Time-resolved soft X-ray imaging of femtosecond laser ablation process in metals

金属におけるフェムト秒レーザーアブレーションの時間分解軟X線反射計測

富田 卓朗*; 錦野 将元; 長谷川 登; 南 康夫*; 武井 亮太*; 馬場 基芳*; 江山 剛史*; 高吉 翔大*; 海堀 岳史*; 守田 利昌; 平野 裕介; 河内 哲哉; 山極 満; 末元 徹*

Tomita, Takuro*; Nishikino, Masaharu; Hasegawa, Noboru; Minami, Yasuo*; Takei, Ryota*; Baba, Motoyoshi*; Eyama, Tsuyoshi*; Takayoshi, Shodai*; Kaihori, Takeshi*; Morita, Toshimasa; Hirano, Yusuke; Kawachi, Tetsuya; Yamagiwa, Mitsuru; Suemoto, Toru*

リップル形成やナノアブレーションなどのフェムト秒レーザーアブレーションに関する基礎的なメカニズムは理解されていない。単一パルス照射によって引き起こされる基礎過程を理解するために、我々はプラズマ励起軟X線レーザー(波長13.9nm)による軟X線反射率計測を用いて、白金, 金, タングステンにおけるアブレーションフロントの表面状態についての計測を開始した。ガウス型の強度分布を持ったフェムト秒チタンサファイアレーザー光(波長795nm)をポンプ光とし、局所フルエンスに対するアブレーションダイナミクスの依存性を明らかにすることを試みている。ポンプ光とプローブ光のタイミングジッターをさけるために、X線ストリークカメラを用いたタイミング計測手法を開発しすべてのショットにおいてタイミング計測を行った。ポンプ・プローブ実験結果から金属の種類によって、その軟X線反射像の時間経過や中心のアブレーション痕の周りに発生するダークリングと呼ばれる軟X線低反射領域の形成が大きく違うことを確認した。これらの実験結果は、フェムト秒レーザーアブレーションにおける数値シミュレーションのベンチマークとなると考えられる。

Femtosecond laser ablation processes on platinum, gold, and tungsten were observed by the single shot pump and probe reflective imaging using a soft X-ray laser probe. To avoid the timing error due to the jitter, we adopted a posteriori correction technique by simultaneous measurement of timing between the pump and probe pulses for every single shot, using a soft X-ray streak camera. A clear difference was found in the temporal behavior of the dynamical response of the soft X-ray reflectivity depending on the irradiated laser fluence in these three materials. On the other hand, the narrow dark rings were found in Pt and W, while an additional bright ring was found outside the dark disk in Au. Our result gives the experimental data comparable with various numerical simulations.