軟X線プローブによるフェムト秒レーザーアブレーション過程の直接観測

Direct measurement of the femto-second laser ablation dynamics by using the single-shot soft X-ray laser interferometer

長谷川 登; 錦野 将元; 山極 満; 河内 哲哉; 末元 徹; 富田 卓朗*; 馬場 基芳*; 寺川 康太*; 南 康夫*; 武井 亮太*

Hasegawa, Noboru; Nishikino, Masaharu; Yamagiwa, Mitsuru; Kawachi, Tetsuya; Suemoto, Toru; Tomita, Takuro*; Baba, Motoyoshi*; Terakawa, Kota*; Minami, Yasuo*; Takei, Ryota*

フェムト秒レーザー照射によるアブレーションでは、特異的な構造の形成(ナノバブル構造)や極めて微小な掘削(ナノアブレーション)等の興味深い現象が観測されているが、その初期過程は高速かつ微細であるため観測が難しい。われわれはプローブ光をプラズマ軟X線レーザー(SXRL:波長13.9nm,パルス幅7ps)とすることで、物質の表面のみをシングルショットでの観測を可能とした。さらにダブルロイズ鏡を用いた軟X線干渉計(深さ分解能1nm)を開発し、白金薄膜の100ps以内のアブレーション初期過程の時間分解計測に成功した。ポンプ光(Ti:Sレーザー、ピーク強度3.3J/cm)照射後10ps以内で既に明確なフリンジシフトが観測されており、その後の膨張を観測することによって、100ps以内の初期状態における膨張速度(約1500m/s)の計測に成功した。

The dynamical processes of the laser-induced surface modifications such as laser ablation come to attract much attention for the micro processing by the ultra-short laser pulse. The soft X-ray laser (SXRL) is suitable for probing the initial process of the surface morphological changes, because it has the suitable wavelength (= 13.9 nm, penetration depth = 5 nm), short duration (= 7 ps) and large photon numbers (larger than 1e+10 photons/shot). In this study, we have developed the femto-second laser pump and soft X-ray laser probe system with the soft X-ray interferometer in order to observe the dynamical processes of the femto-second laser ablation. By using this system, we succeed to obtain the temporal evolution of the laser induced Pt surface. From this result, it was revealed that the expansion speed of the ablation front at the center (= 1500 m/s) of the ablation area in the initial stage of the ablation process.