Observations of the intense soft X-ray emissions from ultra thin Au films irradiated with high contrast laser pulses

高コントラストレーザーパルスを照射した金の極薄膜から発生する高強度軟X線の観察

石野 雅彦; 加道 雅孝; 錦野 将元; 篠原 邦夫*; 保 智己*; 安田 恵子*; 長谷川 登; 岸本 牧; 大場 俊幸; 河内 哲哉

Ishino, Masahiko; Kado, Masataka; Nishikino, Masaharu; Shinohara, Kunio*; Tamotsu, Satoshi*; Yasuda, Keiko*; Hasegawa, Noboru; Kishimoto, Maki; Oba, Toshiyuki; Kawachi, Tetsuya

酸素と炭素のK殻吸収端に挟まれた「水の窓」と呼ばれる軟X線を利用する軟X線顕微鏡は、水溶液中の生きた細胞を高い空間分解能で観察する技術であり、細胞構造や構造変化に伴う機能発現の解明に役立つ手段として期待されている。生きた細胞を100nm以下の空間分解能で観察するためには、試料上で10個/mを越える光量のX線が必要となることから、短パルスX線光源には非常に高強度のレーザープラズマX線源が求められる。そのため、レーザー光からX線への変換効率が高い光源の開発やX線光源を試料に近づけるなどの工夫が必要となる。高強度短パルスX線光源の開発を目的として、極薄膜ターゲットを用いたレーザープラズマX線源の特性評価を行った。ターゲットとして窒化シリコン膜上に数十nmから数百nmの膜厚を持つ金を成膜した薄膜ターゲットを用意し、Nd:glassレーザーを金の薄膜に集光照射することにより発生する軟X線を裏面から計測した。その結果、発光強度とスペクトル分布に膜厚依存性が確認できた。測定から、金薄膜により入射レーザーのエネルギーが消費され、レーザーが高い効率で軟X線に変換されていることを示唆する結果が得られた。

Soft X-ray microscopes operating in the water window are capable of imaging living hydrated biological specimens. Laser produced plasmas are attractive soft X-ray sources, because of their short duration time. Based on the minimum dose calculation, soft X-ray photons more than 10 photons/m at the sample surface are needed to acquire an image of the biological specimens with spatial resolution up to 100 nm. The observations of soft X-ray emissions from laser produced plasmas using ultra thin film targets have been carried out. Au thin films were irradiated by a high contrast Nd:glass laser pulses. The spectral properties of emitted soft X-rays were monitored by an X-ray spectrograph from the rear side with respect to the surface of laser irradiation. The observed emission intensities had an obvious dependence on the film thickness, and the most intense emissions were obtained at the thickness of 28 nm. The experimental results have suggested that the most of the laser energy irradiated is absorbed by the film target, and it is resulted an efficient energy deposition from laser to X-rays.