the radius of curvature of the interface between one of the two claddings and the core as the origin, The region a, the region b, and the region c are arranged in this order in the direction of increasing
The difference between the real part of the refractive index of the region a and the difference between the real part of the refractive index of the region c are the same,
The difference in the real part of the refractive index of the region b is larger than the difference in the real part of the refractive index of the region a,
4. The X-ray waveguide according to claim 2, wherein a difference in the real part of the refractive index in the region b is larger than a difference in the real part of the refractive index in the region c.
前記領域bを構成する2つの基本構造をs、tとした時に、前記クラッドと接触している基本構造sの屈折率実部が、前記基本構造tの屈折率実部よりも小さく、
かつ前記領域cを構成する2つの基本構造をu、vとした時に、前記クラッドと接触している基本構造uの屈折率実部が、前記基本構造vの屈折率実部よりも小さいことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかの項に記載のX線導波路。
When the two basic structures constituting the region b are s and t, the refractive index real part of the basic structure s in contact with the cladding is smaller than the refractive index real part of the basic structure t,
And when the two basic structures constituting the region c are u and v, the real part of the refractive index of the basic structure u in contact with the cladding is smaller than the real part of the refractive index of the basic structure v. The X-ray waveguide according to any one of claims 1 to 4, wherein the X-ray waveguide is characterized by the following.
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