レーザーとクラスターとの相互作用による量子ビーム発生

Quantum beam generation via the laser-cluster interactions

福田 祐仁; Faenov, A. Y.; Pikuz, T. A.*; 神門 正城; 小瀧 秀行; 大東 出; 林 由紀雄; 本間 隆之; 川瀬 啓悟; 亀島 敬; 余語 覚文; 反保 元伸; Pirozhkov, A. S.; 小倉 浩一; 森 道昭; 桐山 博光; 河内 哲哉; Bolton, P. R.; 加藤 義章 ; 田島 俊樹; 大道 博行; Bulanov, S. V.

Fukuda, Yuji; Faenov, A. Y.; Pikuz, T. A.*; Kando, Masaki; Kotaki, Hideyuki; Daito, Izuru; Hayashi, Yukio; Homma, Takayuki; Kawase, Keigo; Kameshima, Takashi; Yogo, Akifumi; Tampo, Motonobu; Pirozhkov, A. S.; Ogura, Koichi; Mori, Michiaki; Kiriyama, Hiromitsu; Kawachi, Tetsuya; Bolton, P. R.; Kato, Yoshiaki; Tajima, Toshiki; Daido, Hiroyuki; Bulanov, S. V.

X線による物質のイメージングは、医学,生物学,物質科学の分野で広く診断ツールとして用いられている。薄膜や生体物質のようなナノ構造体のイメージングを行う場合、サンプルが非常に"薄い"ため、透過性の強い硬X線を用いて高コントラスト像を得るのは困難である。一方、軟X線は、硬X線に比べ物質に吸収されやすい、及び、大きな位相差が得られるため、軟X線を用いたナノ構造体の位相差像の計測に適している。本研究では、高強度フェムト秒レーザーと二酸化炭素クラスターとの相互作用により発生した軟X線を線源とし、高ダイナミックレンジのフッ化リチウム結晶を軟X線検出器として用いることで、ナノ構造体(100nm厚Mo薄膜)の広視野(数ミリメートル領域)、かつ、高分解能(横方向分解能: 700nm,深さ方向分解能: 100nm)の"吸収差像"、及び、"位相差象"の取得に成功した。また、クラスターを含むプラズマを用いたレーザー電子加速研究では、クラスターからの電子注入という新たなメカニズムにより、約60MeVまでに加速された電子が観測された。現在、クラスターを含むプラズマを用いたイオン加速手法の開発に取り組んでいる。

The novel soft X-ray light source using the supersonic expansion of the mixed gas of He and CO, when irradiated by a femtosecond Ti:sapphire laser pulse, is observed to enhance the radiation of soft X-rays from the CO clusters. Using this soft X-ray emissions, nanostructure images of 100-nm thick Mo foils in a wide field of view (mm scale) with high spatial resolution (800 nm) are obtained with high dynamic range LiF crystal detectors. We also demonstrate the acceleration of charged particles via the laser-cluster interactions.