Zeeman splitting of laser-driven soft X-ray laser line by the enhancement of magnetic field in plasma

プラズマ中の磁場強度増大によるレーザー駆動軟X線レーザーのゼーマン分裂

河内 哲哉; 長谷川 登; 岩前 敦*; 米田 仁紀*

Kawachi, Tetsuya; Hasegawa, Noboru; Iwamae, Atsushi*; Yoneda, Hitoki*

偏光は光の基本的な性質であり、その性質は磁性体などの物性研究のみならずプラズマの診断等にも役立てることができる。プラズマにおいては、発光線のアライメントなどの情報からプラズマの非等方性を導いたり、ゼーマン効果から磁場強度を見積もることができる。我々はレーザー駆動の軟X線レーザー(波長18.895nm)を例にとり、外部磁場が存在する場合のゼーマン分裂の量を測定した。測定には分解能15000の斜入射分光器HIREFSを用いた。外部磁場は直径4ミリのコイルをパルスパワー電源で駆動することで生成した。磁場強度は10から35テスラの範囲で可変であり、その方向は軟X線レーザーの発生方向に一致させた。磁場をかけることで軟X線レーザーの右回り及び左回りの円偏光成分を分離して測定することに成功したが、その際のゼーマン効果の量から推定される磁場強度は印加磁場の4倍程度大きな値を示していた。励起レーザー光の伝搬を考慮した流体コードによる解析により、軟X線レーザーの発振を引き起こすレーザーパルスのポンデロモーティブ力がプラズマ中の磁束密度の圧縮を引き起こし、磁場強度を実効的に増加させていることを見出した。

Polarization is a fundamental property of light, and the effective use provides us powerful tools for probing materials and for plasma diagnostics. In plasmas, alignment of emission shows the plasma anisotropy, and Zeeman splitting informs us the magnetic field strength. We took the plasma-based soft X-ray laser as an example and observed the Zeeman splitting under the external magnetic field. A grazing incidence spectrograph, HIREFS, with the resolution of 15000 was used to observe the X-ray laser line. A magnetic coil driven by an electrical pulsed power supply provided the external magnetic field of 1035 T along the direction of the plasma column, and the left-handed and right-handed circular polarization components were obtained separately. The experimental result indicated that the magnetic field was larger by a factor of 4 than that of the applied field, which implied that the magnetic field compression occurred in the dynamics of the intense laser-plasma interaction.