The Observation of a transient surface morphology in the femtosecond laser ablation process by using the soft X-ray laser probe

軟X線レーザーを用いたフェムト秒アブレーション過程の時間分解計測

長谷川 登; 錦野 将元; 富田 卓朗*; 大西 直文*; 伊藤 篤史*; 江山 剛史*; 柿本 直也*; 井筒 類*; 南 康夫*; 馬場 基芳*; Faenov, A. Y.*; Inogamov, N. A.*; 河内 哲哉; 山極 満; 末元 徹

Hasegawa, Noboru; Nishikino, Masaharu; Tomita, Takuro*; Onishi, Naofumi*; Ito, Atsushi*; Eyama, Tsuyoshi*; Kakimoto, Naoya*; Izutsu, Rui*; Minami, Yasuo*; Baba, Motoyoshi*; Faenov, A. Y.*; Inogamov, N. A.*; Kawachi, Tetsuya; Yamagiwa, Mitsuru; Suemoto, Toru

フェムト秒レーザーポンプ・軟X線レーザープローブ計測法を開発し、フェムト秒レーザーアブレーション過程の観測を開始している。レーザーアブレーション過程は、初期過程における変化が高速(~ピコ秒)である反面、粒子が飛散する過程はマイクロ秒程度と長い時間をかけて行われる。我々は、この様な現象を同一の装置で観測するため、ポンプ光とプローブ光を異なる発振器で発生させることで両者の遅延時間を数ピコ秒の時間精度を保ちつつ、マイクロ秒以上の幅広い時間に対応させた。今回は本システムを用いることで、金属のフェムト秒レーザーアブレーション過程において、その初期(数ピコ秒)に金属表面から剥離した薄膜が、マイクロ秒程度まで膜としての形状を保持したまま膨張することを新たに見いだした。

We have improved a soft X-ray laser (SXRL) interferometer synchronized with a Ti:Sapphire laser pulse to observe the single-shot imaging of the nano-scaled structure dynamics of the laser induced materials. By the precise imaging optics and double time fiducial system having been installed, the lateral resolution on the sample surface and the precision of the temporal synchronization between the SXRL and Ti:Sapphire laser pulses were improved to be 700 nm and 2 ps, respectively. By using this system, the initial stage (before 200 ps) of the ablation process of the Pt surface pumped by 80 fs Ti:Sapphire laser pulse was observed by the comparison between the soft X-ray reflective image and interferogram. We have succeeded in the direct observation of the unique ablation process around the ablation threshold such as the rapid increase of the surface roughness and surface vibration.