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論文

Observation of the laser-induced surface dynamics using the single-shot soft X-ray laser probe

長谷川 登; 越智 義浩; 河内 哲哉; 錦野 将元; 石野 雅彦; 今園 孝志; 海堀 岳史; 守田 利昌; 佐々木 明; 寺川 康太*; et al.

X-Ray Lasers 2012; Springer Proceedings in Physics, Vol.147, p.117 - 120, 2014/00

 パーセンタイル:100

フェムト秒レーザーによるアブレーションダイナミクスは数値シミュレーションによる予測が多数されているが、観測が困難であるため実験的な解明が遅れている分野である。われわれはフェムト秒レーザーポンプ・軟X線レーザープローブを用いた時間分解軟X線反射イメージング光学系を構築し、白金におけるアブレーションダイナミクスの観測を行った。ガウス型の強度分布を持ったフェムト秒レーザー光照射によって、スポット内の局所フルエンスの違いに起因した軟X線反射率の時間発展の違いを観測することに世界で初めて成功した。

論文

軟X線レーザー干渉計と反射率計を用いたフェムト秒レーザーアブレーションダイナミクスの計測

錦野 将元; 長谷川 登; 石野 雅彦; 山極 満; 河内 哲哉; 南 康夫*; 寺川 康太*; 武井 亮太*; 馬場 基芳*; 末元 徹; et al.

JAEA-Conf 2013-001, p.16 - 19, 2013/09

フェムト秒レーザーアブレーション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。そこでプラズマ励起軟X線レーザーによる軟X線干渉計を用いたアブレーションフロントの膨張過程の観測、及び軟X反射率計測からアブレーションフロントの表面状態について研究を開始した。特に、ガウス型の強度分布を持ったポンプ光を用いることで、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。反射率計測の結果からは、局所照射フルエンスに対して閾値特性を持ったアブレーションダイナミクスの変化が計測されている。しかし、これまでに干渉計測と反射率計測を併せたアブレーションダイナミクスの検討は十分に行えていなかった。本研究では系統的な計測時間やポンプレーザー照射強度における軟X線干渉計測と軟X線反射率計測の結果を比較し検討を行う。

論文

Experimental verification of femtosecond laser ablation schemes by time-resolved soft X-ray reflective imaging

富田 卓朗*; 山本 稔*; 長谷川 登; 寺川 康太*; 南 康夫*; 錦野 将元; 石野 雅彦; 海堀 岳史*; 越智 義浩; 河内 哲哉; et al.

Optics Express (Internet), 20(28), p.29329 - 29337, 2012/12

 被引用回数:15 パーセンタイル:29.06(Optics)

軟X反射率計測からフェムト秒レーザーアブレーショ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計測を行った。軟X線レーザーとフェムト秒レーザーを用いたポンプ・プローブ計測手法を開発し、系統的な遅延時間における軟X線反射率の計測を行った。ガウス型の強度分布を持ったフェムト秒レーザー光(800nm)をポンプ光として用いることで、強励起,中励起,弱励起と照射強度を変化させた場合の軟X線反射率の時間変化を計測した結果、強励起領域においては、反射率がフェムト秒レーザー照射後、すぐに低下し、中励起領域においては強励起部分よりは遅い時間で反射率が低下し、最終的に160ピコ秒程度で反射率が最低になる。弱励起領域においては反射率の低下は計測されなかった。これらの結果より、フェムト秒レーザー照射の局所フルエンスに対して明確な閾値特性をもったアブレーションダイナミクスの変化が起こることを明らかにした。

論文

Development of the X-ray interferometer and the method of temporal synchronization of X-ray and optical pulse

長谷川 登; 山本 稔*; 寺川 康太*; 錦野 将元; 越智 義浩; 南 康夫*; 富田 卓朗*; 河内 哲哉; 末元 徹

AIP Conference Proceedings 1465, p.23 - 27, 2012/07

 パーセンタイル:100

「フェムト秒レーザー照射によるレーザーアブレーション」の初期過程の解明を目指し、「アブレーションしきい値近傍の照射強度領域における表面形状の過渡的な変化」の観測を行っている。固体表面を観測するのに適した波長を持つプラズマ軟X線レーザーをプローブ光源とした干渉計を開発し、これにポンプ光源としてチタンサファイアレーザーを組合せることで、「フェムト秒レーザー照射による金属表面のレーザーアブレーション」のナノメートル級の変位をピコ秒スケールの分解能で観測した。さらにX線レーザーとチタンサファイアレーザーの同期手法を改善し、同期精度を3ピコ秒以下に低減することに成功したので、これを報告する。

論文

Picosecond soft-X-ray laser interferometer for probing nanometer surface structure

越智 義浩; 寺川 康太*; 長谷川 登; 山本 稔*; 富田 卓朗*; 河内 哲哉; 南 康夫*; 錦野 将元; 今園 孝志; 石野 雅彦; et al.

Japanese Journal of Applied Physics, 51(1), p.016601_1 - 016601_3, 2012/01

 被引用回数:10 パーセンタイル:47.92(Physics, Applied)

波長13.9nm,パルス幅7psの軟X線レーザーを用いたダブルロイズ型干渉計を開発し、深さ5nmの溝をシングルショットで撮像し、再生することに成功した。この干渉計の平面内、及び深さ方向の分解能はそれぞれ1.5$$mu$$m, 1nmよりも高く、固体表面におけるナノメートル級の過渡変位の診断への応用が期待される。

論文

Source development and novel applications of laser-driven plasma X-ray lasers in JAEA

河内 哲哉; 長谷川 登; 錦野 将元; 石野 雅彦; 今園 孝志; 大場 俊幸; 海堀 岳史; 岸本 牧; 越智 義浩; 田中 桃子; et al.

X-Ray Lasers 2010; Springer Proceedings in Physics, Vol.136, p.15 - 24, 2011/12

本講演では、原子力機構におけるレーザー駆動X線レーザーの光源開発及び利用研究に関する最新の成果を報告する。利用研究の対象は物質科学,レーザー加工,X線イメージング,生体細胞の放射線損傷等と多岐に渡っている。物質科学への応用に関しては、強誘電体の相転移直上での格子揺らぎの時間相関を初めて観測した。レーザー加工に関しては、短パルスレーザー照射時の試料表面電子融解現象をX線レーザー干渉計で観察した。軟X線回折イメージングに関しては、静止したサンプルの微細構造の観察結果とともに、将来的なポンププローブ観察への計画を紹介する。また、X線レーザーの集光性能を利用した細胞損傷効果の基礎実験では、DNAの2本鎖切断の観察結果とKeV領域のインコヒーレントX線照射の場合との比較を議論する。

論文

Development of the X-ray interferometer and the method of spatial and temporal synchronization of XRL and optical pulse

長谷川 登; 越智 義浩; 河内 哲哉; 寺川 康太*; 富田 卓朗*; 山本 稔; 錦野 将元; 大場 俊幸; 海堀 岳史; 今園 孝志; et al.

X-Ray Lasers 2010; Springer Proceedings in Physics, Vol.136, p.353 - 358, 2011/12

レーザー照射によるプリアブレーション過程の解明は、非熱的加工及び微細加工等の応用に対して重要である。われわれが開発したプラズマ軟X線レーザーは物質表面の微細構造の観測に適した短い波長(13.9nm)とダイナミクスの観測に適した短いパルス幅(7ps)を有する。本研究では、ナノスケールのダイナミクスを観測するために、軟X線レーザーを用いた干渉計の開発を行うとともに、軟X線レーザーと他のレーザーとの空間及び時間同期に関する研究を行った。ダブルロイズ反射鏡を用いることにより、深さ方向1nmの分解能を持つ干渉計の開発に成功した。空間同期に関しては、軟X線に感度を有するシンチレーターを用いることにより、50micron以下の精度でのアライメントを実現した。また時間同期に関しては、薄膜ターゲットを利用したプラズマゲートによるX線レーザーと他のレーザーとの時間同期に関する基礎実験を行ったので、これを報告する。

論文

Observation of the laser-induced surface dynamics by the single-shot X-ray laser interferometer

長谷川 登; 越智 義浩; 河内 哲哉; 錦野 将元; 石野 雅彦; 今園 孝志; 海堀 岳史; 佐々木 明; 寺川 康太*; 南 康夫*; et al.

Proceedings of SPIE, Vol.8140, p.81400G_1 - 81400G_8, 2011/10

 被引用回数:3 パーセンタイル:11.47

「フェムト秒レーザー照射によるレーザーアブレーション」の初期過程の解明を目指し、「アブレーションしきい値近傍の照射強度領域における表面形状の過渡的な変化」の観測を行っている。固体表面を観測するのに適した波長を持つプラズマ軟X線レーザーをプローブ光源とした干渉計を開発し、「フェムト秒レーザー照射による金属表面のレーザーアブレーション」の初期過程におけるナノメートル級の変位をピコ秒スケールの分解能で観測することに成功した。本計測手法で計測されたレーザーパルス照射の数十ps後における変位量から、膨張面の内側においてバブル状の構造が形成されていることが示唆された。さらにX線レーザーとチタンサファイアレーザーの同期手法を改善し、同期精度を3ピコ秒以下に低減することに成功したので、これを報告する。

論文

Observation of femtosecond laser ablation process by using the soft X-ray laser interferometer

山本 稔; 長谷川 登; 寺川 康太*; 梅田 善文*; 富田 卓朗*; 越智 義浩; 錦野 将元; 石野 雅彦; 今園 孝志; 海堀 岳史; et al.

Proceedings of 12th International Symposium on Laser Precision Microfabrication (LPM 2011) (Internet), 4 Pages, 2011/06

フェムト秒レーザー照射によるアブレーションでは、ナノ秒レーザーや連続波のレーザーでは見られなかった現象が数多く報告されている。しかしながら、フェムト秒レーザーアブレーションは高速かつ不可逆な現象であるため、その過程を観察することは困難であり、メカニズムはほとんど理解されていない。そこで、われわれはピコ秒の時間分解能とナノメートルの深さ分解能を有する軟X線レーザー干渉計を用い、フェムト秒レーザーアブレーションダイナミクスを観察した。結果、従来の可視光をプローブ光とする計測では困難であったピコ秒の時間スケールにおける過渡的な膨張過程を明らかにした。加えて、クレーター構造が形成される領域の外周部(低フルエンスレーザー照射領域)においても、ピコ秒の時間スケールで過渡的な膨張が起こっていることを明らかにした。本国際会議ではこれらの結果について議論を行う。

論文

Single-shot picosecond interferometry with one-nanometer resolution for dynamical surface morphology using a soft X-ray laser

末元 徹; 寺川 康太*; 越智 義浩; 富田 卓朗*; 山本 稔; 長谷川 登; 出来 真斗*; 南 康夫*; 河内 哲哉

Optics Express (Internet), 18(13), p.14114 - 14122, 2010/06

 被引用回数:30 パーセンタイル:15.19(Optics)

波長13.9nmのプラズマ軟X線レーザーを用い、ダブルロイズ鏡配置によるポンププローブ干渉計を構築した。テストパタンを用いて空間分解能を評価した結果、二次元平面内にて1.8ミクロン、深さ方向に1nmを達成した。本装置により、時間分解能7psにて固体表面におけるナノメートルスケールの動態をシングルショットで観測することが可能である。白金薄膜に70fsレーザーを照射した際の初期におけるアブレーション過程の観測に成功した。

口頭

軟X線レーザー干渉計を用いたナノスケール擾乱の高時間分解観察

越智 義浩; 寺川 康太*; 末元 徹*; 河内 哲哉; 長谷川 登; 富田 卓朗*; 山本 稔*; 出来 真斗*; 大場 俊幸; 海堀 岳史

no journal, , 

プラズマ軟X線レーザー(波長13.9nm,パルス幅7ps)を光源とする固体表面観測用の干渉計の開発を行った。本装置により、光誘起相転移等に伴う初期擾乱の発生,伝播の様子を、シングルショット・ポンププローブにより、ピコ秒の時間分解能,ナノメートルの空間分解能(Z方向)での観測を目指す。講演では静的なサンプルを用いて行った装置性能評価試験の結果について報告する。

口頭

Development of 0.1-Hz double-target X-ray laser and its application

越智 義浩; 長谷川 登; 河内 哲哉; 寺川 康太*; 末元 徹*; 富田 卓朗*; 山本 稔*; 出来 真斗*; 田中 桃子; 錦野 将元; et al.

no journal, , 

ジグザグスラブ型Nd:ガラス増幅器を主増幅部として用いたCPAレーザーを開発し、繰り返し頻度0.1Hzにて10J,ピコ秒のレーザーパルスを2ビーム同時に発生させることに成功した。このレーザーをドライバーとして用い、ダブルターゲット方式により空間的に完全コヒーレントな波長13.9nmの軟X線レーザーの高繰り返し発生を実現した。得られた軟X線レーザーの出力はエネルギーが約1$$mu$$J、ビーム広がりが0.5mrad、パルス幅が7psであり、極めて高輝度の軟X線光源である。装置開発の詳細、及びこの軟X線レーザーを用いた利用実験について発表する。

口頭

高繰り返し軟X線レーザーの開発と物性研究への応用

越智 義浩; 河内 哲哉; 長谷川 登; 寺川 康太*; 末元 徹; 富田 卓朗*; 山本 稔*; 出来 真斗*; 田中 桃子; 錦野 将元; et al.

no journal, , 

日本原子力研究開発機構(原子力機構)・関西光科学研究所にて開発した軟X線レーザーの物性研究への応用を進めている。原子力機構の軟X線レーザーは波長13.9nmで空間コヒーレンスに優れ、パルス幅は7ピコ秒、パルスあたりの光子数が約10$$^{11}$$個と極めて高輝度な短パルス軟X線光源であり、最大繰り返し頻度は0.1Hzと実用的なレベルに達している。この軟X線レーザーを用いて、光誘起相転移等の固体表面における高速過渡状態を、ナノメートルの空間分解能かつピコ秒の時間分解能でシングルショット観察することを目指している。この軟X線レーザーを用いた干渉計を構築し、Pt/Siミラー上にナイフ傷をつけた静的なサンプルにて分解能の評価を行った結果を図に示す。表面擾乱(Z方向)に対して10nm程度、二次元空間(XY平面)に対して1.4$$mu$$mの空間分解能が得られている。なお、XY方向の空間分解能は検出器(CCDカメラ)のピクセルサイズによるものである。講演では、干渉計の詳細について報告し、本装置を用いた物性研究への展開について議論したい。

口頭

軟X線レーザープローブによる固体表面における高速過渡現象の観測

越智 義浩; 寺川 康太*; 末元 徹*; 山本 稔*; 出来 真斗*; 富田 卓朗*; 長谷川 登; 河内 哲哉

no journal, , 

日本原子力研究開発機構関西光科学研究所にて、プラズマ軟X線レーザー(SXRL; 波長13.9nm,パルス幅7ps)の開発を行った。SXRLは優れた空間コヒーレンスを有する短パルス軟X線光源であり、パルスあたりの光子数が10$$^{10}$$個と極めて高輝度であることから、シングルショットでのピコ秒スナップショット撮像が可能となる。今回、光誘起相転移など、固体表面で生じる高速過渡現象の初期過程の解明を目的とし、SXRLをプローブ光源とした干渉計の構築を行った。講演では静的なサンプルを用いて行った装置性能評価試験の結果、及びポンププローブ実験で得られたアブレーションに伴う表面変位測定の結果について報告したい。

口頭

高輝度プラズマ軟X線レーザーの高繰り返し発生と物性研究への応用

越智 義浩; 河内 哲哉; 長谷川 登; 錦野 将元; 田中 桃子; 大場 俊幸; 岸本 牧; 石野 雅彦; 今園 孝志; 海堀 岳史; et al.

no journal, , 

日本原子力研究開発機構・関西光科学研究所において、空間コヒーレンスの極めて高い軟X線レーザーの発生に成功している。この高品質軟X線レーザーの発生頻度の向上を目的とし、ジグザグスラブ型ガラス増幅器を主増幅部に採用した高繰り返しドライバーレーザーの開発を行い、0.1Hzでの軟X線レーザー発生に成功した。本装置はコヒーレント軟X線光源として、物性研究における固体表面プローブとして利用され、可視光プローブよりも高い分解能を有する計測装置の開発に成功した。講演では、光源に関する詳細を報告するとともに利用研究の現況についても紹介する。

口頭

軟X線レーザープローブによる固体表面ダイナミクス観測手法の開発

越智 義浩; 寺川 康太*; 末元 徹*; 河内 哲哉; 富田 卓朗*; 山本 稔*; 出来 真斗*; 長谷川 登; 大場 俊幸; 海堀 岳史

no journal, , 

日本原子力研究開発機構・関西光科学研究所にて開発した高繰り返し軟X線レーザー(波長13.9nm,パルス幅7ps,繰り返し頻度(最大)0.1Hz)をプローブ源とした固体表面観測用の干渉計を開発した。FIBで加工したナノメートル深さ,ミクロン幅の構造体による分解能評価の結果、平面内分解能$$sim1.5$$$$mu$$m,凸凹方向分解能$$sim6$$nm,時間分解能$$sim7$$psであった。講演では、装置の詳細、及びプラチナ表面でのアブレーションダイナミクスの観測結果について報告する。

口頭

Applications of laser driven plasma soft X-ray laser in JAEA

越智 義浩; 河内 哲哉; 寺川 康太*; 末元 徹*; 山本 稔*; 富田 卓朗*; 出来 真斗*; 長谷川 登

no journal, , 

Laser drive plasma X-ray laser is one of the most brilliant X-ray sources. Owing to recent progress in the source development, the fully spatial coherent soft X-ray laser at a wavelength of 13.9 nm with the repetition-rate of 0.1 Hz is now routinely available in Japan Atomic Energy Agency (Kizu site). The X-ray laser pulse involves more than 10$$^{10}$$ photons in 7 ps duration. Such a bright, coherent, and picoseconds X-ray pulse can be used in a variety of applications such as X-ray speckle measurement and interferometer for probing materials, single-shot diffraction imaging, nano-fabrication, and so on. Some results of the X-ray laser applications, especially in material science, will be presented.

口頭

Development and applications of plasma X-ray lasers

錦野 将元; 越智 義浩; 長谷川 登; 河内 哲哉; 石野 雅彦; 今園 孝志; 田中 桃子; 佐藤 克俊; 山本 稔; 大場 俊幸; et al.

no journal, , 

レーザープラズマX線レーザーとその応用研究に関して講演を行う。X線レーザー開発においては、出力10J$$cdot$$0.1Hz繰り返しのガラスレーザーを用いて、波長13.9nmの空間フルコヒーレント軟X線レーザーの開発を行った。この高輝度,空間コヒーレント・ピコ秒パルス幅を持つX線レーザーを用いることにより、X線スペックル計測,X線干渉計測,X線回折イメージング,ナノサイズ構造の生成等のさまざまな応用研究を展開している。現在、これらの応用研究のために新しいX線レーザーの応用研究用ビームラインの開発を行っている。X線レーザーによる固体表面のアブレーション研究やチタン酸バリウムの表面のX線スペックル計測、ロイズミラーを用いたX線レーザー干渉計の開発等の応用研究結果について述べる。

口頭

軟X線レーザー干渉計によるレーザーアブレーションの診断

長谷川 登; 越智 義浩; 河内 哲哉; 大場 俊幸; 海堀 岳史; 末元 徹*; 寺川 康太*; 富田 卓朗*; 山本 稔*

no journal, , 

フェムト秒レーザー照射によるアブレーション過程の研究では、グレーティング状の周期構造形成等の特異的な現象が最近報告されており、微細加工技術への応用を目指した研究が精力的に進められている。われわれは、レーザーアブレーションの初期過程の解明を目指し、「アブレーションしきい値近傍の照射強度領域における表面構造の過渡的な振る舞い」の観測を行っている。ターゲットには白金を用い、照射レーザーにはチタンサファイアレーザー(パルス幅80fs)を用いた。表面構造の微小な変化を瞬間的に観測するために、日本原子力研究開発機構で開発したプラズマ軟X線レーザー(波長13.9nm,パルス幅7ps)をプローブとする軟X線レーザー干渉計とチタンサファイアレーザーを組合せ、ポンプ&プローブ計測を行ったのでこれを報告する。

口頭

フェムト秒レーザーアブレーションにおけるパルスの蓄積効果

山本 稔; 長谷川 登; 寺川 康太*; 梅田 善文*; 富田 卓朗*; 越智 義浩; 河内 哲哉; 大場 俊幸; 海堀 岳史; 南 康夫*; et al.

no journal, , 

近年、フェムト秒レーザー照射により誘起されるアブレーションや表面構造変化において、ナノ秒パルスや連続波のレーザーでは見られなかった現象が数多く報告されている。特に、1パルス照射あたり数ナノメートルの加工が起こる低アブレーションレート領域の存在は、微細加工技術への応用として期待されている。しかしながら、この領域のアブレーションプロセスは、パルス照射ごとに一定のレートでアブレーションが起こるのか、あるいはある程度の照射パルスが蓄積されてアブレーションが起こるのか明らかにされていない。本研究では、低アブレーションレート領域の加工プロセスを明らかにするために、軟X線レーザーを用いた干渉計を構築し、フェムト秒レーザーパルスの蓄積効果のその場観察に応用した。その結果、ある程度照射パルスが蓄積されてからアブレーションが起こることが明らかになった。

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