Observation of the laser-induced surface dynamics by the single-shot X-ray laser interferometer

X線レーザー干渉計によるフェムト秒レーザーアブレーション過程の時間分解計測

長谷川 登; 越智 義浩; 河内 哲哉; 錦野 将元; 石野 雅彦; 今園 孝志; 海堀 岳史; 佐々木 明; 寺川 康太*; 南 康夫*; 富田 卓朗*; 山本 稔*; 梅田 善文*; 山極 満; 末元 徹

Hasegawa, Noboru; Ochi, Yoshihiro; Kawachi, Tetsuya; Nishikino, Masaharu; Ishino, Masahiko; Imazono, Takashi; Kaihori, Takeshi; Sasaki, Akira; Terakawa, Kota*; Minami, Yasuo*; Tomita, Takuro*; Yamamoto, Minoru*; Umeda, Yoshifumi*; Yamagiwa, Mitsuru; Suemoto, Toru

「フェムト秒レーザー照射によるレーザーアブレーション」の初期過程の解明を目指し、「アブレーションしきい値近傍の照射強度領域における表面形状の過渡的な変化」の観測を行っている。固体表面を観測するのに適した波長を持つプラズマ軟X線レーザーをプローブ光源とした干渉計を開発し、「フェムト秒レーザー照射による金属表面のレーザーアブレーション」の初期過程におけるナノメートル級の変位をピコ秒スケールの分解能で観測することに成功した。本計測手法で計測されたレーザーパルス照射の数十ps後における変位量から、膨張面の内側においてバブル状の構造が形成されていることが示唆された。さらにX線レーザーとチタンサファイアレーザーの同期手法を改善し、同期精度を3ピコ秒以下に低減することに成功したので、これを報告する。

We have developed a soft X-ray laser (SXRL) interferometer capable of the single-shot imaging of nano-scaled structure dynamics. The interferometer consisted of the reflection optics including double Lloyd's mirrors and focusing optics, and the interference fringes are produced on the detector surface. By using this interferometer, the initial stage (50 ps) of the ablation process of the Pt surface pumped by a 70 fs Ti:Sapphire laser pulse was observed. The expansion speed of the surface estimated from the result (34 nm/50 ps) indicated that the nano-bubble structures were formed in the initial stage of the ablation. In order to observe the detailed dynamics, the temporal synchronization between the pump and probe pulses was improved to be 3 ps by adopting a portion of the SXRL and pump beams as the time fiducials, to which the pump and probe timing was adjusted by using the X-ray streak camera.