Observation of Weakly Excited Ablation Dynamics with Femtosecond Laser by using Time-Resolved Soft X-ray Imaging Technique

軟X線イメージング手法を用いた金属表面のフェムト秒レーザーによる弱励起アブレーション過程の観察

錦野 将元; 長谷川 登; 江山 剛史*; 柿本 直也*; 富田 卓朗*; 羽富 大紀*; 大西 直文*; 伊藤 篤史*; 南 康夫*; 馬場 基芳*; 河内 哲哉; 山極 満; 末元 徹*

Nishikino, Masaharu; Hasegawa, Noboru; Eyama, Tsuyoshi*; Kakimoto, Naoya*; Tomita, Takuro*; Hatomi, Daiki*; Onishi, Naofumi*; Ito, Atsushi*; Minami, Yasuo*; Baba, Motoyoshi*; Kawachi, Tetsuya; Yamagiwa, Mitsuru; Suemoto, Toru*

近年、フェムト秒レーザーアブレーションによるリップル形成、ナノスケールアブレーションやナノ粒子生成などに関する興味深い現象が数多く報告されているが、その基礎的なメカニズムは理解されていない。フェムト秒レーザー照射による金属のアブレーション過程の解明のために、フェムト秒レーザー(波長795nm、パルス幅80fs)ポンプ・ピコ秒軟X線レーザー(波長13.9nm、パルス幅7ps)プローブを構築し、ピコからナノ秒スケールで起きる金属のフェムト秒レーザーアブレーション過程の観測を行った。アブレーション閾値程度の強度のフェムト秒レーザー照射後、数百ピコ秒後から数百ナノ秒後程度までの時間領域のサンプル表面でのアブレーション面の膨張過程について軟X線による反射及び干渉計測を行い、アブレーションフロントの表面状態について解析を行った。これらの実験結果と分子動力学シミュレーションを用いたフェムト秒レーザーアブレーションに関する結果を比較しフェムト秒レーザーアブレーションのダイナミクスについての検討を行った。

The dynamical process of laser-induced surface modification such as the laser ablation comes to attract much attention for the micro processing by the ultra-short laser pulse. In order to observe the surface morphological change during the fs laser ablation process with a weakly excitation, we have developed soft X-ray interferometer and reflectometer system. Weakly excited ablation processes of the gold (Au) films are investigated by using single shot pump and probe imaging technique, using a Ti:Sapphire laser pulse with the duration of 80 fs pulse at a central wavelength of 795 nm for the pumping of ablation and the laser-driven soft X-ray laser at the wavelength of 13.9 nm for the probe. We discuss the scenario of the weakly excited femtosecond laser ablation of the gold surface. The numerical simulation study of the fs laser ablation process is underway by using a parallel molecular dynamics code.