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X線レーザーを用いた固体の時間分解分光の研究(学位論文)

Time-resolved spectroscopy of solid-state materials using an X-ray laser (Thesis)

田中 桃子

Tanaka, Momoko

X線レーザーは数ピコ秒のパルス幅,狭い波長幅,高コヒーレンスといった性質を持った特徴的な光源であり、EUVリソグラフィー分野をはじめとしてさまざまな分野での応用研究が期待されている。しかしながら、X線レーザーの発光計測分野への実用例は乏しかった。本研究は、X線レーザー励起による発光計測の実用化を目的とし、従来方式のX線レーザーの問題点であったビーム発散角の大幅な改善を行い、これを励起光源として固体の時間分解発光分光を行った。X線レーザーのビーム発散角は、2つの利得媒質を用いたダブルターゲット方式により0.2mradまで改善することに成功した。また、発光計測の対象としては、ZnO単結晶の波長13.9nm励起による紫外発光の計測を行い、EUVシンチレーターとして好適であることを見いだした。時間分解計測については、X線レーザーのパルス幅が数ピコ秒程度であることから、高速のストリークカメラと組合せることにより高い時間分解能の計測が可能となる。今後、さらに高速のシンチレーション物質の探索や、従来は可視光の多光子励起により行われていた透明材料の発光計測など、さまざまな応用が期待される。

X-ray laser is expected as a source of EUV lithography research because it is a characteristic source with short pulse duration of several pico-seconds, narrow spectral width, and high coherence. However, the study of spectroscopy excited with X-ray laser is few. In this study, the beam divergence of X-ray laser was improved and applied to measurement of time resolved emission spectroscopy of a solid-state material. The beam divergence of the X-ray laser is improved to be 0.20 mrad by double target configuration using two gain media. As an application of the X-ray laser, the UV emission of a ZnO single crystal excited by 13.9 nm X-ray laser was observed and evaluated for EUV scintillator. It is also shown that the X-ray laser is an excellent tool for time-resolved spectroscopy.

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