(57)【要約】【課題】０．５ｎｍ以下の波長を有する光の波長の絶対値を高い分解能で測定することができるマイケルソン型干渉計及びそれに用いられる結晶分光素子を提供する。【解決手段】ビームスプリッタ１とビームミキサ４との間における第１の光ｌ１の光路長は、一定であり、それに対して、ビームスプリッタ１とビームミキサ４との間における第２の光ｌ２の光路長は、可動部５ｂを固定部５ａの長手方向に移動させることによって可変となる。可動部５ｂを固定部５ａの長手方向に平行移動し、二つの光の光路差を形成する。光路差が光の１波長ずつ増加するに従って、検出器に１周期のビーム強弱変化が現れる。これによって、１０ｃｍ程度の光路差を可動部５ｂの平行移動のみで容易に実現でき、高い波長分解能を容易に実現できる。また、波長を正確に設定することによって、０．５ｎｍ以下の不変の波長を基準にして微小な変位を測定することができる。【選択図】図１
2006010640.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
０．５ｎｍ以下の波長を有する光を第１及び第２の光に分離する光分離手段と、
これら第１及び第２の光を重ね合わせて、第１及び第２の干渉光を発生する干渉光発生手段と、
前記光分離手段と前記干渉光発生手段との間で、前記第１の光の光路長を一定にするとともに、前記第２の光の光路長を平行移動で以って可変にする光路長形成手段とを具えることを特徴とするマイケルソン型干渉計。
【請求項２】
前記光路長形成手段が、固定部及びその固定部に対して相対移動する可動部から構成された結晶分光素子を有し、
前記固定部が、
前記光分離手段によって分離された第１の光を反射する第１反射面と、
その第１反射面によって反射された第１の光を反射する第２反射面と、
その第２反射面によって反射された第３反射面と、
その第３反射面によって反射された第１の光を反射する第４反射面と、
前記光分離手段によって分離された第２の光を反射する第５反射面と、
前記第２の光を前記干渉光発生手段に向かって反射する第６反射面とを有し、
前記可動部が、
前記固定部の第１反射面によって反射された第２の光を反射する第１反射面と、
その第１反射面によって反射された第２の光を前記固定部の第６反射面に向かって反射する第２反射面とを有することを特徴とする請求項１記載のマイケルソン型干渉計。
【請求項３】
固定部及びその固定部に対して相対平行移動する可動部から構成され、
前記固定部が、
第１の光を反射する第１反射面と、
その第１反射面によって反射された第１の光を反射する第２反射面と、
その第２反射面によって反射された第３反射面と、
その第３反射面によって反射された第１の光を反射する第４反射面と、
前記光分離手段によって分離された第２の光を反射する第５反射面と、
前記第２の光を反射する第６反射面とを有し、
前記可動部が、
前記固定部の第１反射面によって反射された第２の光を反射する第１反射面と、
その第１反射面によって反射された第２の光を前記固定部の第６反射面に向かって反射する第２反射面とを有することを特徴とする結晶分光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、０．５ｎｍ以下の波長を有する光（例えば、Ｘ線）の波長を測定するマイケルソン型干渉計及びそれに用いられる結晶分光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、干渉計として、波長に対してあまり敏感にならずに光路差による位相コントラストを作り出すタイプ（例えば、マッハ・ツェンダー干渉計）と、波長差の僅かな変化によって光路差を生じ、位相コントラストを作り出すタイプ（例えば、マイケルソン型干渉計）とがあり、一般的には可視光に対して適用されている。
【０００３】
波長測定の原理は、干渉計内で形成される光路差と光波長との比の変化に伴う光強度の変化の検出にある。光路差の変化は、２光路を通る光の位相変化をもたらし、干渉計の出力強度にｃｏｓ関数のような強度変化が生じる。２周期分の強度変化が検出されると、光路差には１波長分の変化があったことがわかる。
【０００４】
波長測定の精度を上げるためには、干渉計内の光路差を長くし、強度変化の周期を増加する必要がある。波長の分解能は、波長と光路差との比に等しくなることがわかるが、分解能が高くなるか否かは、測定対象たる単色光の単色性と、測定装置で作りうる光路差とに依存する。例えば、５００ｎｍの緑色波長に対して５００ｍの光路差をつけると、１０−９の分解能を達成することができ、干渉強度の１／１０００の変化を検出できる波長分割技術を利用できる場合には、０．５ｍの光路差をつけると、１０−９の分解能を達成することができる。
【０００５】
可視光の１／５０００程度の波長すなわち０．５ｎｍ以下の波長を有する光（例えば、Ｘ線）の波長を測定するために、結晶の回折現象を利用したマイケルソン型干渉計が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
【非特許文献１】Appel et al, “Michelson Interferometer for X Rays and Thermal Neutrons”, PHYSICAL REVIEW LETTERS, 23 SEPTEMBER 1991, NUMBER 13, pp.1673 - 1676
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記非特許文献１において提案されたマイケルソン型干渉計では、結晶の回転によって光路差を形成しているので、光軸に横滑りが生じ、干渉計が干渉できる幾何学的条件から外れるようになる。すなわち、光路差が僅かであるために、分解能を高めるのが困難になる。上記非特許文献１によれば、数ミクロンの光路差が形成されたことが報告されている。
【０００７】
また、上記非特許文献１において提案されたマイケルソン型干渉計では、結晶の回転によって光路差が形成されるために、光路差は、直接的な長さとして測定されない。したがって、波長の絶対値によらずに波長分散を得られるが、波長の絶対値を測定することができない。
【０００８】
本発明の目的は、０．５ｎｍ以下の波長を有する光の波長の絶対値を高い分解能で測定することができるマイケルソン型干渉計及びそれに用いられる結晶分光素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によるマイケルソン型干渉計は、
０．５ｎｍ以下の波長を有する光を第１及び第２の光に分離する光分離手段と、
これら第１及び第２の光を重ね合わせて、第１及び第２の干渉光を発生する干渉光発生手段と、
前記光分離手段と前記干渉光発生手段との間で、前記第１の光の光路長を一定にするとともに、前記第２の光の光路長を平行移動で以って可変にする光路長形成手段とを具えることを特徴とする。
【００１０】
本発明による結晶分光素子は、
固定部及びその固定部に対して相対平行移動する可動部から構成され、
前記固定部が、
第１の光を反射する第１反射面と、
その第１反射面によって反射された第１の光を反射する第２反射面と、
その第２反射面によって反射された第３反射面と、
その第３反射面によって反射された第１の光を反射する第４反射面と、
前記光分離手段によって分離された第２の光を反射する第５反射面と、
前記第２の光を反射する第６反射面とを有し、
前記可動部が、
前記固定部の第１反射面によって反射された第２の光を反射する第１反射面と、
その第１反射面によって反射された第２の光を前記固定部の第６反射面に向かって反射する第２反射面とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によるマイケルソン型干渉計によれば、光分離手段によって、０．５ｎｍ以下の波長を有する光を第１及び第２の光に分離し、干渉光発生手段によって、第１及び第２の光を重ね合わせて、第１及び第２の干渉光を発生する際に、光分離手段と干渉光発生手段との間で、第１の光の光路長を一定にするとともに、第２の光の光路長を可変にする。
【００１２】
このように第１の光の光路長を一定にするとともに、第２の光の光路長を可変にすることによって、十分な光路差を、結晶の回転ではなく長さによって直接表すことができ、その結果、０．５ｎｍ以下の波長を有する光の波長の絶対値を高い分解能で測定することができる。
【００１３】
十分な光路差を、結晶の回転ではなく長さによって直接表すことができるようにするために、好適には、前記光路長形成手段が、固定部及びその固定部に対して相対移動する可動部から構成された結晶分光素子を有し、
前記固定部が、
前記光分離手段によって分離された第１の光を反射する第１反射面と、
その第１反射面によって反射された第１の光を反射する第２反射面と、
その第２反射面によって反射された第３反射面と、
その第３反射面によって反射された第１の光を反射する第４反射面と、
前記光分離手段によって分離された第２の光を反射する第５反射面と、
前記第２の光を前記干渉光発生手段に向かって反射する第６反射面とを有し、
前記可動部が、
前記固定部の第１反射面によって反射された第２の光を反射する第１反射面と、
その第１反射面によって反射された第２の光を前記固定部の第６反射面に向かって反射する第２反射面とを有する。
【００１４】
本発明による結晶分光素子によれば、０．５ｎｍ以下の波長を有する光の波長の絶対値を高い分解能で測定することができるマイケルソン型干渉計を構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明によるマイケルソン型干渉計及びそれに用いられる結晶分光素子の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明によるマイケルソン型干渉計の実施の形態を示す図である。このマイケルソン型干渉計は、ビームスプリッタ１と、ミラー２，３と、ビームミキサ４と、シリコン結晶によって構成された結晶分光素子５とを具える。
【００１６】
結晶分光素子５は、固定部５ａ及び固定部５ａの長手方向に平行移動する可動部５ｂから構成され、固定部５ａは反射面５ａ−１〜５ａ〜６を有し、可動部５ｂは反射面５ｂ−１，５ｂ−２を有する。
【００１７】
本実施の形態の動作を説明する。ビームスプリッタ１は、０．５ｎｍ以下の波長を有する光Ｌ（例えば、Ｘ線）を第１及び第２の光ｌ１，ｌ２に分離する。ミラー２，３は、ビームミキサ４で重ね合うよう第１及び第２の光ｌ１，ｌ２を導く。
【００１８】
第１の光ｌ１は、ミラー３によって結晶分光素子５に導かれ、反射面５ａ−１，５ａ−２，５ａ−３，５ａ−４で４回反射が行われた後にビームミキサ４に出射され、第２の光ｌ２は、反射面５ａ−５，５ｂ−１，５ｂ−２，５ａ−６で４回反射が行われた後にミラー３を通じてビームミキサ４に出射される。なお、反射面５ａ−１，５ａ−２，５ａ−３，５ａ−４を通じて結晶分光素子５を通過できる第１の光ｌ１及び反射面５ａ−５，５ｂ−１，５ｂ−２，５ａ−６を通じて結晶分光素子５を通過できる第２の光ｌ２はそれぞれ、特定の波長及び数ｐｐｍ程度のバンド幅を有する。
【００１９】
ビームミキサ４は、第１及び第２の光ｌ１，ｌ２から第１及び第２の干渉光ｉ１，ｉ２を発生し、第１の干渉光ｉ１を検出器（図示せず）に出射する。ビームスプリッタ１とビームミキサ４との間における第１の光ｌ１の光路長は、一定であり、それに対して、ビームスプリッタ１とビームミキサ４との間における第２の光ｌ２の光路長は、可動部５ｂを固定部５ａの長手方向に移動させることによって可変となる。なお、第１の光ｌ１が通過する固定部５ａの反射面５ａ−１，５ａ−２，５ａ−３，５ａ−４の部分は、第１の光ｌ１と第２の光ｌ２の光路差を零にすることができるため、光路長補償の機能を果たす。
【００２０】
所定の波長の光が通過するように、図１のマイケルソン型干渉計を調整し、干渉ビームが得られていることを確認すると、可動部５ｂを固定部５ａの長手方向に平行移動し、二つの光の光路差を形成する。光路差が光の１波長ずつ増加するに従って、検出器（図示せず）に１周期のビーム強弱変化が現れる。
【００２１】
図２Ａに示す状態の可動部５ｂを、から固定部５ａの長手方向に距離Ｄだけ平行移動すると（図２Ｂ参照）すると、回折角がθの場合には、光路差ΔＬは、２Ｄｓｉｎ２θとなる。
【００２２】
本実施の形態によれば、分解能が結晶分光素子５の回折格子数に依存せずに入射光の波長及び光路差の比で決定され、０．１ｎｍのＸ線波長に対して、１ｃｍの光路差を形成することによって、１×１０−８以下の分解能を実現することができる。
【００２３】
したがって、１０ｃｍ程度の光路差を可動部５ｂの平行移動のみで容易に実現でき、このことは、高い波長分解能を容易に実現できることを意味する。また、波長を正確に設定することによって、０．５ｎｍ以下の不変の波長を基準にして微小な変位を測定することができる。
【００２４】
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、幾多の変更及び変形が可能である。
例えば、上記実施の形態において、シリコン結晶で構成した結晶分光素子について説明したが、シリコン以外の他の結晶材料で結晶分光素子を構成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明によれば、線幅の狭いγ線の超精密波長測定ができ、Ｘ線波長の新しい基準を確立することができる。また、物理学基礎定数の精密計測及びその関連装置や、ｆｍ又はａｍ域のエンコーダに本発明を適用することができる。本発明によって、超高感度なＸ線干渉技術を利用して、精密制御技術の新しいフロンティアを開拓することができる。さらに、Ｘ線干渉を利用しているため、振動に対する感度が良く、極微小な振動を測定できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明によるマイケルソン型干渉計の実施の形態を示す図である。
【図２】図１のマイケルソン型干渉計の動作を説明するための図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  ビームスプリッタ
２，３  ミラー
４  ビームミキサ
５  結晶分光素子
５ａ  固定部
５ｂ  可動部
５ａ−１，５ａ−２，５ａ−３，５ａ−４，５ａ−５，５ａ−６，５ｂ−１，５ｂ−２  反射面
Ｌ  光
ｌ１  第１の光
ｌ２  第２の光
ｉ１  第１の干渉光
ｉ２  第２の干渉光
【図１】
2006010640.tif 000003
【図２】
2006010640.tif 000004