A Study of the femto-second laser ablation process in metals by using a soft X-ray laser probe

軟X線レーザープローブによる金属表面のフェムト秒レーザーアブレーション過程の観測

長谷川 登; 錦野 将元; 河内 哲哉; 山極 満; 富田 卓朗*; 末元 徹; 大西 直文*; 伊藤 篤史*; 馬場 基芳*; 南 康夫*

Hasegawa, Noboru; Nishikino, Masaharu; Kawachi, Tetsuya; Yamagiwa, Mitsuru; Tomita, Takuro*; Suemoto, Toru; Onishi, Naofumi*; Ito, Atsushi*; Baba, Motoyoshi*; Minami, Yasuo*

フェムト秒レーザーアブレーションは微細加工の新たな手法として応用研究が盛んに行われているが、適切な観測手段が乏しく、そのプロセスは未だ明らかにされていない。我々は、フェムト秒レーザーポンプ・ピコ秒軟X線レーザープローブシステムを構築し、軟X線干渉計測、反射率計測を組み合わせる事で、レーザー照射の数ピコ秒後から1マイクロ秒後における金の表面のナノメートルオーダーの形状の時間変化を詳細に観測することに成功した。本結果は、フェムト秒レーザーアブレーションの初期過程からクレーターの形成までの現象を同一の実験条件下で計測した初めての計測例である。

We have succeeded in simultaneous observation of temporal evolution of two different surfaces of the femto-second laser ablation process of metals (Au) by using the soft X-ray laser probe. The ablation front with a solid or the liquid surface and the expansion front with thin film structure were observed from the results of the soft X-ray interferogram, reflective imaging and shadowgraph. The expansion front separated from the ablation front was thin, dense and smooth so as to work as the beam splitter for the soft X-rays at the time within 1 ns after the laser irradiation. The expansion front that included almost all of the mass of the crater inside was kept at the time around 1 microsecond, and the height of that reached over 100 micron. From these results, the ablation front gradually becomes vapor while maintaining a clear and smooth expansion front.