The focusing of x rays is essential in various types of x-ray microscopy because the size and flux of the illuminating beam determine the spatial resolution and signal intensity, respectively. A system with grazing incidence mirrors allows highly efficient x ray focusing with beam dimensions on the nanometer scale. Tube-shaped mirrors with a large numerical aperture and high demagnification, including ellipsoidal mirrors and Wolter mirrors, have recently been developed for soft x-ray nanofocusing. However, these mirrors have low efficiency because they cannot focus the central part of the illumination beam. Here, we propose a two-stage focusing system, in which a ring-shaped beam formed by a ring-focusing mirror illuminates a quasi-Wolter mirror. A prototype of the system is experimentally constructed at beamline BL25SU-A of SPring-8. Observation of the wavefront error based on ptychography enables efficient alignment of the two mirrors. Using this alignment procedure, we achieve a spot size of less than 200 nm at 300 eV.

1.
A.
Sakdinawat
and
D.
Attwood
,
Nat. Photonics
4
,
840
(
2010
).
2.
S.
Urpelainen
,
C.
Såthe
,
W.
Grizolli
,
M.
Agåker
,
A. R.
Head
,
M.
Andersson
,
S.-W.
Huang
,
B. N.
Jensen
,
E.
Wallén
,
H.
Tarawneh
,
R.
Sankari
,
R.
Nyholm
,
M.
Lindberg
,
P.
Sjöblom
,
N.
Johansson
,
B. N.
Reinecke
,
M. A.
Arman
,
L. R.
Merte
,
J.
Knudsen
,
J.
Schnadt
,
J. N.
Andersen
, and
F.
Hennies
,
J. Synchrotron Radiat.
24
,
344
(
2017
).
3.
S.
Owada
,
K.
Togawa
,
T.
Inagaki
,
T.
Hara
,
T.
Tanaka
,
Y.
Joti
,
T.
Koyama
,
K.
Nakajima
,
H.
Ohashi
,
Y.
Senba
,
T.
Togashi
,
K.
Tono
,
M.
Yamaga
,
H.
Yumoto
,
M.
Yabashi
,
H.
Tanaka
, and
T.
Ishikawa
,
J. Synchrotron Radiat.
25
,
282
(
2018
).
4.
W.
Chao
,
P.
Fischer
,
T.
Tyliszczak
,
S.
Rekawa
,
E.
Anderson
, and
P.
Naulleau
,
Opt. Express
20
,
9777
(
2012
).
5.
B.
Rösner
,
F.
Koch
,
F.
Döring
,
V. A.
Guzenko
,
M.
Meyer
,
J. L.
Ornelas
,
A.
Späth
,
R. H.
Fink
,
S.
Stanescu
,
S.
Swaraj
,
R.
Belkhou
,
B.
Watts
,
J.
Raabe
, and
C.
David
,
Microsc. Microanal.
24
,
272
(
2018
).
6.
S.
Werner
,
S.
Rehbein
,
P.
Guttmann
, and
G.
Schneider
,
Nano Res.
7
,
528
(
2014
).
7.
P.
Kirkpatrick
and
A. V.
Baez
,
J. Opt. Soc. Am.
38
,
766
(
1948
).
8.
H.
Mimura
,
S.
Handa
,
T.
Kimura
,
H.
Yumoto
,
D.
Yamakawa
,
H.
Yokoyama
,
S.
Matsuyama
,
K.
Inagaki
,
K.
Yamamura
,
Y.
Sano
,
K.
Tamasaku
,
Y.
Nishino
,
M.
Yabashi
,
T.
Ishikawa
, and
K.
Yamauchi
,
Nat. Phys.
6
,
122
(
2010
).
9.
J.
Voss
,
H.
Dadras
,
C.
Kunz
,
A.
Moewes
,
G.
Roy
,
H.
Sievers
,
I.
Storjohann
, and
H.
Wongel
,
J. X-ray. Sci. Technol.
3
,
85
(
1992
).
10.
H.
Mimura
,
Y.
Takei
,
T.
Kume
,
Y.
Takeo
,
H.
Motoyama
,
S.
Egawa
,
Y.
Matsuzawa
,
G.
Yamaguchi
,
Y.
Senba
,
H.
Kishimoto
, and
H.
Ohashi
,
Rev. Sci. Instrum.
89
,
093104
(
2018
).
11.
T.
Kume
,
Y.
Takei
,
S.
Egawa
,
H.
Motoyama
,
Y.
Takeo
,
G.
Yamaguchi
, and
H.
Mimura
,
Rev. Sci. Instrum.
90
,
021718
(
2019
).
12.
R. J.
Koch
,
C.
Jozwiak
,
A.
Bostwick
,
B.
Stripe
,
M.
Cordier
,
Z.
Hussain
,
W.
Yun
, and
E.
Rotenberg
,
Synchrotron Radiat. News
31
,
50
(
2018
).
13.
Y.
Takeo
,
A.
Suzuki
,
H.
Motoyama
,
Y.
Takei
,
T.
Kume
,
Y.
Matsuzawa
,
Y.
Senba
,
H.
Kishimoto
,
H.
Ohashi
, and
H.
Mimura
,
Appl. Phys. Lett.
116
,
121102
(
2020
).
14.
H.
Motoyama
,
S.
Owada
,
G.
Yamaguchi
,
T.
Kume
,
S.
Egawa
,
K.
Tono
,
Y.
Inubushi
,
T.
Koyama
,
M.
Yabashi
,
H.
Ohashi
, and
H.
Mimura
,
J. Synchrotron Radiat.
26
,
1406
(
2019
).
15.
H.
Motoyama
,
A.
Iwasaki
,
Y.
Takei
,
T.
Kume
,
S.
Egawa
,
T.
Sato
,
K.
Yamanouchi
, and
H.
Mimura
,
Appl. Phys. Lett.
114
,
241102
(
2019
).
16.
H.
Motoyama
and
H.
Mimura
,
J. Phys. B At. Mol. Opt. Phys.
48
,
244002
(
2015
).
17.
H.
Motoyama
and
H.
Mimura
, Japan patent 6284073 (2018-02-28).
18.
H.
Motoyama
and
H.
Mimura
, U. S. patent 9892811 (2018-02-13).
19.
H.
Mimura
,
Y.
Takeo
,
H.
Motoyama
,
Y.
Senba
,
H.
Kishimoto
, and
H.
Ohashi
,
Appl. Phys. Lett.
114
,
131901
(
2019
).
20.
H.
Motoyama
,
T.
Saito
, and
H.
Mimura
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
53
,
022503
(
2014
).
21.
H.
Wolter
,
Ann. Phys.
445
,
94
(
1952
).
22.
S.
Matsuyama
,
Y.
Emi
,
H.
Kino
,
Y.
Kohmura
,
M.
Yabashi
,
T.
Ishikawa
, and
K.
Yamauchi
,
Opt. Express
23
,
9746
(
2015
).
23.
S.
Egawa
,
G.
Yamaguchi
,
H.
Motoyama
,
S.
Owada
,
Y.
Kubota
,
K.
Tono
,
H.
Ohashi
,
M.
Yabashi
, and
H.
Mimura
,
Proc. SPIE
11108
,
1110804
(
2019
).
24.
S.
Egawa
,
S.
Owada
,
H.
Motoyama
,
G.
Yamaguchi
,
Y.
Matsuzawa
,
T.
Kume
,
Y.
Kubota
,
K.
Tono
,
M.
Yabashi
,
H.
Ohashi
, and
H.
Mimura
,
Opt. Express
27
,
33889
(
2019
).
25.
S.
Egawa
,
H.
Motoyama
,
A.
Iwasaki
,
G.
Yamaguchi
,
T.
Kume
,
K.
Yamanouchi
, and
H.
Mimura
,
Opt. Lett.
45
,
515
(
2020
).
26.
Y.
Senba
,
H.
Kishimoto
,
Y.
Takeo
,
H.
Yumoto
,
T.
Koyama
,
H.
Mimura
, and
H.
Ohashi
,
J. Synchrotron Radiat.
27
,
1103
(
2020
).
27.
Y.
Takeo
,
H.
Motoyama
,
T.
Shimamura
,
T.
Kimura
,
T.
Kume
,
Y.
Matsuzawa
,
T.
Saito
,
Y.
Imamura
,
H.
Miyashita
,
K.
Hiraguri
,
H.
Hashizume
,
Y.
Senba
,
H.
Kishimoto
,
H.
Ohashi
, and
H.
Mimura
,
Proc. SPIE
11492
,
114920N
(
2020
).
28.
Y.
Senba
,
H.
Ohashi
,
Y.
Kotani
,
T.
Nakamura
,
T.
Muro
,
T.
Ohkochi
,
N.
Tsuji
,
H.
Kishimoto
,
T.
Miura
,
M.
Tanaka
,
M.
Higashiyama
,
S.
Takahashi
,
Y.
Ishizawa
,
T.
Matsushita
,
Y.
Furukawa
,
T.
Ohata
,
N.
Nariyama
,
K.
Takeshita
,
T.
Kinoshita
,
A.
Fujiwara
,
M.
Takata
, and
S.
Goto
,
AIP Conf. Proc.
1741
,
030044
(
2016
).
29.
A. K.
Ray-Chaudhuri
,
W.
Ng
,
S.
Liang
, and
F.
Cerrina
,
Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A
347
,
364
(
1994
).
30.
P.
Thibault
,
M.
Dierolf
,
A.
Menzel
,
O.
Bunk
,
C.
David
, and
F.
Pfeiffer
,
Science
321
,
379
(
2008
).
31.
A.
Schropp
,
P.
Boye
,
J. M.
Feldkamp
,
R.
Hoppe
,
J.
Patommel
,
D.
Samberg
,
S.
Stephan
,
K.
Giewekemeyer
,
R. N.
Wilke
,
T.
Salditt
,
J.
Gulden
,
A. P.
Mancuso
,
I. A.
Vartanyants
,
E.
Weckert
,
S.
Schöder
,
M.
Burghammer
, and
C. G.
Schroer
,
Appl. Phys. Lett.
96
,
091102
(
2010
).
32.
C. M.
Kewish
,
P.
Thibault
,
M.
Dierolf
,
O.
Bunk
,
A.
Menzel
,
J.
Vila-Comamala
,
K.
Jefimovs
, and
F.
Pfeiffer
,
Ultramicroscopy
110
,
325
(
2010
).
33.
M.
Guizar-Sicairos
,
S.
Narayanan
,
A.
Stein
,
M.
Metzler
,
A. R.
Sandy
,
J. R.
Fienup
, and
K.
Evans-Lutterodt
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
111108
(
2011
).
34.
F.
Seiboth
,
A.
Schropp
,
M.
Scholz
,
F.
Wittwer
,
C.
Rödel
,
M.
Wünsche
,
T.
Ullsperger
,
S.
Nolte
,
J.
Rahomäki
,
K.
Parfeniukas
,
S.
Giakoumidis
,
U.
Vogt
,
U.
Wagner
,
C.
Rau
,
U.
Boesenberg
,
J.
Garrevoet
,
G.
Falkenberg
,
E. C.
Galtier
,
H.
Ja Lee
,
B.
Nagler
, and
C. G.
Schroer
,
Nat. Commun.
8
,
14623
(
2017
).
35.
M.
Lyubomirskiy
,
F.
Koch
,
K. A.
Abrashitova
,
V. O.
Bessonov
,
N.
Kokareva
,
A.
Petrov
,
F.
Seiboth
,
F.
Wittwer
,
M.
Kahnt
,
M.
Seyrich
,
A. A.
Fedyanin
,
C.
David
, and
C. G.
Schroer
,
Opt. Express
27
,
8639
(
2019
).
36.
A. M.
Maiden
and
J. M.
Rodenburg
,
Ultramicroscopy
109
,
1256
(
2009
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.