JPWO2015140924A1 - 多層膜反射鏡、分光装置、および高次高調波の分光方法 - Google Patents

Abstract

本発明に係る多層膜反射鏡（２Ａ、２Ｂ、２）は、第１材料から成る軽元素層（２１）と、前記第１材料よりも屈折率の大きい第２材料から成る重元素層（２２）とが交互に複数積層され、入射される光のうち一部の波長範囲を選択的に反射する多層膜反射鏡である。前記多層膜反射鏡は、前記波長範囲内において夫々入射角での反射帯域幅（Ｗ）が、夫々略等しいことを特徴とする。

Description

本発明は、多層膜反射鏡、分光装置、および高次高調波の分光方法に関し、例えば、極端紫外光波長領域から軟Ｘ線波長領域の一部を選択的に取り出すための多層膜反射鏡、当該多層膜反射鏡を備えた分光装置、および当該分光装置を用いて高次高調波から単一次数成分を取り出す高次高調波の分光方法に関する。

一般に、特定の原子・分子から成る媒質中にレーザー光を入射すると、レーザー光と媒質との非線形相互作用により、入射光の整数倍の光子エネルギーを有し、時間的・空間的なコヒーレンスを有する光が発生する現象が知られている。

上記の現象を利用した高次高調波を発生させる高次高調波発生装置として、例えば、１．５５ｅＶの光子エネルギーを有するフェムト秒チタンサファイアレーザーを励起光源として１２０ｅＶ程度までのコヒーレント光を発生させる装置がある。この高次高調波発生装置から発生した極端紫外線から軟Ｘ線のコヒーレント光は、フェムト秒からアト秒の極短パルス幅を持つことが知られている。上記高次高調波発生装置によれば、高次高調波を発生させるための媒質として希ガスを用いた場合、３．１ｅＶの次数ピーク間隔で２ｅＶ程度のエネルギー帯域を持ったコヒーレント光を発生させることができる。

このような高次高調波発生装置から発生したコヒーレント光（高次高調波）は、例えば光電子分光に用いることができる。上記高次高調波発生装置から発生した高次高調波は、励起光である１．５５ｅＶから軟Ｘ線領域の１２０ｅＶ程度までの波長領域にわたって励起エネルギーの奇数倍の離散的な光子エネルギースペクトルを持つ。そのため、上記高次高調波を光電子分光に用いる場合、単一の高次数成分のみを取り出し、且つ単一の次数成分を取り出すことが可能なエネルギー範囲（波長範囲）を増やす必要があった。

また、特に、上記高次高調波を時間分解光電子分光に利用する場合には、極短パルス幅も重要となる。高次高調波の極短パルス幅を損なうことなく所望の単一次数成分の光を取り出すためには、光学素子に起因する各種の分散を抑制しなければならない。また、パルス光の光子エネルギー帯域とパルス幅との間には反比例の関係があるため、夫々の次数成分に含まれる光子エネルギー帯域を損なうことなく取り出さないと、極短パルス幅が損なわれる虞がある。

上記の分光時の問題を解決するために、従来から、高次高調波から軟Ｘ線領域の所望の単一次数成分のみを取り出すための分光装置が種々検討されてきた。

例えば、非特許文献１には、回折格子対、トロイダルミラー、およびスリットを組み合わせた分光装置が開示されている。また、重元素から成る層と軽元素から成る層を所定の周期長で多数積層させた多層膜反射鏡を用いた分光装置も知られている。

Luca Poletto, et al., "Time-delay compensated monochromator for the spectral selection of extreme-ultraviolet high-order laser harmonics" American Institude of Physics,REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS 80, 123109, 15 December 2009.

上記非特許文献１に記載の分光装置によれば、高次高調波ビームの入射角を変えることによって、所望の次数成分のみを取り出すことが可能となる。

しかしながら、上記非特許文献１に記載の分光装置では、所望の次数成分を精度良く取り出すために、極めて精密な光学アライメントが必要であった。例えば、角度分散によるパルス幅の伸延を抑制するために、対向配置する回折格子対とトロイダルミラーを極めて正確に配置しなければならない。また、取り出された高調波ビームの空間形状の劣化を抑えるために、トロイダルミラーを理想的な光学位置からずれないように配置する必要がある。

また、上記非特許文献１に記載の分光装置では、回折格子のブレーズ角および入射角に制限があるため、単一次数成分を取り出すことが可能な波長範囲を広げることが困難であった。更に、取り出された特定の次数成分のパルス幅を確認するために、新たな光学系を付加しなければならないという問題もあった。

一方、多層膜反射鏡を用いた分光装置によれば、低分散に、且つ空間形状を劣化させることなく、軟Ｘ線領域の光を取り出すことが可能となる。しかしながら、従来の多層膜反射鏡を用いた分光装置では、単一次数成分を取り出すことが可能な波長範囲を広げるために、複数の多層膜反射鏡を用意する必要があった。以下、このことについて詳細に説明する。

図２４乃至および図２７に、従来の多層膜反射鏡の反射特性の一例を示す。
図２４は、従来のスカンジウムとシリコンからなる多層膜反射鏡の入射角に対する反射特性を示す図である。図２５は、図２４における入射角１０度、３０度、５０度での光子エネルギーに対する反射特性を示す図である。また、図２６は、炭化ケイ素（シリコンカーバイド）とマグネシウムからなる多層膜反射鏡の入射角に対する反射特性を示す図である。図２７は、図２６における入射角１０度、３０度、５０度での光子エネルギーに対する反射特性を示す図である。
図２４および２６において、横軸は入射角θを表し、縦軸は光子エネルギーを表す。同図では、反射率が高い部分が白色で表され、反射率が低く部分が黒色で表わされている。また、図２５および図２７において、横軸は光子エネルギーを表し、縦軸は反射率を表す。

図２４には、周期長を２４ｎｍとし、周期長に対するスカンジウムから成る層の厚さの比率を０．４とし、スカンジウムおよびシリコンの積層ペア数を５０とした場合の多層膜反射鏡の反射特性が示されている。また、図２６には、周期長を１５．２ｎｍとし、周期長に対する炭化ケイ素から成る層の厚さの比率を０．４とし、炭化ケイ素およびマグネシウムの積層ペア数を５０とした場合の多層膜反射鏡の反射特性が示されている。

分光装置に搭載されている多層膜反射鏡は、一般に、図２４乃至図２７に示されるように特定の光子エネルギー成分に対する反射率が最適になるように設計されている。換言すれば、従来の多層膜反射鏡は、高次高調波に含まれる特定の（一つの）次数成分の光を反射し、それ以外の次数成分の光を反射しないように、積層材料、膜厚、および積層数等が選択されている。例えば、上記の２つの多層膜反射鏡は、共に、入射角が１０度のときに特定の次数成分に対する反射率が最適になるように設計されている。そのため、図２４乃至図２７に示されるように、多層膜反射鏡の入射角を１０度からずらすと反射プロファイルが大きく変化してしまう。特に、材料の吸収端において反射率が大きく変化するため、特定の入射角（１０度）以外において適切な反射特性は得られない。したがって、仮に、上記の多層膜反射鏡に入射する高次高調波ビームの入射角を変えたとしても、反射帯域の広帯域化と反射率の低下により、夫々の入射角で夫々単一の次数成分を取り出すことは困難である。

このような理由から、従来の分光装置では、一種類の多層膜反射鏡によって一つの次数成分の光しか取り出すことができなかった。そのため、従来の分光装置において単一次数成分の取り出し可能な波長範囲を広げるには、分光装置内に反射特性の異なる多層膜反射鏡を多数設け、取り出したい次数成分に応じてそれらを適宜切り替える必要があった。

本発明は、以上のような課題を解消するためになされたものであり、その目的とするところは、一つの多層膜反射鏡によって、高次高調波から複数の単一次数成分を取り出すことにある。

また、本発明の別の目的は、高次高調波から所望の単一次数成分を簡便に取り出すことにある。

また、本発明の別の目的は、品質を低下させることなく、高次高調波から所望の単一次数成分を取り出すことにある。

本発明に係る多層膜反射鏡は、入射光のうち一部の波長範囲を選択的に反射する多層膜反射鏡であって、前記波長範囲内において夫々の入射角での反射帯域幅が、夫々略等しいことを特徴とする。

本発明に係る多層膜反射鏡によれば、ブラッグの回折条件を満たす入射角で高次高調波ビームを入射したとき、複数の単一次数成分を取り出すことが可能となる。

図１は、本発明に係る多層膜反射鏡を備えた分光装置を示す図である。 図２は、本発明に係る多層膜反射鏡の断面構造を模式的に示す図である。 図３は、マグネシウムの３０ｅＶから５０ｅＶまでの光子エネルギー範囲における光学定数を例示する図である。 図４は、スカンジウムの３０ｅＶから５０ｅＶまでの光子エネルギー範囲における光学定数を例示する図である。 図５は、シリコンの３０ｅＶから５０ｅＶまでの光子エネルギー範囲における光学定数を例示する図である。 図６は、アルミニウムの４０ｅＶから７０ｅＶまでの光子エネルギー範囲における光学定数を例示する図である。 図７は、マグネシウムの４０ｅＶから７０ｅＶまでの光子エネルギー範囲における光学定数を例示する図である。 図８は、イットリウムの７０ｅＶから１２０ｅＶまでの光子エネルギー範囲における光学定数を例示する図である。 図９は、シリコンの７０ｅＶから１２０ｅＶまでの光子エネルギー範囲における光学定数を例示する図である。 図１０は、高調波ビーム１０のスペクトルの一例を示す図である。 図１１は、励起光１．５５ｅＶの高次高調波に対応したマグネシウムとシリコンカーバイドの積層ペアから成る多層膜反射鏡の入射角に対する反射特性を表す図である。 図１２は、図１１における入射角１０度、３０度、５０度での光子エネルギーに対する反射特性を示す図である。 図１３は、図１１の反射特性を持つ多層膜反射鏡２Ａ、２Ｂを分光装置１００に適用した場合の反射特性を示す図である。 図１４は、励起光１．５５ｅＶの高次高調波に対応したアルミニウムとジルコニウムの積層ペアから成る多層膜反射鏡の入射角に対する反射特性を表す図である。 図１５は、図１４における入射角１０度、３０度、５０度での光子エネルギーに対する反射特性を示す図である。 図１６は、励起光１．５５ｅＶの高次高調波に対応したイットリウムとモリブデンの積層ペアから成る多層膜反射鏡の入射角に対する反射特性を表す図である。 図１７は、図１６における入射角１０度、３０度、５０度での光子エネルギーに対する反射特性を示す図である。 図１８は、励起光３．１ｅＶの高次高調波に対応したマグネシウムとシリコンカーバイドの積層ペアから成る多層膜反射鏡の光子エネルギーに対する反射特性を示す図である。 図１９は、励起光３．１ｅＶの高次高調波に対応したアルミニウムとジルコニウムの積層ペアから成る多層膜反射鏡の光子エネルギーに対する反射特性を示す図である。 図２０は、励起光０．７ｅＶの高次高調波に対応したマグネシウムとシリコンカーバイドの積層ペアから成る多層膜反射鏡の光子エネルギーに対する反射特性を示す図である。 図２１は、励起光０．７ｅＶの高次高調波に対応したアルミニウムとジルコニウムの積層ペアから成る多層膜反射鏡の光子エネルギーに対する反射特性を示す図である。 図２２は、分光装置１００内における多層膜反射鏡２Ａ、２Ｂの配置例を示す図である。 図２３は、分光装置１００内における多層膜反射鏡２Ａ、２Ｂの別の配置例を示す図である。 図２４は、従来のスカンジウムとシリコンからなる多層膜反射鏡の入射角に対する反射特性を示す図である。 図２５は、図２４における入射角１０度、３０度、５０度での光子エネルギーに対する反射率の特性を示す図である。 図２６は、従来の炭化ケイ素とマグネシウムからなる多層膜反射鏡の入射角に対する反射特性を示す図である。 図２７は、図２６における入射角１０度、３０度、５０度での光子エネルギーに対する反射特性を示す図である。

１．実施の形態の概要
本発明に係る代表的な実施の形態について概要を説明する。以下の説明において、括弧を付して参照する図面中の参照符号はそれが付された構成要素の概念に含まれるものを例示するに過ぎない。

〔１〕（多層膜反射鏡）
本発明に係る多層膜反射鏡（２Ａ、２Ｂ、２）は、第１材料から成る軽元素層（２１）と、前記第１材料よりも屈折率の大きい第２材料から成る重元素層（２２）とが交互に複数積層され、入射される光のうち一部の波長範囲を選択的に反射する多層膜反射鏡である。前記多層膜反射鏡は、前記波長範囲内において夫々の入射角での反射帯域幅（Ｗ）が、夫々略等しいことを特徴とする。

これによれば、多層膜反射鏡に対する高次高調波ビームの入射角（θ）を変えることで、上記高次高調波から複数の単一次数成分の光を精度良く取り出すことが可能となる。すなわち、一種類の多層膜反射鏡によって、高次高調波から複数の単一次数成分を取り出すことが可能となる。

また、上記多層膜反射鏡を回転させるだけで複数の単一次数成分の光を容易に取り出すことができるので、従来の回折格子を用いる分光方法のような精密な光学アライメントが不必要となる。すなわち、上記多層膜反射鏡によれば、高次高調波から所望の単一次数成分を簡便に取り出すことが可能となる。

〔２〕（軽元素層および重元素層の特徴）
上記多層膜反射鏡において、夫々の前記入射角での反射帯域幅（Ｗ）が、前記高次高調波に含まれる前記波長範囲内の次数成分が持つ光子エネルギー帯域（Ｅｗ）よりも広く、且つ前記高次高調波の隣り合う次数成分の光子エネルギー間隔（Ｅｓ）よりも狭くてもよい。

これによれば、高次高調波に含まれる次数成分のエネルギー帯域を損ねることなく、所望の次数成分の光を取り出すことが可能となる。また、上記多層膜反射鏡を用いて分光を行う場合、多層膜を構成する薄膜材料に起因する光学分散のみを考慮すればよく、極短パルス幅を損なうことなく取り出すことが可能となる。すなわち、上記多層膜反射鏡によれば、品質を低下させることなく、高次高調波から所望の単一次数成分を取り出すことが可能となる。

〔３〕（軽元素層の具体例）
上記〔２〕の多層膜反射鏡において、前記第１材料は、マグネシウム、アルミニウム、およびイットリウムの何れか一つを主成分とする材料であってもよい。

〔４〕（軽元素層および重元素層の組み合わせの具体例１）
上記〔２〕の多層膜反射鏡において、前記第１材料がマグネシウムを主成分とする材料であり、前記第２材料が炭化ケイ素を主成分とする材料であってもよい。

〔５〕（軽元素層および重元素層の組み合わせの具体例１）
上記〔２〕の多層膜反射鏡において、前記第１材料がアルミニウムを主成分とする材料であり、前記第２材料がジルコニウムを主成分とする材料であってもよい。

〔６〕（軽元素層および重元素層の組み合わせの具体例１）
上記〔２〕の多層膜反射鏡において、前記第１材料がイットリウムを主成分とする材料であり、前記第２材料がモリブデンを主成分とする材料であってもよい。

〔７〕（励起光１．５５ｅＶの高次高調波に対応した重元素比）
上記〔３〕乃至〔６〕の何れかの多層膜反射鏡において、前記多層膜反射鏡の周期長（Ｄ１＋Ｄ２）に対する前記重元素層の厚さ（Ｄ２）の比率が０．１であってもよい。

これによれば、１．５５ｅＶの励起光に基づく高次高調波に対して最適な反射特性を有する多層膜反射鏡を実現することが可能となる。

〔８〕（励起光３．１ｅＶの高次高調波に対応した重元素比）
上記〔３〕乃至〔６〕の何れかの多層膜反射鏡において、前記多層膜反射鏡の周期長（Ｄ１＋Ｄ２）に対する前記重元素層の厚さ（Ｄ２）の比率が０．１５であってもよい。

これによれば、３．１ｅＶの励起光に基づく高次高調波に対して最適な反射特性を有する多層膜反射鏡を実現することが可能となる。

〔９〕（励起光０．７ｅＶの高次高調波に対応した重元素比）
上記〔３〕乃至〔６〕の何れかの多層膜反射鏡において、前記多層膜反射鏡の周期長（Ｄ１＋Ｄ２）に対する前記重元素層の厚さ（Ｄ２）の比率が０．０５であってもよい。

これによれば、０．７ｅＶの励起光に基づく高次高調波に対して最適な反射特性を有する多層膜反射鏡を実現することが可能となる。

〔１０〕（分光装置）
本願発明に係る分光装置（１００）は、上記〔２〕乃至〔９〕の何れかの多層膜反射鏡と、前記多層膜反射鏡を調整することにより前記多層膜反射鏡に対する高次高調波ビームの入射角を調整する角度調整機構（２）とを備えることを特徴とする。

これによれば、上述したように、従来の回折格子を用いた分光装置のような精密な光学アライメントが不必要となり、高次高調波から所望の単一次数成分を簡便に取り出すことができる。

また、上記分光装置によれば、一つの次数成分に対する反射率のみ最適化した従来の多層膜反射鏡を備えた分光装置と比べて、高次高調波から単一次数成分を取り出すことが可能な波長範囲を広げることができる。

〔１１〕（多層膜反射鏡を複数備えた分光装置）
上記分光装置において、前記多層膜反射鏡を複数有し、前記角度調整機構は、夫々の前記多層膜反射鏡の反射面を平行に保ちつつ、夫々の前記多層膜反射鏡の角度を調整してもよい。

これによれば、上記多層膜反射鏡に入射する高調波ビームの光軸を変えることなく、目的の次数成分の光を取り出すことが可能となる。

〔１２〕（分光方法）
本願発明に係る分光方法は、上記〔２〕乃至〔９〕の何れかの多層膜反射鏡を用いて高次高調波から所望の単一次数成分の光を取り出す高次高調波の分光方法であって、上記多層膜反射鏡に高次高調波を入射するステップと、上記多層膜反射鏡を回転させることにより上記多層膜反射鏡に対する前記高次高調波ビームの入射角を調整するステップと、を含むことを特徴とする。

これによれば、上述したように、従来の回折格子を用いた分光装置のような精密な光学アライメントが不必要となり、高次高調波から所望の単一次数成分を簡便に取り出すことができる。

２．実施の形態の詳細
以下、本発明に係る実施の形態について詳述する。

≪分光装置の概要≫
図１に、本発明に係る多層膜反射鏡を備えた分光装置の構成を示す。
同図に示される分光装置１００は、入射した高次高調波ビーム１０から所定の単一次数成分を取り出すための装置である。前記所定の単一次数成分は、例えば極端紫外光波長領域から軟Ｘ線波長領域までの範囲に属する。

高次高調波ビーム１０は、図示されない公知の高次高調波発生装置によって、例えば所定の光子エネルギーを有するフェムト秒チタンサファイアレーザーを励起光源として生成される。特に制限されないが、上記励起光源としては、１．５５ｅＶ，０．７ｅＶ，および３．１ｅＶ等の光子エネルギーを有するレーザー光を例示することができる。例えば、高調波ビーム１０が光子エネルギー１．５５ｅＶの励起光に基づいて生成される場合、高次高調波ビーム１０は、３．１ｅＶのピーク間隔で２ｅＶ程度のエネルギー帯域を持ったコヒーレント光である。

具体的に、分光装置１００は、薄膜フィルタ１、多層膜反射鏡２Ａ、２Ｂ、および角度調整機構３を備える。
薄膜フィルタ１は、高調波ビーム１０に含まれる所定の波長成分の光を透過させ、それ以外の波長成分の光を吸収または反射する光学素子である。薄膜フィルタ１は、後述する多層膜反射鏡２に高調波ビーム１０を入射したときに多層膜反射鏡２の周期長によらず表面反射する波長成分の光を反射または吸収して取り除くために設けられる。薄膜フィルタ１を透過する光は、例えば極端紫外光波長領域から軟Ｘ線波長領域までの波長成分の光である。

多層膜反射鏡２Ａ、２Ｂ（総称する場合は、「多層膜反射鏡２」と表記する。）は、薄膜フィルタ１を介して入射した高調波ビーム１０に含まれる所定の単一次数成分の光を、高調波ビーム１０の入射角θに応じて反射し、それ以外の次数成分の光を透過または吸収する光学素子である。換言すれば、多層膜反射鏡２は、入射角θを変えることによって、所定の波長範囲に含まれる特定の単一次数成分を選択的に取り出すことができる光学素子である。本実施の形態では、高調波ビーム１０の光軸を変えずに所望の次数成分の光を取り出すために２つの多層膜反射鏡２Ａ、２Ｂを設けているが、分光装置１００が備える多層膜反射鏡２の個数は特に制限されない。多層膜反射鏡２の具体的な構成については、後述する。

なお、以下の説明では、多層膜反射鏡２の反射面に対して垂直な軸Ｙと高調波ビーム１０のなす角を“入射角”と称する。

角度調整機構３は、回転可能に保持された多層膜反射鏡２Ａ、２Ｂを調整することにより、高調波ビーム１０の入射角θを調整する機構である。この角度調整機構３によって、２つの多層膜反射鏡２Ａ、２Ｂは、反射面の平行状態を保ちつつ、高調波ビーム１０に対する入射角θが調整される。

≪多層膜反射鏡の構造≫
次に、多層膜反射鏡２の構造について詳細に説明する。
図２は、多層膜反射鏡２の断面構造を模式的に示す図である。同図に示されるように、多層膜反射鏡２は、基板２０（例えば石英基板）の上に、軽元素層２１と重元素層２２とが交互に複数積層された構造を有する。軽元素層２１は、第１材料を堆積させることによって形成され、重元素層２２は、上記第１材料よりも屈折率の大きい第２材料を堆積させることによって形成される。

（１）軽元素層２１について
本発明に係る多層膜反射鏡２は、入射される高次高調波ビーム１０の複数の次数成分を含む波長範囲において吸収係数が低くなるような軽元素材料２１が用いられる。

具体的には、軽元素層２１を構成する上記第１材料として、所定の波長範囲での吸収係数の値がより低い元素を主成分とする材料が用いられる。ここで、上記所定の波長範囲とは、高調波ビーム１０に含まれる少なくとも２つの次数成分を含む波長範囲（光子エネルギー範囲）をいう。

例えば、３０ｅＶから５０ｅＶまでの光子エネルギー範囲（波長範囲）における次数成分の光を取り出すためには、多層膜反射鏡の軽元素層２１を構成する上記第１材料として、３０ｅＶから５０ｅＶまでの光子エネルギー範囲において吸収係数が小さい元素が用いられる。この場合の候補元素としては、マグネシウム（Ｍｇ）、スカンジウム（Ｓｃ）、シリコン（Ｓｉ）等を例示することができる。

図３乃至５に、マグネシウム、スカンジウム、およびシリコンの３０ｅＶから５０ｅＶまでの光子エネルギー範囲（波長範囲）における光学定数を夫々示す。図３乃至５において、参照符号２０１、２０３、２０５の定数は、マグネシウム、スカンジウム、およびシリコンの吸収係数（ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）を夫々表し、参照符号２０２、２０４、２０６の定数は、マグネシウム、スカンジウム、およびシリコンの屈折率（ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ）を夫々表す。

図３に示されるように、マグネシウムの吸収係数は、３０ｅＶから５０ｅＶまでの光子エネルギー範囲において、比較的安定して低い値となる。一方、図４に示されるように、スカンジウムの吸収係数は３５ｅＶを超えたあたりで急激に増大する特性を有する。また、図５に示されるように、シリコンの吸収係数は、３０ｅＶ付近において急激に変化する特性を示す。したがって、３０ｅＶから５０ｅＶまでの光子エネルギー範囲における次数成分の光を取り出すための多層膜反射鏡の軽元素層２１としては、上記３つの元素の中でマグネシウムが最適な材料であるといえる。

また、４０ｅＶから７０ｅＶまでの光子エネルギー範囲における次数成分の光を取り出すためには、多層膜反射鏡の軽元素層２１を構成する上記第１材料として、４０ｅＶから７０ｅＶまでの光子エネルギー範囲において吸収係数が小さい元素が用いられる。この場合の候補元素としては、アルミニウム（Ａｌ）およびマグネシウム（Ｍｇ）等を例示することができる。

図６および７に、アルミニウムおよびマグネシウムの４０ｅＶから７０ｅＶまでの光子エネルギー範囲における光学定数を夫々示す。図６および９において、参照符号２０７、２０９の特性は、アルミニウムおよびマグネシウムの吸収係数を夫々表し、参照符号２０８、２１０の特性は、アルミニウムおよびマグネシウムの屈折率を夫々表す。

図６に示されるように、アルミニウムの吸収係数は、４０ｅＶから７０ｅＶまでの光子エネルギー範囲において、比較的安定して低い値となる。一方、図７に示されるように、マグネシウムの吸収係数は、５０ｅＶ付近で急激に増大する特性を示す。したがって、４０ｅＶから７０ｅＶまでの光子エネルギー範囲における次数成分の光を取り出すための多層膜反射鏡の軽元素層２１としては、上記２つの元素の中でアルミニウムが最適な材料であるといえる。

また、７０ｅＶから１２０ｅＶまでの光子エネルギー範囲（波長範囲）における次数成分の光を取り出すためには、多層膜反射鏡の軽元素層２１を構成する上記第１材料として、７０ｅＶから１２０ｅＶまでの光子エネルギー範囲において吸収係数が小さい元素が用いられる。この場合の候補元素としては、イットリウム（Ｙ）およびシリコン等を例示することができる。

図８および図９、イットリウムおよびシリコンの７０ｅＶから１２０ｅＶまでの光子エネルギー範囲における光学定数を夫々示す。図８および１１において、参照符号２１１、２１２の定数は、イットリウムおよびシリコンの吸収係数を夫々表し、参照符号２１３、２１４の定数は、イットリウムおよびシリコンの屈折率を夫々表す。

図８に示されるように、イットリウムの吸収係数は、７０ｅＶから１２０ｅＶまでの光子エネルギー範囲において、比較的安定して低い値となる。一方、図９に示されるように、シリコンの吸収係数は１００ｅＶ付近で急激に変化する特性を示す。したがって、７０ｅＶから１２０ｅＶまでの光子エネルギー範囲における次数成分の光を取り出すための多層膜反射鏡の軽元素層２１としては、上記２つの元素の中でイットリウムが最適な材料であるといえる。

（２）重元素層２２について
一方、重元素層２２を構成する上記第２材料としては、下記の元素を用いることができる。例えば、上記第１材料がマグネシウムの場合には、上記第２材料として、炭化ケイ素、ホウ化炭素、白金、またはモリブデンを用いることができる。また、上記第１材料がアルミニウムの場合には、上記第２材料として、ジルコニウム、チタン、炭素、またはホウ化炭素を用いることができる。更に、上記第１材料がイットリウムの場合には、上記第２材料として、モリブデン、またはルテニウムを用いることができる。

（３）重元素比と積層ペア数Ｎについて
軽元素層２１および重元素層２２の重元素比と積層数は、高次高調波ビーム１０に含まれる上記所定の波長範囲内の夫々の次数成分に対応するブラッグの回折条件を満たす入射角での反射帯域幅が夫々略等しくなるように決定される。

より具体的には、重元素比と積層数Ｎは、夫々の入射角での反射帯域幅が、高次高調波ビーム１０に含まれる上記所定の波長範囲内の次数成分が持つ光子エネルギー帯域幅よりも広く、且つ高次高調波ビーム１０の隣り合う次数成分の光子エネルギー間隔よりも狭くなるように、決定される。

ここで、重元素比とは、周期長に対する重元素層２２の積層方向の厚さの比率をいう。例えば、軽元素層２１の断面方向の長さ（厚さ）をＤ１とし、重元素層２２の断面方向の長さ（厚さ）をＤ２としたとき、重元素比は“Ｄ２／（Ｄ１＋Ｄ２）”で表される。重元素比を調整することで、主に、反射の目的とされる次数成分に対する反射帯域幅と反射率のピーク値を調整することができる。

また、積層ペア数Ｎとは、軽元素層２１および重元素層２２からなる一対の積層ペアの個数をいう。更に、上記所定の波長範囲は、上述したように、高調波ビーム１０に含まれる少なくとも２つの次数成分を含む波長範囲（光子エネルギー範囲）をいう。積層ペア数Ｎを調整することで、主に、反射の目的とされる次数成分以外の波長に対する反射率を低下させることが可能となる。

上記のように、重元素比と積層数Ｎを決定することで、高調波ビーム１０から所定の波長範囲における夫々の単一次数成分を、エネルギー帯域を損ねることなく取り出すことが可能となる。以下、このことについて、重元素比と積層数の具体的な数値例を挙げて詳細に説明する。

≪多層膜反射鏡の具体例≫
以下の説明では、光子エネルギー１．５５ｅＶのレーザー光を励起光に用いて生成された高次高調波から複数の単一次数成分の光を取り出すための多層膜反射鏡２の具体例を示す。

（１）３０ｅＶ〜５０ｅＶの光子エネルギー範囲に対応した多層膜反射鏡
図１０に、高調波ビーム１０のスペクトルの一例を示す。同図に示される参照符号３００の特性は、公知の高次高調波発生装置によって、光子エネルギー１．５５ｅＶのレーザー光を励起光に用いて生成された高調波ビーム１０のスペクトルを表す。

ここでは、図１０に示されたスペクトルを有する高調波ビーム１０から、３０ｅＶ〜５０ｅＶの光子エネルギー範囲における単一次数成分の光を取り出すための多層膜反射鏡として、マグネシウムとシリコンカーバイドの積層ペアから成る多層膜反射鏡を例示する。

上記マグネシウムとシリコンカーバイドの積層ペアから成る多層膜反射鏡において、周期長を２４ｎｍとし、重元素比を０．１とし、積層ペア数Ｎを６０とする。この場合の反射特性は、図１１および図１２のようになる。

図１１は、上記のマグネシウムとシリコンカーバイドの積層ペアから成る多層膜反射鏡２の入射角に対する反射特性を表す図である。図１１において、横軸は入射角θを表し、縦軸は光子エネルギーを表す。同図では、反射率が高い部分が白色で表され、反射率が低く部分が黒色で表わされている。また、図１２は、図１１の所定の入射角における光子エネルギーに対する反射率の特性を示す図である。図１２において、参照符号３０１〜３０３の特性は、入射角が１０度（ｄｅｇｒｅｅ）、３０度、５０度のときの光子エネルギーに対する反射率を夫々表す。

図１１に示されるように、上記のマグネシウムとシリコンカーバイドの積層ペアから成る多層膜反射鏡によれば、入射角θを変化させることで、３０ｅＶ〜５０ｅＶまでの広い光子エネルギー範囲（波長範囲）において高い反射率を得ることができる。また、上記のマグネシウムとシリコンカーバイドの積層ペアから成る多層膜反射鏡によれば、図１２に示されるように、入射角θが１０度から５０度までの広い範囲において、夫々の入射角での反射特性のばらつきが小さくなる。換言すれば、夫々の入射角における反射帯域幅Ｗが略等しくなり、且つ夫々の反射率のピーク値の差が小さくなる。ここで、夫々の反射率のピーク値は、目的とする次数成分を十分に反射することができる値であればよく、例えば、０．２以上であればよい。また、反射帯域幅Ｗは、２ｅＶより大きく、６ｅＶよりも小さくなるように設計されている。

上記の反射特性を持つマグネシウムとシリコンカーバイドの積層ペアから成る多層膜反射鏡を分光装置１００の多層膜反射鏡２Ａ、２Ｂに適用すると、分光装置１００の反射特性は図１３に示すような特性となる。図１３において、参照符号３００は、図１０と同様に高調波ビーム１０のスペクトルを表し、参照符号３１１〜３１５は、入射角θを、２１．８度、３０．６度、３７．６度、４４．４度、および５０度としたときの分光装置１００の反射特性を夫々表す。

図１３から理解されるように、図１０に示さる反射特性を持つ多層膜反射鏡２Ａ、２Ｂを用いた分光装置１００は、１．５５ｅＶの励起光に基づく高調波ビーム１０に含まれる３０ｅＶ〜５０ｅＶの範囲の高調波成分に対して適切な反射率を有する。すなわち、図１３に示されるように、多層膜反射鏡２Ａ、２Ｂの３０ｅＶ〜５０ｅＶの範囲における特定の波長成分に対する反射帯域幅Ｗが、上記特定の波長成分に対応する高調波ビーム１０に含まれる次数成分の光子エネルギー帯域Ｅｗ（＝２ｅＶ）よりも広く、且つ高調波ビーム１０に含まれる隣り合う次数成分の光子エネルギー間隔Ｅｓ（＝６．２ｅＶ）よりも狭い。

これにより、上記のマグネシウムとシリコンカーバイドの積層ペアから成る多層膜反射鏡を分光装置１００の多層膜反射鏡２Ａ、２Ｂに適用すれば、１．５５ｅＶの励起光に基づく高調波ビーム１０から、極短パルス幅を劣化させることなく、所望の単一次数成分を取り出すことが可能となる。例えば、３０ｅＶ〜５０ｅＶの範囲における夫々の高調波成分を取り出す場合には、図１３に示されるように、入射角θが２１．８度、３０．６度、３７．６度、４４．４度、および５０度となるように、多層膜反射鏡２Ａおよび２Ｂの角度を調整すればよい。

（２）４０ｅＶ〜７０ｅＶの光子エネルギー範囲に対応した多層膜反射鏡
次に、４０ｅＶ〜７０ｅＶの光子エネルギー範囲に対応した多層膜反射鏡として、アルミニウムとジルコニウムの積層ペアから成る多層膜反射鏡を例示する。

上記のアルミニウムとジルコニウムの積層ペアから成る多層膜反射鏡において、周期長は１６ｎｍとし、重元素比を０．１とし、積層ペア数Ｎを６０とする。この場合の反射特性は、図１４および図１５のようになる。

図１４は、上記のアルミニウムとジルコニウムの積層ペアから成る多層膜反射鏡の入射角に対する反射特性を表す図である。図１４において、横軸は入射角θを表し、縦軸は光子エネルギーを表す。また、図１５は、図１４の所定の入射角における光子エネルギーに対する反射率の特性を示す図である。図１５において、参照符号４０１〜４０３の特性は、入射角が１０度、３０度、５０度のときの光子エネルギーに対する反射率を夫々表す。

図１４に示されるように、上記のアルミニウムとジルコニウムの積層ペアから成る多層膜反射鏡によれば、入射角θを変化させることで、４０ｅＶ〜７０ｅＶまでの広い光子エネルギー範囲において高い反射率を得ることができる。また、図１５に示されるように、入射角θが１０度から５０度までの広い範囲において、夫々の入射角での反射特性のばらつきが小さくなる。換言すれば、上記の３０ｅＶ〜５０ｅＶの光子エネルギー範囲に対応した多層膜反射鏡と同様に、夫々の入射角における反射帯域幅Ｗが略等しくなり、且つ夫々の反射率のピーク値の差が小さくなる。ここで、反射帯域幅Ｗは、２ｅＶより大きく、６ｅＶよりも小さくなるように設計されている。

したがって、上記のアルミニウムとジルコニウムの積層ペアから成る多層膜反射鏡を分光装置１００の多層膜反射鏡２Ａ、２Ｂに適用すれば、上記のマグネシウムとシリコンカーバイドの積層ペアから成る多層膜反射鏡の場合と同様に、１．５５ｅＶの励起光に基づく高調波ビーム１０に含まれる４０ｅＶ〜７０ｅＶの範囲における夫々の高調波成分を、極短パルス幅を劣化させることなく取り出すことが可能となる。

（３）７０ｅＶ〜１２０ｅＶの光子エネルギー範囲に対応した多層膜反射鏡
次に、７０ｅＶ〜１２０ｅＶの光子エネルギー範囲に対応した多層膜反射鏡として、イットリウムとモリブデンの積層ペアから成る多層膜反射鏡を例示する。

上記のイットリウムとモリブデンの積層ペアから成る多層膜反射鏡において、周期長を９ｎｍとし、重元素比を０．１とし、積層ペア数Ｎを８０とする。この場合の反射特性は、図１６および図１７のようになる。

図１６は、上記のイットリウムとモリブデンの積層ペアから成る多層膜反射鏡の入射角に対する反射特性を表す図である。図１６において、横軸は入射角θを表し、縦軸は光子エネルギーを表す。また、図１７は、図１６の所定の入射角における光子エネルギーに対する反射率の特性を示す図である。図１７において、参照符号５０１〜５０３の特性は、入射角が１０度、３０度、５０度のときの光子エネルギーに対する反射率を夫々表す。

図１６に示されるように、上記のイットリウムとモリブデンの積層ペアから成る多層膜反射鏡によれば、入射角θを変化させることで、７０ｅＶ〜１２０ｅＶまでの広い光子エネルギー範囲において高い反射率を得ることができる。また、図１７に示されるように、入射角θが１０度から５０度までの広い範囲において、夫々の入射角での反射特性のばらつきが小さくなる。換言すれば、上記の３０ｅＶ〜５０ｅＶの光子エネルギー範囲に対応した多層膜反射鏡と同様に、夫々の入射角における反射帯域幅Ｗが略等しくなり、且つ夫々の反射率のピーク値の差が小さくなる。ここで、反射帯域幅Ｗは、２ｅＶより大きく、６ｅＶよりも小さくなるように設計されている。

したがって、上記のイットリウムとモリブデンの積層ペアから成る多層膜反射鏡を分光装置１００の多層膜反射鏡２Ａ、２Ｂに適用すれば、上記のマグネシウムとシリコンカーバイドの積層ペアから成る多層膜反射鏡の場合と同様に、１．５５ｅＶの励起光に基づく高調波ビームに含まれる７０ｅＶ〜１２０ｅＶの範囲における夫々の高調波成分を、極短パルス幅を劣化させることなく取り出すことが可能となる。

≪多層膜反射鏡の別の具体例≫
以上の説明では、１．５５ｅＶの励起光に基づく高調波ビームに対応した多層膜反射鏡の構成を例示したが、上記と同様に、１．５５ｅＶ以外の励起エネルギーに基づく高調波ビームに対応する多層膜反射鏡についても、重元素比と積層ペア数を適宜選択することで作製することができる。以下に、３．１ｅＶの励起光に基づく高調波ビームに対応した多層膜反射鏡と、０．７ｅＶの励起光に基づく高調波ビームに対応した多層膜反射鏡の具体例を示す。

（１）３．１ｅＶの励起光に基づく高調波ビームに対応した多層膜反射鏡
３．１ｅＶの励起光に基づく高調波ビームに対応した多層膜反射鏡として、３０ｅＶ〜５０ｅＶの光子エネルギー範囲に対応したマグネシウムとシリコンカーバイドの積層ペアから成る多層膜反射鏡と、４０ｅＶ〜７０ｅＶの光子エネルギー範囲に対応したアルミニウムとジルコニウムの積層ペアから成る多層膜反射鏡を例示する。

上記３０ｅＶ〜５０ｅＶの光子エネルギー範囲に対応したマグネシウムとシリコンカーバイドの積層ペアから成る多層膜反射鏡では、例えば、周期長を２４ｎｍとし、重元素比を０．１５とし、積層ペア数Ｎを６０とする。この場合の多層膜反射鏡の反射特性は、図１８のようになる。なお、図１８において、横軸は入射角θを表し、縦軸は反射特性を表し、参照符号６０１〜６０３は、入射角１０度、３０度、５０度における反射率の特性を夫々表す。

また、上記４０ｅＶ〜７０ｅＶの光子エネルギー範囲に対応したアルミニウムとジルコニウムの積層ペアから成る多層膜反射鏡において、例えば、周期長を１６ｎｍとし、重元素比を０．１５とし、積層ペア数Ｎを６０とする。この場合の多層膜反射鏡の反射特性は、図１９のようになる。なお、図１９において、横軸は入射角θを表し、縦軸は反射特性を表し、参照符号７０１〜７０３は、入射角１０度、３０度、５０度における反射率の特性を夫々表す。

（２）０．７ｅＶの励起光に基づく高調波ビームに対応した多層膜反射鏡
次に、０．７ｅＶの励起光に基づく高調波ビームに対応した多層膜反射鏡として、３０ｅＶ〜５０ｅＶの光子エネルギー範囲に対応したマグネシウムとシリコンカーバイドの積層ペアから成る多層膜反射鏡と、４０ｅＶ〜７０ｅＶの光子エネルギー範囲に対応したアルミニウムとジルコニウムの積層ペアから成る多層膜反射鏡を例示する。

上記３０ｅＶ〜５０ｅＶの光子エネルギー範囲に対応したマグネシウムとシリコンカーバイドの積層ペアから成る多層膜反射鏡において、例えば、周期長を２４ｎｍとし、重元素比を０．０５とし、積層ペア数Ｎを６０とする。この場合の多層膜反射鏡の反射特性は、図２０のようになる。なお、図２０において、横軸は入射角θを表し、縦軸は反射特性を表し、参照符号８０１〜８０３は、入射角１０度、３０度、５０度における反射率の特性を夫々表す。

また、上記４０ｅＶ〜７０ｅＶの光子エネルギー範囲に対応したアルミニウムとジルコニウムの積層ペアから成る多層膜反射鏡において、例えば、周期長を１６ｎｍとし、重元素比を０．０５とし、積層ペア数Ｎを６０とする。この場合の多層膜反射鏡の反射特性は、図２１のようになる。なお、図２１において、横軸は入射角θを表し、縦軸は反射特性を表し、参照符号９０１〜９０３は、入射角１０度、３０度、５０度における反射率の特性を夫々表す。

このように、高次高調波ビームの励起エネルギーの大きさに応じて重元素比を適宜変更することで、異なる励起エネルギーの高次高調波に対しても最適な反射特性を有する多層膜反射鏡を作製することができる。

以上、本実施の形態に係る多層膜反射鏡２によれば、一種類の多層膜反射鏡によって高次高調波から複数の単一次数成分を取り出すことが可能となり、単一次数成分を取り出すことが可能な波長範囲を拡大することができる。

また、本実施の形態のように多層膜反射鏡の積層材料、重元素比、および積層ペア数を最適化することにより、高調波ビームに含まれる次数成分のエネルギー帯域を損ねることなく、所望の次数成分の光を取り出すことが可能となる。更に、上記多層膜反射鏡を用いて分光を行う場合に、多層膜を構成する薄膜材料に起因する光学分散のみを考慮すればよく、極短パルス幅を損なうことなく取り出すことが可能となる。すなわち、多層膜反射鏡２によれば、高調波ビーム１０の品質（極短パルス幅と空間形状）を劣化させることなく所望の単一次数成分の光を取り出すことが可能となる。

また、例えば上記の対応する光子エネルギー範囲の異なる３種類の多層膜反射鏡を分光装置１００に搭載することで、１．５５ｅＶの励起光に基づく高調波ビームから３０ｅＶ〜１２０ｅＶまでの広い光子エネルギー範囲における単一次数成分の光を取り出すことが可能となる。すなわち、多層膜反射鏡２によれば、従来の分光装置に比べて、分光装置に搭載すべき多層膜反射鏡の個数を減らすことができる。

≪分光装置１００による分光方法≫
次に、分光装置１００を用いた高調波ビーム１０の分光方法について、図２２および図２３を用いて説明する。

図２２および図２３は、分光装置１００内における多層膜反射鏡２Ａ、２Ｂの配置例を示す図である。
分光装置１００によって高調波ビーム１０から所望の次数成分の光を取り出す際には、入射された高調波ビーム１０に含まれる所定の波長成分のピークエネルギーに対してブラッグの回折条件（ブラッグの法則：Ｂｒａｇｇ‘ｓ ｌａｗ）を満たす入射角θとなるように多層膜反射鏡２Ａ、２Ｂの角度および位置が調整される。例えば、高調波ビーム１０からｎ次数成分の光を取り出した後に、（ｎ＋１）次数成分の光を取り出す場合には、例えば以下に示すように多層膜反射鏡２Ａ、２Ｂが調整される。

先ず、外部に設けられた高調波発生装置が、高次高調波ビーム１０を発生し、発生した高次高調波ビームは光学素子などを経由して分光装置１００に導入される。次に、図２２に示されるように、ｎ次数成分（波長成分）のピークエネルギーに対してブラッグの回折条件を満たす入射角θ１となるように、角度調整機構３によって多層膜反射鏡２Ａ、２Ｂの角度および位置が調整される。このとき、多層膜反射鏡２Ａ、２Ｂは、互いの反射面が平行になるように調整される。これにより、高調波ビーム１０に含まれるｎ次数成分の光が取り出される。

次に、図２３に示されるように、（ｎ＋１）次数成分のピークエネルギーに対してブラッグの回折条件を満たす入射角θ２となるように、角度調整機構３によって多層膜反射鏡２Ａ、２Ｂの角度および位置が調整される。このとき、多層膜反射鏡２Ａ、２Ｂは、互いの反射面が平行になるように調整される。これにより、高調波ビーム１０に含まれる（ｎ＋１）次数成分の光が取り出される。

以上のように、高次高調波に含まれる複数の単一次数成分に対して反射率が最適化された多層膜反射鏡２を用いることにより、多層膜反射鏡２を回転させる（入射角θを変える）だけで複数の単一次数成分の光を選択的に取り出すことができる。これにより、従来の回折格子を用いた分光装置のような精密な光学アライメントが不要となり、より簡便な方法で分光を行うことが可能となる。

また、２つの多層膜反射鏡２Ａ、２Ｂを配置し、お互いの反射面が平行になるように多層膜反射鏡２Ａ、２Ｂの角度を調整することにより、高調波ビーム１０の光軸を変えることなく、所望の高次成分の光を取り出すことが可能となる。

以上、本発明者らによってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。

例えば、励起光１．５５ｅＶ、３．１ｅＶ、および０．７ｅＶの励起光に基づく高次高調波に対応した夫々の多層膜反射鏡の重元素比として、“０．１”、“０．１５”、および“０．０５”を例示したが、これらの数値は高次高調波ビームの特性に応じて変更可能であることは言うまでもない。例えば、高次高調波の励起エネルギーや、励起パルス幅、励起強度などに応じて発生する高次高調波の特性は夫々であり、反射特性が最適になるように重元素比は０．０５から０．２の範囲で選択してもよい。また、例えば、周期長として“２４ｎｍ”、“１６ｎｍ”、“９ｎｍ”としたが、同様に最適な周期長を任意に選択してもよい。
また、上記の説明において、多層膜反射鏡２の重元素比や積層ペア数として具体的な数値を例示したが、これに限られず、取り出したい次数成分の反射特性が最適になるように種々変更可能であることは言うまでもない。例えば、取り出したい次数成分以外の波長領域における反射率を低下させるために、積層ペア数を適宜調整してもよい。

また、分光装置１００に搭載する同一種類の多層膜反射鏡が２個である場合を例示したが、これに限られず、３個以上であってもよい。

本発明に係る多層膜反射鏡は、高次高調波から単一の次数成分を取り出すための分光装置および分光方法のみならず、その他の装置および方法に広く適用することができる。

１００…分光装置、２、２Ａ、２Ｂ…多層膜反射鏡、３…角度調整機構、１０…高調波ビーム、２１…軽元素層、２２…重元素層、Ｄ１…軽元素層の厚さ、Ｄ２…重元素層の厚さ、Ｎ…積層ペア数、Ｗ…反射帯域幅、Ｅｓ…光子エネルギー間隔、Ｅｗ…光子エネルギー帯域。

本発明に係る多層膜反射鏡は、入射光のうち一部の波長範囲を選択的に反射する多層膜反射鏡であって、夫々の入射角における前記波長範囲に含まれる特定の波長成分に対する反射帯域幅が、入射される、前記特定の波長成分に対応する高次高調波に含まれる夫々の次数成分が持つ光子エネルギー帯域幅よりも広く、且つ前記特定の波長成分に対応する高次高調波に含まれる隣り合う次数成分の光子エネルギー間隔よりも狭いことを特徴とする。

〔１〕（多層膜反射鏡）
本発明に係る多層膜反射鏡（２Ａ、２Ｂ、２）は、第１材料から成る軽元素層（２１）と、前記第１材料よりも屈折率の大きい第２材料から成る重元素層（２２）とが交互に複数積層され、入射される光のうち一部の波長範囲を選択的に反射する多層膜反射鏡である。前記多層膜反射鏡は、夫々の入射角における前記波長範囲に含まれる特定の波長成分に対する反射帯域幅（Ｗ）が、入射される、前記特定の波長成分に対応する高次高調波に含まれる夫々の次数成分が持つ光子エネルギー帯域幅（Ｅｗ）よりも広く、且つ前記特定の波長成分に対応する高次高調波に含まれる隣り合う次数成分の光子エネルギー間隔（Ｅｓ）よりも狭いことを特徴とする。

これによれば、多層膜反射鏡に対する高次高調波ビームの入射角（θ）を変えることで、上記高次高調波から複数の単一次数成分の光を高次高調波に含まれる次数成分のエネルギー帯域を損ねることなく、精度良く取り出すことが可能となる。すなわち、一種類の多層膜反射鏡によって、高次高調波から複数の単一次数成分を取り出すことが可能となる。

また、上記多層膜反射鏡を回転させるだけで複数の単一次数成分の光を容易に取り出すことができるので、従来の回折格子を用いる分光方法のような精密な光学アライメントが不必要となる。また、上記多層膜反射鏡を用いて分光を行う場合、多層膜を構成する薄膜材料に起因する光学分散のみを考慮すればよく、極短パルス幅を損なうことなく取り出すことが可能となる。すなわち、上記多層膜反射鏡によれば、高次高調波から所望の単一次数成分を品質を低下させることなく簡便に取り出すことが可能となる。

〔２〕（多層膜反射鏡）
上記多層膜反射鏡は、前記波長範囲内において夫々の入射角での反射帯域幅（Ｗ）が、夫々略等しくてもよい。

〔１０〕（分光装置）
本願発明に係る分光装置（１００）は、高次高調波から所望の単一次数成分の光を取り出す分光装置であって、第１材料から成る軽元素層と、前記第１材料よりも屈折率の大きい第２材料から成る重元素層とが交互に複数積層され、入射される前記高次高調波のうち一部の波長範囲を入射角に応じて選択的に反射する多層膜反射鏡と、前記多層膜反射鏡に対する前記高次高調波の入射角を調整する角度調整機構（２）を備え、前記多層膜反射鏡は、夫々の入射角における前記波長範囲に含まれる特定の波長成分に対する反射帯域幅が、入射される、前記特定の波長成分に対応する高次高調波に含まれる夫々の次数成分が持つ光子エネルギー帯域幅よりも広く、且つ前記特定の波長成分に対応する高次高調波に含まれる隣り合う次数成分の光子エネルギー間隔よりも狭い反射特性を有し、前記角度調整機構によって前記入射角を調整することによって、前記高次高調波に含まれる所望の単一次数成分を選択的に取り出すことを特徴とする。

〔１２〕（分光方法）
本願発明に係る分光方法は、上記分光装置を用いて高次高調波から所望の単一次数成分の光を取り出す高次高調波の分光方法であって、前記多層膜反射鏡に高次高調波を入射するステップと、前記多層膜反射鏡を回転させることにより前記多層膜反射鏡に対する前記高次高調波の入射角を調整するステップと、を含むことを特徴とする。

Claims (10)

1. 第１材料から成る軽元素層と、前記第１材料よりも屈折率の大きい第２材料から成る重元素層とが交互に複数積層され、入射される光のうち一部の波長範囲を選択的に反射する多層膜反射鏡であって、
   前記波長範囲内において夫々の入射角での反射帯域幅が夫々略等しい
   ことを特徴とする多層膜反射鏡。
2. 請求項１に記載の多層膜反射鏡において、
   夫々の前記入射角での反射帯域幅が、高次高調波ビームに含まれる前記波長範囲内の夫々の次数成分が持つ光子エネルギー帯域幅よりも広く、且つ前記高次高調波の隣り合う次数成分の光子エネルギー間隔よりも狭い
   ことを特徴とする多層膜反射鏡。
3. 請求項２の多層膜反射鏡において、
   前記第１材料は、マグネシウム、アルミニウム、およびイットリウムの何れか一つを主成分とする材料である、
   ことを特徴とする多層膜反射鏡。
4. 請求項２の多層膜反射鏡において、
   前記第１材料がマグネシウムを主成分とする材料であり、
   前記第２材料が炭化ケイ素を主成分とする材料である
   ことを特徴とする多層膜反射鏡。
5. 請求項２の多層膜反射鏡において、
   前記第１材料がアルミニウムを主成分とする材料であり、
   前記第２材料がジルコニウムを主成分とする材料である
   ことを特徴とする多層膜反射鏡。
6. 請求項２の多層膜反射鏡において、
   前記第１材料がイットリウムを主成分とする材料であり、
   前記第２材料がモリブデンを主成分とする材料である
   ことを特徴とする多層膜反射鏡。
7. 請求項３乃至６の何れかの多層膜反射鏡において、
   前記多層膜反射鏡の周期長に対する前記重元素層の厚さの比率が０．０５から０．２の範囲にある
   ことを特徴とする多層膜反射鏡。
8. 請求項１または２に記載の多層膜反射鏡と、
   前記多層膜反射鏡を調整することにより、前記多層膜反射鏡に対する高次高調波ビームの入射角を調整する角度調整機構を備える
   ことを特徴とする分光装置。
9. 請求項８に記載の分光装置において、
   前記多層膜反射鏡を複数有し、
   前記角度調整機構は、夫々の前記多層膜反射鏡の反射面を平行に保ちつつ、夫々の前記多層膜反射鏡の角度を調整する
   ことを特徴とする分光装置。
10. 請求項１または２に記載の多層膜反射鏡を用いて、高次高調波から所望の単一次数成分の光を取り出す高次高調波の分光方法であって、
    前記多層膜反射鏡に高次高調波を入射するステップと、
    前記多層膜反射鏡を回転させることにより、前記多層膜反射鏡に対する前記高次高調波ビームの入射角を調整するステップと、を含む
    ことを特徴とする高次高調波の分光方法。

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