(57)【要約】【課題】小規模な装置で軟Ｘ線の直線偏光を円偏光に変換できるようにする。【解決手段】軟Ｘ線の波長付近に内殻吸収端を持つ遷移金属から成る反射面１２を真空容器１４の内側に形成するとともに、軟Ｘ線が反射する反射面１２の位置において真空容器１４の長手方向に対して垂直方向の磁場を発生させる永久磁石１３を設け、真空容器１４に入射した直線偏光の軟Ｘ線を、磁場が与えられた位置の反射面１２において複数回反射させることにより、軟Ｘ線が反射面１２で反射するときに磁気円二色性の共鳴効果により磁気散乱が増強されるようにして、直線偏光を構成している左回り円偏光と右回り円偏光との間で屈折率に大きな差を生じさせ、左回り円偏光と右回り円偏光との位相差を一気に得ることにより、ほんの数回の反射によって軟Ｘ線の直線偏光を円偏光に変換できるようにする。【選択図】図１
2013053850.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟Ｘ線の進路となる中空の真空容器と、
上記真空容器の内側に形成された反射面であって、上記軟Ｘ線の波長付近に内殻吸収端を持つ遷移金属から成る反射面と、
上記反射面で上記軟Ｘ線が反射する位置において上記真空容器の長手方向に対して垂直方向の磁場を発生させる磁石と、
上記真空容器内に真空状態を作る真空ポンプとを備え、
上記真空ポンプにより真空状態とされた上記真空容器内に直線偏光の上記軟Ｘ線を入射し、上記磁場が与えられた位置の上記反射面において上記軟Ｘ線を複数回反射させることにより、円偏光に変換された上記軟Ｘ線を上記真空容器から出射するようにしたことを特徴とする円偏光変換装置。
【請求項２】
上記真空容器の内側において上記反射面の後段に当該反射面に対して垂直な向きに形成された第２の反射面であって、上記反射面と同じ遷移金属から成る第２の反射面を更に備え、
上記真空ポンプにより真空状態とされた上記真空容器内に直線偏光の上記軟Ｘ線を入射し、上記磁場が与えられた位置の上記反射面において上記軟Ｘ線を複数回反射させた後、上記第２の反射面において上記軟Ｘ線を更に複数回反射させることにより、円偏光に変換された上記軟Ｘ線を上記真空容器から出射するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の円偏光変換装置。
【請求項３】
上記反射面および上記第２の反射面は同じ長さに形成されており、上記反射面における反射回数と上記第２の反射面における反射回数とが同数となるようにしたことを特徴とする請求項２に記載の円偏光変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は円偏光変換装置に関し、特に、軟Ｘ線のような高エネルギーの光を直線偏光から円偏光に変換する装置に用いて好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光を直線偏光から円偏光に変換する装置が提供されている。例えば、可視光や赤外光の円偏光化には、透過型の偏光板や偏光フィルムのような簡単な構造のものが使用される。また、電子ビームの軌道に対して水平方向または垂直方向の磁場を周期的に与えることにより、電子ビームを螺旋状に蛇行させて円偏光化するアンジュレータも提供されている（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００３】
ところで、光の一種としてＸ線がある。Ｘ線は波長が１[ｐｍ]〜数１０[ｎｍ]程度の電磁波であり、これには硬Ｘ線と軟Ｘ線とがある。硬Ｘ線は、エネルギーが高くて物質に対する透過性が強いＸ線のことであり、例えばレントゲン写真を撮影するのに用いられる。一方、軟Ｘ線は、硬Ｘ線よりエネルギーが低くて物質に対する吸収が強く透過性が弱いＸ線のことである。円偏光化された軟Ｘ線は、透過性が弱いために物質の中に吸収されやすく、物質中の電子スピン状態を検出することが可能であるとして、生体内検査や遺伝子解析の有効な手段として期待が集められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−２８８２００号公報
【特許文献２】特開平９−２１９５６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
軟Ｘ線を生体内検査や遺伝子解析などに活用する場合、軟Ｘ線は円偏光であることが必要となる。円偏光であれば、左回りと右回りとの違い、あるいは平行と反平行との違いなど電子スピン状態の違いがあるため、その違いをナノ材料の解析に応用できるからである。ただし、基本的に軟Ｘ線は直線偏光（左回り円偏光と右回り円偏光との２つの状態の重ね合わせ）として現れるので、これを円偏光に変換しなければならない。
【０００６】
しかしながら、軟Ｘ線は硬Ｘ線に比べてエネルギーが低いものの、それでも１０[ｅＶ]以上の高いエネルギーを持つ。１０[ｅＶ]を超える軟Ｘ線の高エネルギー領域では、直線偏光を円偏光に変換するのに、偏光板のような簡単な構造のものは使えない。そのため、従来は、電子ビームの直線偏光を円偏光に変換するアンジュレータを用いる方法が採用されてきた。ところが、この方法では、いわゆるシンクロトロン（同期式円形加速器）やリニアック（線型加速器）と呼ばれる大規模な施設が必要になるという問題があった。
【０００７】
シンクロトロンやリニアックは、電子ビームがアンジュレータを通過する際に、周期的な磁場を与えることによって電子ビームを周期的に曲げる原理で円偏光化するものである。ここで、加速された電子ビームは磁場に対して簡単には反応しないため、非常に長い磁石列によって電子軌道を少しずつ蛇行させていかなければならない。また、電子ビームの軌道を曲げるためには大きな磁場を必要とし、大がかりな超電導電磁石などを使用する必要がある。さらに、加速された電子ビームのエネルギー損失を最小限にするために真空状態を作らなければならないが、電子ビームを長い距離走らせる必要があるため、超高真空状態を作るための大がかりな設備が必要となる。そのため、シンクロトロンやリニアックは大規模にならざるを得なかった。
【０００８】
本発明は、このような問題を解決するために成されたものであり、小規模な装置で軟Ｘ線の直線偏光を円偏光に変換できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記した課題を解決するために、本発明では、軟Ｘ線の波長付近に内殻吸収端を持つ遷移金属から成る反射面を真空容器の内側に形成するとともに、軟Ｘ線が反射する反射面の位置において真空容器の長手方向に対して垂直方向の磁場を発生させる磁石を設けている。そして、真空容器に入射した軟Ｘ線を、磁場が与えられた位置の反射面において複数回反射させることにより、軟Ｘ線の直線偏光を円偏光に変換するようにしている。
【発明の効果】
【００１０】
上記のように構成した本発明によれば、反射面を形成する遷移金属の内殻吸収端に近い波長のエネルギーを軟Ｘ線が持つため、真空容器に入射した軟Ｘ線が反射面で反射するときに、当該反射面の位置において与えられた磁場による磁気散乱が、磁気円二色性の共鳴効果により増強される。すなわち、磁気散乱を起こす内殻吸収端においては左回り円偏光と右回り円偏光とで屈折率に差が生じるが、この屈折率の差が磁気円二色性の共鳴効果により増強されることとなる。このため、重ね合わせによって直線偏光を構成している左回り円偏光と右回り円偏光との位相差を一気に得ることができる。これにより、ほんの数回の反射によって軟Ｘ線の直線偏光を円偏光に変換することができる。
【００１１】
少ない反射回数で直線偏光を円偏光に変換できるため、真空容器および磁石列を長くする必要がない。そのため、超高真空状態を作るための大がかりな設備も不要で、簡単な真空ポンプがあれば十分である。また、磁気円二色性の共鳴効果によって磁気散乱が増強されるため、大がかりな超電導電磁石などを使用する必要がなく、小さな永久磁石があれば良い。したがって、軟Ｘ線の直線偏光を円偏光に変換するための装置をシンクロトロン等に比べて格段に小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態による円偏光変換装置の構成例を示す図である。
【図２】第１の実施形態による反射面の配置例を示す図である。
【図３】第１の実施形態による永久磁石の配置例を示す図である。
【図４】第２の実施形態による円偏光変換装置の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（第１の実施形態）
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、第１の実施形態による円偏光変換装置の構成例を示す図である。図２は、第１の実施形態による反射面の配置例を示す図である。図３は、第１の実施形態による永久磁石の配置例を示す図である。
【００１４】
図１に示すように、第１の実施形態による円偏光変換装置１０は、軟Ｘ線発生装置１００から発射される軟Ｘ線の進路となる中空の真空容器１１と、真空容器１１の内側に形成された反射面１２と、磁場を発生させる永久磁石１３と、真空容器１１内に真空状態を作るための真空ポンプ１４とを備えている。
【００１５】
真空容器１１は、例えば図２のように、断面が楕円形状の楕円筒容器であり、ガラス等により構成されている。反射面１２は、例えば、真空容器１１の長手方向に沿って形成された一対の反射板１２ａ，１２ｂから成る。当該一対の反射板１２ａ，１２ｂは、軟Ｘ線の平均的な進行方向（真空容器１１の長手方向）に対して平行に、互いに垂直に向かい合うように配置されている。
【００１６】
反射面１２は、真空容器１１に入射される軟Ｘ線の波長付近に内殻吸収端を持つ遷移金属から成る。例えば、軟Ｘ線の波長付近に３ｐ−３ｄ内殻吸収端を持つ遷移金属として、軟Ｘ線の波長が２．８[ｎｍ]の場合はタングステン（Ｗ）、軟Ｘ線の波長が１９．８[ｎｍ]の場合はコバルト（Ｃｏ）、軟Ｘ線の波長が１７．９[ｎｍ]の場合はニッケル（Ｎｉ）、軟Ｘ線の波長が２４．３[ｎｍ]の場合はマンガン（Ｍｎ）、軟Ｘ線の波長が２５．８[ｎｍ]の場合はチタン（Ｔｉ）、軟Ｘ線の波長が２６．９[ｎｍ]の場合はペロブスカイト型３ｄ遷移金属酸化物（Ｙ１−ｘＣａｘＴｉＯ３）、軟Ｘ線の波長が２２．９[ｎｍ]の場合は鉄系超電導体（ＬａＦｅＡｓＯ）により反射面１２を構成する。
【００１７】
永久磁石１３は、反射面１２で軟Ｘ線が反射する位置において、真空容器１１の長手方向に対して垂直方向の磁場を発生させるものである。永久磁石１３は、真空容器１１の外側に真空容器１１を挟むように配置された一対の磁石１３ａ，１３ｂを複数組備えて構成されている。一対の磁石１３ａ，１３ｂは、Ｎ極とＳ極とが互いに対向するように配置されている。また、複数組の磁石１３ａ，１３ｂは、真空容器１１の長手方向に沿って等間隔に配置されている。この等間隔の位置が、反射面１２で軟Ｘ線が反射する位置に相当する。
【００１８】
この永久磁石１３は、真空容器１１の長手方向に対して垂直方向の磁場を発生させるものであれば良く、反射面１２に対して垂直であるかどうかは問わない。すなわち、図３（ａ）のように反射面１２に対して平行に永久磁石１３を配置しても良いし、図３（ｂ）のように反射面１２に対して垂直に永久磁石１３を配置しても良い。
【００１９】
一般に、Ｘ線のエネルギーが磁性原子の内殻吸収端に近い場合は、共鳴効果により磁気散乱が数〜１０５倍に増強される。本実施形態では、このような磁気円二色性の共鳴効果を利用するために、軟Ｘ線の波長付近に３ｐ−３ｄ内殻吸収端を持つ遷移金属により反射面１２を構成し、その反射面１２に対して永久磁石１３により磁場を与えている。そして、真空ポンプ１４により真空状態とされた真空容器１１内に直線偏光の軟Ｘ線を入射し、磁場が与えられた位置の反射面１２において軟Ｘ線を複数回反射させるようにしている。
【００２０】
このように構成した第１の実施形態によれば、真空容器１１に入射した軟Ｘ線が反射面１２で反射するときに、磁気円二色性の共鳴効果により磁気散乱が増強される。このため、軟Ｘ線の直線偏光を構成している左回り円偏光と右回り円偏光とで屈折率に大きな差が生じ、左回り円偏光と右回り円偏光との間に位相差を一気に生じさせることができる。これにより、ほんの数回の反射によって軟Ｘ線の直線偏光を円偏光に変換し、円偏光化された軟Ｘ線を真空容器１１から出射することができる。また、本実施形態によれば、軟Ｘ線発生装置１００で生成した軟Ｘ線そのものに働きかけて、直線偏光を円偏光に変換することができる。逆に、円偏光から直線偏光に戻すことも可逆的に可能である。電子ビームを用いる従来の方法では、擬似的に円偏光成分は作れるが、軟Ｘ線そのものに作用することは全くできない。
【００２１】
このように、少ない反射回数で軟Ｘ線の直線偏光を円偏光に変換できるため、真空容器１１を長手方向に長く構成する必要がない。そのため、超高真空状態を作るための大がかりな設備も不要で、簡単な真空ポンプ１４があれば十分である。また、磁気円二色性の共鳴効果によって磁気散乱が増強されるため、大がかりな超電導電磁石などを使用する必要がなく、小さな永久磁石１３が数個あれば良い。したがって、軟Ｘ線の直線偏光を円偏光に変換するための装置をシンクロトロン等に比べて格段に小型化することができる。
【００２２】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を図面に基づいて説明する。図４は、第２の実施形態による円偏光変換装置の構成例を示す図である。なお、この図４において、図１に示した符号と同一の符号を付したものは同一の機能を有するものであるので、ここでは重複する説明を省略する。
【００２３】
図４に示すように、第２の実施形態による円偏光変換装置２０は、図１に示した構成に加えて、第２の反射面２２を備えている。また、真空容器２１は、図１に示した真空容器１１に比べて長手方向に２倍の長さを有している。
【００２４】
第２の反射面２２は、真空容器２１の内側において反射面１２の後段に配置されている。第２の反射面２２の長さは、反射面１２と同じ長さである。第２の反射面２２も反射面１２と同様に、真空容器２１の長手方向に沿って形成された一対の反射板２２ａ，２２ｂから成る。当該一対の反射板２２ａ，２２ｂは、軟Ｘ線の平均的な進行方向（真空容器２１の長手方向）に対して平行に、互いに垂直に向かい合うように配置されている。また、当該一対の反射板２２ａ，２２ｂは、一対の反射板１２ａ，１２ｂに対して垂直な向きに配置されている。
【００２５】
第２の反射面２２は、反射面１１と同じ遷移金属から成る。すなわち、反射面１２がタングステン（Ｗ）であれば第２の反射面２２もタングステン（Ｗ）、反射面１２がコバルト（Ｃｏ）であれば第２の反射面２２もコバルト（Ｃｏ）である。
【００２６】
第２の実施形態では、真空ポンプ１４により真空状態とされた真空容器２１内に直線偏光の軟Ｘ線を入射し、永久磁石１３により磁場が与えられた位置の反射面１２において軟Ｘ線を複数回反射させた後、第２の反射面２２において軟Ｘ線を更に複数回反射させるようにしている。ここで、反射面１２における反射回数と第２の反射面２２における反射回数とが同数となるようにする。
【００２７】
反射面１２で反射する軟Ｘ線の偏光状態は、入射する軟Ｘ線の偏光方向が反射面１２に対して平行に偏光した光（ｓ偏光）と、反射面１２に対して垂直に偏光した光（ｐ偏光）とのベクトルの和として表される。しかし、反射面１２での反射率がｓ偏光とｐ偏光とで異なるために、ｓ偏光の強度とｐ偏光の強度とが異なったものとなる。そのため、右回り円偏光と左回り円偏光との位相を制御するだけでは、軟Ｘ線は楕円偏光となり、完全な円偏光にはならない。
【００２８】
そこで、磁場をかけた反射面１２での複数回の反射によって軟Ｘ線の位相を制御した後に、磁場をかけない第２の反射面２２において反射面１２と同数回の反射を起こさせる。このとき、第２の反射面２２を反射面１２に対して垂直な向きに配置しているので、反射面１２でのｓ偏光を第２の反射面２２ではｐ偏光に、反射面１２でのｐ偏光を第２の反射面２２ではｓ偏光にして反射率の大きさを逆転させることができ、反射面１２との同数回の反射によって、最終的にはｓ偏光の強度とｐ偏光の強度とが等しくなるようにすることができる。これにより、完全な円偏光に変換された軟Ｘ線を真空容器２１から出射することができる。
【００２９】
なお、上記第１および第２の実施形態では、反射面１２および第２の反射面２２を構成する遷移金属として、真空容器１１，２１に入射される軟Ｘ線の波長付近に３ｐ−３ｄ内殻吸収端を持つ遷移金属を使用する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、軟Ｘ線の波長付近に内殻吸収端を持つ遷移金属であれば、必ずしも３ｐ−３ｄ系の遷移金属でなくても良い。例えば、軟Ｘ線の波長が６．２[ｎｍ]の場合に、４ｓ−４ｐ内殻吸収端を持つタングステン（Ｗ）により反射面１２および第２の反射面２２を構成するようにしても良い。
【００３０】
また、上記第１および第２の実施形態では、反射面１２を一対の反射板１２ａ，１２ｂにより構成するとともに、第２の反射面２２を一対の反射板２２ａ，２２ｂにより構成する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、遷移金属から成る反射シートを真空容器１１，２１の内側面に貼り付けるようにしても良いし、真空容器１１，２１の内側面に遷移金属を蒸着するようにしても良い。
【００３１】
その他、上記第１および第２の実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその精神、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１０  円偏光変換装置
１１  真空容器
１２  反射面
１３  永久磁石
１４  真空ポンプ
２０  円偏光変換装置
２１  真空容器
２２  第２の反射面
【図１】
2013053850.tif 000003
【図２】
2013053850.tif 000004
【図３】
2013053850.tif 000005
【図４】
2013053850.tif 000006