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MULTILAYER FILM OPTICAL ELEMENT meetings

Patent code P110005852
File No. Q13404JP
Posted date Oct 21, 2011
Application number P2010-000588
Publication number P2011-141129A
Patent number P5669295
Date of filing Jan 5, 2010
Date of publication of application Jul 21, 2011
Date of registration Dec 26, 2014
Inventor
  • (In Japanese)今園 孝志
  • (In Japanese)小池 雅人
  • (In Japanese)河内 哲哉
Applicant
  • (In Japanese)国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構
Title MULTILAYER FILM OPTICAL ELEMENT meetings
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To produce a multilayer film optical element usable in a wide wavelength band by a simple manufacturing process.
SOLUTION: The multilayer film reflecting mirror 10 includes a multilayer film structure 20 on a flat substrate 11, and an upper stacked structure 30 on the multilayer film structure 20. The multilayer film structure 20 includes first high density substance layers 21 and first low density substance layers 22, which are periodically stacked. The upper stacked structure 30 includes a second high density substance layer 31 and a second low density substance layer 32, which are stacked. The first low density substance layer 22 and the second low density substance layer 32 are stacked in the order in which they are directly in contact with each other at an interface between the multilayer film structure 20 and the upper stacked structure 30. Therefore, when the material of the second high density substance layer 31 is the same as that of the first high density substance layer 21, and the material of the second low density substance layer 32 is the same as that of the first low density substance layer 22, a stacked structure including the order of ABAB...ABABBA is formed from a substrate 11 side.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

X線領域における物質(バルク材料)の反射率は極めて低く、可視光領域で利用されるようなレンズ等の屈折光学素子も殆どないことが知られている。しかし、屈折率(複素屈折率の実部)が1より僅かに小さいため、PtやAu等の薄い単層膜を平滑な基板上に積層させた全反射ミラーが有効で、高い反射率を得ることが可能である。単層膜の全反射ミラーの場合、入射角が全反射領域から外れると反射率は著しく低下する。これを克服する手段としては、重元素からなる層と軽元素からなる層を周期的に交互に積層した多層膜が全反射領域より高角側でも高い反射率を得られることが知られ、平滑性の高い平面基板上にこの多層膜を形成すれば、X線に対して高い反射率をもつ平面鏡となる。基板を曲面とした場合でも同様に曲面鏡を得ることができ、レンズのないX線領域でもこれを用いて結像光学系を構成することができる。

こうした多層膜がもつ高いX線反射率は、重元素からなる層と軽元素からなる層の周期的構造によるBragg反射(あるいは回折)に起因する。すなわち、各層からの反射波が強めあうように入射角、波長、及び層厚が設定された場合に特に高い反射率が得られる。こうした多層膜を用いて構成されたX線用光学素子は、各種のX線光学機器(顕微鏡や望遠鏡等)において極めて有用である。

特に、この多層膜を回折格子の回折面上に形成し、回折格子における回折条件と、この多層膜におけるBragg回折条件とを整合させることにより、回折効率を高めることも可能である。例えば、特許文献1に示されるように、こうした構成の多層膜ラミナー型回折格子が知られている。

しかしながら、多層膜鏡においては、入射角を固定した場合、Bragg条件を満たす波長近傍しか高い反射率が得られない。従って、この鏡を使用できる波長帯域(反射幅)は極めて狭いという問題点がある。反射幅の狭帯化はX線のエネルギーが高いほど(短波長ほど)顕著となる。

この点を解消するために、例えば非特許文献1に記載された多層膜スーパーミラーという技術が知られている。多層膜スーパーミラーにおいては、多層膜の上部(表面側)ほど周期長Dを大きく、下部(基板側)ほどDを小さく、順次変化させることにより、長波長(低エネルギー)のX線は主に多層膜の上部で、短波長(高エネルギー)のX線は主に多層膜の下部でそれぞれ反射されるため、結果として短波長から長波長まで広い波長帯域のX線を反射させることができる。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、X線領域での広い波長範囲で高い反射効率や回折効率をもつ多層膜光学素子の構造に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
基板上に、低密度物質層と、前記低密度物質層よりも密度が高い高密度物質層とが交互に周期的に積層されて形成された構造を具備する多層膜光学素子であって、
第1の低密度物質層と第1の高密度物質層とが交互に周期的に積層された多層膜構造が、前記第1の低密度物質層が前記多層膜構造における最上層となるように前記基板上に形成され、
前記第1の低密度物質層と同じ物質で構成された第2の低密度物質層が前記多層膜構造の最上層である前記第1の低密度物質層の上に接して形成され、前記第1の高密度物質層と同じ物質で構成された第2の高密度物質層が前記第2の低密度物質層と接し前記多層膜光学素子の最上層となるように形成され、
前記第1の低密度物質層と前記第1の高密度物質層を一対とする前記多層膜構造の周期長D1に対する前記第2の低密度物質層と前記第2の高密度物質層とからなる上部積層構造の厚さD2の比、D2/D1が1.0±0.05の範囲内であることを特徴とする多層膜光学素子。

【請求項2】
 
前記第1の高密度物質層の材料と前記第2の高密度物質層の材料がW又はNiであることを特徴とする請求項1に記載の多層膜光学素子。

【請求項3】
 
前記第1の低密度物質層の材料と前記第2の低密度物質層の材料がB4C、B、C、SiO2のいずれかであることを特徴とする請求項1又は2に記載の多層膜光学素子。

【請求項4】
 
前記基板は鏡面基板、回折格子基板、ゾーンプレート基板のいずれかであることを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の多層膜光学素子。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2010000588thum.jpg
State of application right Registered


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