極端紫外光分光撮像用のMo/Si 多層膜回折格子の開発

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惑星大気圏から宇宙空間への原子の散逸量を測定する方法として,中性粒子・イオンの共鳴散乱光を観測して散逸量を求める方法がある.特に,H・He・O などの共鳴散乱光は極端紫外光領域にあり,極端紫外光を観測可能な光学系の開発が重要である.また,大気の空間分布やその時間変動を観測するためには撮像観測も必要である.この方法では従来,バンドパスフィルターと,その波長を強く反射するよう製作された多層膜反射鏡を組み合わせて,観測対象の散逸原子の共鳴散乱光のみを観測可能な光学系を作成し,衛星・ロケットに搭載して観測を行った.しかし,分光観測ではないので,1 つの光学系で観測可能な共鳴散乱光は1 波長に限られる.複数の原子の共鳴散乱光を同時に観測する場合は複数の光学系が必要となる.1 つの光学系で複数の共鳴散乱光を観測するには,通常,光学系に分光器を組み込んで観測を行う.だが,反射鏡と分光器を用いた場合を比較すると,一般的に分光器は光量の損失が多い.今回はヘリウムイオンの共鳴散乱光(30.4 nm)を強く反射するように,最上層にSi :5.0 nm,その下にMo : 4.4 nm とSi : 13.3 nm のペア20 層を回折格子に蒸着し,極端紫外光用のMo/Si 多層膜回折格子を製作し,性能評価を行った.多層膜を蒸着しても回折格子の溝が埋まらないことを原子間力顕微鏡で確認した.また,多層膜回折格子の反射効率は,ブレーズ型が最大2.2 %,ラミナー型が最大2.9 % であった.多層膜技術を用いることで,単層膜で得られる反射効率の限界を超え,Pt 単層膜の場合と比較して,Mo/Si 多層膜では約5 倍の反射効率を実現できた.
宇宙航空研究開発機構の論文

極端紫外光分光撮像用のMo/Si 多層膜回折格子の開発

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