Ｘ線ホログラフィ光源素子及びそれを用いたＸ線ホログラフィシステム
【課題】 強い強度の互いにコヒーレントな少なくとも２つのＸ線ビームを得ることができるＸ線ホログラフィ光源素子を提供する。
【解決手段】 入射したＸ線を分割して互いにコヒーレントな少なくとも２つのＸ線ビームを出射するＸ線ホログラフィ光源素子であって、コアとクラッドとを有し、入射したＸ線を分割するＸ線導波路と、前記Ｘ線導波路の出射側の終端部に配されており、Ｘ線ビームを出射する少なくとも２つの開口部が設けられている遮蔽部材とを備え、前記コアは、複数の屈折率実部の異なる物質を含む基本構造が周期的に配された周期性構造体であり、前記コアと前記クラッドとの界面における前記Ｘ線の全反射臨界角は、前記コアの前記基本構造の周期性に対応するブラッグ角よりも大きいＸ線ホログラフィ光源素子。
【解決手段】 入射したＸ線を分割して互いにコヒーレントな少なくとも２つのＸ線ビームを出射するＸ線ホログラフィ光源素子であって、コアとクラッドとを有し、入射したＸ線を分割するＸ線導波路と、前記Ｘ線導波路の出射側の終端部に配されており、Ｘ線ビームを出射する少なくとも２つの開口部が設けられている遮蔽部材とを備え、前記コアは、複数の屈折率実部の異なる物質を含む基本構造が周期的に配された周期性構造体であり、前記コアと前記クラッドとの界面における前記Ｘ線の全反射臨界角は、前記コアの前記基本構造の周期性に対応するブラッグ角よりも大きいＸ線ホログラフィ光源素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いにコヒーレントな２つのＸ線ビームを提供することができるＸ線ホログラフィ光源素子及びそれを用いたＸ線ホログラフィシステムに関する。特にコアに周期性構造体を用いたＸ線導波路が提供する広い空間的コヒーレンスを有するＸ線ビームを用いたＸ線ホログラフィ光源素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、Ｘ線領域における電磁波を対象としたＸ線導波路に関する研究が行われている。Ｘ線導波路は、導波路断面でＸ線の位相が制御され、空間的コヒーレンスを有するＸ線ビームを提供することができる。その特徴ゆえ、Ｘ線導波路は、Ｘ線ホログラフィを実施するためのＸ線光源を提供する素子（以下、Ｘ線ホログラフィ光源素子）として利用されることが多い。
【０００３】
ホログラフィの方法には、大きく分けてｉｎ−ｌｉｎｅホログラフィとｏｆｆ−ａｘｉｓホログラフィの２つがある。ｉｎ−ｌｉｎｅホログラフィでは、物体波（ホログラフィ対象物するＸ線）と共役波が同じ方向にイメージを形成するため、二重像という像がぼやけてしまう課題がある。一方で、ｏｆｆ−ａｘｉｓホログラフィでは、別方向から進行する物体波と共役波が干渉してイメージを形成するため、二重像を分離してｉｎ−ｌｉｎｅホログラフィよりも像が明瞭になるという特徴がある。ただし、ｏｆｆ−ａｘｉｓホログラフィには、互いにコヒーレントな２つのＸ線ビームが必要となる。非特許文献１には、互いにコヒーレントな２つのＸ線ビームを提供するＸ線ホログラフィ光源素子として、カーブさせたＸ線導波路を２つ並べた素子が開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｃ．Ｆｕｈｓｅ，Ｃ．Ｏｌｌｉｎｇｅｒ，ｅｔ ａｌ．（２００６）．“Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ−ｂａｓｅｄ ｏｆｆ−ａｘｉｓ ｈｏｌｏｇｒａｐｈｙ ｗｉｔｈ ｈａｒｄ ｘ ｒａｙｓ．” Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｌｅｔｔｅｒｓ，９７（２５）．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のＸ線ホログラフィ光源素子には改善すべき課題があった。非特許文献１では、カーブしたＸ線導波路を２つ配置した素子をＸ線ホログラフィ光源素子としている。これは、放射光等の空間的コヒーレンスが比較的良好なＸ線であっても１００ｎｍ程度の領域しか空間的コヒーレンスがないためである。非特許文献１のＸ線ホログラフィ光源素子は、そのＸ線入射部の２つのＸ線導波路を１００ｎｍ程度に接近させて両者に互いにコヒーレンスなＸ線を入射させる。一方、明瞭に二重像を分離できるようにＸ線導波路をカーブさせて互いに離れた位置（５μｍ間隔程度）からＸ線を出射させる。
【０００６】
Ｘ線導波路をカーブさせる場合、クラッドとコアの界面での極めて小さな全反射臨界角に合わせて、そのカーブの曲率を小さくしなければならない。そのため、Ｘ線導波路の距離を３ｍｍ以上と長くする必要があり、Ｘ線ホログラフィ光源素子が提供するＸ線ビームの強度が限定的となっていた。
【０００７】
本発明は、Ｘ線導波路をカーブさせる必要がなく、Ｘ線を導波させる長さの比較的短いＸ線導波路を用いて、強い強度の互いにコヒーレントな少なくとも２つのＸ線ビームを得ることができるＸ線ホログラフィ光源素子及びそれを用いたＸ線ホログラフィシステムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するＸ線ホログラフィ光源素子は、入射したＸ線を分割して互いにコヒーレントな少なくとも２つのＸ線ビームを出射するＸ線ホログラフィ光源素子であって、
コアとクラッドとを有し、入射したＸ線を分割するＸ線導波路と、前記Ｘ線導波路の出射側の終端部に配されており、Ｘ線ビームを出射する少なくとも２つの開口部が設けられている遮蔽部材とを備え、
前記コアは、複数の屈折率実部の異なる物質を含む基本構造が周期的に配された周期性構造体であり、
前記コアと前記クラッドとの界面における前記Ｘ線の全反射臨界角は、前記コアの前記基本構造の周期性に対応するブラッグ角よりも大きいことを特徴とする。
【０００９】
また、上記の課題を解決するＸ線ホログラフィシステムは、上記のＸ線ホログラフィ光源素子と、入射Ｘ線と、Ｘ線検出器とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、Ｘ線導波路をカーブさせる必要がなく、Ｘ線を導波させる長さの比較的短いＸ線導波路を用いて、強い強度の互いにコヒーレントな少なくとも２つのＸ線ビームを得ることができるＸ線ホログラフィ光源素子及びそれを用いたＸ線ホログラフィシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明のＸ線ホログラフィ光源素子の一実施形態を示す概略図である。
【図２】本発明に用いられるＸ線導波路の一実施形態を示す概略図である。
【図３】コアの周期性構造体内でのＸ線電場強度分布を示す説明図である。
【図４】周期構造に起因した導波モード（周期共鳴導波モード）を示す図である。
【図５】２次元閉じ込め型Ｘ線導波路を示す模式図である。
【図６】図５のＸ線導波路のｚ方向に垂直な面における電場強度分布を示す図である。
【図７】実施例１のＸ線ホログラフィ光源素子の終端部を示す模式図である。
【図８】実施例２のＸ線ホログラフィ光源素子の終端部を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１３】
本発明に係るＸ線ホログラフィ光源素子は、入射したＸ線を分割して互いにコヒーレントな少なくとも２つのＸ線ビームを出射するＸ線ホログラフィ光源素子である。Ｘ線ホログラフィ光源素子は、コアとクラッドとを有し、入射したＸ線を分割するＸ線導波路と、前記Ｘ線導波路の出射側の終端部に配されており、Ｘ線ビームを出射する少なくとも２つの開口部が設けられている遮蔽部材とを備えている。前記Ｘ線導波路において、前記コアは、複数の屈折率実部の異なる物質を含む基本構造が周期的に配された周期性構造体であり、前記コアと前記クラッドとの界面における前記Ｘ線の全反射臨界角は、前記コアの前記基本構造の周期性に対応するブラッグ角よりも大きいことを特徴とする。
【００１４】
本発明に係るＸ線ホログラフィシステムは、上記のＸ線ホログラフィ光源素子と、入射Ｘ線と、Ｘ線検出器とを具備することを特徴とする。
【００１５】
前記コアが、多層膜、またはメソポーラス膜からなることが好ましい。また、前記コアを、両親媒性の有機物を含む反応液を用いた自己集合プロセスにより作製することが好ましい。
【００１６】
後述のように、本発明に用いられるＸ線導波路は、コアに周期性構造体を用いるため、空間的コヒーレンスを有する部分のサイズが大きなＸ線ビームを取り出すことができる。そのため、前記Ｘ線導波路の出射側の終端部に、Ｘ線ビームを出射する開口部を設けた遮蔽部材を配置することによって、互いにコヒーレントなＸ線ビームに分割してＸ線ホログラフィ用の光源とすることができる。一方のビーム（物体光）でホログラフィの対象物（試料）を照射し、他方のビーム（参照光）との干渉を利用してホログラフィを行う。
【００１７】
本発明のＸ線ホログラフィ光源素子は、素子を構成するＸ線導波路が従来よりも空間的に大きなコヒーレンスを有するＸ線ビームを導波させることができるため、例えば単一波長のＸ線（単色Ｘ線）を入射し、そのビームを２つに分割して互いにコヒーレントなＸ線ビームを提供できる。本発明のＸ線ホログラフィ光源素子を構成するＸ線導波路の伝搬損失は従来のＸ線導波路よりも小さく、かつＸ線導波路をカーブさせる必要がないため、導波距離を従来よりも短くすることができ、より強度の強い、互いにコヒーレントな２つのＸ線ビームを提供できる。
【００１８】
また、本発明のＸ線ホログラフィ光源素子は、前記Ｘ線導波路のコアとなる周期性構造体を、両親媒性有機物の自己集合プロセスにより作製することにより、簡単なプロセスで高度な周期構造体を作製することができる。そのため、簡便、短時間、かつ安価に、優れたＸ線ホログラフィ光源素子を製造することができる。また、この工程での作製条件を調整することにより、Ｘ線ホログラフィ光源素子の光学特性を制御することができる。
【００１９】
図１は、本発明のＸ線ホログラフィ光源素子の一実施形態を示す概略図であり、Ｘ線ホログラフィ光源素子を上から見た図である。図１において、本発明に係るＸ線ホログラフィ光源素子は、Ｘ線導波路１０１と少なくとも２つの開口部１０３が設けられた遮蔽部材１０２とを具備することを特徴とする。前記遮蔽部材１０２はＸ線導波路１０１の出射側の終端部１０９に配置されている。Ｘ線導波路１０１に、入射Ｘ線１０４が入射すると、Ｘ線導波路内に導波モードが励起される。導波モードとは、前記Ｘ線導波路内に形成されうる固有の電場プロファイルを持ったＸ線ビームをいう。前記Ｘ線導波路１０１のコアには周期性構造体を用いるため、その周期構造と共鳴した伝搬損失が著しく小さい導波モードが選択的に透過される。この導波モードは従来よりも領域の大きな空間的コヒーレンスを有するＸ線ビームであるため、それらを開口部１０３が設けられた遮蔽部材１０２を用いて分割して、互いにコヒーレントな２つのＸ線ビームを得ることができる。
【００２０】
互いにコヒーレントな２つのＸ線ビームのうち、一方をホログラフィ対象物（試料）１０７に照射する物体光１０５とし、他方を干渉によって位相情報を得るための参照光１０６として利用する。物体光１０５と参照光１０６の干渉パターンをＸ線検出器１０８で取得する。Ｘ線検出器１０８で得られた干渉パターンに位相情報の再構築操作を施すことにより、ホログラフィ対象物１０７のホログラフィ像を得ることができる。
【００２１】
入射Ｘ線１０４の波長範囲に０．２ｎｍ以上（６．２ｋｅＶ以下）の波長のＸ線が含まれる場合、空気によるＸ線の吸収等が顕著になるため、Ｘ線分光システム全体を真空チャンバーで覆い、システム内を減圧するとよい。
【００２２】
（Ｘ線導波路）
図２は、本発明に用いられるＸ線導波路の一実施形態を示す概略図である。本発明に係るＸ線導波路は、物質の屈折率実部が１以下となる波長帯域のＸ線を導波させるためのコア２０１と、前記コアに前記Ｘ線を閉じ込めるためのクラッド２０２から構成されている。前記コア２０１は、屈折率実部が異なる複数の物質からなる複数の基本構造が周期的に配されて形成されている周期性構造体からなる。そして、前記クラッドと前記コアとの界面における前記Ｘ線の全反射臨界角θＣが、前記コアの周期性構造体の基本構造の周期性に対応するブラッグ角θＢよりも大きい（θＢ＜θＣ）ことを特徴とする。
【００２３】
本発明に用いられるＸ線導波路は、コア２０１に周期性構造体を用いることにより、その周期構造の周期性に対応する導波モードを選択的に利用することができるＸ線導波路である。
【００２４】
（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、本発明における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。このような短波長の電磁波の周波数が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る。そして、Ｘ線に対しては物質の屈折率の実部が１より小さくなることが知られている。このようなＸ線に対する物質の屈折率ｎは一般的に、下記の式（１）
【００２５】
【数１】
【００２６】
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
【００２７】
【数２】
【００２８】
を用いて表される。
【００２９】
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は物質の電子密度ρｅに比例するため電子密度の大きい物質ほど屈折率実部が小さくなる。屈折率実部は、
【００３０】
【数３】
【００３１】
となる。さらに、電子密度ρｅは原子密度ρａと原子番号Ｚに比例する。このようにＸ線に対する物質の屈折率は複素数で表されるが、その実部を本明細書中では屈折率実部または屈折率の実部と称し、虚部を屈折率虚部または屈折率の虚部と称する。
【００３２】
本明細書中では、真空も物質の一つとする。屈折率実部が最大となる物質は真空であるが、一般的な環境下では気体でないほぼすべての物質に対して空気の屈折率実部が最大となる。本発明において屈折率実部が異なる２種以上の物質とは、多くの場合電子密度が異なる二種以上の物質である。
【００３３】
（コアとクラッドの関係）
本発明に用いられるＸ線導波路はコアとクラッドを有し、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。この全反射を実現するために、本発明に用いられるＸ線導波路は、クラッドとの界面に位置するコア材料の屈折率実部がクラッド材料の屈折率実部より大きいものである。
【００３４】
本発明において、コアとクラッドの界面の全反射臨界角は、図２に示す様に、コアとクラッドとの界面からの角度として、θＣで表す。
【００３５】
（コア）
本発明に用いられる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する。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に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、周期性に対応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。
【００３６】
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、１次元周期構造乃至３次元周期構造を例示することができる。具体的には、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次元周期構造等である。
【００３７】
本発明に用いられるＸ線導波路内に形成される周期構造に共鳴した導波モードは、前記周期性構造体の周期構造の各次元に対応した多重反射に起因する。このような導波モードは周期性により形成され、Ｘ線の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電子密度の小さい物質の領域が腹となる。すなわち、Ｘ線の電場強度が透過損失の小さい物質に集中するため、この導波モードの伝搬損失が他の導波モードに比べて著しく小さくなり、その導波モードを選択的に取り出すことが可能となる。以下、この導波モードを周期共鳴導波モードと称する。
【００３８】
図３は、コアの周期性構造体内でのＸ線電場強度分布を示す説明図である。図３は、シリカ３０２中で、一方向に伸びるシリンダー状の空気の孔３０１が、孔の長さ方向（図中ｚ方向）に垂直な方向（ｘ−ｙ面内方向）で３次元三角格子構造を形成している周期性構造体中でのＸ線の電場強度分布の例を示す。Ｘ線の伝搬方向は紙面に垂直な方向（ｚ方向）である。構造周期３０３（ｄ）は、図３のように、導波方向（伝搬方向、ｚ方向）に垂直な方向（ｘ−ｙ平面）で周期的に配されて形成される周期構造の周期（図３の破線の間隔）として定義し、その大きさはその周期構造によって異なる。また、前記周期構造の方向（図３におけるｘ−ｙ平面上で破線に垂直な方向）を、本明細書中では周期方向３０４と定義する。図３のように２次元以上の周期構造の場合には、構造周期３０３及び周期方向３０４は複数存在することになる。構造周期３０３と周期方向３０４はＸ線回折によって測定することができる。図３の構造周期３０３及び周期方向３０４は４つであるが、これは例示したものであり、これらに限定されない。
【００３９】
図３では、破線により構造周期ｄを表す。シリンダー状の空気の孔３０１中の白黒の濃淡はＸ線の電場強度を表し、黒、白がそれぞれ電場強度の大、小に相当する。電場強度を、白黒の濃淡の変わりに多数の円の間隔により説明する。シリンダー状の空気の孔３０１中の多数の円の間隔の大小はＸ線の電場強度３０５を表し、この材料中に形成される導波モードのうちの一つについての電場強度分布である。多数の円の間隔の小が電場強度の大、間隔の大が電場強度の小に相当する。空気の孔３０１の中心部分は円の間隔が小で電場強度３０５が強く、中心部分から孔の周囲の方向に円の間隔が傾斜して大きくなるように変化し、孔の周辺部分は円の間隔が大で電場強度が弱く表れている。電場強度の極大、極小となる領域が、ｘ方向及びｙ方向で周期的に繰り返されており、電場が周期性構造体の孔（周期性構造体の基本構造）に集中する。空気の孔３０１は、周期性構造体の基本構造を表す。３０４は周期方向を表す。
【００４０】
（閉じ込め関係）
本発明に用いられるＸ線導波路においては、周期共鳴導波モード以外にも、コア全体を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が存在し、以下、これを一様モードと称する。
【００４１】
一方、この一様モードに対し、本発明に用いられるＸ線導波路中で用いられる周期共鳴導波モードは、近接する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。本発明に用いられるＸ線導波路は、クラッドとコアの界面における全反射により、一様モード以外に、上記の周期共鳴導波モードを形成するために、構造周期３０３（ｄ）が次の式（２）を満たすように設計されている。
【００４２】
特に、二つのクラッドによりコアが挟まれた配置となっている場合（図３）、図３の周期方向は、導波方向に垂直な方向かつクラッドに垂直な方向と一致させる。
【００４３】
【数４】
【００４４】
θＣ（°）はクラッドとコアの界面の全反射臨界角、θＢ（°）は周期方向での構造周期ｄによるブラッグ角、λはＸ線の波長、ｎａｖｇはコアの平均屈折率の実部である。
【００４５】
この条件においては、本発明に用いられるＸ線導波路中には、一様モードだけでなく、周期共鳴導波モードが存在することになる。本発明に用いられるＸ線導波路中での周期共鳴導波モードは、周期性構造体が有限であるため、周期性構造体が無限であると仮定した際に周期性構造体の中に形成されるモードがクラッドとコアにおける界面の全反射で閉じ込める導波路構造により変調を受けたモードとなる。しかしながら、周期構造体が無限である場合と概ね変わらず、伝搬方向に垂直な面内における周期共鳴導波モードの電場強度分布の電場強度が極大である腹の部分と節の部分は、それぞれ周期構造の基本構造に一致したものとなる。このような周期共鳴導波モードは、近接する一様モードよりも損失が著しく小さくなるので、モード選択されたＸ線の導波が可能となる。
【００４６】
図４は、周期構造に起因した導波モード（周期共鳴導波モード）を示す図である。図４（ａ）は、後述のメソポーラスシリカをコアとし、クラッドを金とした導波路中の周期共鳴導波モードの電場強度のプロファイルを示したものであり、電場強度の極大部分がメソポーラスシリカの空孔部分に一致している。周期共鳴導波モードでは電場強度がコア中心付近に集中し、クラッドへの染み出しが少なく、位相プロファイルが制御された導波モードが実現される。図４（ｂ）は、Ｘ線伝搬損失の伝搬角度依存性を示す図であり、約０．２０５°の伝搬角度の導波モードが周期共鳴導波モードに対応し、その伝搬損失が他の導波モードの伝搬損失に比べて、著しく小さくなっていることがわかる。周期共鳴導波モードの伝搬角度は周期性構造体のブラッグ角よりわずかに小さいものとなる。これらは、導波路中に存在しうる導波モードを有限要素法によって理論的に算出した結果である。
【００４７】
図４（ｂ）に示すとおり、コアが一様なシリカで構成されているＸ線導波路では、周期共鳴導波モードが存在せず、伝搬角度の増加に伴って単調に伝搬損失が増加するだけである。一方で、コアに周期性構造体を用いることによって、伝搬損失が著しく小さい周期共鳴導波モードを選択的に取り出すことができる。さらに、本発明に用いられるＸ線導波路の利点は、コアの周期性構造体の周期数が増えるほど、周期構造との共鳴効果が顕著になって伝搬損失が低下するという点にある。これは、周期構造体による多重反射の寄与がより大きくなるためであり、対象とするＸ線波長域や構造周期３０３の大きさにもよるが、本発明に用いられるＸ線導波路のコアの周期構造の周期数は１０以上、好ましくは５０以上が望ましい。
【００４８】
周期構造の周期数の増加は、Ｘ線導波路１０１の断面積を増加させることと等価である。そのため、本発明に用いられるＸ線導波路１０１では、従来よりもコアの断面積が大きく、空間領域の大きな空間的コヒーレンスを有するＸ線ビームを生成可能であることが、最大の特徴である。この特徴を利用し、本発明のＸ線ホログラフィ光源素子は、この大きな空間的コヒーレンスを有するＸ線ビームを、遮蔽部材１０２によって２つに分割し、互いにコヒーレントな物体光１０５と参照光１０３を得る。よって、Ｘ線導波路をカーブさせることなく、離れた位置から物体光１０３と参照光１０４を出射させることができるため、ホログラフィにおける二重像を明瞭に分離して結像させることができる。
【００４９】
（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、コアの屈折率実部をｎｃｏｒｅとする。この場合における、膜の面に平行な方向からの全反射臨界角θＣ（°）は、ｎｃｌａｄ＜ｎｃｏｒｅとして、下記の式（３）
【００５０】
【数５】
【００５１】
と表される。本発明に用いられる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（３）を満たすもので構成することができる。例えば、コアに三角格子状に空孔が閉じ込め方向における周期１０ｎｍで配列した二次元周期構造であるメソポーラスシリカを用いた場合、Ａｕ、Ｗ、Ｔａなどでクラッドを構成することができる。
【００５２】
ただし、クラッドの材料には、本発明のＸ線ホログラフィ光源素子が対象とする波長域（エネルギー域）のＸ線の吸収率が小さい材料を用いることが好ましい。特に、Ｘ線の対象波長域にＸ線の吸収端がない材料をクラッドに用いることが好ましい。
【００５３】
（周期性構造体の材料）
本発明に用いられるＸ線導波路のコアに用いられる周期性構造体の材料は、特に限定されることなく、従来のトップダウンプロセスや自己集合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。例えば、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や電子ビームリソグラフィ、エッチングプロセス、積層や貼り合わせ、など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。特に、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。
【００５４】
本発明に用いられるＸ線導波路のコアとしては、特に、その製造工程の簡便性や規則性の高い周期構造の要請から、コアが両親媒性の有機物と無機物からなるメソ構造体膜であることが好ましく、さらに、Ｘ線の透過率の観点から、前記メソ構造体膜から前記有機物を除去したメソポーラス膜であることが好ましい。これについて以下に説明する。
【００５５】
本発明におけるメソ構造体膜とは、有機成分と無機成分がナノメートルオーダーのスケールで交互に配置された複合材料膜であり、有機成分は界面活性剤やブロックポリマーに代表される両親媒性物質が自己集合したものである。両親媒性物質の自己集合を利用することにより、高い構造規則性を有するメソ構造体膜を形成し得る。その構造には、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次元周期構造がある。メソポーラス膜は、このメソ構造体膜から有機成分を除去したもので、空孔が高い秩序をもって配列した多孔質材料の膜である。ただし、本発明においては、必要とする性能を有する限りにおいて、メソポーラス膜の空孔内に有機成分が残存していいても構わない。
【００５６】
メソポーラス膜の「メソ」とは、ＩＵＰＡＣ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｕｎｉｏｎ ｏｆ Ｐｕｒｅ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）によると、サイズが２から５０ｎｍであることを指す。そのため、メソポーラス膜は、その孔径２から５０ｎｍである多孔質膜と定義される。メソ構造体膜、及びメソポーラス膜は、主に酸化物の前駆体と界面活性剤とブロックポリマーに代表される両親媒性物質を含む反応液を基板上に塗布等のプロセスによって付与することによって、自己集合的に周期構造が形成される。前記両親媒性分子を用いたプロセスでは、それらの自己集合による周期構造が形成されるため、規則性の高い周期構造体を形成することができる。そのため、従来のトップダウンプロセスのような多数のプロセスを要せず、極めて簡便かつ高いスループットで作製することが可能である。また、数十ｎｍの周期性構造体を形成することは、従来のトップダウンプロセスでは極めて困難であり、特に２次元以上の周期性構造体を作製することはほぼ不可能であると言ってよい。
【００５７】
本発明に用いられるメソ構造体膜は、無機成分と有機成分によって周期構造を形成している。無機成分には、無機酸化物が用いられることが好ましく、シリカ、酸化チタン、酸化ジルコニウム等を例示することができる。有機成分には、例えば界面活性剤やブロックポリマーに代表される両親媒性分子、ブロックポリマー、シロキサンオリゴマーのアルキル鎖部分、あるいはシランカップリング剤のアルキル鎖部分等を挙げることができる。界面活性剤及びブロックポリマーとしては、Ｃ１２Ｈ２５（ＯＣＨ２ＣＨ２）４ＯＨ、Ｃ１６Ｈ３５（ＯＣＨ２ＣＨ２）１０ＯＨ、Ｃ１８Ｈ３７（ＯＣＨ２ＣＨ２）１０ＯＨ、Ｔｗｅｅｎ ６０（東京化成工業）、Ｐｌｕｒｏｎｉｃ Ｌ１２１（ＢＡＳＦ社）、Ｐｌｕｒｏｎｉｃ Ｐ１２３（ＢＡＳＦ社）、Ｐｌｕｒｏｎｉｃ Ｐ６５（ＢＡＳＦ社）、Ｐｌｕｒｏｎｉｃ Ｐ８５（ＢＡＳＦ社）等を例示することができる。それらの無機成分および有機成分の種類、分子量、親水部と疎水部の分子量比等を適切に選択することにより周期性構造体の周期構造の次元や構造周期（ブラッグ回折から得られる面間隔）を調整することができる。表１に、用いられる有機物に対する周期性構造体の構造を例示する。
【００５８】
【表１】
【００５９】
本発明のメソ構造体膜は、その有機成分と無機成分の前駆体を含む反応液を基板等に付与して自己集合プロセスによって形成される。反応液の付与の方法は、従来公知の方法を用いることができ、基板にスピンコートやディップコートによって塗布する方法や基板に反応液を接触保持して加熱する水熱合成法等を例示することができる。その際、ラビング処理を施したポリイミド膜を基板上に形成させるなど、基板に異方化処理を施したり、反応液の付与時にせん断応力を付加させたりするなど、従来公知の方法を用いることによって、前記基板面内の一方向に配向したメソ構造体膜を形成することができる。前記配向の方向をＸ線の導波方向と一致させることで、より伝搬損失の小さい本発明で用いられるＸ線導波路を提供できる。
【００６０】
メソ構造体膜からメソポーラス膜を作製するためには、焼成、有機溶媒による抽出、オゾン酸化処理等の従来公知の方法によって有機成分を除去することができる。
【００６１】
コアである周期性構造体の材料には、本発明のＸ線ホログラフィ光源素子が対象とする波長域（エネルギー域）のＸ線の吸収率が小さい材料を用いることが好ましい。特に、Ｘ線の対象波長域にＸ線の吸収端がない材料をクラッドに用いることが好ましい。
【００６２】
（閉じ込め次元）
本発明に用いられる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次元であってもよい。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２次元的に位相が制御されたＸ線ビームを取り出すことができる。その結果、２次元閉じ込め導波路の場合、その導波光が分割されて得られる物体光１０３と参照光１０２は２次元的に干渉し、２次元ホログラフィ像を結像させることができる。さらに、周期性構造体が２次元構造（基本構造：シリンダー状構造）や３次元構造（基本構造：ケージ構造）である場合には、複数存在する周期方向の周期構造に起因する電場強度分布を、コア内により効率的に形成させることができる。すなわち、導波路断面で２次元的な周期共鳴導波モードを選択的に取り出すことができ、強度が強く、かつ互いに２次元的にコヒーレントな物体光１０３と参照光１０４を提供することができる。
【００６３】
２次元的な周期共鳴導波モードを得るための２次元閉じ込め構造のＸ線導波路に関して、以下に詳細に述べる。この場合の周期性構造体の２次元構造とは、導波方向に垂直な面内において二つの基本ベクトルにより周期性を表現することができる構造のことである。
【００６４】
図５は、２次元閉じ込め型Ｘ線導波路を示す模式図である。例えば、図５に示すように、ｚ方向にのびる屈折率実部の大きい物質の領域５０１と屈折率実部の小さい物質の領域５０２がｘ−ｙ面内において２次元方向で周期構造を形成しているコア５０３をクラッド５０４が取り囲んでいる構成が挙げられる。Ｘ線の導波方向をｚ方向とした場合、導波方向に垂直なｘ−ｙ面において、コアが四角格子配列の２次元周期構造を有しており、図中に記した二つの基本ベクトルａ１とａ２により周期構造の周期性が表現される。図５の周期構造の周期数はｘ、ｙ方向ともに少ないものとなっているが、これは説明をわかりやすくするためのものである。２次元の周期構造は、基本となる一つの構造の面がａ１に平行な方向に、またもう一つの基本となる構造の面がａ２に平行な方向に、それぞれ周期｜ａ１｜と｜ａ２｜で繰り返される構造となっており。基本ベクトルａ１とａ２は、周期性を表現できる限り任意に選択することができる。つまり同じ周期構造でも選び方を変えたり、基本ベクトルの線形結合を用いて別の基本ベクトルを選ぶことも可能であり、選んだ基本ベクトルに対応した基本となる構造の面を定義することができる。基本ベクトルの絶対値が最小になるものが最も基本的な周期性を表現するものであり、そのような基本ベクトルに平行な方向において周期性の効果が大きくなり、これらの方向を特定の方向として定義するのが周期共鳴導波モードを形成するために効果的である。図５の例で基本ベクトルをａ１とａ２に選べば、基本となる構造の面はａ１とａ２に対してそれぞれ面５０７および５０８となり、ｘ方向、ｙ方向で周期的に繰り返されているものとなる。
【００６５】
コアが２次元の周期構造よりなる場合にも、本発明に用いられるＸ線導波路においては、Ｘ線の導波方向に垂直な少なくとも一つの特定の方向における、前記周期構造の周期性に対応するブラッグ角が、前記クラッドと前記コアの少なくとも１つの界面における全反射臨界角よりも小さくなるようにコアとクラッドを構成するものとする。図５に示す例の場合、導波方向に垂直なｘ−ｙ面において、一つの特定の方向をｙ方向とすると、ｙ−ｚ面内でのコアとクラッドの界面５０５におけるＸ線の全反射臨界角θＣとｙ方向の周期性により得られるブラッグ角θＢの間で、式（２）が満たされるようにクラッドとコアを構成する。
【００６６】
また、コアが２次元の周期構造である場合、基本的な周期性が二つの基本ベクトルで表わされる二つの特定の方向で得られるため、それぞれの方向における周期性に対応する二つのブラッグ角を定義することができる。例えば、図５の構成のＸ線導波路の場合、二つの特定の方向を基本ベクトルａ１とａ２に平行なｘ方向とｙ方向とする。基本ベクトルａ１とａ２に平行な二つの特定の方向における周期構造の周期性に対応するブラッグ角θＢ１、θＢ２はそれぞれ、
【００６７】
【数６】
【００６８】
【数７】
【００６９】
と表される。ｎ１ａｖｇ、ｎ２ａｖｇはそれぞれ、コア中の、基本ベクトルａ１とａ２に平行な二つの特定の方向における平均屈折率である。また、基本ベクトルａ１とａ２に平行な二つの特定の方向におけるコアとクラッドとの界面５０６、５０５での全反射臨界角を、θ１Ｃ、θ２Ｃとする。この場合には、それぞれの方向における周期共鳴導波モードを形成するために、式（２）と同様に、それぞれの方向において、θ１Ｂ＜θ１Ｃ、θ２Ｂ＜θ２Ｃとなるように、材料や構造パラメータを決定することとなる。
【００７０】
θ１Ｂ＜θ１Ｃ、θ２Ｂ＜θ２Ｃが満たされ、かつそれぞれの方向におけるコア中の物質界面での全反射臨界角がそれぞれのブラッグ角よりも小さくなるように構成することにより、二つの特定の方向において周期共鳴導波モードを形成することができる。このような導波路中で得られる周期共鳴導波モードは、二つの基本ベクトルに平行な二つの特定の方向における周期共鳴導波モードが干渉した２次元の周期共鳴導波モードとなる。
【００７１】
図６は図５のＸ線導波路のｚ方向に垂直な面におけるコア中の周期共鳴導波モードの電場強度分布を示す図である。図６において、６０１の中心部分の斜線の部分、６０１の斜線の部分の周囲部分および６０２の部分は、それぞれ、電場強度がより大きい部分、電場強度がより小さい部分を表す。つまり、２次元の周期構造をコアとするＸ線導波路中に形成される２次元の周期共鳴導波モードの電場強度分布は２次元の分布となり、より吸収などの損失の小さい領域に電場が集中することにより、周期共鳴導波モードの伝搬損失が小さいということがわかる。１次元の周期共鳴導波モードと同様に、２次元の周期共鳴導波モードについても設計により他の導波モードよりも損失を小さくでき、２次元方向において制御された単一の導波モードを形成できることになる。２次元の周期共鳴導波モードの電場や磁場分布は、導波方向に垂直な２次元面内で規則的に制御されていて、電場や磁場の位相もコア内全体にわたって、規則的なものになる。
【００７２】
コアをなす２次元の周期構造の周期性を定義する基本格子は、四角格子に限らない。図５のような周期構造が四角格子の場合の例では、特定の方向を二つの基本ベクトルに平行な二つの特定の方向を考えたが、このような方向に限るものではなく、基本ベクトルの線形結合を用いたベクトルに平行な方向も特定の方向として用いることができる。さらに、２次元面内での特定の方向の数は、二つの方向に限るものではなく、周期構造の周期性によって三つ以上となる場合も存在する。例えば、図８に三角格子状の２次元周期構造を点で表現したものを示す。この場合、基本ベクトルａ１とａ２に平行な二つの特定の方向に加え、ａ１−ａ２で表わされる３つ目のベクトルに平行な特定の方向を考えることにより、三つの方向の垂直成分をもつＸ線が干渉して、２次元の周期共鳴導波モードを形成することになる。この場合の、周期共鳴導波モードの電磁場強度分布は三角格子状になり、より吸収損失が小さい部分へ電磁場が集中する分布となる。
【００７３】
さらに、コアをなす周期構造は２次元の周期構造に限らず、３次元の周期構造とすることによってもＸ線導波路を形成することができる。導波方向に垂直な面内での周期共鳴導波モードを形成するための考え方は１次元および２次元のものと同等である。３次元の周期構造の場合、導波方向にも周期性を有していることにより、導波するＸ線が周期構造と共鳴し、導波方向においてＸ線の位相がそろいやすくなる効果がある。
【００７４】
（入射Ｘ線）
本発明のＸ線ホログラフィ光源素子を用いたＸ線ホログラフィを実施する際には、入射Ｘ線１０４は単色性を有することがよい。そのため、入射Ｘ線１０４は結晶や多層膜等のモノクロメータを用いて単色化された後に、本発明のＸ線ホログラフィ光源素子に入射されることがよい。ただし、Ｘ線検出器１０８がエネルギー（波長）分解能を有する場合などは、この限りではない。
【００７５】
（遮蔽部材）
図１における開口部１０３が設けられた遮蔽部材１０２は、不要な領域のＸ線を吸収等によって除去してＸ線導波路１０１を出射するＸ線を分割して互いにコヒーレントなビームを出射させる限り、いかなる材料で構成されていてもかまわない。Ｘ線の除去は、主に遮蔽部材による吸収によって起きるため、遮蔽部材１０２の厚みは、不要な回折Ｘ線を十分に吸収できるだけの長さが必要となり、適宜設計すればよい。例えば、１０ｋｅＶのエネルギーの入射Ｘ線を入射させ、遮蔽部材にタングステンを用いた場合には、Ｘ線の強度にもよるが、１００μｍ以上の長さがあればよい。また、開口部１０３は、周期共鳴導波モードの位相プロファイルが同様の形状である部分にそれぞれ配置してＸ線を出射させるとよく、好ましく物体光１０５と参照光１０６が互いにコヒーレントとなる。さらに、遮蔽部材１０２のＸ線導波路１０１の終端部からの距離は、入射Ｘ線１０４の最短波長よりも短くなければならない。両者の距離がそれ以上になると、Ｘ線導波路１０１からの出射時の回折現象を無視できなくなるからである。
【００７６】
遮蔽部材の厚さと開口部の大きさによっては、開口部１０３がＸ線導波路として機能し、開口部内で導波モードを形成する。一般には、（開口部の大きさ）／（遮蔽部材の厚さ）が小さい場合に、開口部がＸ線導波路として機能しやすくなる。
【００７７】
開口部の大きさとは、ホログラフィ像の解像度を決定し、１０ｎｍから１０μｍの範囲が好ましい。
【００７８】
本発明において、開口部１０３は所望の強度でＸ線を透過させる材料が充填されて構成されていればよい。開口部１０３の大きさが小さいほど、より分解能の高いＸ線ホログラフィ像が得られる物体光１０５と参照光１０６を提供することができ、Ｘ線ホログラフィの分解能は開口部１０３の大きさと同程度となる。また、本発明では、物体光１０５と参照光１０６を取り出すことができればよく、開口部１０３はそれらを得られるための２つ以上あればよい。
【００７９】
（Ｘ線検出器）
本発明において、Ｘ線ホログラフィシステムを構成するＸ線検出器１０８には、０次元型、１次元型、及び２次元型の検出器を用いることができ、入射Ｘ線１０４の波長のＸ線を検出できる限り、特に制限されない。ただし、２次元型の検出器を用いることによって、検出器を走査させる必要がなく、短時間でホログラフィ像を取得することができる。Ｘ線検出器１０８は、高分解で物体光１０５と参照光１０６の干渉パターンを得られるように、ｚ軸上のできる限り遮蔽部材１０２から離れた位置に配置するとよい。ただし、空気等による物体光１０５及び参照光１０６の散乱や吸収の影響が顕著でない範囲に配置するとよい。
【実施例】
【００８０】
以下、実施例を用いて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれに限定されない。
【００８１】
（実施例１）
本実施例は、クラッドがタングステン、コアがＢ４ＣとＡｌ２Ｏ３からなる多層膜から構成されるＸ線導波路と、その終端部にＢ４Ｃからなる開口部が設けられた遮蔽部材Ｔａ２Ｏ５が配置されたＸ線ホログラフィ光源素子と、それを用いたＸ線ホログラフィシステムの例である。図７は、本実施例のＸ線ホログラフィ光源素子の終端部の模式図である。７０１から７０８は、それぞれ、Ｓｉ基板７０１、下部タングステンクラッド７０２、上部タングステンクラッド７０３、Ｂ４Ｃ ７０４、Ａｌ２Ｏ３ ７０５、周期性構造体７０６、遮蔽部材Ｔａ２Ｏ５ ７０７、開口部Ｂ４Ｃ ７０８である。
【００８２】
本実施例のＸ線ホログラフィ光源素子の作製方法は、スパッタ法などを用いた以下のような工程が挙げられる。
【００８３】
（ａ）Ｘ線導波路の作製
Ｓｉ基板上にマグネトロンスパッタリングによって下部タングステンクラッドを５０ｎｍの厚さで形成する。その後、コアとして マグネトロンスパッタリングによってＡｌ２Ｏ３、Ｂ４Ｃの順に交互に成膜して多層膜を作製する。Ａｌ２Ｏ３とＢ４Ｃの厚さは、それぞれ３．０ｎｍと１２．０ｎｍとし、多層膜の最下部、及び最上部の層はＡｌ２Ｏ３とする。Ａｌ２Ｏ３とＢ４Ｃは、合計でそれぞれ３０１層と３００層を形成する。最後にマグネトロンスパッタリングによって上部タングステンクラッドを５０ｎｍの厚さで形成する。
【００８４】
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式（２）を満たしている。例えば、１０ｋｅＶのＸ線に対して、Ｘ線はクラッド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、閉じ込められたＸ線が多層膜のもつ周期性に共鳴した導波モード（周期共鳴導波モード）を形成することができる。コアとクラッドの界面における全反射臨界角は０．３６１３°である。コアの周期性構造体の基本構造の周期性に対応するブラッグ角は０．２３６８°である。
【００８５】
（ｂ）遮蔽部材の作製
前記Ｘ線導波路の上にレジスト層を塗布等によって形成し、フォトリソグラフィやドライエッチングプロセスを用いてパターニングし、Ｘ線導波路の終端部を形成するとともにその後方のＳｉ基板を露出させる。Ｔａ２Ｏ５を５５０ｎｍ、Ｂ４Ｃを２５ｎｍ、Ｔａ２Ｏ５を３４５０ｎｍ、Ｂ４Ｃを２５ｎｍ、Ｔａ２Ｏ５を５５０ｎｍの順にマグネトロンスパッタリングまたは真空蒸着装置を用いて成膜する。
【００８６】
（ｃ）Ｘ線ホログラフィ光源素子の切断
Ｘ線導波路のＸ線が導波する距離が遮蔽部材の距離が、それぞれ、０．５ｍｍと０．１ｍｍになるようにダイシング装置で切断する。
【００８７】
（ｄ）Ｘ線ホログラフィ光源素子の評価
図１に示す様に、ホログラフィ対象物（試料）１０７がない状態で、Ｘ線ホログラフィ光源素子に１０ｋｅＶの入射Ｘ線１０４を入射する。入射Ｘ線はＧｅの結晶モノクロメータを用いて単色化させる。遮蔽部材１０３から３ｍ離れた位置に配置した２次元型のＸ線検出器１０８が検出するＸ線強度パターンが、１０６μｍ間隔で強度の極大部がある明瞭な干渉パターン（Ｙｏｕｎｇ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｐａｔｔｅｒｎ）であることが確認され、Ｘ線ホログラフィ光源素子として機能することがわかる。
【００８８】
次に、物体光１０５を出射する開口部１０３の後方１．３ｍｍにホログラフィ対象物１０７であるフィルムを精密ステージに固定して配置する。フィルム上には０．３μｍ幅のタングステンの直線パターンが０．２μｍ間隔で配置されており、フィルムをｚ軸に垂直に、かつ前記直線パターンがｘ軸に平行になるように精密ステージの軸調整を行う。Ｇｅの結晶モノクロメータで単色化した１０ｋｅＶの入射Ｘ線１０４をＸ線ホログラフィ光源素子に入射し、２次元型のＸ線検出器１０８によってＸ線強度を測定する。得られる検出像からＦｒｅｓｎｅｌ−Ｋｉｒｃｈｉｈｏｆｆ回折の式に従い、位相情報を再構築するとＸ線ホログラフィ像を得ることができる。さらに精密ステージをｘ軸方向、及びｙ軸方向で移動させてホログラフィ像を取得し、それらを重ね合わせると設置したホログラフィ対象物１０７の全体像を得ることができる。
【００８９】
（実施例２）
本実施例は、クラッドをタングステン、コアをメソポーラスシリカ膜とするＸ線導波路と、その終端部にＢ４Ｃの開口部が設けられた遮蔽部材Ｔａ２Ｏ５が配置されたＸ線ホログラフィ光源素子とそれを用いたＸ線ホログラフィシステムの例である。図８は、本実施例のＸ線ホログラフィ光源素子の終端部の模式図である。８０１から８０８は、それぞれ、Ｓｉ基板８０１、下部タングステンクラッド８０２、上部タングステンクラッド８０３、空孔８０４、シリカ８０５、周期性構造体（メソポーラスシリカ膜）８０６、遮蔽部材Ｔａ２Ｏ５ ８０７、開口部Ｂ４Ｃ ８０８である。
【００９０】
メソポーラスシリカを含む本実施例のＸ線導波路、及びそれを用いたＸ線ホログラフィ光源素子の作製方法を、以下に示す。
【００９１】
（ａ）Ｘ線導波路の作製
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５０ｎｍの厚さで形成する。その後、スピンコートによってポリイミド膜を成膜し、ラビング処理を施す。Ｐ１２３（ＢＡＳＦ社）、エタノール、水、塩酸、テトラエトキシシラン等のシリカ源が配合された反応液を前記基板上にスピンコートする。このときの温度は、２５℃、相対湿度は、５％以下である。成膜後、膜は２５℃、相対湿度４０％の恒温恒湿槽で１８時間以上保持される。その後、エタノール、テトラヒドロフラン等を用いた溶媒抽出や焼成工程によって、Ｐ１２３とポリイミド膜を除去してメソポーラスシリカ膜を得る。
【００９２】
調製されたメソポーラスシリカ膜をＸ線回折及び電子顕微鏡で評価すると、導波方向に垂直な面（ｘｙ平面）で三角格子状の２次元周期構造を形成していることがわかる。その格子定数は約１０．２ｎｍである。メソポーラスシリカ膜の基本構造であるシリンダー状の空孔がラビング処理を施した方向に垂直な方向に配向していることも確認される。また、メソポーラスシリカ膜の一部を剥離し、段差計で測定するとその膜厚が５１０ｎｍであることがわかる。
【００９３】
メソポーラスシリカ膜をフォトリソグラフィやドライエッチングプロセス等を用いてｚ軸方向に直線になるようにパターニングする。その際の直線パターンの幅は１２μｍである。
【００９４】
さらに、メソポーラスシリカ膜の直線パターンを囲むよう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５０ｎｍの厚さで形成する。
【００９５】
得られるＸ線導波路は、周期は１０．２ｎｍであり、式（２）を満たしている。例えば、１０ｋｅＶのＸ線に対して、Ｘ線はクラッド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、閉じ込められたＸ線がメソポーラスシリカのもつ周期性の影響を受けた導波モード（周期共鳴導波モード）を形成することができる。この周期共鳴導波モードは２次元的に位相が制御され、２次元的なコヒーレンスを有する。コアとクラッドの界面における全反射臨界角は０．３９７４°である。コアの周期性構造体の基本構造の周期性に対応するブラッグ角は０．３４８３°である。
【００９６】
（ｂ）遮蔽部材の作製
前記Ｘ線導波路の上にレジスト層を塗布等によって形成し、フォトリソグラフィやドライエッチングプロセスを用いてパターニングし、Ｘ線導波路の終端部を形成するとともにその後方のＳｉ基板を露出させる。Ｔａ２Ｏ５を２９０ｎｍ、Ｂ４Ｃを２０ｎｍの順にマグネトロンスパッタリングまたは真空蒸着装置を用いて成膜する。
【００９７】
ｙ軸と平行なクラッドとコアの対面する２つの界面から、それぞれ１μｍ離れたところ（図８のＬ）に２０ｎｍの線幅のＢ４Ｃの直線パターンをｚ軸方向に電子線リソグラフィで形成する。さらにマグネトロンスパッタリングまたは真空蒸着装置を用いて、Ｔａ２Ｏ５を２４０ｎｍ以上成膜して、一辺２０ｎｍの正方形の開口部Ｂ４Ｃを２つ有するＴａ２Ｏ５の遮蔽部材を作製する。
【００９８】
（ｃ）Ｘ線ホログラフィ光源素子の切断
Ｘ線導波路のＸ線が導波する距離と遮蔽部材の距離が、それぞれ、０．５ｍｍと０．１ｍｍになるようにダイシング装置で切断する。
【００９９】
（ｄ）Ｘ線ホログラフィ光源素子の評価
図１に示す様に、ホログラフィ対象物（試料）１０７がない状態で、Ｘ線ホログラフィ光源素子に１０ｋｅＶの入射Ｘ線１０４を入射する。入射Ｘ線はＧｅの結晶モノクロメータを用いて単色化させる。遮蔽部材１０３から３ｍ離れた位置に配置した２次元型のＸ線検出器１０８が検出するＸ線強度パターンが、３７．２μｍ間隔で強度の極大部がある明瞭な干渉パターン（Ｙｏｕｎｇ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｐａｔｔｅｒｎ）であることが確認され、Ｘ線ホログラフィ光源素子として機能することがわかる。
【０１００】
次に、物体光１０５を出射する開口部１０３の後方１．３ｍｍにホログラフィ対象物１０７であるフィルムを精密ステージに固定して配置する。フィルム上には０．３μｍ幅のタングステンの直線パターンが０．２μｍ間隔で配置されており、フィルムをｚ軸に垂直に、かつ前記直線パターンがｘ軸から４５°の角度をなすように精密ステージの軸調整を行う。Ｇｅの結晶モノクロメータで単色化した１０ｋｅＶの入射Ｘ線１０４をＸ線ホログラフィ光源素子に入射し、２次元型のＸ線検出器１０８によってＸ線強度を測定する。得られる検出像からＦｒｅｓｎｅｌ−Ｋｉｒｃｈｉｈｏｆｆ回折の式に従い、位相情報を再構築するとＸ線ホログラフィ像を得ることができる。さらに精密ステージをｘ軸方向、及びｙ軸方向で移動させてホログラフィ像を取得し、それらを重ね合わせると設置したホログラフィ対象物１０７の全体像を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
本発明のＸ線ホログラフィ光源素子は、強い強度の互いにコヒーレントな少なくとも２つのＸ線ビームを得ることができるので、Ｘ線ホログラフィシステム、Ｘ線イメージング等に利用することができる。
【符号の説明】
【０１０２】
１０１ Ｘ線導波路
１０２ 遮蔽部材
１０３ 開口部
１０４ 入射Ｘ線
１０５ 物体光
１０６ 参照光
１０７ ホログラフィ対象物（試料）
１０８ Ｘ線検出器
１０９ 終端部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いにコヒーレントな２つのＸ線ビームを提供することができるＸ線ホログラフィ光源素子及びそれを用いたＸ線ホログラフィシステムに関する。特にコアに周期性構造体を用いたＸ線導波路が提供する広い空間的コヒーレンスを有するＸ線ビームを用いたＸ線ホログラフィ光源素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、Ｘ線領域における電磁波を対象としたＸ線導波路に関する研究が行われている。Ｘ線導波路は、導波路断面でＸ線の位相が制御され、空間的コヒーレンスを有するＸ線ビームを提供することができる。その特徴ゆえ、Ｘ線導波路は、Ｘ線ホログラフィを実施するためのＸ線光源を提供する素子（以下、Ｘ線ホログラフィ光源素子）として利用されることが多い。
【０００３】
ホログラフィの方法には、大きく分けてｉｎ−ｌｉｎｅホログラフィとｏｆｆ−ａｘｉｓホログラフィの２つがある。ｉｎ−ｌｉｎｅホログラフィでは、物体波（ホログラフィ対象物するＸ線）と共役波が同じ方向にイメージを形成するため、二重像という像がぼやけてしまう課題がある。一方で、ｏｆｆ−ａｘｉｓホログラフィでは、別方向から進行する物体波と共役波が干渉してイメージを形成するため、二重像を分離してｉｎ−ｌｉｎｅホログラフィよりも像が明瞭になるという特徴がある。ただし、ｏｆｆ−ａｘｉｓホログラフィには、互いにコヒーレントな２つのＸ線ビームが必要となる。非特許文献１には、互いにコヒーレントな２つのＸ線ビームを提供するＸ線ホログラフィ光源素子として、カーブさせたＸ線導波路を２つ並べた素子が開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｃ．Ｆｕｈｓｅ，Ｃ．Ｏｌｌｉｎｇｅｒ，ｅｔ ａｌ．（２００６）．“Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ−ｂａｓｅｄ ｏｆｆ−ａｘｉｓ ｈｏｌｏｇｒａｐｈｙ ｗｉｔｈ ｈａｒｄ ｘ ｒａｙｓ．” Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｌｅｔｔｅｒｓ，９７（２５）．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のＸ線ホログラフィ光源素子には改善すべき課題があった。非特許文献１では、カーブしたＸ線導波路を２つ配置した素子をＸ線ホログラフィ光源素子としている。これは、放射光等の空間的コヒーレンスが比較的良好なＸ線であっても１００ｎｍ程度の領域しか空間的コヒーレンスがないためである。非特許文献１のＸ線ホログラフィ光源素子は、そのＸ線入射部の２つのＸ線導波路を１００ｎｍ程度に接近させて両者に互いにコヒーレンスなＸ線を入射させる。一方、明瞭に二重像を分離できるようにＸ線導波路をカーブさせて互いに離れた位置（５μｍ間隔程度）からＸ線を出射させる。
【０００６】
Ｘ線導波路をカーブさせる場合、クラッドとコアの界面での極めて小さな全反射臨界角に合わせて、そのカーブの曲率を小さくしなければならない。そのため、Ｘ線導波路の距離を３ｍｍ以上と長くする必要があり、Ｘ線ホログラフィ光源素子が提供するＸ線ビームの強度が限定的となっていた。
【０００７】
本発明は、Ｘ線導波路をカーブさせる必要がなく、Ｘ線を導波させる長さの比較的短いＸ線導波路を用いて、強い強度の互いにコヒーレントな少なくとも２つのＸ線ビームを得ることができるＸ線ホログラフィ光源素子及びそれを用いたＸ線ホログラフィシステムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するＸ線ホログラフィ光源素子は、入射したＸ線を分割して互いにコヒーレントな少なくとも２つのＸ線ビームを出射するＸ線ホログラフィ光源素子であって、
コアとクラッドとを有し、入射したＸ線を分割するＸ線導波路と、前記Ｘ線導波路の出射側の終端部に配されており、Ｘ線ビームを出射する少なくとも２つの開口部が設けられている遮蔽部材とを備え、
前記コアは、複数の屈折率実部の異なる物質を含む基本構造が周期的に配された周期性構造体であり、
前記コアと前記クラッドとの界面における前記Ｘ線の全反射臨界角は、前記コアの前記基本構造の周期性に対応するブラッグ角よりも大きいことを特徴とする。
【０００９】
また、上記の課題を解決するＸ線ホログラフィシステムは、上記のＸ線ホログラフィ光源素子と、入射Ｘ線と、Ｘ線検出器とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、Ｘ線導波路をカーブさせる必要がなく、Ｘ線を導波させる長さの比較的短いＸ線導波路を用いて、強い強度の互いにコヒーレントな少なくとも２つのＸ線ビームを得ることができるＸ線ホログラフィ光源素子及びそれを用いたＸ線ホログラフィシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明のＸ線ホログラフィ光源素子の一実施形態を示す概略図である。
【図２】本発明に用いられるＸ線導波路の一実施形態を示す概略図である。
【図３】コアの周期性構造体内でのＸ線電場強度分布を示す説明図である。
【図４】周期構造に起因した導波モード（周期共鳴導波モード）を示す図である。
【図５】２次元閉じ込め型Ｘ線導波路を示す模式図である。
【図６】図５のＸ線導波路のｚ方向に垂直な面における電場強度分布を示す図である。
【図７】実施例１のＸ線ホログラフィ光源素子の終端部を示す模式図である。
【図８】実施例２のＸ線ホログラフィ光源素子の終端部を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１３】
本発明に係るＸ線ホログラフィ光源素子は、入射したＸ線を分割して互いにコヒーレントな少なくとも２つのＸ線ビームを出射するＸ線ホログラフィ光源素子である。Ｘ線ホログラフィ光源素子は、コアとクラッドとを有し、入射したＸ線を分割するＸ線導波路と、前記Ｘ線導波路の出射側の終端部に配されており、Ｘ線ビームを出射する少なくとも２つの開口部が設けられている遮蔽部材とを備えている。前記Ｘ線導波路において、前記コアは、複数の屈折率実部の異なる物質を含む基本構造が周期的に配された周期性構造体であり、前記コアと前記クラッドとの界面における前記Ｘ線の全反射臨界角は、前記コアの前記基本構造の周期性に対応するブラッグ角よりも大きいことを特徴とする。
【００１４】
本発明に係るＸ線ホログラフィシステムは、上記のＸ線ホログラフィ光源素子と、入射Ｘ線と、Ｘ線検出器とを具備することを特徴とする。
【００１５】
前記コアが、多層膜、またはメソポーラス膜からなることが好ましい。また、前記コアを、両親媒性の有機物を含む反応液を用いた自己集合プロセスにより作製することが好ましい。
【００１６】
後述のように、本発明に用いられるＸ線導波路は、コアに周期性構造体を用いるため、空間的コヒーレンスを有する部分のサイズが大きなＸ線ビームを取り出すことができる。そのため、前記Ｘ線導波路の出射側の終端部に、Ｘ線ビームを出射する開口部を設けた遮蔽部材を配置することによって、互いにコヒーレントなＸ線ビームに分割してＸ線ホログラフィ用の光源とすることができる。一方のビーム（物体光）でホログラフィの対象物（試料）を照射し、他方のビーム（参照光）との干渉を利用してホログラフィを行う。
【００１７】
本発明のＸ線ホログラフィ光源素子は、素子を構成するＸ線導波路が従来よりも空間的に大きなコヒーレンスを有するＸ線ビームを導波させることができるため、例えば単一波長のＸ線（単色Ｘ線）を入射し、そのビームを２つに分割して互いにコヒーレントなＸ線ビームを提供できる。本発明のＸ線ホログラフィ光源素子を構成するＸ線導波路の伝搬損失は従来のＸ線導波路よりも小さく、かつＸ線導波路をカーブさせる必要がないため、導波距離を従来よりも短くすることができ、より強度の強い、互いにコヒーレントな２つのＸ線ビームを提供できる。
【００１８】
また、本発明のＸ線ホログラフィ光源素子は、前記Ｘ線導波路のコアとなる周期性構造体を、両親媒性有機物の自己集合プロセスにより作製することにより、簡単なプロセスで高度な周期構造体を作製することができる。そのため、簡便、短時間、かつ安価に、優れたＸ線ホログラフィ光源素子を製造することができる。また、この工程での作製条件を調整することにより、Ｘ線ホログラフィ光源素子の光学特性を制御することができる。
【００１９】
図１は、本発明のＸ線ホログラフィ光源素子の一実施形態を示す概略図であり、Ｘ線ホログラフィ光源素子を上から見た図である。図１において、本発明に係るＸ線ホログラフィ光源素子は、Ｘ線導波路１０１と少なくとも２つの開口部１０３が設けられた遮蔽部材１０２とを具備することを特徴とする。前記遮蔽部材１０２はＸ線導波路１０１の出射側の終端部１０９に配置されている。Ｘ線導波路１０１に、入射Ｘ線１０４が入射すると、Ｘ線導波路内に導波モードが励起される。導波モードとは、前記Ｘ線導波路内に形成されうる固有の電場プロファイルを持ったＸ線ビームをいう。前記Ｘ線導波路１０１のコアには周期性構造体を用いるため、その周期構造と共鳴した伝搬損失が著しく小さい導波モードが選択的に透過される。この導波モードは従来よりも領域の大きな空間的コヒーレンスを有するＸ線ビームであるため、それらを開口部１０３が設けられた遮蔽部材１０２を用いて分割して、互いにコヒーレントな２つのＸ線ビームを得ることができる。
【００２０】
互いにコヒーレントな２つのＸ線ビームのうち、一方をホログラフィ対象物（試料）１０７に照射する物体光１０５とし、他方を干渉によって位相情報を得るための参照光１０６として利用する。物体光１０５と参照光１０６の干渉パターンをＸ線検出器１０８で取得する。Ｘ線検出器１０８で得られた干渉パターンに位相情報の再構築操作を施すことにより、ホログラフィ対象物１０７のホログラフィ像を得ることができる。
【００２１】
入射Ｘ線１０４の波長範囲に０．２ｎｍ以上（６．２ｋｅＶ以下）の波長のＸ線が含まれる場合、空気によるＸ線の吸収等が顕著になるため、Ｘ線分光システム全体を真空チャンバーで覆い、システム内を減圧するとよい。
【００２２】
（Ｘ線導波路）
図２は、本発明に用いられるＸ線導波路の一実施形態を示す概略図である。本発明に係るＸ線導波路は、物質の屈折率実部が１以下となる波長帯域のＸ線を導波させるためのコア２０１と、前記コアに前記Ｘ線を閉じ込めるためのクラッド２０２から構成されている。前記コア２０１は、屈折率実部が異なる複数の物質からなる複数の基本構造が周期的に配されて形成されている周期性構造体からなる。そして、前記クラッドと前記コアとの界面における前記Ｘ線の全反射臨界角θＣが、前記コアの周期性構造体の基本構造の周期性に対応するブラッグ角θＢよりも大きい（θＢ＜θＣ）ことを特徴とする。
【００２３】
本発明に用いられるＸ線導波路は、コア２０１に周期性構造体を用いることにより、その周期構造の周期性に対応する導波モードを選択的に利用することができるＸ線導波路である。
【００２４】
（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、本発明における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。このような短波長の電磁波の周波数が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る。そして、Ｘ線に対しては物質の屈折率の実部が１より小さくなることが知られている。このようなＸ線に対する物質の屈折率ｎは一般的に、下記の式（１）
【００２５】
【数１】
【００２６】
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
【００２７】
【数２】
【００２８】
を用いて表される。
【００２９】
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は物質の電子密度ρｅに比例するため電子密度の大きい物質ほど屈折率実部が小さくなる。屈折率実部は、
【００３０】
【数３】
【００３１】
となる。さらに、電子密度ρｅは原子密度ρａと原子番号Ｚに比例する。このようにＸ線に対する物質の屈折率は複素数で表されるが、その実部を本明細書中では屈折率実部または屈折率の実部と称し、虚部を屈折率虚部または屈折率の虚部と称する。
【００３２】
本明細書中では、真空も物質の一つとする。屈折率実部が最大となる物質は真空であるが、一般的な環境下では気体でないほぼすべての物質に対して空気の屈折率実部が最大となる。本発明において屈折率実部が異なる２種以上の物質とは、多くの場合電子密度が異なる二種以上の物質である。
【００３３】
（コアとクラッドの関係）
本発明に用いられるＸ線導波路はコアとクラッドを有し、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。この全反射を実現するために、本発明に用いられるＸ線導波路は、クラッドとの界面に位置するコア材料の屈折率実部がクラッド材料の屈折率実部より大きいものである。
【００３４】
本発明において、コアとクラッドの界面の全反射臨界角は、図２に示す様に、コアとクラッドとの界面からの角度として、θＣで表す。
【００３５】
（コア）
本発明に用いられる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する。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に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、周期性に対応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。
【００３６】
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、１次元周期構造乃至３次元周期構造を例示することができる。具体的には、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次元周期構造等である。
【００３７】
本発明に用いられるＸ線導波路内に形成される周期構造に共鳴した導波モードは、前記周期性構造体の周期構造の各次元に対応した多重反射に起因する。このような導波モードは周期性により形成され、Ｘ線の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電子密度の小さい物質の領域が腹となる。すなわち、Ｘ線の電場強度が透過損失の小さい物質に集中するため、この導波モードの伝搬損失が他の導波モードに比べて著しく小さくなり、その導波モードを選択的に取り出すことが可能となる。以下、この導波モードを周期共鳴導波モードと称する。
【００３８】
図３は、コアの周期性構造体内でのＸ線電場強度分布を示す説明図である。図３は、シリカ３０２中で、一方向に伸びるシリンダー状の空気の孔３０１が、孔の長さ方向（図中ｚ方向）に垂直な方向（ｘ−ｙ面内方向）で３次元三角格子構造を形成している周期性構造体中でのＸ線の電場強度分布の例を示す。Ｘ線の伝搬方向は紙面に垂直な方向（ｚ方向）である。構造周期３０３（ｄ）は、図３のように、導波方向（伝搬方向、ｚ方向）に垂直な方向（ｘ−ｙ平面）で周期的に配されて形成される周期構造の周期（図３の破線の間隔）として定義し、その大きさはその周期構造によって異なる。また、前記周期構造の方向（図３におけるｘ−ｙ平面上で破線に垂直な方向）を、本明細書中では周期方向３０４と定義する。図３のように２次元以上の周期構造の場合には、構造周期３０３及び周期方向３０４は複数存在することになる。構造周期３０３と周期方向３０４はＸ線回折によって測定することができる。図３の構造周期３０３及び周期方向３０４は４つであるが、これは例示したものであり、これらに限定されない。
【００３９】
図３では、破線により構造周期ｄを表す。シリンダー状の空気の孔３０１中の白黒の濃淡はＸ線の電場強度を表し、黒、白がそれぞれ電場強度の大、小に相当する。電場強度を、白黒の濃淡の変わりに多数の円の間隔により説明する。シリンダー状の空気の孔３０１中の多数の円の間隔の大小はＸ線の電場強度３０５を表し、この材料中に形成される導波モードのうちの一つについての電場強度分布である。多数の円の間隔の小が電場強度の大、間隔の大が電場強度の小に相当する。空気の孔３０１の中心部分は円の間隔が小で電場強度３０５が強く、中心部分から孔の周囲の方向に円の間隔が傾斜して大きくなるように変化し、孔の周辺部分は円の間隔が大で電場強度が弱く表れている。電場強度の極大、極小となる領域が、ｘ方向及びｙ方向で周期的に繰り返されており、電場が周期性構造体の孔（周期性構造体の基本構造）に集中する。空気の孔３０１は、周期性構造体の基本構造を表す。３０４は周期方向を表す。
【００４０】
（閉じ込め関係）
本発明に用いられるＸ線導波路においては、周期共鳴導波モード以外にも、コア全体を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が存在し、以下、これを一様モードと称する。
【００４１】
一方、この一様モードに対し、本発明に用いられるＸ線導波路中で用いられる周期共鳴導波モードは、近接する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。本発明に用いられるＸ線導波路は、クラッドとコアの界面における全反射により、一様モード以外に、上記の周期共鳴導波モードを形成するために、構造周期３０３（ｄ）が次の式（２）を満たすように設計されている。
【００４２】
特に、二つのクラッドによりコアが挟まれた配置となっている場合（図３）、図３の周期方向は、導波方向に垂直な方向かつクラッドに垂直な方向と一致させる。
【００４３】
【数４】
【００４４】
θＣ（°）はクラッドとコアの界面の全反射臨界角、θＢ（°）は周期方向での構造周期ｄによるブラッグ角、λはＸ線の波長、ｎａｖｇはコアの平均屈折率の実部である。
【００４５】
この条件においては、本発明に用いられるＸ線導波路中には、一様モードだけでなく、周期共鳴導波モードが存在することになる。本発明に用いられるＸ線導波路中での周期共鳴導波モードは、周期性構造体が有限であるため、周期性構造体が無限であると仮定した際に周期性構造体の中に形成されるモードがクラッドとコアにおける界面の全反射で閉じ込める導波路構造により変調を受けたモードとなる。しかしながら、周期構造体が無限である場合と概ね変わらず、伝搬方向に垂直な面内における周期共鳴導波モードの電場強度分布の電場強度が極大である腹の部分と節の部分は、それぞれ周期構造の基本構造に一致したものとなる。このような周期共鳴導波モードは、近接する一様モードよりも損失が著しく小さくなるので、モード選択されたＸ線の導波が可能となる。
【００４６】
図４は、周期構造に起因した導波モード（周期共鳴導波モード）を示す図である。図４（ａ）は、後述のメソポーラスシリカをコアとし、クラッドを金とした導波路中の周期共鳴導波モードの電場強度のプロファイルを示したものであり、電場強度の極大部分がメソポーラスシリカの空孔部分に一致している。周期共鳴導波モードでは電場強度がコア中心付近に集中し、クラッドへの染み出しが少なく、位相プロファイルが制御された導波モードが実現される。図４（ｂ）は、Ｘ線伝搬損失の伝搬角度依存性を示す図であり、約０．２０５°の伝搬角度の導波モードが周期共鳴導波モードに対応し、その伝搬損失が他の導波モードの伝搬損失に比べて、著しく小さくなっていることがわかる。周期共鳴導波モードの伝搬角度は周期性構造体のブラッグ角よりわずかに小さいものとなる。これらは、導波路中に存在しうる導波モードを有限要素法によって理論的に算出した結果である。
【００４７】
図４（ｂ）に示すとおり、コアが一様なシリカで構成されているＸ線導波路では、周期共鳴導波モードが存在せず、伝搬角度の増加に伴って単調に伝搬損失が増加するだけである。一方で、コアに周期性構造体を用いることによって、伝搬損失が著しく小さい周期共鳴導波モードを選択的に取り出すことができる。さらに、本発明に用いられるＸ線導波路の利点は、コアの周期性構造体の周期数が増えるほど、周期構造との共鳴効果が顕著になって伝搬損失が低下するという点にある。これは、周期構造体による多重反射の寄与がより大きくなるためであり、対象とするＸ線波長域や構造周期３０３の大きさにもよるが、本発明に用いられるＸ線導波路のコアの周期構造の周期数は１０以上、好ましくは５０以上が望ましい。
【００４８】
周期構造の周期数の増加は、Ｘ線導波路１０１の断面積を増加させることと等価である。そのため、本発明に用いられるＸ線導波路１０１では、従来よりもコアの断面積が大きく、空間領域の大きな空間的コヒーレンスを有するＸ線ビームを生成可能であることが、最大の特徴である。この特徴を利用し、本発明のＸ線ホログラフィ光源素子は、この大きな空間的コヒーレンスを有するＸ線ビームを、遮蔽部材１０２によって２つに分割し、互いにコヒーレントな物体光１０５と参照光１０３を得る。よって、Ｘ線導波路をカーブさせることなく、離れた位置から物体光１０３と参照光１０４を出射させることができるため、ホログラフィにおける二重像を明瞭に分離して結像させることができる。
【００４９】
（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、コアの屈折率実部をｎｃｏｒｅとする。この場合における、膜の面に平行な方向からの全反射臨界角θＣ（°）は、ｎｃｌａｄ＜ｎｃｏｒｅとして、下記の式（３）
【００５０】
【数５】
【００５１】
と表される。本発明に用いられる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（３）を満たすもので構成することができる。例えば、コアに三角格子状に空孔が閉じ込め方向における周期１０ｎｍで配列した二次元周期構造であるメソポーラスシリカを用いた場合、Ａｕ、Ｗ、Ｔａなどでクラッドを構成することができる。
【００５２】
ただし、クラッドの材料には、本発明のＸ線ホログラフィ光源素子が対象とする波長域（エネルギー域）のＸ線の吸収率が小さい材料を用いることが好ましい。特に、Ｘ線の対象波長域にＸ線の吸収端がない材料をクラッドに用いることが好ましい。
【００５３】
（周期性構造体の材料）
本発明に用いられるＸ線導波路のコアに用いられる周期性構造体の材料は、特に限定されることなく、従来のトップダウンプロセスや自己集合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。例えば、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や電子ビームリソグラフィ、エッチングプロセス、積層や貼り合わせ、など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。特に、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。
【００５４】
本発明に用いられるＸ線導波路のコアとしては、特に、その製造工程の簡便性や規則性の高い周期構造の要請から、コアが両親媒性の有機物と無機物からなるメソ構造体膜であることが好ましく、さらに、Ｘ線の透過率の観点から、前記メソ構造体膜から前記有機物を除去したメソポーラス膜であることが好ましい。これについて以下に説明する。
【００５５】
本発明におけるメソ構造体膜とは、有機成分と無機成分がナノメートルオーダーのスケールで交互に配置された複合材料膜であり、有機成分は界面活性剤やブロックポリマーに代表される両親媒性物質が自己集合したものである。両親媒性物質の自己集合を利用することにより、高い構造規則性を有するメソ構造体膜を形成し得る。その構造には、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次元周期構造がある。メソポーラス膜は、このメソ構造体膜から有機成分を除去したもので、空孔が高い秩序をもって配列した多孔質材料の膜である。ただし、本発明においては、必要とする性能を有する限りにおいて、メソポーラス膜の空孔内に有機成分が残存していいても構わない。
【００５６】
メソポーラス膜の「メソ」とは、ＩＵＰＡＣ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｕｎｉｏｎ ｏｆ Ｐｕｒｅ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）によると、サイズが２から５０ｎｍであることを指す。そのため、メソポーラス膜は、その孔径２から５０ｎｍである多孔質膜と定義される。メソ構造体膜、及びメソポーラス膜は、主に酸化物の前駆体と界面活性剤とブロックポリマーに代表される両親媒性物質を含む反応液を基板上に塗布等のプロセスによって付与することによって、自己集合的に周期構造が形成される。前記両親媒性分子を用いたプロセスでは、それらの自己集合による周期構造が形成されるため、規則性の高い周期構造体を形成することができる。そのため、従来のトップダウンプロセスのような多数のプロセスを要せず、極めて簡便かつ高いスループットで作製することが可能である。また、数十ｎｍの周期性構造体を形成することは、従来のトップダウンプロセスでは極めて困難であり、特に２次元以上の周期性構造体を作製することはほぼ不可能であると言ってよい。
【００５７】
本発明に用いられるメソ構造体膜は、無機成分と有機成分によって周期構造を形成している。無機成分には、無機酸化物が用いられることが好ましく、シリカ、酸化チタン、酸化ジルコニウム等を例示することができる。有機成分には、例えば界面活性剤やブロックポリマーに代表される両親媒性分子、ブロックポリマー、シロキサンオリゴマーのアルキル鎖部分、あるいはシランカップリング剤のアルキル鎖部分等を挙げることができる。界面活性剤及びブロックポリマーとしては、Ｃ１２Ｈ２５（ＯＣＨ２ＣＨ２）４ＯＨ、Ｃ１６Ｈ３５（ＯＣＨ２ＣＨ２）１０ＯＨ、Ｃ１８Ｈ３７（ＯＣＨ２ＣＨ２）１０ＯＨ、Ｔｗｅｅｎ ６０（東京化成工業）、Ｐｌｕｒｏｎｉｃ Ｌ１２１（ＢＡＳＦ社）、Ｐｌｕｒｏｎｉｃ Ｐ１２３（ＢＡＳＦ社）、Ｐｌｕｒｏｎｉｃ Ｐ６５（ＢＡＳＦ社）、Ｐｌｕｒｏｎｉｃ Ｐ８５（ＢＡＳＦ社）等を例示することができる。それらの無機成分および有機成分の種類、分子量、親水部と疎水部の分子量比等を適切に選択することにより周期性構造体の周期構造の次元や構造周期（ブラッグ回折から得られる面間隔）を調整することができる。表１に、用いられる有機物に対する周期性構造体の構造を例示する。
【００５８】
【表１】
【００５９】
本発明のメソ構造体膜は、その有機成分と無機成分の前駆体を含む反応液を基板等に付与して自己集合プロセスによって形成される。反応液の付与の方法は、従来公知の方法を用いることができ、基板にスピンコートやディップコートによって塗布する方法や基板に反応液を接触保持して加熱する水熱合成法等を例示することができる。その際、ラビング処理を施したポリイミド膜を基板上に形成させるなど、基板に異方化処理を施したり、反応液の付与時にせん断応力を付加させたりするなど、従来公知の方法を用いることによって、前記基板面内の一方向に配向したメソ構造体膜を形成することができる。前記配向の方向をＸ線の導波方向と一致させることで、より伝搬損失の小さい本発明で用いられるＸ線導波路を提供できる。
【００６０】
メソ構造体膜からメソポーラス膜を作製するためには、焼成、有機溶媒による抽出、オゾン酸化処理等の従来公知の方法によって有機成分を除去することができる。
【００６１】
コアである周期性構造体の材料には、本発明のＸ線ホログラフィ光源素子が対象とする波長域（エネルギー域）のＸ線の吸収率が小さい材料を用いることが好ましい。特に、Ｘ線の対象波長域にＸ線の吸収端がない材料をクラッドに用いることが好ましい。
【００６２】
（閉じ込め次元）
本発明に用いられる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次元であってもよい。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２次元的に位相が制御されたＸ線ビームを取り出すことができる。その結果、２次元閉じ込め導波路の場合、その導波光が分割されて得られる物体光１０３と参照光１０２は２次元的に干渉し、２次元ホログラフィ像を結像させることができる。さらに、周期性構造体が２次元構造（基本構造：シリンダー状構造）や３次元構造（基本構造：ケージ構造）である場合には、複数存在する周期方向の周期構造に起因する電場強度分布を、コア内により効率的に形成させることができる。すなわち、導波路断面で２次元的な周期共鳴導波モードを選択的に取り出すことができ、強度が強く、かつ互いに２次元的にコヒーレントな物体光１０３と参照光１０４を提供することができる。
【００６３】
２次元的な周期共鳴導波モードを得るための２次元閉じ込め構造のＸ線導波路に関して、以下に詳細に述べる。この場合の周期性構造体の２次元構造とは、導波方向に垂直な面内において二つの基本ベクトルにより周期性を表現することができる構造のことである。
【００６４】
図５は、２次元閉じ込め型Ｘ線導波路を示す模式図である。例えば、図５に示すように、ｚ方向にのびる屈折率実部の大きい物質の領域５０１と屈折率実部の小さい物質の領域５０２がｘ−ｙ面内において２次元方向で周期構造を形成しているコア５０３をクラッド５０４が取り囲んでいる構成が挙げられる。Ｘ線の導波方向をｚ方向とした場合、導波方向に垂直なｘ−ｙ面において、コアが四角格子配列の２次元周期構造を有しており、図中に記した二つの基本ベクトルａ１とａ２により周期構造の周期性が表現される。図５の周期構造の周期数はｘ、ｙ方向ともに少ないものとなっているが、これは説明をわかりやすくするためのものである。２次元の周期構造は、基本となる一つの構造の面がａ１に平行な方向に、またもう一つの基本となる構造の面がａ２に平行な方向に、それぞれ周期｜ａ１｜と｜ａ２｜で繰り返される構造となっており。基本ベクトルａ１とａ２は、周期性を表現できる限り任意に選択することができる。つまり同じ周期構造でも選び方を変えたり、基本ベクトルの線形結合を用いて別の基本ベクトルを選ぶことも可能であり、選んだ基本ベクトルに対応した基本となる構造の面を定義することができる。基本ベクトルの絶対値が最小になるものが最も基本的な周期性を表現するものであり、そのような基本ベクトルに平行な方向において周期性の効果が大きくなり、これらの方向を特定の方向として定義するのが周期共鳴導波モードを形成するために効果的である。図５の例で基本ベクトルをａ１とａ２に選べば、基本となる構造の面はａ１とａ２に対してそれぞれ面５０７および５０８となり、ｘ方向、ｙ方向で周期的に繰り返されているものとなる。
【００６５】
コアが２次元の周期構造よりなる場合にも、本発明に用いられるＸ線導波路においては、Ｘ線の導波方向に垂直な少なくとも一つの特定の方向における、前記周期構造の周期性に対応するブラッグ角が、前記クラッドと前記コアの少なくとも１つの界面における全反射臨界角よりも小さくなるようにコアとクラッドを構成するものとする。図５に示す例の場合、導波方向に垂直なｘ−ｙ面において、一つの特定の方向をｙ方向とすると、ｙ−ｚ面内でのコアとクラッドの界面５０５におけるＸ線の全反射臨界角θＣとｙ方向の周期性により得られるブラッグ角θＢの間で、式（２）が満たされるようにクラッドとコアを構成する。
【００６６】
また、コアが２次元の周期構造である場合、基本的な周期性が二つの基本ベクトルで表わされる二つの特定の方向で得られるため、それぞれの方向における周期性に対応する二つのブラッグ角を定義することができる。例えば、図５の構成のＸ線導波路の場合、二つの特定の方向を基本ベクトルａ１とａ２に平行なｘ方向とｙ方向とする。基本ベクトルａ１とａ２に平行な二つの特定の方向における周期構造の周期性に対応するブラッグ角θＢ１、θＢ２はそれぞれ、
【００６７】
【数６】
【００６８】
【数７】
【００６９】
と表される。ｎ１ａｖｇ、ｎ２ａｖｇはそれぞれ、コア中の、基本ベクトルａ１とａ２に平行な二つの特定の方向における平均屈折率である。また、基本ベクトルａ１とａ２に平行な二つの特定の方向におけるコアとクラッドとの界面５０６、５０５での全反射臨界角を、θ１Ｃ、θ２Ｃとする。この場合には、それぞれの方向における周期共鳴導波モードを形成するために、式（２）と同様に、それぞれの方向において、θ１Ｂ＜θ１Ｃ、θ２Ｂ＜θ２Ｃとなるように、材料や構造パラメータを決定することとなる。
【００７０】
θ１Ｂ＜θ１Ｃ、θ２Ｂ＜θ２Ｃが満たされ、かつそれぞれの方向におけるコア中の物質界面での全反射臨界角がそれぞれのブラッグ角よりも小さくなるように構成することにより、二つの特定の方向において周期共鳴導波モードを形成することができる。このような導波路中で得られる周期共鳴導波モードは、二つの基本ベクトルに平行な二つの特定の方向における周期共鳴導波モードが干渉した２次元の周期共鳴導波モードとなる。
【００７１】
図６は図５のＸ線導波路のｚ方向に垂直な面におけるコア中の周期共鳴導波モードの電場強度分布を示す図である。図６において、６０１の中心部分の斜線の部分、６０１の斜線の部分の周囲部分および６０２の部分は、それぞれ、電場強度がより大きい部分、電場強度がより小さい部分を表す。つまり、２次元の周期構造をコアとするＸ線導波路中に形成される２次元の周期共鳴導波モードの電場強度分布は２次元の分布となり、より吸収などの損失の小さい領域に電場が集中することにより、周期共鳴導波モードの伝搬損失が小さいということがわかる。１次元の周期共鳴導波モードと同様に、２次元の周期共鳴導波モードについても設計により他の導波モードよりも損失を小さくでき、２次元方向において制御された単一の導波モードを形成できることになる。２次元の周期共鳴導波モードの電場や磁場分布は、導波方向に垂直な２次元面内で規則的に制御されていて、電場や磁場の位相もコア内全体にわたって、規則的なものになる。
【００７２】
コアをなす２次元の周期構造の周期性を定義する基本格子は、四角格子に限らない。図５のような周期構造が四角格子の場合の例では、特定の方向を二つの基本ベクトルに平行な二つの特定の方向を考えたが、このような方向に限るものではなく、基本ベクトルの線形結合を用いたベクトルに平行な方向も特定の方向として用いることができる。さらに、２次元面内での特定の方向の数は、二つの方向に限るものではなく、周期構造の周期性によって三つ以上となる場合も存在する。例えば、図８に三角格子状の２次元周期構造を点で表現したものを示す。この場合、基本ベクトルａ１とａ２に平行な二つの特定の方向に加え、ａ１−ａ２で表わされる３つ目のベクトルに平行な特定の方向を考えることにより、三つの方向の垂直成分をもつＸ線が干渉して、２次元の周期共鳴導波モードを形成することになる。この場合の、周期共鳴導波モードの電磁場強度分布は三角格子状になり、より吸収損失が小さい部分へ電磁場が集中する分布となる。
【００７３】
さらに、コアをなす周期構造は２次元の周期構造に限らず、３次元の周期構造とすることによってもＸ線導波路を形成することができる。導波方向に垂直な面内での周期共鳴導波モードを形成するための考え方は１次元および２次元のものと同等である。３次元の周期構造の場合、導波方向にも周期性を有していることにより、導波するＸ線が周期構造と共鳴し、導波方向においてＸ線の位相がそろいやすくなる効果がある。
【００７４】
（入射Ｘ線）
本発明のＸ線ホログラフィ光源素子を用いたＸ線ホログラフィを実施する際には、入射Ｘ線１０４は単色性を有することがよい。そのため、入射Ｘ線１０４は結晶や多層膜等のモノクロメータを用いて単色化された後に、本発明のＸ線ホログラフィ光源素子に入射されることがよい。ただし、Ｘ線検出器１０８がエネルギー（波長）分解能を有する場合などは、この限りではない。
【００７５】
（遮蔽部材）
図１における開口部１０３が設けられた遮蔽部材１０２は、不要な領域のＸ線を吸収等によって除去してＸ線導波路１０１を出射するＸ線を分割して互いにコヒーレントなビームを出射させる限り、いかなる材料で構成されていてもかまわない。Ｘ線の除去は、主に遮蔽部材による吸収によって起きるため、遮蔽部材１０２の厚みは、不要な回折Ｘ線を十分に吸収できるだけの長さが必要となり、適宜設計すればよい。例えば、１０ｋｅＶのエネルギーの入射Ｘ線を入射させ、遮蔽部材にタングステンを用いた場合には、Ｘ線の強度にもよるが、１００μｍ以上の長さがあればよい。また、開口部１０３は、周期共鳴導波モードの位相プロファイルが同様の形状である部分にそれぞれ配置してＸ線を出射させるとよく、好ましく物体光１０５と参照光１０６が互いにコヒーレントとなる。さらに、遮蔽部材１０２のＸ線導波路１０１の終端部からの距離は、入射Ｘ線１０４の最短波長よりも短くなければならない。両者の距離がそれ以上になると、Ｘ線導波路１０１からの出射時の回折現象を無視できなくなるからである。
【００７６】
遮蔽部材の厚さと開口部の大きさによっては、開口部１０３がＸ線導波路として機能し、開口部内で導波モードを形成する。一般には、（開口部の大きさ）／（遮蔽部材の厚さ）が小さい場合に、開口部がＸ線導波路として機能しやすくなる。
【００７７】
開口部の大きさとは、ホログラフィ像の解像度を決定し、１０ｎｍから１０μｍの範囲が好ましい。
【００７８】
本発明において、開口部１０３は所望の強度でＸ線を透過させる材料が充填されて構成されていればよい。開口部１０３の大きさが小さいほど、より分解能の高いＸ線ホログラフィ像が得られる物体光１０５と参照光１０６を提供することができ、Ｘ線ホログラフィの分解能は開口部１０３の大きさと同程度となる。また、本発明では、物体光１０５と参照光１０６を取り出すことができればよく、開口部１０３はそれらを得られるための２つ以上あればよい。
【００７９】
（Ｘ線検出器）
本発明において、Ｘ線ホログラフィシステムを構成するＸ線検出器１０８には、０次元型、１次元型、及び２次元型の検出器を用いることができ、入射Ｘ線１０４の波長のＸ線を検出できる限り、特に制限されない。ただし、２次元型の検出器を用いることによって、検出器を走査させる必要がなく、短時間でホログラフィ像を取得することができる。Ｘ線検出器１０８は、高分解で物体光１０５と参照光１０６の干渉パターンを得られるように、ｚ軸上のできる限り遮蔽部材１０２から離れた位置に配置するとよい。ただし、空気等による物体光１０５及び参照光１０６の散乱や吸収の影響が顕著でない範囲に配置するとよい。
【実施例】
【００８０】
以下、実施例を用いて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれに限定されない。
【００８１】
（実施例１）
本実施例は、クラッドがタングステン、コアがＢ４ＣとＡｌ２Ｏ３からなる多層膜から構成されるＸ線導波路と、その終端部にＢ４Ｃからなる開口部が設けられた遮蔽部材Ｔａ２Ｏ５が配置されたＸ線ホログラフィ光源素子と、それを用いたＸ線ホログラフィシステムの例である。図７は、本実施例のＸ線ホログラフィ光源素子の終端部の模式図である。７０１から７０８は、それぞれ、Ｓｉ基板７０１、下部タングステンクラッド７０２、上部タングステンクラッド７０３、Ｂ４Ｃ ７０４、Ａｌ２Ｏ３ ７０５、周期性構造体７０６、遮蔽部材Ｔａ２Ｏ５ ７０７、開口部Ｂ４Ｃ ７０８である。
【００８２】
本実施例のＸ線ホログラフィ光源素子の作製方法は、スパッタ法などを用いた以下のような工程が挙げられる。
【００８３】
（ａ）Ｘ線導波路の作製
Ｓｉ基板上にマグネトロンスパッタリングによって下部タングステンクラッドを５０ｎｍの厚さで形成する。その後、コアとして マグネトロンスパッタリングによってＡｌ２Ｏ３、Ｂ４Ｃの順に交互に成膜して多層膜を作製する。Ａｌ２Ｏ３とＢ４Ｃの厚さは、それぞれ３．０ｎｍと１２．０ｎｍとし、多層膜の最下部、及び最上部の層はＡｌ２Ｏ３とする。Ａｌ２Ｏ３とＢ４Ｃは、合計でそれぞれ３０１層と３００層を形成する。最後にマグネトロンスパッタリングによって上部タングステンクラッドを５０ｎｍの厚さで形成する。
【００８４】
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式（２）を満たしている。例えば、１０ｋｅＶのＸ線に対して、Ｘ線はクラッド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、閉じ込められたＸ線が多層膜のもつ周期性に共鳴した導波モード（周期共鳴導波モード）を形成することができる。コアとクラッドの界面における全反射臨界角は０．３６１３°である。コアの周期性構造体の基本構造の周期性に対応するブラッグ角は０．２３６８°である。
【００８５】
（ｂ）遮蔽部材の作製
前記Ｘ線導波路の上にレジスト層を塗布等によって形成し、フォトリソグラフィやドライエッチングプロセスを用いてパターニングし、Ｘ線導波路の終端部を形成するとともにその後方のＳｉ基板を露出させる。Ｔａ２Ｏ５を５５０ｎｍ、Ｂ４Ｃを２５ｎｍ、Ｔａ２Ｏ５を３４５０ｎｍ、Ｂ４Ｃを２５ｎｍ、Ｔａ２Ｏ５を５５０ｎｍの順にマグネトロンスパッタリングまたは真空蒸着装置を用いて成膜する。
【００８６】
（ｃ）Ｘ線ホログラフィ光源素子の切断
Ｘ線導波路のＸ線が導波する距離が遮蔽部材の距離が、それぞれ、０．５ｍｍと０．１ｍｍになるようにダイシング装置で切断する。
【００８７】
（ｄ）Ｘ線ホログラフィ光源素子の評価
図１に示す様に、ホログラフィ対象物（試料）１０７がない状態で、Ｘ線ホログラフィ光源素子に１０ｋｅＶの入射Ｘ線１０４を入射する。入射Ｘ線はＧｅの結晶モノクロメータを用いて単色化させる。遮蔽部材１０３から３ｍ離れた位置に配置した２次元型のＸ線検出器１０８が検出するＸ線強度パターンが、１０６μｍ間隔で強度の極大部がある明瞭な干渉パターン（Ｙｏｕｎｇ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｐａｔｔｅｒｎ）であることが確認され、Ｘ線ホログラフィ光源素子として機能することがわかる。
【００８８】
次に、物体光１０５を出射する開口部１０３の後方１．３ｍｍにホログラフィ対象物１０７であるフィルムを精密ステージに固定して配置する。フィルム上には０．３μｍ幅のタングステンの直線パターンが０．２μｍ間隔で配置されており、フィルムをｚ軸に垂直に、かつ前記直線パターンがｘ軸に平行になるように精密ステージの軸調整を行う。Ｇｅの結晶モノクロメータで単色化した１０ｋｅＶの入射Ｘ線１０４をＸ線ホログラフィ光源素子に入射し、２次元型のＸ線検出器１０８によってＸ線強度を測定する。得られる検出像からＦｒｅｓｎｅｌ−Ｋｉｒｃｈｉｈｏｆｆ回折の式に従い、位相情報を再構築するとＸ線ホログラフィ像を得ることができる。さらに精密ステージをｘ軸方向、及びｙ軸方向で移動させてホログラフィ像を取得し、それらを重ね合わせると設置したホログラフィ対象物１０７の全体像を得ることができる。
【００８９】
（実施例２）
本実施例は、クラッドをタングステン、コアをメソポーラスシリカ膜とするＸ線導波路と、その終端部にＢ４Ｃの開口部が設けられた遮蔽部材Ｔａ２Ｏ５が配置されたＸ線ホログラフィ光源素子とそれを用いたＸ線ホログラフィシステムの例である。図８は、本実施例のＸ線ホログラフィ光源素子の終端部の模式図である。８０１から８０８は、それぞれ、Ｓｉ基板８０１、下部タングステンクラッド８０２、上部タングステンクラッド８０３、空孔８０４、シリカ８０５、周期性構造体（メソポーラスシリカ膜）８０６、遮蔽部材Ｔａ２Ｏ５ ８０７、開口部Ｂ４Ｃ ８０８である。
【００９０】
メソポーラスシリカを含む本実施例のＸ線導波路、及びそれを用いたＸ線ホログラフィ光源素子の作製方法を、以下に示す。
【００９１】
（ａ）Ｘ線導波路の作製
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５０ｎｍの厚さで形成する。その後、スピンコートによってポリイミド膜を成膜し、ラビング処理を施す。Ｐ１２３（ＢＡＳＦ社）、エタノール、水、塩酸、テトラエトキシシラン等のシリカ源が配合された反応液を前記基板上にスピンコートする。このときの温度は、２５℃、相対湿度は、５％以下である。成膜後、膜は２５℃、相対湿度４０％の恒温恒湿槽で１８時間以上保持される。その後、エタノール、テトラヒドロフラン等を用いた溶媒抽出や焼成工程によって、Ｐ１２３とポリイミド膜を除去してメソポーラスシリカ膜を得る。
【００９２】
調製されたメソポーラスシリカ膜をＸ線回折及び電子顕微鏡で評価すると、導波方向に垂直な面（ｘｙ平面）で三角格子状の２次元周期構造を形成していることがわかる。その格子定数は約１０．２ｎｍである。メソポーラスシリカ膜の基本構造であるシリンダー状の空孔がラビング処理を施した方向に垂直な方向に配向していることも確認される。また、メソポーラスシリカ膜の一部を剥離し、段差計で測定するとその膜厚が５１０ｎｍであることがわかる。
【００９３】
メソポーラスシリカ膜をフォトリソグラフィやドライエッチングプロセス等を用いてｚ軸方向に直線になるようにパターニングする。その際の直線パターンの幅は１２μｍである。
【００９４】
さらに、メソポーラスシリカ膜の直線パターンを囲むよう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５０ｎｍの厚さで形成する。
【００９５】
得られるＸ線導波路は、周期は１０．２ｎｍであり、式（２）を満たしている。例えば、１０ｋｅＶのＸ線に対して、Ｘ線はクラッド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、閉じ込められたＸ線がメソポーラスシリカのもつ周期性の影響を受けた導波モード（周期共鳴導波モード）を形成することができる。この周期共鳴導波モードは２次元的に位相が制御され、２次元的なコヒーレンスを有する。コアとクラッドの界面における全反射臨界角は０．３９７４°である。コアの周期性構造体の基本構造の周期性に対応するブラッグ角は０．３４８３°である。
【００９６】
（ｂ）遮蔽部材の作製
前記Ｘ線導波路の上にレジスト層を塗布等によって形成し、フォトリソグラフィやドライエッチングプロセスを用いてパターニングし、Ｘ線導波路の終端部を形成するとともにその後方のＳｉ基板を露出させる。Ｔａ２Ｏ５を２９０ｎｍ、Ｂ４Ｃを２０ｎｍの順にマグネトロンスパッタリングまたは真空蒸着装置を用いて成膜する。
【００９７】
ｙ軸と平行なクラッドとコアの対面する２つの界面から、それぞれ１μｍ離れたところ（図８のＬ）に２０ｎｍの線幅のＢ４Ｃの直線パターンをｚ軸方向に電子線リソグラフィで形成する。さらにマグネトロンスパッタリングまたは真空蒸着装置を用いて、Ｔａ２Ｏ５を２４０ｎｍ以上成膜して、一辺２０ｎｍの正方形の開口部Ｂ４Ｃを２つ有するＴａ２Ｏ５の遮蔽部材を作製する。
【００９８】
（ｃ）Ｘ線ホログラフィ光源素子の切断
Ｘ線導波路のＸ線が導波する距離と遮蔽部材の距離が、それぞれ、０．５ｍｍと０．１ｍｍになるようにダイシング装置で切断する。
【００９９】
（ｄ）Ｘ線ホログラフィ光源素子の評価
図１に示す様に、ホログラフィ対象物（試料）１０７がない状態で、Ｘ線ホログラフィ光源素子に１０ｋｅＶの入射Ｘ線１０４を入射する。入射Ｘ線はＧｅの結晶モノクロメータを用いて単色化させる。遮蔽部材１０３から３ｍ離れた位置に配置した２次元型のＸ線検出器１０８が検出するＸ線強度パターンが、３７．２μｍ間隔で強度の極大部がある明瞭な干渉パターン（Ｙｏｕｎｇ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｐａｔｔｅｒｎ）であることが確認され、Ｘ線ホログラフィ光源素子として機能することがわかる。
【０１００】
次に、物体光１０５を出射する開口部１０３の後方１．３ｍｍにホログラフィ対象物１０７であるフィルムを精密ステージに固定して配置する。フィルム上には０．３μｍ幅のタングステンの直線パターンが０．２μｍ間隔で配置されており、フィルムをｚ軸に垂直に、かつ前記直線パターンがｘ軸から４５°の角度をなすように精密ステージの軸調整を行う。Ｇｅの結晶モノクロメータで単色化した１０ｋｅＶの入射Ｘ線１０４をＸ線ホログラフィ光源素子に入射し、２次元型のＸ線検出器１０８によってＸ線強度を測定する。得られる検出像からＦｒｅｓｎｅｌ−Ｋｉｒｃｈｉｈｏｆｆ回折の式に従い、位相情報を再構築するとＸ線ホログラフィ像を得ることができる。さらに精密ステージをｘ軸方向、及びｙ軸方向で移動させてホログラフィ像を取得し、それらを重ね合わせると設置したホログラフィ対象物１０７の全体像を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
本発明のＸ線ホログラフィ光源素子は、強い強度の互いにコヒーレントな少なくとも２つのＸ線ビームを得ることができるので、Ｘ線ホログラフィシステム、Ｘ線イメージング等に利用することができる。
【符号の説明】
【０１０２】
１０１ Ｘ線導波路
１０２ 遮蔽部材
１０３ 開口部
１０４ 入射Ｘ線
１０５ 物体光
１０６ 参照光
１０７ ホログラフィ対象物（試料）
１０８ Ｘ線検出器
１０９ 終端部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射したＸ線を分割して互いにコヒーレントな少なくとも２つのＸ線ビームを出射するＸ線ホログラフィ光源素子であって、
コアとクラッドとを有し、入射したＸ線を分割するＸ線導波路と、前記Ｘ線導波路の出射側の終端部に配されており、Ｘ線ビームを出射する少なくとも２つの開口部が設けられている遮蔽部材とを備え、
前記コアは、複数の屈折率実部の異なる物質を含む基本構造が周期的に配された周期性構造体であり、
前記コアと前記クラッドとの界面における前記Ｘ線の全反射臨界角は、前記コアの前記基本構造の周期性に対応するブラッグ角よりも大きいことを特徴とするＸ線ホログラフィ光源素子。
【請求項２】
前記コアが多層膜からなることを特徴とする請求項１に記載のＸ線ホログラフィ光源素子。
【請求項３】
前記コアがメソポーラス膜からなることを特徴とする請求項１に記載のＸ線ホログラフィ光源素子。
【請求項４】
前記コアを、両親媒性の有機物を含む反応液を用いた自己集合プロセスにより作製することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの項に記載のＸ線ホログラフィ光源素子。
【請求項５】
前記入射したＸ線が、単一波長のＸ線である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線ホログラフィ光源素子。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載のＸ線ホログラフィ光源素子と、入射Ｘ線と、Ｘ線検出器とを具備することを特徴とするＸ線ホログラフィシステム。
【請求項１】
入射したＸ線を分割して互いにコヒーレントな少なくとも２つのＸ線ビームを出射するＸ線ホログラフィ光源素子であって、
コアとクラッドとを有し、入射したＸ線を分割するＸ線導波路と、前記Ｘ線導波路の出射側の終端部に配されており、Ｘ線ビームを出射する少なくとも２つの開口部が設けられている遮蔽部材とを備え、
前記コアは、複数の屈折率実部の異なる物質を含む基本構造が周期的に配された周期性構造体であり、
前記コアと前記クラッドとの界面における前記Ｘ線の全反射臨界角は、前記コアの前記基本構造の周期性に対応するブラッグ角よりも大きいことを特徴とするＸ線ホログラフィ光源素子。
【請求項２】
前記コアが多層膜からなることを特徴とする請求項１に記載のＸ線ホログラフィ光源素子。
【請求項３】
前記コアがメソポーラス膜からなることを特徴とする請求項１に記載のＸ線ホログラフィ光源素子。
【請求項４】
前記コアを、両親媒性の有機物を含む反応液を用いた自己集合プロセスにより作製することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの項に記載のＸ線ホログラフィ光源素子。
【請求項５】
前記入射したＸ線が、単一波長のＸ線である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線ホログラフィ光源素子。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載のＸ線ホログラフィ光源素子と、入射Ｘ線と、Ｘ線検出器とを具備することを特徴とするＸ線ホログラフィシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２３７７１８（Ｐ２０１２−２３７７１８Ａ）
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０８４５０（Ｐ２０１１−１０８４５０）
【出願日】平成２３年５月１３日（２０１１．５．１３）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１３日（２０１１．５．１３）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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