X-ray laser beam with diffraction-limited divergence generated with two gain media

2つの利得媒質による回折限界の発散角のX線レーザービームの発生

田中 桃子; 錦野 将元; 河内 哲哉; 長谷川 登; 加道 雅孝; 岸本 牧; 永島 圭介; 加藤 義章 

Tanaka, Momoko; Nishikino, Masaharu; Kawachi, Tetsuya; Hasegawa, Noboru; Kado, Masataka; Kishimoto, Maki; Nagashima, Keisuke; Kato, Yoshiaki

高強度で高コヒーレントなパルスX線源は材料・生物分野に有用な光源とされており、そのような光源を実験室規模で実現しうるX線レーザーは精力的に研究されてきた。中でも過渡利得方式によるX線レーザー発生は、小型で短波長X線レーザーを実現しており、高い利得、数ピコ秒程度のパルス幅などの特徴を持っている。しかしながらこの方式では、利得が大きいために短い媒質長で飽和増幅に達してしまうことや、プラズマの密度勾配による屈折の効果になどにより、ビーム発散角が10mrad程度と大きく空間コヒーレンスも他方式と比べて低いという難点があった。今回われわれは、2つの利得媒質を用いることにより、波長13.9nmのX線レーザーをビーム発散角0.2mrad(回折限界の1.8倍)で発振することに成功した。このX線レーザーは、最初の媒質から発生させたパルスX線種光を2つ目の媒質で増幅させるという方法で発生させている。X線種光を空間的・時間的にコントールして2つ目の媒質に入射することにより、媒質中でX線が屈折する効果を抑え、発散角が広がるのを防いでいる。

We have demonstrated an x-ray laser at a wavelength of 13.9 nm with a beam divergence of 0.2 mrad, which is 1.8 times the diffraction limit. The x-ray laser is generated using two gain media, where the seed x-ray pulse from the first medium is amplified in the second medium. The effect of refraction on x-ray propagation is reduced by spatially and temporally controlling the injection of the seed x-ray to the second medium.